黄淮地区触发对流天气的干线特征

利用高空和地面观测、欧洲中期预报中心再分析资料（ERA5）以及卫星云图,统计2010—2019年4—9月我国黄淮地区触发对流天气的干线特征。结果表明:干线主要出现在山东德州附近和豫北周边地区,多呈准西北—东南向和准东北—西南向;长度集中在100~200 km,宽度在50~100 km;多出现在14:00（北京时,下同）或17:00;多发生在高空冷涡形势下,低层多有切变线（或辐合线）配合,地面多位于入海高压后部。地面气象要素统计显示:干线干侧温度较湿侧偏高1.9 ℃,湿侧露点温度较干侧偏高6.8 ℃,干线两侧温度梯度为-2.7 ℃·（100 km）-1,露点温度梯度为10.1 ℃·（100 km）-1,比湿梯度为5.9 g·kg-1·（100 km）-1。探空参数统计结果表明:干线湿侧大气可降水量略高于干侧,925 hPa,850 hPa和700 hPa湿侧比湿均大于干侧;对流有效位能湿侧平均值远大于干侧;干线两侧700 hPa,850 hPa与500 hPa温度差非常接近,即黄淮地区干线两侧对流有效位能的显著差异主要由干线两侧低层水汽条件差异造成,干线两侧条件不稳定度大致相当。     

微波辐射计在对流天气预报中的应用

选取2016—2018年每年4—9月份RPG-HATPRO型42通道微波辐射计观测的不稳定指数参数(K、SI、CAPE、LI)及水汽参数(IWV、LWP),研究得出各参数触发雷雨大风、短时强降水的阈值条件为K>37℃、SI<-1℃、IWV>60 kg/m~2、LWP>400 g/m~2,而LI、CAPE无法对3种天气类型进行区分。利用费舍判别分析方法,将不稳定指数参数及水汽参数作为预报因子,建立预报方程并进行检验,结果表明:二级判别方程预测对流天气的准确率为76%,可以作为预报对流天气的辅助工具;多级判别方程不能很好地区分3种天气类型,但将其作为修正后的二级判别方程使用,能提高对流天气的测中概率。     

基于微波辐射计的短时强降水潜势预报

微波辐射计可获取高时间分辨率的大气层结信息,为探索其在短时强降水预报方面的应用潜力,利用微波辐射计仪器获得对流参数特征,提取对短时强降水敏感的对流参数作为预报因子,并利用叠套法建立短时强降水潜势预报。结果表明:液态水路径LWP、SI、LI、CAPE、KOI这5种参数可作为预报因子建立潜势预报,经验证后得出短时强降水的POD、CSI、FAR分别为53.85%、50.01%、12.49%;另外,研究利用LWP的标准偏差在短时强降水发生前明显增大的特征改进预报,POD和CSI分别提升至73.08%、63.33%,FAR虽然增加至17.39%,但增量仅有4.9%。改进后的短时强降水预报效果提升明显,这说明水汽参数LWP在短时强降水预报中有较强的指示意义。     

藏北地区午后热对流天气过程特征

利用常规气象观测资料、NCEP及ERA-interim再分析资料,对那曲市2017~2019年6~8月发生的热对流降水进行统计分析,结果表明:近三年出现了27d的热对流天气,午后热对流降水最集中的时段是15~17时;出现热对流天气时最高气温（Tmax）、最高地温至少分别达到14.2℃、32℃,日最高气温、最高地温与08时的数值相比较,平均高出10.4℃、37.3℃;从对流温度（Tg）看,当Tmax-Tg处于（1.5~5.5）℃区间时,出现热对流的频率最高,当Tmax-Tg值<1℃或>8℃时,出现热对流的概率为0,并非Tmax-Tg值越大,热对流发生的概率就越大;水汽条件上,08时平均湿层在460hPa以下,具有上干下湿的特性;通过订正Tlog-P曲线得到,发生热对流时CAPE值最少要达到800J·kg?1;从个例合成分析得出,对流发生前那曲市处于高压控制或晴空少云状态,午后有辐合上升运动,低层的辐合上升引起周围水汽的汇聚;水汽的来源是前期平流输送或是地表蒸发有待于进一步研究。      

基于岩石圈厚度和地幔横向黏度变化的地幔对流模型重估云南地区剪切波各向异性源的深度

在已有模型的基础上,考虑岩石圈厚度和软流层横向黏度的变化,本文建立了更接近地球实际情形的地幔对流模型,然后重新推测了导致云南地区剪切波各向异性的软流层源的深度。结果表明:岩石圈厚度和软流层横向黏度变化对云南地区的软流层各向异性源的深度及软流层的变形程度和机制具有重要影响;软流层各向异性对云南西南部区域、东部区域北纬26°N以南和四川盆地及其西缘的剪切波分裂具有明显的贡献,它们分别位于90~180、170~330和200~320 km深度;在云南西南部区域和东部区域北纬26°N以南,导致剪切波分裂的软流层可能处于大剪切变形状态,主要受地幔流动方向/流动平面模式控制,而四川盆地及其西缘的则处于小剪切变形状态,主要受应变模式的控制。     

一次暴雨过程受不同系统影响的动力热力场结构特征

本文使用常规观测资料、卫星云图、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对出现在东北地区北部受不同系统影响的连续2d暴雨过程的热力和动力场结构特征展开研究。结果表明:24日为暖锋锋生暴雨,暴雨范围大;25日为台风暴雨,暴雨出现在台风移动路径上,为狭长带状。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,台风倒槽内的MCS强度比暖锋云系内的MCS弱,但是降水强度却更大。台风安比携带大量暖湿空气,其东侧的低空急流向北输送热量和水汽,水汽辐合集中在边界层内,台风暴雨的水汽辐合强度比暖锋暴雨更强烈,所造成的雨强更大。暖锋暴雨期间,小兴安岭迎风坡地形的辐合抬升作用明显;高层强辐散及地形辐合抬升作用对暴雨有较大贡献。台风暴雨期间,低空辐合,特别是水汽辐合作用对暴雨有较大贡献;辐合区位于台风倒槽附近,倒槽表现为冷锋性质。     

Validation for a tropical belt version of WRF: sensitivity tests on radiation and cumulus convection parameterizations

对基本气候态和降水日变化的分析是检验模式模拟性能、理解模式误差来源的重要手段。为了评估出对热带气候模拟效果较好的物理参数化方案组合,本文应用WRF带状区域模式,主要比较了四种积云对流参数化方案:NewTiedtke、Kain-Fritsch、newSAS、Tiedtke,和两种辐射参数化方案:RRTMG和CAM,对热带带状区域的气候模拟结果。研究表明:使用NewTiedtke积云对流参数化方案和RRTMG辐射方案的试验,表现出对气温、降水及降水日变化等综合性最好的模拟性能;NewTiedtke积云对流参数化方案能模拟出较好的降水空间分布和降水日变化位相分布特征;与RRTMG辐射方案相比,CAM辐射方案会使温度模拟偏低,特别是陆地上更明显,这种陆地上的冷偏差可能主要来源于Tmin的模拟偏冷。     

提高模式分辨率后热带气旋生成迟缓的原因分析

利用目前国际上最先进的中尺度WRF模式模拟热带气旋生成,网格分辨率从9 km增加到3 km,3 km网格中积云参数化方案不起作用,依靠微物理方案来模拟对流尺度系统特征,模式中热带气旋的生成过程变得迟缓。当低压扰动发展到一定程度后再加入3 km网格,生成过程有加快趋势。本研究针对该现象进行分析。结果表明:只用微物理方案使低层(950～700 hPa)风速的垂直切变减小,不利于对流发展;切变减小主要是由于动量垂直输送项的差异所致。在加入细网格的6 h内,低层对流尺度(减去区域平均)的动量垂直输送量平均增加了一倍,某些时刻达到了5倍以上;动量混合增加是由于微物理方案模拟的垂直速度增加所致。此外,只用微物理方案导致对流有效位能迅速被消耗。低层垂直切变和对流有效位能的减小都不利于对流发展,从而导致热带气旋生成发展过程迟缓。本研究表明,目前WRF中的微物理方案在模拟热带气旋生成过程中的对流发展时仍然存在问题。     

一次槽前干对流天气过程动力诊断分析

对2015年8月23日发生在陕西关中的一次槽前干对流天气进行了动力诊断分析,结果表明：本次强对流天气过程虽然发生在槽前,但垂直环境配置为中层相对干冷,低层相对暖湿,属于槽前干对流。850 hPa的切变线后反气旋环流中存在的中小尺度切变,为强对流天气提供了初始扰动并诱发了次级环流的形成,地面辐合线触发了强对流天气的发生;中层干侵入和强的垂直风切变增强了大气垂直不稳定程度;关中东部强对流天气落区主要出现在散度通量大值区的中心附近、水汽波作用密度垂直积分大值中心及其后部梯度最大的区域内。     

"莫兰蒂"外螺旋雨带在浙江局地发展引发大暴雨成因分析

利用诊断和数值模拟相结合的方法,分析了2016年9月13—16日"莫兰蒂"台风在登陆福建南部北上后给浙江沿海地区带来的局地大暴雨天气,发现这次局地大暴雨发生在台风移动路径右侧,对流层低层强盛的东南气流促进了台风登陆减弱后其东北侧外螺旋雨带局地发展,导致这一区域对流发展旺盛,在浙江引发大暴雨天气。控制试验表明"莫兰蒂"东侧显著的东南到偏南气流导致外螺旋雨带中小尺度对流系统的发生发展,在"莫兰蒂"东北侧存在小尺度的对流耦合系统,小尺度雨带在涡度场和垂直运动场上正、负涡度中心和上升、下降运动交替分布的中小尺度波列结构明显,强降水就发生在此处。台风东侧显著的东南到偏南气流与"莫兰蒂"东南侧的"马勒卡"台风以及10～20 d的带通滤波场上台湾岛附近的气旋性涡旋密切相关。敏感性试验表明"马勒卡"台风和准双周振荡都对"莫兰蒂"路径有很重要的西北行引导作用,进而影响东南气流水汽输送和降水分布。