大气可降水量估算模型研究

利用SuomiNet网GPS大气可降水量数据和地面气象数据研究建立大气可降水量估算模型.利用研究区域GPS PWV和地面气象数据,研究了大气可降水量与地面水汽压间的相关性,并建立二者间的线性、二次多项式和幂函数回归模型,对比分析各模型的估算精度以确定最优估算模型,并检验了不同大气水汽含量下最优模型的估算精度.得出以下结论:1)GPS大气可降水量与地面水汽压变化趋势基本一致,存在着良好的相关关系(相关系数达到0.892).2)基于地面水汽压的线性、二次多项式和幂函数模型估算大气可降水量均达到一定的估算精度(相对误差均小于19％),其中幂函数估算模型的R2最高,估算误差最小.3)基于地面水汽压的PWV估算模型具有地域性特征,基于研究区域数据所建立的模型更适合于研究区域,其PWV估算精度高于Cole模型、张学文模型和李超模型.4)所建估算模型在不同的大气水汽含量条件下估算精度不同,大汽水汽含量越高,估算结果的相对误差越小.     

基于微波辐射计和闪电观测资料估算对流性降水方法初探

利用闪电定位系统、MP-3000A地基微波辐射计、雷达、地面雨量计和探空等观测资料对2015年5月14—15日湖北地区一次强对流过程中降水量、闪电、水汽、液态水含量的时空分布特征等进行分析,并基于闪电和微波辐射计资料联合估算对流性天气中的降水量。结果表明,降水发生前,微波辐射计探测到空中水汽密度和液水含量明显增加,闪电活动峰值提前于降水峰值2 h。水汽密度与云闪数有较好的相关性,相关系数为0.98。利用水汽密度和地闪资料估算对流性降水结果与观测结果比较一致,估测的降水量好于仅用地闪资料的估算,且基于水汽密度、地闪得到的单个闪电表征的降水量为1.94×10~7kg·fl~(-1)。     

地形雨估算初探

阐述了在弧状山体有水汽输入的流域或地区，通过地形参数，控空资料及其有关气象因子、来估算地形雨的方法和步骤，从而使地形雨这一分量，可自大气环流，天气系统的降水量中分离出来。     

用典型暴雨放大法估算可能最大降水量

从可能最大降水的基本概念出发,针对降水形成机制,对影响暴雨的关键性物理因子（如水汽和降水效率、水汽净输送、水汽辐合上升等） 进行分析并加以放大,即采取放大法,利用区域典型暴雨资料,估算驻马店地区的可能最大降水量为１０６４．７ ｍｍ／ｄ。     

全国各省市气象科技期刊文摘④

１用典型暴雨放大法估算可能最大降水量 《河南气象》２０００年第１期魏慧娟 驻马店地区气象局４６３０００ 摘要从可能最大降水的基本概念出发,针对降水形成机制,对影响暴雨的关键性物理因子（如水汽和降水效率、水汽净输送、水汽辐合上升等）进行分析并加以放大、即采取放大法,利用区域典型暴雨资料,估算驻马店地区的可能最大降水量为１０６４．７ｍｍ／ｄ。２用Ｔ１０６格点资料制作定量降雨预报 《安徽气象》１９９９年第４期鲍文中 池州地区气象局２４７ １００ 提要定量降雨预报（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｐｒｅ－ｃｉｐｉｔａ…     

8月中国低纬高原水汽输送过程及其与降水量极端异常的联系

利用1979—2010年ERA-Interim再分析资料、全球降水气候中心(Global Precipitation Climate Center,GPCC)的降水量资料和站点降水观测资料,通过引入水汽贡献率和水汽通过率,构建描述降水量对水汽源地蒸发量的敏感性指数等方法,揭示了8月流入低纬高原水汽的输送过程的气候特征,及其与8月低纬高原降水量极端异常的联系。结果表明:(1)8月流入低纬高原水汽的重要源地是中南半岛北部和华南一带的陆地区域,以及北部湾和孟加拉湾北部西南至东北的狭长海面。(2)8月流入低纬高原水汽的主要输送通道有两条:孟加拉湾上空狭长的西南季风;经17°N附近偏东季风在南海西北部110°E附近发生转向后的东南季风。那加丘陵和中南半岛北部的纵向岭谷明显阻挡了两支水汽输送通道。(3)8月流入低纬高原水汽主要受大气环流影响,受水汽源地蒸发量的直接影响有限。当流入低纬高原水汽异常偏多(少)时,使得可降水量偏多(少),最终导致降水量偏多(少)。     

天山山区大气水分循环特征

将自然正交分解(EOF)和水平空间分辨率30"的地理信息数字高程(DEM)相结合,利用1961~2010年天山山区及其周边79个气象站月降水量应用梯度距离平方反比法计算面雨量,应用2000~2010年NCEP/NCAR逐日4次再分析1°(纬度)×1°(经度)资料计算水汽输送,研究了天山山区面雨量时空分布、水汽输送和外部水汽的降水转化率特征,以及降水转化率异常的初步成因。结果表明:1)天山西部和中部降水量平均在450 mm以上,东天山和天山西南端为150 mm左右。春季、夏季、秋季、冬季的面雨量分别为291.4×108 m3、625.9×108m3、218.1×108 m3和73.6×108m3,降水量分别为108.2 mm、232.4 mm、81.0 mm和27.4 mm,年降水量为449.0 mm。2)月水汽输送量呈正态单峰型分布,7月最大、1月最小,夏季水汽输送量为全年的41.3%,冬季为11.9%,春季、秋季分别为24.5%和22.3%。3)春季、夏季、秋季、冬季和年外部水汽的降水转化率分别为10.3%、12.6%、8.5%、5.4%和9.2%,降水转化率的大小与伊朗副热带高压、贝加尔湖高压脊和西亚副热带西风急流的位置和强度配置有关。     

高寒山区面降水量获取方法及影响因素研究进展

主要总结了高寒山区面降水数据的获取方法、影响因素及时空分布的研究进展,并指出了面降水量数据获取可能的解决途径。通常地面观测及空间插值、大气数值模式估算、遥感反演是面降水数据的主要获取方法,但应用于高寒山区都有一定局限性:地面观测点稀缺限制了各种空间插值方法的精度;大气数值模式,不能有效地模拟高寒山区复杂地形下的局地降水空间分布;地基遥感(多普勒雷达)受地形遮挡和自身条件的限制,空基遥感数据的精度受限于卫星搭载降水雷达的性能、卫星过境频率及空间分辨率等因素;对降水分布的估算存在很大误差。水汽源、坡向、海拔与下垫面地形是影响高山区降水量及其时空分布的主要因素。为此,在黑河上游祁连高山区,已进行的小范围加密观测、基于遥感空间格网的矩阵观测及大范围撒网式观测,仍是了解高寒山区降水量时空分布规律的基础;有待提高精度和时空分辨率的卫星数据,以及有效的地面-卫星遥感数据同化方法的研究,也将成为获取高寒山区精确的面降水量的有效途径;大气数值模式的降尺度研究也是一种途径,有待进一步研究。     

兰州市空中水汽含量和水汽通量变化研究

利用历年的高空和地面资料,深入分析了兰州市空中水汽含量和水汽通量的变化特征。结果表明:(1)夏季空中水汽含量和水汽输送相对较多,冬季相对较少;2~7月是水汽含量的增长期,9~1月是递减期,8月与7月持平;97%的水汽集中在400 hPa以下;(2)兰州市空中水汽变化与降水量、降水日数、气温的变化有明显的一致性,也存在一定的差别;(3)兰州市空中水汽输送强度中心接近500hPa高度;冬季水汽日变化最大层位于700~600 hPa,这与我国东部地区空中水汽输送高度和边界层水汽日变化特征有明显的区别。     

中国陆地平均降水量与空中水汽含量的统计关系分析

中国陆地的多年平均降水量和空中水汽含量都是从东南沿海向西北内陆递减,二者存在很好的空间相似性,研究二者之间的拟合关系,就有可能发现比较好的统计规律,找到空中水汽对多年平均降水量影响研究的突破口。基于这种空间相似性,对中国121个探空站1971—2000年平均降水量(P)与空中水汽含量(W)的研究发现,两者高度正相关,拟合公式为P=44.385(W-2.66),R^(2)=0.8293。对累年各月平均降水量与空中水汽含量的研究发现,两者也是高度正相关,以上成果通过了复核验证。空中水汽含量乘以研究区域面积是空中水汽的存量,即空中水汽折算的液态容量。多年平均降水量的影响因素很多,拟合公式忽略了次要因素,找到了主要影响因素,即空中水汽存量,它的量化参数是空中水汽含量。当空中水汽含量大于等于14 mm时,所有站点的多年平均降水量均大于等于400 mm,多年平均空中水汽含量大于等于14 mm是多年平均降水量大于等于400 mm的充分不必要条件。     

中低纬度环流系统的相互作用及其暴雨特征的模拟研究

利用MM5模式分别模拟了台风、中纬度西风槽对台风远距离槽前降水的影响.试验结果表明,(1)台风的强度影响了台风东侧东南急流向中纬度槽前的水汽输送.低层水汽输送,造成中纬度暴雨区强水汽辐合和不稳定能量积聚,故槽前降雨的强度与其南方台风东侧的水汽输送有着相当密切的关系.(2)中纬度西风槽提供了有利于台风远距离降水的大尺度背景场.西风槽的存在,有利于垂直运动的发展和维持,有利于降雨的产生和发展.模拟结果表明,槽的加强和减弱将会相应地造成中纬度暴雨区的加强和减弱.     

2017年5月7日广州特大暴雨模拟中的背景场影响分析

2017年5月7日广州发生了特大暴雨,为研究不同背景场资料对这次暴雨过程的影响,模式背景场分别采用美国NCEP的GFS资料和中国的T639资料,利用GRAPES_Meso模式对这次暴雨过程进行了数值模拟和影响分析;数值试验结果表明,采用不同的背景场对这次暴雨过程具有显著影响,用T639资料(T639_run)作为模式背景场大致模拟出了这次暴雨过程,而采用NCEP GFS数据(GFS_run)模拟的降水明显偏北。其原因是,采用T639资料做背景场时,华南暴雨区域存在深厚的水汽输送,同时存在强烈的上升运动,可以产生极端强降水;而采用GFS资料进行数值模拟时,实际暴雨区上空的上升气流较弱,水汽输送也较弱,使强降水落区偏北。GRAPES_Meso模式模拟的华南地区的云顶高度整体偏高,云顶温度整体偏低,相对来说,采用T639_run的模拟结果优于GFSrun的结果,该研究结果可以为云降水方案中的水物质和云量计算方案的改进和优化提供一定的参考。     

GPS可降水量与掩星折射率资料同化对暴雨模拟的影响

利用WRF-3DVAR系统同化GPS地基可降水量资料和空基掩星探测资料,对2011年6月14日我国夏季江淮流域暴雨天气过程进行数值模拟试验,对比分析可降水量和掩星折射率资料在暴雨天气数值模拟中的影响。结果表明:可降水量和掩星探测对底层水汽都有明显改善,可降水量对水汽的改善更为显著,比掩星同化平均高一个量级,改进了暴雨的强度和暴雨的影响范围;掩星折射率资料的同化通过改善强对流区域的风场和温度场,从而改进暴雨的降水落区;GPS可降水量和折射率资料的同时同化,一定程度上弥补了可降水量探测站点分布的不足和掩星折射率资料稀疏,对暴雨的强度、范围和落区预报都有很好的提高,两者可以很好地相互补充。      

不同的边界层参数化方案对江淮一次暴雨过程数值试验研究

利用WRF模式分别耦合YSU、MYJ、ACM2和MRF边界层参数化方案对长江中下游地区2013年7月的一次暴雨个例进行模拟实验。为了检验边界层参数化方案的重要性,研究使用无边界层方案(NOPBL)的WRF模式对这次暴雨进行了模拟。通过与实测数据进行对比和分析,本文检验了这五种不同的实验设计对降水落区、总量、基本气象要素的模拟能力。综合模拟结果表明,不同的边界层参数化方案模拟的结果不同。不论是否使用边界层参数化方案,均能模拟出雨带的基本走向,但不同的方案对降水中心强度及位置的模拟与实况相比有差异。NOPBL产生了最大的偏差,ACM2和MRF次之,MYJ的方案对于小雨与大雨的模拟最优,而YSU对不同强度暴雨模拟的正确率都较高。通过物理量分析对比,MYJ方案较优的原因是:1)风场检测,MYJ方案的模拟结果更接近观测值;2)850 hPa水汽通量散度检测,MYJ方案能够模拟两支水汽输送通道。一支以偏西南风为主,在急流出口区有较强的南风风速辐合,使得从西南方向来的水汽向暴雨区辐合;另一支将偏东水汽向西部输送,保证暴雨区局部辐合。3)垂直速度检测,MYJ,YSU方案模拟的垂直运动中心与降水落区相近,但YSU模拟上升速度偏大,相对而言MYJ方案更合理。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

应用谱逼近方法模拟2008年初南方持续性降水过程及其水汽通道周期特征分析

本文利用谱逼近方法,对2008年初发生在我国南方的大范围持续性降水过程进行了对比试验,结果发现使用谱逼近方法的试验模拟所得的雨带空间分布和降水强度明显优于没有使用谱逼近方法的试验。对于低层受槽线、风切变线等频繁影响的区域,使用谱逼近方法的试验得到的经向风场具有2~4天的显著周期特征,与实况较为一致,即该方法能够提高模式对经向风场的模拟能力。综合分析水汽输送通道、模拟区域位置以及水汽通道超前高相关区的周期特征可知:谱逼近方法可能把中南半岛东部区域这一超前高相关区的经向水汽输送信息引入模式,从而改善了模式对降水区水汽收支周期的模拟能力,这可能是该方法能够改善降水模拟的重要原因之一。另外,对于谱逼近方法没有直接作用的模式变量,经过模式内部各变量之间的相互调整,其在谱逼近试验中的统计结果也有不同程度的提高。本文研究结果表明,谱逼近试验通过引入外源性的周期特征因素项,调整了模式与大尺度驱动场之间的协调关系,进而能够提高两周内模式模拟水平。此方法可能会在模式数值预报中具有一定的实际使用价值。     

江西2012年5月12日大暴雨过程水汽输送分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规气象观测资料和WRF中尺度数值模式,对2012年5月12日江西出现的大暴雨天气水汽输送的过程进行分析。结果表明,从大尺度分析,此次暴雨过程的水汽输送特征并不典型,比湿、水汽通量、水汽通量散度、整层水汽输送等均不能满足江西出现暴雨时应该达到的水汽条件;但模拟的中小尺度水汽指数能够满足江西发生暴雨的水汽条件。此次暴雨过程的水汽主要来自南海地区。暴雨出现的区域与整层水汽大值区的水平梯度最大处相吻合。当整层水汽输送值较小时,水汽输送主要集中在中低层,但当整层水汽输送值较大时,水汽输送的高度高度超过500 hPa高度层,仅分析500 hPa高度层以下的水汽输送对暴雨预报会造成一定的误差。     

近五十年中国西北地区夏季降水场变化特征及影响因素分析

利用中国气象局信息中心提供的西北地区1951～2005年夏季月平均资料集和1958～2002年ERA40资料, 分析近五十年来西北地区夏季降水场的主要变化特征, 及与之相关的大尺度水汽输送和环流场变化, 讨论大尺度环流指数如涛动、 极涡、 赤道太平洋Niño3.4区海温与西北地区夏季降水的相关性。结果表明, 近五十年西北西部尤其是南疆的降水增多, 与西伯利亚 (50°N～60°N, 40°E～70°E) 上空位势高度增加和伊朗高原 (35°N～42.5°N, 60°E～75°E) 上空位势高度减少有很大关系。1987年后, 西北西侧水汽辐合也是该区降水增多的一个重要因素。西北东部降水受海温影响大。此外, 北大西洋涛动、 极涡面积可以反映近几十年来西北降水西增东减的年际波动。极涡面积大小与西北降水第一模态相关性尤其突出, 可以作为考察西北降水变化的一个重要指标。     

MM5模式对区域气候模拟的性能试验

利用1998年6月NCEP资料和6月2日00：00地表资料及美国NCAR／PENN州的MM5对1998年6月我国南方降雨过程进行了气候模拟的性能试验，模拟结果表明，MM5基本上可模拟出局地大气环流和区域尺度上的强对流过程造成的雨区，降雨强度和强降水中心位置，但模拟的雨量与实际值相差较大，模拟值再现了我国夏季降水异常的空间分布特点，模式可向区域气候模式发展，但该模式模拟的1998年6月副高强度比其实际值的强度更强，故导致更多的水汽进入降雨区，造成过多的降雨。     

怀化三次西南涡暴雨天气过程对比分析

利用常规观测资料、地面区域气象自动站加密资料、卫星以及NCEP再分析资料,对2010年6月、2012年6月、2015年6月3次发生在湖南怀化的暴雨天气过程进行对比分析。结果表明:(1)3次过程均是典型的低涡冷槽型暴雨过程,降雨分布在低涡东南侧及其向东伸展出的切变线附近,对于低涡沿切变线东移的暴雨过程,降雨分布在低涡移动的路径上。(2)中低层中尺度低涡或辐合中心是直接造成暴雨的系统,其发展演变和移动直接影响降雨的落区和持续时间,在卫星云图上反应为中尺度云团的生消。(3)孟湾、南海是怀化暴雨的水汽源地,暴雨发生在高温高湿的不稳定层结和强水汽辐合区域,强降雨是整层水汽通量和水汽辐合共同作用的结果,当两者同步增强并达到极值时,降雨也同步增强,当两者不同步时,不能使用单一要素判断降雨,而要综合考虑。(4)3次暴雨过程都是发生在低层正涡度、负散度和高层负涡度、正散度的高低空耦合结构下。