地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

台风“海燕”过境海南岛数值模拟及暴雨成因诊断

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、地面观测降水资料、FY-2E卫星相当黑体温度资料,采用WRF中尺度数值模式对2013年11月9—11日台风"海燕"过程进行数值模拟,并对期间海南暴雨天气诊断分析。结果表明:台风"海燕"携带的大量水汽,为海南暴雨提供了丰富的水汽来源;TBB梯度高值区与暴雨强度及落区有很好的对应关系。地形在暴雨过程中起到重要作用,初期台风外围偏东气流遇海南中部高山产生地形重力波,促使局地辐合上升,产生降水;随着台风靠近,风向转为偏南且风速增大,地形作用促使气流强烈抬升,在低层产生强对流中尺度系统,并与高层辐散系统配合,产生强降水。     

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。     

台风苏迪罗登陆次日分散性暴雨成因及预报着眼点

利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。     

中尺度地形对柳州一次大暴雨过程影响的数值试验

利用中尺度模式WRF对2009年7月2—3日柳州大暴雨过程进行数值模拟,得到与实况相吻合结果。通过地形敏感性试验,研究了中尺度地形对这次暴雨过程的影响。结果表明:地形对这次大暴雨过程的雨带分布未起到决定性的作用,但对强降水的落区和强度有着重要影响。地形作用使西南暖湿气流所带来的水汽和热量在迎风坡堆积,融安融水一带中低层位温增加,导致其上空对流不稳定性增强,当与低层冷空气绕过山脉从西北路侵入时产生的垂直扰动叠加后,激发垂直上升运动强烈发展,从而触发了对流不稳定发展。而地形降低为"平台"后,山脉附近降水中心减弱,物理量场分析表明,由于缺乏地形的抬升作用,山脉附近垂直上升运动及正涡度强度均较有地形时减弱。     

1415号台风"海鸥"广西极端暴雨预报偏差分析及地形订正

利用地面自动站降水资料、ERA5再分析资料、广西壮族自治区气象台降水落区和ECMWF模式预报数据对1415号台风"海鸥"在广西暴雨预报偏差进行了分析,并开展了地形降水订正研究.结果 表明,对"海鸥"强降水落区预报准确,但大暴雨以上量级降水明显偏弱,大暴雨和特大暴雨漏报严重.降水经地形订正后,大暴雨以上降水TS(BS)评分由0.19(0.27)大幅度提升到0.35(0.53)且暴雨及以下量级降水评分无明显改变,但地形降水订正方法对特大暴雨仍无明显订正技巧;偏南风、东北风及偏东风在广西复杂地形下均会产生地形降水,实际业务预报中应加以考虑,有助于提升对强降水开始时间的预报效果.     

2009年热带风暴“天鹅”移动路径及特大暴雨降水分析

利用MICAPS3.0常规天气图、中尺度WRF模式﹑海南岛自动站资料对第0907号热带风暴"天鹅"异常路径及造成海南省北部﹑西部地区特大暴雨降水过程的原因进行分析,分析表明,造成0907号热带风暴"天鹅"的移动路径复杂变化和"莫拉克"的云系影响有关,两个热带气旋在一定距离内产生"双台风"效应;此次特大暴雨降水过程是由于中低空海南岛北部及西部有偏北气流与西到西南气流强辐合,西南气流把孟加拉湾东移来的水汽,聚积于海南省北部﹑西部地区,增强了水汽辐合;涡度场反映对流云团云顶高度深厚有利于强降水云团的发展及维持。另外,海南岛地形抬升作用使得西部地区降水明显增幅。     

海岸地形作用在青岛一次晚秋暴雨过程中的数值模拟分析

利用常规资料和卫星、雷达观测,分析了2004年11月9日至10日山东青岛地区一次暴雨的中尺度结构特征,并在初步分析的基础上进行了数值模拟和地形的敏感性对比试验,结果表明:此次暴雨是冷锋前暖区的浅层对流性强降水;西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;模式对这次强降水具有较强的模拟能力;海岸地形作用所产生的次级环流和中尺度重力波,可能是这次对流性强降水的触发机制,同时对这次降水有很大的增幅作用。     

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件,利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现,CMA-MESO(GRAPES-MESO 3 km)模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响,地形高度降低时,降水中心强度减弱,位置偏北;地形高度增加时,降水中心强度增加,位置偏南。其主要影响机制为：(1)太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心;太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转,与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合,使郑州市上空维持大尺度水汽辐合,进而产生极端暴雨。(2)当地形高度增加时,东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流,气流辐合区强度增强,郑州市上空水汽含量明显增加;而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流,在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。     

局部地形对北京“7.21”特大暴雨影响的数值研究

利用NCEP1°×1°再分析资料和WRF模式对2012年7月21日北京特大暴雨过程进行数值模拟,结果表明,WRF模式能够成功模拟出本次暴雨过程,特别是对100 mm以上的大暴雨也有较强的模拟能力。基于控制试验,针对北京地区复杂的地形,设计了4组地形敏感性试验。试验结果表明:北京地区局部地形的改变对暴雨落区的模拟影响不大,但对暴雨中心的分布和强度有影响,特别是西南部的局部地形对于本次暴雨过程中降水中心的落区具有很大影响,而北部和东北部的局部地形则作用不明显。进一步研究表明,北京地区西南部的局部地形主要是通过影响低层偏南风急流的流场结构,改变强辐合区和垂直运动的分布和强度,进而引起降水中心位置和强度的改变。     

混合集合预报法在华南暴雨短期预报中的试验

-WRF多模式集合3组试验,对比分析混合集合预报法与传统方法的降水预报效果。结果表明:ARPS模式集合改善了广东省南部局地强降水预报,该方法在中雨、大雨、暴雨量级改进效果显著。WRF模式集合对广东省北部强降水预报优于ARPS模式集合,但空报、漏报率较大,该方法有一定局限性。ARPS-WRF多模式集合在降水落区和量级预报上均优于传统方法。混合集合预报法利用低分辨率 (36 km) 集合预报和高分辨率 (12 km) 控制预报实现了高分辨率 (12 km) 集合预报,改善了降水预报效果,该方法可为业务高分辨率集合预报提供参考。     

0907号热带风暴“天鹅”异常路径的成因

介绍0907号热带风暴“天鹅”登陆后路径发生两次左折,先是西北西转西南,再西南转东折,整个路径呈逆时针方向环绕海南岛将近一周,异常罕见。基于常规观测资料和NCEP全球数据同化系统（GDAS）1°×1°分析资料,对“天鹅”的异常路径作诊断分析,结果表明：大尺度环境场的调整（西太平洋副高减弱东退、大陆高压加强等）,使环境场对“天鹅”的引导作用减弱,弱环境流场是“天鹅”登陆后长时间内停滞缓行的主要原因;大陆高压的加强东南伸,不仅使“天鹅”西北行受阻,同时导致“天鹅”出现西北强、东南弱的非对称风场结构,这是其转向西南行的重要原因;而双台风的互旋对“天鹅”的转向西南再东折也起了一定的作用。     

受“碧利斯”影响的一次中尺度对流系统模拟研究

利用中尺度数值模式WRF（weather research and forecasting model）对2006年7月16—17日在我国华南沿海地区引发强降水的中尺度对流系统（mesoscale convective systems,MCS）活动进行了数值模拟,并结合观测资料对此次过程进行分析。结果表明,1）此次MCS活动与0604号强热带风暴“碧利斯”减弱而成的热带低气压及西南季风密切相关。热低压为MCS的发生提供了动力抬升条件,西南季风则承担了输送水汽的角色,二者的持续结合,使华南大部地区中尺度对流系统不断发生和发展,形成强降水。2）该MCS具有明显的不对称结构,云体越向上越向南部伸展,云系主要分布在热低压的南部,呈东北一西南走向的带状。3）模式对此次MCS强降水过程的模拟效果较好,客观地反映了此次MCS的发展演变及雨带的分布状况。4）在广西境内的中尺度对流云团中云水含量较少,冰相粒子的比含水量值很大,主要的降水机制为冰晶降水机制。     

登陆孟加拉湾风暴结构个例分析与数值模拟

采用NCEP-NCAR再分析资料,分析了2006年4月29日登陆缅甸并造成云南省强降水过程的孟加拉湾风暴结构。并且利用美周新一代中尺度WRF（weather Researchand Forecast）模式对2006年4月28～30日云南强降水过程进行了数值模拟研究。结果表明：孟加拉湾风暴登陆前后结构具有明显变化,从基本对称结构演变为非对称结构,WRF模式较好地模拟出盂加拉湾风暴登陆前后环流场特征和风暴移动路径以及造成云南强降水雨带的分布特征。     

台风“天鹅”对“莫拉克”台风暴雨增幅影响的模拟分析

就2009年8月台风"天鹅"对"莫拉克"台风暴雨增幅的影响问题进行客观分析,并通过WRF数值模拟试验的方式进行研究探讨.利用NCEP/NCAR客观再分析资料分析发现"莫拉克"台风从"天鹅"台风环流中获取正涡度和水汽供应,有利于其台风强度的长期维持,是造成台湾地区超强降水的重要条件之一.进一步运用WRF数值模式对剔除"天鹅"台风的敏感性试验进行诊断分析,发现"天鹅"台风向"莫拉克"台风环流中有正涡度及水汽供应,与客观分析较为一致,最终估算出"莫拉克"台风在台湾地区南部造成的超强降水中有近三成来自于"天鹅"台风的动力和水汽贡献.     

The role of the land surface processes in the rainfall generated by a landfall typhoon: A simulation of the typhoon Sepat (2007)

Landfall tropical cyclones are a major kind of severe weather affecting China. The typhoon Sepat, declassified as tropical storm after its landfalling, caused a continuous heavy rainfall event over China mainland from 19th to 25th August, 2007. The storm cyclone resided over the Hunan province for 60 hours, causing observed accumulated precipitation larger than 300 mm in a large area of the Hunan province and leading severe flood events. This event was simulated using the Weather Research and Forecasting (WRF) model coupled with the surface layer scheme UTOPIA. The model was able to reproduce the main characteristics of the event, including the typhoon track and the rainfall field and timing. In addition, three sets of sensitivity experiments have been performed. In the first one, the effects of different land surface schemes (RUC, NOAH and UTOPIA) coupled with WRF on the precipitation, sensible and latent heat flux fields associated with the Typhoon Sepat (2007) were investigated. The second set of sensitivity experiments analyzed the role of the surface fluxes (sensible and latent heat flux) on the typhoon evolution. The third set of sensitivity experiments regarded the initialization of the soil moisture content. These experiments showed that both latent and sensible heat fluxes sustained this landfalling typhoon, maintaining the spiral structure of rain belt. Among the two fluxes, the latent heat one played a major role in determining the intensity, the track and the rainfall distribution of the typhoon. In addition, the correct initialization of the soil moisture content has reveled a fundamental parameter to be initialized in order to correctly evaluate the distribution and intensity of the rain field. The intercomparison between the three different land surface schemes coupled with WRF showed that the WRF-UTOPIA and WRF-NOAH outputs seem comparable between each other and physically most realistic than those of WRF-RUC. These analyses were helpful to understand the evolution and the development of the landfalling typhoon, and demonstrated that WRF-UTOPIA and WRF-NOAH could be considered a good tool for managing the risk evaluation connected with the occurrence of such events at regional scale.     

沿天山地区一次暴雨动力过程和云中水凝物粒子特征的数值模拟研究

在分析了2018年5月23日—24日北疆沿天山一带典型的地形暴雨天气过程的环流形势、水汽输送和暴雨云系特征的基础上,利用高分辨率数值模式WRF3.8.1对暴雨过程进行模拟,在模拟结果与实况较为吻合的基础上,利用模拟资料对暴雨动力过程和云微物理特征进行了分析。结果表明：(1)“两脊一槽”的环流形势是此次暴雨发生的环流背景,东移过程中不断加深的中亚低槽是此次暴雨的影响系统。巴伦支海的水汽经过西西伯利亚平原多次转向输送至暴雨区,为暴雨的产生提供有利的水汽条件。积层混合云快速移过暴雨区使较强降雨持续了约6 h。(2)高分辨率数值模式WRF能较好地反映出此次暴雨过程的降雨性质、雨带分布特征和大值中心位置。模拟结果显示低空急流在向天山移动过程中,受天山地形阻挡抬升,在沿天山一带形成了显著的辐合和上升运动,为此次强降雨提供了有利的动力条件。(3)有利的动力条件使水凝物粒子(冰晶、雪、霰、云水、雨水)能够在北疆沿天山一带地区不断聚集、增长从而形成大值中心,固相粒子与液相粒子在垂直分布上相交的区域存在固—液粒子转化,有利于降雨强度的增强,其中霰粒子和过冷云水发挥了重要的作用。     

超强台风“威马逊”(2014)云微物理特征的模拟与对比分析

采用中尺度数值模式WRFv3.5对2014年超强台风“威马逊”进行数值模拟。利用雷达、卫星、自动站逐时降水资料,对比单参数WSM6云方案和双参数WDM6云方案在模拟台风路径、强度、降水分布及水成物含量上的差异,分析雨滴粒子的谱型特征及微物理源、汇项对云中雨水含量的影响。与上海台风研究所的最佳路径数据对比显示,两方案均较好地模拟出了台风“威马逊”的移动路径,WDM6方案的整体路径误差更小;模拟的强度差异则较为显著,WDM6方案的海平面最低气压值偏高,强度偏弱。两方案模拟的累积降雨分布虽与自动站实测资料基本一致,但WDM6方案模拟的强降水概率偏高,弱降水概率偏低。两方案模拟的对流区雪、霰、雨水含量均大于TRMM卫星反演结果,且WDM6方案的对流云较多,总体雨水含量偏高;两方案均模拟出了雷达回波分布的整体特征,但眼区尺度偏大,WDM6方案在融化层以下缺少眼墙之外的弱回波区且大于39 dBz的强回波区偏多,同样显示了雨水含量（或尺度）偏大。由于WDM6方案为暖雨（云、雨水）双参数模式,对云滴活化、云雨转换及云、雨谱型有一定的改进,其能较合理地模拟出雨滴谱随台风发展的演变特征;模拟显示,云、雨滴的收集碰并及固态粒子的融化是雨水的主要源项,WDM6方案增加了云雨水自动转化率及雨水碰并云水率,导致该方案的空中雨水含量偏高,且随高度的降低快速减小;此外,由于WDM6方案使用简单的寇拉公式进行云滴活化,初始云凝结核数的变化即可造成雪、霰、云雨水含量的改变,故建议在具体大气气溶胶条件下,对方案中的云滴生成参数化过程做相应的调整。     

一次高原强降水过程及其云物理结构的数值模拟

本文利用中尺度WRF数值模式,对2010年8月7—8日发生在青藏高原东部一次强降水过程进行数值模拟,利用常规观测资料、FY卫星云图和数值模拟结果对此次强降水过程的宏微观演变特征和降水机制进行分析。本次模拟选用Milbrandt-Yau(MY)微物理方案,有较为完整的双参数计算过程,较为全面地考虑了各类云物理过程,对云微物理结构的描述和处理精细而复杂。结果表明,此次强对流降水发生在副热带高压与南亚高压相连、中高纬短波槽分裂南下、并与西南暖湿气流相遇形成低涡切变线的有利天气形势下,西南暖湿气流带来大量水汽、降水区存在大量不稳定能量、以及低层辐合高层辐散的高低空配置为暴雨发生发展提供了必要条件。WRF模式较好地模拟出了此次强降水过程的降水落区、降水中心和降水量级,对青海平安和甘南上空云团合并过程、强对流云团范围也模拟较好。对云微物理结构的分析结果表明,此次对流云降水为冷云降水,暖层浅薄,冰相粒子丰富,其中霰粒对过冷水的碰冻能力最强,使得其含量远大于冰雪晶含量,其融化是雨水的主要来源。雪晶含量最少,或与其碰冻过冷水能力较弱有关。     

登陆北上热带气旋的特大暴雨落区探讨

由台风降水资料分析发现,登陆北上热带气旋在我国北方地区造成的特大暴雨,集中出现在华北平原西北部和山东￣辽东半岛东南部两个相距较远的区域内。对比分析表明,这两个特大暴雨落区的形成,除地形增幅因素外,主要与前期副热带高压位置、热带气旋北上路径及物理量场的分布状况直接相关。同时,相应给出了判别上述两个特大暴雨落区的预报指标和方法。