基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

江苏一次锢囚状MCS和相关中涡旋MCV的观测分析

利用常规地面和高空气象观测资料,结合气象卫星云图和雷达回波,分析了2009年6月14日15—23时(北京时,下同),造成江苏强对流天气的一个中尺度对流系统(MCS)的锢囚状特征的形成过程及其垂直结构。地面中尺度分析表明,雷暴高压东侧在飑前倒槽北端发展的闭合低压环流的东南气流将暖湿空气输送到冷性雷暴高压的北侧形成东南一西北向的暖舌,从而形成锢囚状的结构。长三角探空网资料的垂直结构分析表明,在对流层下部地面到850 hPa为冷性的雷暴高压,在对流层中部700 hPa为冷性的α中尺度涡旋(MCV),而500 hPa已转变为暖性的MCV。静力学关系可以说明MCV仅仅存在于700~500 hPa的原因和MCS下冷上暖的热力结构密切相关。     

浙江盛夏一次强对流天气的特征及其成因分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、GFS 0.5°×0.5°逐6 h分析场数据,以及多普勒雷达、风廓线、微波辐射计探测资料,对2014年7月26日浙江盛夏一次强对流天气过程的特征及其成因进行了诊断分析,结果表明:此次过程发生在副热带高压边缘,由于高空槽东移过程中带来了弱冷空气的渗透,并有大量不稳定能量积聚,形成了午后"上干冷、下暖湿"这样有利于强对流发生的不稳定层结条件和环境背景场。当低层925 hPa的中尺度辐合线和对流层中层700 hPa的垂直上升运动区相重合时,中尺度辐合线附近在未来6 h内产生了强对流,这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。宁波中尺度辐合线是由偏南风和东北风辐合而成,同时受沿海和喇叭口地形影响,该辐合线早已存在,之后触发了宁波地区的强对流天气。杭州中尺度辐合线是由于宁波雷暴的地面出流增强了偏东风气流,从而加强了偏东风与环境东北风的辐合,导致了杭州中尺度辐合线的形成,随后在辐合线附近出现了剧烈的对流天气。     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

鄂伦春自治旗一次暴雨天气过程诊断分析

文章综合利用常规观测资料、雷达回波资料、卫星资料,对2015年8月2—3日发生在鄂伦春旗南部的暴雨天气过程从环流背景和中尺度特征方面进行诊断分析,结果表明:500hPa高空槽和850切变线形成前倾结构,前倾槽结构为暴雨的发生发展提供了热力和动力条件;700、850hPa西南急流对鄂伦春旗低层增温增湿作用明显,加之地面、850hPa东南急流辐合上升,增加了大气层结不稳定度,这两支急流在鄂伦春旗上空形成了强烈的水汽通量的辐合。与地形因素相关联的近地面层切变辐合促成下边界层辐合是此次暴雨过程的触发点,其附近陆续生成的中等强度块状的对流单体,形成暴雨。此次暴雨过程的中尺度特征:影响云带主要由有序的中尺度对流云团和中尺度对流复合体组成,降水时空变率大,雷达回波强度达到60dBz,走向与低空切边线移动方向一致。     

鄂东北地区两次大暴雨过程中尺度对流系统特征分析

利用快速同化系统LAPS资料,结合卫星、雷达、GPS和地面逐小时加密观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北地区连续两次大暴雨过程的中尺度对流系统特征。结果表明:鄂东北地区两次大暴雨过程发生的强迫机制明显不同,分别为热力因子主导的暖平流强迫和动力因子主导的锋生强迫。在两种不同动力机制条件下,第一次大暴雨过程对流云团呈不对称分布,强回波伸展高度较高,强降水主要位于黑体亮温(Temperature of Black Body,TBB)梯度大值区,产生的降水强度较大,并伴有强雷电活动;第二次大暴雨过程对流云团呈对称分布,强回波伸展高度较低,强降水主要位于TBB大值中心,表现为明显的暖云降水。但在两种动力机制下,两次大暴雨过程均形成了长时间的降水,一方面由于边界层冷池的冷出流与南风入流在对流系统后侧交汇,形成后向传播,强降水单体传播和移动相互抵消,从而使对流系统稳定维持;另一方面由于对流系统移动方向与引导气流方向一致,强降水单体依次经过同一地点,产生较大的累积降水。     

新疆西南部一次局地对流性暴雨成因分析

利用常规地面和探空气象资料、NCEP逐6h1°×1°的再分析资料和(CINRAD-CC)多普勒雷达探测资料,对2012年7月19日新疆阿图什罕见的短时对流性暴雨形成原因进行了诊断分析。结果表明:此次天气是在南疆低涡有利的环流背景下、低层中尺度低涡促进上升运动及触发不稳定能量释放产生的;冷空气的入侵是造成对流扰动发展的重要原因,同时地面小尺度系统对触发不稳定能量释放也有一定的作用;涡散场的配置、垂直速度、低层偏东急流和强不稳定能量满足了对流发生的基本条件,而较强的垂直风切变则使风暴明显增强;从喀什探空订正图来看,修正后的探空资料中各要素对开展强对流潜势预报有很好的指示意义,有待进一步总结验证;对多普勒雷达资料的分析表明,此次强降水具有强回波、强的垂直风切变、大的垂直液态水含量和较高回波顶高等,与强对流天气的发生发展及落区有较好的对应关系。     

四川宝兴县短时强降水的时空分布特征

利用四川宝兴县1970—2000年及2008—2014年的小时和部分分钟降水量资料,对宝兴县5—9月汛期短时强降水的时空分布特征进行了分析。结果表明:宝兴短时强降水集中发生在7、8两月;由于地形地貌特征复杂,不同的海拔高度及地形位置,短时强降水强度差异较大,海拔1400~1500m之间的降雨强度最大、海拔2580m左右区域的降雨时数最长,此2种降水类型均易引发泥石流等地质灾害;海拔1300m以下,海拔高度愈高,γ中尺度系统发展愈均匀持久,降雨强度愈强,海拔1300 m以上,海拔高度愈高,γ中尺度系统发展愈激烈快速,降雨强度愈弱。     

黑潮延伸体上游中尺度涡场的年代际振荡及其相关机制

黑潮延伸体上游区域的中尺度涡场的涡动能和涡特征尺度存在显著地年代际振荡,和黑潮延伸体路径的年代际变化有很好的相关性。当黑潮延伸体路径比较稳定时,其上游区域涡动能比较高,涡特征尺度比较大,反之相反。通过对黑潮延伸体上游区域的中尺度涡场进行集合分析发现:当黑潮延伸体处于稳定状态时,上游涡场几乎是各向均匀地,有轻微的径向伸长;而当黑潮延伸体处于不稳定状态时,上游的中尺度涡场有显著地纬向伸长。对与中尺度涡场的产生相关的线性斜压不稳定和正压不稳定进行了计算分析,结果显示,线性斜压不稳定不是控制中尺度涡场年代际变化的机制,而正压不稳定对中尺度涡场的年代际变化有积极的贡献。不稳定产生的中尺度涡之间存在非线性涡-涡相互作用。     

A statistical analysis of mesoscale eddies in the Bay of Bengal from 22–year altimetry data

本文使用一种基于SLA数据的涡旋识别方法,通过22年的AVISO高度计测高数据对孟加拉湾的中尺度涡特征进行了研究。本文主要分析了孟加拉湾涡旋的地理分布、涡旋极性、涡旋生命周期和传播距离、涡旋产生和消失位置、涡旋传播方向和移动轨迹、涡旋运动特征、涡旋属性的演化以及涡旋活动的季节和年际变化等特性。涡旋主要分布在孟加拉湾西部海域,并且大部分涡旋向西移动。涡旋极性分布显示气旋涡更经常出现在湾的西北部和南部,而反气旋涡主要出现在湾的东部。在22年间,共追踪探测到生命周期超过30天的气旋涡565个、反气旋涡389个;对所有生命周期和传播距离而言都是气旋涡数量居多。所有观测到的涡旋的运动属性分析显示气旋涡的涡旋平均振幅大于反气旋涡;对平均半径和平均移动速度而言,气旋涡和反气旋涡相差不大。而且,涡旋属性演化显示生命周期超过90天的涡旋具有明显的双阶段演化特征,包括一个前50天的涡旋成长阶段和一个50天之后的涡旋消亡阶段。针对涡旋活动的季节变化,气旋涡在春季居多而反气旋涡在夏季较多;长生命周期的涡旋季节分布显示在孟加拉湾涡旋活动具有明显的季节分布特征。涡旋数量的年际变化与EKE变化有一个明显的负相关。