一次台风暴雨过程数值产品动力释用预报的模拟试验

以国家气象中心T42产品资料作为环境的初始场,采用P－σ混合坐标的有限区域细网格模式,对9406号台风暴雨过程进行24、48小时数值预报模拟试验并取得较好效果。     

一次梅雨锋暴雨中尺度系统发展的动力机制分析

应用常规资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2007年7月25日发生在湘黔边境的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析.结果表明:深厚的高空低槽和副热带高压稳定维持,有利于冷暖空气的辐合和梅雨锋的长时间维持.梅雨锋上不断有中小尺度对流系统产生,这些中小尺度对流系统在受到大尺度强迫作用和梅雨锋自身的强迫抬升作用而发展增强并长时间维持,在暴雨区形成强烈的降水.暴雨区上空具有低层辐合、高层辐散的结构特征,低层的辐合使得涡度往中上层输送,这种耦合形势有利于垂直上升运动和暴雨的维持.积云对流释放的凝结潜热加热对流层中上层大气,引起梅雨锋锋生,维持和促进了垂直上升运动和对流活动.     

低层偏南气流对一次暴雨过程的动力作用分析和数值模拟

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2010年7月22-25日四川盆地西部出现的一次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:暴雨出现在对流层低层南海至四川盆地一直维持偏南气流的环流背景下,暴雨与这支偏南气流的风速演变密切相关,降雨强度随南风气流的增强而增强,南风气流增强所形成的风速辐合及正涡度平流是暴雨的主要动力触发因子,暴雨与低层辐合和正涡度平流区域有很好的对应关系.WRF数值模拟试验进一步表明:850 hPa层3h风速演变对中尺度对流系统的发展具有很好的指示意义,在3h风速增大区域的下风方,未来3h对流云团将迅速发展;盆地西部形成的气流辐合与其西侧的高原地形密切相关.     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

影响广西的两次台风暴雨中尺度对比分析

利用多普勒天气雷达、地面加密观测资料及NCEP格点再分析资料,从低层环境场、雷达回波特征、湿位涡分布等方面,对比分析路径相似的"启德"(1213号)和"纳沙"(1117号)台风造成广西降水条件的差异。结果表明:"启德"东侧的东南风急流强,水汽强辐合中心偏于台风中心附近,降水强度大,而"纳沙"水汽辐合主要位于东北气流与东南气流的汇合区,降水范围大;两者在越南北部登陆后其后部均存在窄长带状的中尺度强回波特征,但"纳沙"的螺旋回波雨带伸展范围更宽、持续时间更长;"纳沙"因有冷空气侵入,近地面层气流出现多个分支,更有利于形成中尺度涡旋和气流汇合带,是其比"启德"产生较大范围强降水的重要因素;两者的降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应关系,强降水落区主要位于湿正压项(VMPV1)负值区和斜压项(VMPV2)正值区相叠加的区域,而"启德"的VMPV1负值比"纳沙"小,其对应的降水强度也较大。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

华南沿海暖区辐合线暴雨地形动力机制数值模拟研究

华南沿海暖区暴雨是单一暖气团降水。本文采用客观分析方法确定暖区暴雨主要影响系统为两类辐合线低值系统:偏南向辐合线与西南向辐合线;此类辐合线系统具有强烈的辐合上升层次与暖心结构,是一类强烈的暖区暴雨天气系统。偏南向辐合线多出现在粤西沿海,而西南向辐合线多出现于粤东沿岸,分别具有短时团状与持续带状两类强降水。华南沿海地区山脉河口众多,其中珠江口以西的团状云雾山正面阻挡偏南向辐合线,河口以东的带状莲花山侧面阻挡西南向辐合线。利用WRF数值模式分别研究粤东和粤西山脉对两类辐合线及其暴雨的地形影响,包括正面阻挡和侧面摩擦。结果显示,将偏南向型辐合线所遇云雾山范围地形降低80%后,因正面阻挡缺失,辐合线及其降水向北推进,雨带强度减弱,形状改变。地形的正面阻挡促使低层辐合气流迅速抬升触发强降水。降水释放的凝结潜热,又加强系统的上升运动和暖心结构强度与层厚,进而增强暴雨。填充偏南向型狭管地形的试验显示,狭管效应构成对强降水位置和强度的直接强迫影响,加之与云雾山正面阻挡配合,两项作用造成粤西暴雨频繁特征。测试粤东西南向莲花山脉对西南向辐合线的侧向阻挡与摩擦效应,通过对比莲花山两种地表粗糙度环境模拟效果,获得显著的局地垂直上升速度差,显示粤东沿海山脉的侧向摩擦不仅增强西南辐合线强度也加强垂直上升运动强度,由于西南气流的持续,山脉走向与气流的配置,维持了降雨时长及雨带范围。同时对粤西近海西南辐合气流及河口的暴雨雨带也有连带增强与维持作用。进一步地山脉地形抬升以其抬升迅速,范围集中,层次深厚,而有别于锋面气团抬升。加之近海水汽充沛,抬升后中层凝结释放的配合,增强了辐合线低值系统强度,造成暖区降水雨强远高于华南锋面降水。     

南海台风苗柏对一次梅雨暴雨加强影响的模拟试验

利用云图资料、再分析资料和自动站加密资料对2017年6月13日前后浙江梅雨暴雨的成因进行分析,发现此次暴雨过程与低层偏东风和西南气流带来充沛的水汽和能量有很大关系,而1702号台风苗柏对西南气流的输送有重要作用。为了验证"苗柏"的作用,使用WRF模式对此次过程进行了模拟试验,并做了"苗柏"强度增强一倍、强度减弱一半、去掉"苗柏"的敏感性试验,结果表明:"苗柏"及其登陆减弱后的残留云系,有利于偏南风的维持和加强,使得冷暖空气在浙江汇合,南北风交汇处梯度增大,辐合加强。"苗柏"的存在增强了西南急流水汽输送,西南急流的左侧伴随有散度辐合中心,而在高空急流的右侧有散度的辐散,有利于垂直运动的发生,是强降水产生的主要原因。敏感性试验表明台风强度越强,西南暖湿气流输送越明显,辐合越强,越有利于垂直运动发展,对流发展更旺盛,降水也更强。     

台风暴雨的逐步Logit动力统计释用预报试验

在对Ｌｏｇｉｔ判别系数β作似然比检验的基础上，用数值预报产品作为外生变量，用极大似然估计，对Ｌｏｇｉｔ判别分析的外生变量进行逐步筛选，建立了南京台风季节逐日的逐步Ｌｏｇｉｔ动力统计释用天气预报模型。     

陕西中部一次局地暴雨中尺度分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°的6 h分析资料和FY-2C卫星云顶亮温资料,对2009年7月26日陕西中部的一次局地暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:暴雨形成与低层地面中小尺度辐合系统、卫星云图上β中尺度对流系统等密切相关。深厚、稳定的低涡低层辐合、高层辐散的垂直结构及位势不稳定特征为暴雨区强烈上升运动的发展和维持提供了有利的环境条件。     

冷空气影响台风暴雨的中尺度分析及数值模拟

利用常规探测资料、NCEP/NCAR 1°×1°6 h间隔的FNL再分析资料、NCEP GFS 0.5°×0.5°6 h间隔资料、多普勒雷达和中尺度地面自动站资料,对2014年"麦德姆"台风暴雨对流系统的天气背景、触发机制以及生消演变过程进行分析,并用中尺度数值模式WRF进行侵入冷空气强度的数值敏感性试验。研究结果表明:(1)强降水发生在"麦德姆"北上变性的过程中,冷空气的侵入使得台风热力结构改变,台风外围的大气斜压性增强,层结更不稳定,有利于中尺度对流系统发生发展。(2)对流系统的触发首先是由边界层内冷空气侵入造成的,冷空气与暖空气的对峙使得江淮东部辐合加强、降水回波稳定少动。(3)数值敏感性试验结果表明,冷空气侵入使台风外围层结更加不稳定,有利于产生深厚的垂直运动,使中尺度对流系统的生命史长、强度强。若入侵冷空气过弱,对流系统中的垂直运动弱,对流强度弱;若入侵冷空气过强,虽然对流系统中能发展出强的垂直运动,但垂直运动维持的时间短,中尺度对流系统的生命史短,不利于产生持续性强降水。     

一次暴雨过程的数值模拟分析

2005年7月9~10日湖北西部—河南南部出现了一次强降水过程。从天气形势的发展变化,推断出天气系统演变过程的两种可能方式,然后用中尺度数值模式AREM对这次强降水过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上分析了暴雨发展的中尺度过程和特征。这次过程是由辐合线加强和气旋发展两个阶段组成的,在辐合线加强过程中,随着辐合线北侧干空气的南侵以及暖湿空气由南至北倾斜向上发展,上升运动发展到对流层高层后向南北两侧辐散,并在对流层中层构成一对经向偶极子环流圈,它们的下沉支补偿融入上升运动区中,加强和维持了低层的辐合;而在气旋发展过程中,切变线南侧的湿空气明显向北发展,并在切变线上跨越湿度锋区新生发展出一个β中尺度气旋,气旋南半部的湿空气具有强辐合性并伴有强上升运动发展,紧邻其南侧是湿补偿下沉气流,而上升运动北侧的干下沉气流一直向下伸展到边界层顶附近,受低层湿空气向北发展穿越湿度锋区的作用没有向南融入上升运动区中。文中最后给出了辐合线加强和气旋发展的三维空间结构示意图。     

黔西北一次暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规气象资料、地面加密资料、物理量场以及卫星云图等资料,对2014年6月2-3日毕节市东南部暴雨天气过程进行分析.结果表明:①强降水与地面中尺度风速辐合有非常好的对应关系,强降水中心主要出现在地面中尺度风速辐合线附近,降水随地面中尺度风速辐合线北侧的偏北气流增强而加大.②假相当位温、比湿以及水汽通量散度的分布与对流系统的发生、发展有很好的一致性.③此次强降水不是云顶温度最低的地方,而是在地面中尺度风速辐合最明显、水汽输送最强的地方.     

江滩暴雨中尺度特征数值模拟

本文使用中尺度模式MM4模拟了江滩流域1991年7月6日－7月的暴雨过程，结果表明，引发此次暴雨的中尺度气施内存在中－β尺度的雨团，雨团的位置随时间的演变具有较明显的规律性，中尺度气施内存在明显的与雨区位置相对应的双涡度中心双辐合中心，其位置与预测资料的诊断分析结果较一致。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

川西地区一次暴雨天气过程的动力条件分析及数值模拟

本文分析了1998年9月16日川西地区有代表性的一次暴雨天气过程的动力机制:暴雨落区出现在对流层低层涡度、散度等物理量最大值中心的下风方;对流层中低层流场的演变和大气的斜压对称不稳定使得对流旺盛发展,无辐散层高度升高,从而有利于这次暴雨的形成.NCAR/PSU非静力的MM5中尺度数值模式对本次天气过程有较好的模拟能力,数值敏感性试验揭示出在有冷空气影响的条件下青藏高原地形有减少盆地西北部降雨量的作用,而对盆地西南部雨量有增加的作用.     

一次α中尺度低涡暴雨的数值模拟

用WRF模式对2007年4月21—22日的一次中α低涡暴雨过程进行了高分辨率模拟,结果表明:(1)该低涡的产生与湖北西部的地形条件有一定的联系,低压倒槽系统为其提供了必要的环流背景,反演自FY-2 C卫星的TBB资料较好地反映了该中α低涡的整个活动过程。(2)对低涡发展最强阶段的动力和热力结构分析表明,低涡右侧为较强的上升运动,而其左侧则为下沉运动,在中低层冷空气上部有南侧暖湿空气上爬造成的次级上升运动;低涡左侧存在较明显的湿斜压锋区,后部则有明显的干冷气切入;南风风量对总体水汽输送的贡献要大于西风风量。(3)WRF模式中NOAH和热扩散陆面方案的对比分析表明,NOAH方案更加有利于低涡中心的发展,因此能够产生较热扩散方案更强的中心区降水,但是这种增强作用主要分布在低涡区附近,其他地区差别不大。