一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

基于GRAPES-MESO模式的非静力三维变分同化方案性能分析

利用国家气象中心中尺度业务模式GRAPES-MESO V3.0,以2009年6 8月为例,用T213模式12h预报场为大尺度模式背景场,进行了非静力GRAPES-3DVAR系统同化(3DVAR试验)与不同化(CNTL试验)探空资料的两组数值试验,并对降水、高度、温度、风场和相对湿度场进行了统计检验和典型个例分析,探讨了非静力三维变分同化系统的性能.结果表明:(1)除700 hPa相对湿度场外,3DVAR试验850,700和500 hPa初始温、压、湿和风场均方根误差均比CNTL试验有所增加,其中3DVAR试验对500 hPa初始温、压和风场的负贡献最为显著.随着预报时间延长,3DVAR试验对500 hPa风场预报的负贡献较为明显;(2)对整个模式积分区域平均状况而言,3DVAR试验对模式0～24 h和12～36 h降水预报中大多数降水量级的TS评分都小于CNTL试验;(3)CNTL试验对小雨、中雨的预报范围比较适中,对大雨、暴雨及大暴雨的预报范围均小于实况,且随着降水量级的增大,预报范围较实况偏小的程度加剧;3DVAR试验则对各量级降水范围预报偏小的程度均大于CNTL试验,特别是中雨以上强度的降水;(4)CNTL试验较3DVAR试验能更好地模拟雨带的分布、演变特征和降水强度的变化;(5)CNTL试验较好地再现了长江中下游、华南、华北、东北、西南地区东部和华东平均降水率的逐日演变及峰值、谷值模拟,但强度普遍偏弱;3DVAR试验模拟的各区域日平均降水率的演变趋势与CNTL试验类似,但强度弱于CNTL试验,因而其与实况的差异进一步加大;(6)两个试验与观测均有较好的一致性,CNTL试验的一致性略好于3DVAR试验;对＜1.5 mm·d-1的降水,两个试验都倾向于过多地预报了降水量;对＞1.5 mm·d-1的降水,两个试验预报的都偏弱;对1.5 mm·d-1以下的降水,两个试验的预报水平相当;对1.5 mm·d-1以上的降水,CNTL试验的预报优于3DVAR试验;(7)对2009年6-8月逐日降水预报结果进行了考察,整体而言,CNTL试验能较好地预报出逐日雨带的位置,强度也与实况基本接近,对西风带低槽、台风、低涡、切变线和局地降水都有较好的表现.3DVAR试验对逐日雨带的预报大致与CNTL试验类似,但预报的降水强度普遍弱于CNTL试验.     

两种初值方案对2008年中国汛期降水影响的数值试验

基于暴雨数值预报模式AREM,以2008年5月21日—7月30日为例,开展了以LAPS系统和GRAPES-3DVAR系统两种不同初值方案同化相同资料源(NCEP预报场、地面、探空资料)的AREM-LAPS和AREM-3DVAR试验,以探讨两种初值分析方案对降水模拟的影响。结果表明:(1) AREM-LAPS试验与AREM-3DVAR试验相比,各区域、各量级、各时效的降水预报在绝大多数情况下TS评分有较明显提高,特别是大雨、暴雨、大暴雨等强降水等级。(2) AREM-3DVAR试验可以大致模拟出与实况比较相近的平均降水量分布,但预报雨区范围偏小,强度偏弱;AREM-LAPS试验对此有较明显改善。(3) AREM-LAPS较AREM-3DVAR试验更好地模拟出了降水雨带的南北摆动及降水强度的变化。(4) AREM-LAPS试验较好地再现了我国西南地区东部、华南沿海、长江中下游-淮河流域及胶东半岛主要雨带区平均降水率逐日降水增强与减弱的过程,其强度也与实况大体相当;而AREM-3DVAR试验模拟的强度则明显偏弱,特别是我国西南地区东部。(5) 对2008年夏季10余次典型降水过程的对比检验表明,AREM-LAPS对雨带范围、位置、强度的预报都好于AREM-3DVAR,特别是对于降水强度的改进尤为突出。      

湖北一次梅雨大暴雨分析

应用加密探空资料、NCEP再分析资料与自动气象站雨量资料,分析2009年6月29日湖北梅雨大暴雨。结果表明:暴雨期间700hPa江淮较长切变线维持准纬向特性,850hPa低空急流北上到江南北部。700hPa鄂西北等地准东西走向θse锋区有所加强并南移,湖北暴雨区位于θse锋区南侧且θse数值有所增加的地区。垂直积分水汽辐合大值区与强降雨带位置对应比较好,且整层水汽辐合比强降雨发生要早6h以上。恩施、武汉两站暴雨发生除了受低层切变线等较大尺度系统影响外,局地气象要素配合也很重要,尤其是低层较为充足的水汽是降雨维持的条件。当高层低槽移过,高、中层之间出现水平风垂直切变后恩施降雨明显加强。武汉站前期高层或中层干空气向下伸展,中、低层不稳定层结加强后降雨发展,其最强降雨和低层冷式切变线过境同时发生。     

2010年汛期长江中游对流降水日变化特征分析

利用2010年6月16日至7月31日每3h一次的探空资料、逐小时地面加密观测和卫星云图黑体辐射亮温（TBB）等资料,对长江中游的对流降水及大气物理量的日变化特征进行了分析。结果发现：对流降水具有明显的日变化特征,降水在15时（01时）左右具有峰（谷）值。地面气象要素和大气探空物理量也具有明显的日变化特征。地面温度的日变化特征最为明显,平均日变化幅度约9℃,露点温度的日变化幅度不到1℃,相对湿度的日变化主要由温度日变化造成。地面温度日变化的空间分布受到地形的影响,白天（夜间）高地形区升温（降温）幅度较平原地区大。地形差异造成的温度梯度日变化可驱动地形性热力流,白天山峰（平原）地区为地形性辐合（辐散）热力流,夜间恰好相反。白天低层大气稳定度降低和对流有效位能增大,有利于热对流的发展;夜间抬升凝结高度降低、相对湿度升高和大气可降水量增大有利于清晨长生命史对流系统的发展。     

面向资料同化的风廓线雷达风场特征分析及其质控方法

以美国国家环境预报中心全球预报系统（National Centers for Environmental Prediction/Global Forecast System,NCEP/GFS）0.5°×0.5°分析场作为数值预报背景场,结合地面降水资料,面向资料同化分析了2017年1～12月逐日00时、06时、12时、18时（协调世界时）福建12部L波段风廓线雷达（其中CFL-03系列3部、CFL-06系列9部）水平风产品质量特征,并初步探讨了不同质量控制方案的影响差异。结果表明:（1）CFL-06系列雷达在水平风的最大探测高度、有效数据获取率和低层水平风质量等方面明显优于CFL-03系列;（2）相同系列的不同风廓线雷达探测水平风的数据获取率、有效探测高度、标准差、相关系数及偏差的垂直分布特征等存在极大差异,该差异与风廓线雷达所处的地理位置（沿海或内陆）、海拔高度等并无直接关系;（3）各雷达站探测u风速相对背景场存在明显系统性负偏差,小于背景场,不满足资料同化对背景场的无偏需求,资料同化时需进行偏差订正;v风则相对较好;（4）降水对风廓线雷达探测影响较大,有降水时数据获取率在中低层有所减小,但在中高层则大幅提高;u、v风标准差在中低层有所增加,而在中高层v风标准差有所增加,u风标准差则大幅降低;（5）针对不同风廓线雷达,提出了不同高可信度区间和不同有效探测高度两种质量控制方案,并与固定有效探测高度方案进行了对比,结果表明,这两种质量控制方案皆具有明显优势。不同高可信度区间方案的质量控制效果更为显著,不同雷达站水平测风数据得到更加充分和有效识别,既减少了雷达资料不必要损失,又可将质量差的数据进一步剔除;该方案在有降水情形下也有较好效果。     

边界层参数化方案对“莫兰蒂”台风（1614）登陆阶段影响的数值模拟研究

利用中尺度数值模式WRF v3.8中的YSU、MYJ、QNSE、ACM2、UW、GBM、Boulac七种不同边界层参数化方案,采用高分辨率（1.33 km）数值试验的方法研究了不同边界层方案对模拟台风“莫兰蒂”（1614）登陆减弱阶段的移动路径、强度、结构、降水量、近地层有关物理量场分布等方面的影响,结果表明:（1）“莫兰蒂”台风登陆减弱阶段,不同边界层方案对台风路径、强度、降水量模拟影响显著,24 h内模拟台风路径、最低气压、最大风速及24 h累积降水量极值的最大差异分别达80 km、11 hPa、27 m s?1及241 mm;（2）Boulac方案模拟台风路径与实况最为接近,GBM、YSU和MYJ方案分别次之,ACM2和UW方案再次之,而QNSE方案最差;UW和QNSE方案模拟的最低气压以及MYJ和QNSE方案模拟的最大风速与观测最为接近;不同边界层方案均模拟出台风登陆阶段最低气压逐渐升高以及其升高速率在台风登陆后大于登陆前的特征,这与实况一致,但台风登陆前各方案模拟最低气压升高速度均大于实况,而台风登陆后却又不及实况;（3）Boulac方案模拟的24 h降水分布、强降水落区、结构、强度和各量级降水TS评分均最优,MYJ方案次之;而QNSE、UW和ACM2方案雨带向西北方向推进过快,各量级降水TS评分均较差;（4）综合台风路径、强度和降水模拟,Boulac和MYJ方案相对最优,其中Boulac方案在台风路径和降水模拟上更优,而MYJ方案在台风强度模拟上更优;YSU和GBM方案次之,而QNSE、UW和ACM2方案相对较差;（5）不同边界层方案计算的近地层潜热通量、感热通量显著不同,进而影响台风路径、强度、降水量模拟存在显著差异。比较而言,QNSE方案潜热通量相对异常偏高,MYJ和Boulac方案量值适中,其余方案相对偏低;QNSE方案感热通量相对略偏高,MYJ方案适中,其他方案则相对显著偏低;（6）不同边界层方案模拟降水区边界层热、动力结构显著不同,其中Boulac方案具有较明显优势,尤其是对日间边界层结构的模拟。     

AREM-RUC 3h快速更新同化预报系统的建立与实时预报对比检验

以AREM模式和LAPS系统为核心,建立了3 h快速更新同化预报系统（AREM-RUC）,并对武汉暴雨研究所业务运行的三套模式系统（AREM-YW、AREM-SY和AREM-RUC）在2009年6—12月的实时降水预报结果进行了对比检验,结果表明：（1）2009年6月1日至12月14日00时起报的0～24 h降水预报T...     

油松和侧柏常绿树种对典型污染物的吸滞与富集作用

以城市森林生态系统常绿树种为对象,测定了油松（Pinus tabuliformis）和侧柏（Platycladus orientalis）叶片对大气污染物（SO₂、Cl₂）和土壤重金属污染物（Cu、Zn、As、Hg和Pb、Cd和Cr）的吸滞作用与富集作用。结果表明：油松和侧柏具有较强吸滞污染物的作用,对污染物的吸滞能力受环境污染程度、不同生长季节的污染元素种类等因素的影响。其中,油松在秋季对S、Cu、Zn、Pb和Hg具有较高的吸附能力,针叶中S、Cu、Zn、Pb和Hg含量平均值分别为2158.75、6.31、31.46、4.05 mg·kg-1和0.08 mg·kg-1;侧柏在秋季对Cu、Zn、Hg和Cd具有较高的吸附能力,叶片中Cu、Zn、Hg、Cd含量平均值分别为4.47、22.47、0.09 mg·kg-1和0.20 mg·kg-1;在不同立地条件下,油松和侧柏对污染物的吸滞与富集量有所差异,其中在土壤污染较重的石景山松林园样地,油松对大气污染物SO₂有较强的吸附能力,侧柏则表现出对Cl₂有较强的吸附能力。对重金属污染物而言,油松和侧柏对Cu、Pb、Cr和As有较高的富集作用。