中国暴雨中尺度系统发生与发展的诊断分析和数值模拟(Ⅱ)数值模拟

通过改进的MM4中尺度数值模式,对我国三次典型大暴雨过程的模拟,来探讨暴雨中尺度系统发生与发展的问题。主要结果指出：气旋性涡柱在不稳定暖湿气柱内生成和发展,以及与整个涡柱共存的上升运动的持续加强,对暴雨中尺度系统的发展具有重要的作用;地面热通量,凝结潜热释放对暴雨中尺度系统的发展有决定性的作用;各种不同的物理过程和参数化、青藏高原的构形造成的外强迫影响,以及模式空间分辨率等,对暴雨中尺度系统结构与演变以及降雨量的模拟结果均有重要的作用。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

2001年8月初上海强暴雨中尺度对流系统的数值模拟研究

利用NCEP的ETA模式对 2 0 0 1年 8月 5～ 6日导致上海地区产生大暴雨的中尺度对流系统的发生发展过程进行了数值模拟。模拟结果基本再现了对流云团加强合并形成中尺度对流系统的过程 ,所模拟的降水分布、最大降水中心位置与实测结果基本一致。模拟结果还显示其中的一个中尺度对流系统是由于位于其西南部的一支低空急流的直接流入才发展起来的     

台风暴雨中尺度系统与结构的数值研究

首先对８４０７，８４１１和８５０４号台风进行了数值模拟，并详细分析了模式输出的带通流场，发现；在湿台风引起的大范围暴雨区，低怪有强辐合，高怪有的大尺度辐散，而在干台风产生的弱降水区，高层则无中尺度辐散气流。其次，对引起暴雨突然增幅的８４０７号台风进行了对比试验，表明：台风大尺度环境场是产生台风暴雨中尺度系统的源，而凝结潜热释放和地形效应则是形成和影响这些中尺度系统中和中尺度的结构和重要因素。     

华南暖区一次暴雨中尺度系统的数值模拟

为深入了解华南暖区暴雨产生的机制, 首先利用观测资料和卫星云图对2005年5月9日华南暖区一次暴雨过程进行天气分析, 然后利用MM5V3.6数值模式对该次暴雨过程进行了模拟, 利用模拟的输出结果分析了中尺度系统的结构特征和成因。结果表明, 这次华南南部暖区的暴雨区出现在低空急流出口区左侧的辐合区与高空急流入口区右侧的辐散区相迭置的区域; 中尺度对流云团是暴雨的直接影响系统, 系统中心上空偏南气流强烈垂直上升与在系统以南对流层高层下沉的气流构成垂直闭合反环流, 低层气流风速辐合对暖区暴雨系统的形成和发展起决定性的作用。较大的螺旋度可能是暖区暴雨及其中尺度系统发生、 发展的一种重要机制, 可用来判断降水系统的形成和移动。     

中国暴雨中尺度系统发生与发展的诊断分析和数值模拟(Ⅰ)诊断分析

通过对我国三次(“81.7”、“81.8”和“91.7”)典型大暴雨过程的动力学和热力学诊断来探讨暴雨中尺度系统发生与发展的问题。大、中尺度天气分析指出,无论是发生在我国东部的“91.7”暴雨过程,还是出现在西部地区的“81.7”和“81.8”暴雨过程,都与在特定大尺度环流形势下持续发展的中尺度系统直接关联。涡度诊断表明,高、低空正涡度中心的叠加和耦合、并形成一个正涡度柱是这类暴雨中尺度系统持续发展的一种共同特征。根据场分解涡度方程获得的涡源诊断表明,涡源对这类中尺度系统的发生和发展具有重要的动力学贡献。中尺度热量和水汽收支诊断揭示,视热源 Q_1和视水汽汇 Q_2的垂直积分高值区,与低涡或低涡切变线及其暴雨区基本一致;Q_1(Q_2)的面积平均最大加热(增湿)区间出现在对流层中、上(下)部;由于感热和潜热对流涡动通量辐合的加热,在其上部近乎等于凝结释放潜热量的一半。     

一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究

利用MM5模式对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程进行了模拟,发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用形成的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团的作用。中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程。通过改变地形、低层东南风大小的敏感性试验,发现这次暴雨虽然发生在河北东部,但华北西部、北部的地形对暴雨影响很大:当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。     

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。     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

“96.8”河北特大暴雨地面中尺度系统分析

通过常规气象资料、卫星云图及地面加密观测资料的诊断分析发现,在影响河北产生“９６．８”特大暴雨的两个中－α尺度云团中,有６个地面中尺度雨团（１小时降雨量≥１０ｍｍ,生命史≥３小时）先后形成,与之伴随的有多个地面中尺度系统,它们的形成及活动、发展都与地面湿斜压锋区及地面辐合场的分布有重要关系。     

“98·7”北京大暴雨的中尺度分析

对“９８７”北京大暴雨过程中的雨团、雷达回波、地面风场（流场）及气压场进行了分析。分析结果表明：大暴雨过程具有明显的中尺度特征,偏东风的中尺度切变线,风速辐合线和中尺度低压系统在大暴雨过程中发挥了重要作用     

9610号热带风暴中尺度涡旋数值模拟

以实测资料作为初始场,用套网格的中尺数值模式分析和模拟与９６１０号热带低压相伴的特大暴雨过程,结果发现模式对本过程的模拟效果较好,不论粗细网格,在揭示中尺度涡旋方面都具有参考价值。     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

辽东半岛大暴雨的雷达回波及数值模拟分析

利用常规资料、多普勒雷达回波资料和数值模拟结果对2004年8月3日辽东半岛大暴雨进行了中尺度分析,并应用湿位涡理论对此次过程进行了诊断。结果表明：产生本次大暴雨的中尺度系统是低空急流、切变线和中尺度低压。雷达观测的中7尺度回波、带中带回波、中尺度气旋、低空急流和弓状回波均产生了对流性强降水。数值模拟结果分析表明：低空急流及高低空急流两次不同方式的耦合形成的强烈上升运动对大暴雨有重要贡献。等熵面由水平变为陡立且密集导致湿斜压涡度的激烈增长,促使降水增幅。低层强对流不稳定和斜压不稳定为这次大暴雨的发生提供了条件。     

一次中纬度特大暴雨过程的中尺度分析

用Shuman-Shapiro中尺度滤波方法，结合大尺度环流背景，对1999年8月11－12日山东半岛特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这将过程是热带中尺度气旋北上发展造成的；地面冷空气侵入西移的中尺度低压所导致的对流发展，是热带中尺度气旋发展的原因；大尺度环境场丰富的水汽输送为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与其配置的切变线上的波动点对降水落区有指示意义。     

地形对低涡大暴雨影响的数值模拟试验

用ＭＭ５模式对１９９８年６月２８￣２９日长江三峡及其附近的低涡大暴雨过程作了初步的模拟研究。通过两种地表方案模拟的对比表明,四川盆地东侧山地对西南低涡的产生没有明显影响,但对这次低涡暴雨的强度及其分布有重要影响,主要表现在：涡前暖湿气流受大巴山－神农架山脉拦截形成迎风麓大暴雨带,鄂西南山区南坡也有迎风坡暴雨区,降水系统在东移过程中受盆地东侧整个山体阻滞迫使上游降水显著增强,下游降水系统在东移过程中     

梅雨期暴雨个例模拟及其中小尺度结构特征分析研究

利用中尺度数值模式MM5和多普勒雷达观测资料，对2002年7月22~23日发生在长江中游一次梅雨暴雨过程进行模拟和分析。模拟结果与观测资料相比基本吻合。主要研究内容包括暴雨过程α中尺度到γ中尺度的回波结构以及动力特征和云降水粒子的分布。研究结果表明:在长江中游地区存在一条东北西南走向低空切变线，切变线北侧偏东气流中回波较弱，而南侧西南气流中不断出现强对流云团发生发展、合并分裂现象，形成沿着切变线分布的α中尺度对流带。对流带中有多个东北西南向的β中尺度波列，这些波列由从西南向东北方向移动的γ中尺度回波所构成。新回波大多产生在老回波的后部。γ中尺度回波具有相应尺度的气流辐合辐散结构。各种云降水粒子与动力场相互配合，上升运动位置和强弱决定云水的位置和强弱。云发展初期降雨首先产生于低层，以暖雨过程为主，成熟期云中冰相粒子对降水非常重要。强回波区的降水会在近地面产生出流。在西南气流中，远离切变线的回波移速大于靠近切变线的回波，容易产生回波合并；强回波由于降水而产生下沉和辐散气流，易导致回波分裂。     

1996年8月3-5日晋冀特大暴雨中尺度分析与预报

运用高空和地面常规资料，雨量自记资料以及卫星资料，分析１９９６年８月３￣５日受９６０８号台风低压影响而导致的晋冀地区一场罕见大暴雨的中尺度降水系统演变过程，揭示了北方台风暴雨形成与结束的某些基本特点。