一次华南强飑线过程的数值模拟分析

采用高分辨率中尺度数值模式WRF对2007年4月17日华南强飑线过程进行数值模拟,并利用数值模拟结果对强飑线过程进行诊断分析,探讨其触发和维持机制.结果表明,低层中尺度辐合线及切变线是本次飑线过程主要的触发系统和重要的维持机制之一,干侵入和对流性不稳定以及低空辐合高空辐散对飑线的发展和维持有着重要的作用.此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的β中尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力.     

地面资料同化的飑线数值模拟及中尺度特征分析

为了揭示飑线的中尺度精细结构特征,针对2006年6月25日发生在河套地区的一次飑线天气过程,在分析其过程天气背景的基础上,使用WRF模式和三维变分资料同化技术,对此次飑线过程中的地面常规观测和自动气象站加密观测资料进行了同化试验.结果表明:同化地面观测资料可以有效地提高模式对飑线这样的强对流天气系统模拟效果,输出的高分辨率模式资料可以更加精细地刻画出中纬度飑线中尺度结构特征.     

雷达资料同化对一次飑线过程的次公里尺度数值模拟影响研究

针对2019年6月5日重庆地区发生的一次飑线天气过程,利用中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)模式和ARPS(The Advanced Regional Prediction System)的3DVAR三维变分同化系统及其ADAS(ARPS Data Assimilation System)云分析系统,探究了不同模式水平分辨率下雷达资料同化对该飑线系统的模拟改进效果。结果表明：(1)未同化雷达资料时,模式水平分辨率从900 m提高到300 m,模式模拟结果无明显改进。(2)不同模式水平分辨率下,同化试验的模拟效果相比同化前,对于雷达回波的形状、强度和落区都有一定改善。(3)使用雷达资料同化的情况下,同时提高模式水平分辨率,能进一步优化调整模式的动力、热力及水汽条件,使得对本次飑线系统的发生发展和组织结构特征的模拟与实况更接近。     

一次黑风暴过程中尺度飑线的数值模拟

利用改进型ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，以常规观测资料作为初值，较好地模拟了１９９３年“５．５”．黑风暴过程的重要影响系统中尺度飑线的主要特征，即近地面风场切变线，与切变线相伴的风核、狭窄强对流带、强水平温度、气压梯度带以及上述特征带（线）的形成、迅速增强的时间和移动方向，并模拟出这是一条基本无降水的“干”飑线。飑线垂直结构的初步模拟揭示，飑线温度水平剧烈变化及垂直上升速度中心都在对流层低层的７００ｈＰａ（地形高度在８５０ｈＰａ），垂直环流随高度向后倾斜。在干旱、半干旱地区模拟与沙尘暴相联系的中尺度系统，大气湿过程也许不十分重要。     

一次长三角地区飑线过程的数值预报分析

2019年4月9日,长三角地区发生了一次罕见的长历时强飑线天气过程。在分析其天气形势背景和发展演变基础上,利用新一代华东区域数值模式对此次过程进行了预报分析,初步分析了其演变过程中的中尺度结构特征。结果表明,此次飑线发生在高空槽前、低层强烈辐合抬升天气背景下,强的垂直风切变、冷空气向南侵入与低层暖湿气流叠加建立了强的对流不稳定层结,是飑线发生发展和长时间维持的重要原因。数值模式成功模拟了飑线前部低层暖湿空气上升和后部中层干冷空气下沉这两支入流,以及飑线过境时边界层高度和大气可降水量迅速下降,地面中尺度冷池向东南方向的传播过程,冷池与对流风暴的移动速度基本一致,导致对流前部低层一直有风场的切变辐合抬升,有助于对流维持并发展。     

浙江一次强飑线系统结构特征的数值研究

利用常规观测资料、自动气象站资料、NCEP再分析资料和高分辨率WRF模式,对2016年5月5日发生在浙江地区的一次强飑线过程进行模拟研究。结果表明,切变线是影响此次强飑线过程的主要天气系统,飑线发生在充沛的水汽,较弱的对流有效位能和中等强度垂直风切变大气环境下。WRF模式对此次飑线的演变过程和降水分布有较好的模拟能力。通过进一步分析模拟资料发现,雷暴高压和地面冷池是此次飑线风暴的重要边界层特征,边界层辐合线有利于飑线的发展和维持。飑线后侧对流层中层以下的强下沉气流,是造成此次雷暴大风的关键因素。     

2007年4月广西一次强飑线过程的雷达回波分析及数值模拟

2007年4月17日广西发生了一次强飑线天气过程。利用常规气象资料、多普勒雷达资料从天气形势和雷达回波演变特征等分析了这次强飑线过程的成因,并高分辨率中尺度数值模式WRF对该过程进行数值模拟。结果表明,这次强飑线过程发生在欧亚中高纬地区两槽一脊的经向环流形势下,西风槽、地面冷锋是天气尺度的主要影响系统。雷达回波显示,这次强飑线过程的雷达回波有典型的三体散射和弓形回波特征。此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力。     

2007年华南一次强飑线过程的雷达回波分析及数值模拟

2007年4月17日华南发生了一次强飑线天气过程.利用常规气象资料、多普勒雷达资料分析了这次强飑线过程的成因,并用高分辨率中尺度数值模式WRF对该过程进行数值模拟.结果表明:这次强飑线过程发生在欧亚中高纬地区两槽-脊的经向环流形势下,西风槽、地面冷锋为其主要的影响系统.雷达回波显示,这次强飑线过程的雷达回波具有典型的三体散射和弓形回波特征.此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征.数值模拟结果显示,飑线发生的带状区域内有明显的低层气流汇合和切变以及中低层的大气对流性不稳定结构,强对流带内有东北-西南走向的气流汇合线,汇合线附近有强的辐合,辐合中心强度达-0.8x10-3s-1,表明WRF模式对强对流天气系统有一定的模拟能力.     

2007年4月广西一次强飑线过程的雷达回波分析及数值模拟

2007年4月17日广西发生了一次强飑线天气过程。利用常规气象资料、多普勒雷达资料从天气形势和雷达回波演变特征等分析了这次强飑线过程的成因,并高分辨率中尺度数值模式WRF对该过程进行数值模拟。结果表明,这次强飑线过程发生在欧亚中高纬地区两槽一脊的经向环流形势下,西风槽、地面冷锋是天气尺度的主要影响系统。雷达回波显示,这次强飑线过程的雷达回波有典型的三体散射和弓形回波特征。此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力。     

华北强飑线生成环境与地形作用的数值试验研究

应用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（简称LASG）η坐标有限区域数值预报模式,简称为LASG-REM,对1983年6月27日一次华北强飑线生成与地形作用进行了数值试验研究。首先运行的对照试验,获得了以往分析得到的有关飑线的现象。模拟1小时后,飑线发生前,对流层高层有较强的冷平流侵入华北地区。3小时后,在燕山及其南侧背风坡地区,对流层中、低层出现明显的锋生现象,这对飑线的生成和发展起了重要的作用。模拟至6小时,近地面层在日变化增温的时段内,开始出现降温现象,这时实况的飑线开始形成,这降温现象是与飑线后方的中尺度湿绝热下沉运动有关。8小时后,对流层高层在继续维持西北气流冷平流的条件下,由降温转变为明显升温,并产生一个α中尺度的温度脊,这是由飑线上强的深对流过程引起的热量向上输送造成的。这也是飑线发生发展后,中尺度系统对大尺度背景场的反馈的结果。紧接着近地面层出现最强的降温。这与中尺度湿绝热下沉运动的发展和小尺度的下击暴流有关。这一过程与过去分析结果相一致。其次,在对照试验成功的基础上,对地形作了敏感性试验,试验结果表明:在西北流型条件下,高层有较强的冷空气侵入,低层受地形强迫引起的强烈锋生,是华北飑线形成和发展的主要动力过程。     

热带飑线结构和演变的数值模拟研究第一部分：云分辨模式

利用风暴尺度、云分辨的数值模式ＡＲＰＳ模拟了 １９９３年２月 ２２日 ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ试验期间在赤道南太平洋观测到一次热带海洋飑线过程的发生发展过程，验证该模式的模拟热带对流系统的能力，并详细地分析了该次飑线的结构特征和动力学形成机制。通过数值敏感性试验研究了不同的云微物理过程对热带飑线的结构和发展演变过程的影响，所考虑的云微物理过程分为包含六种水相态的冰相过程和 Ｋｅｓｓｌｅｒ暖雨过程。模拟结果表明，云分辨模式ＡＲＰＳ采用合适的物理过程可以较成功地模拟出热带飑线的三维结构及其演变过程。数值敏感性试验结果表明，在对流上升过程中，由于与冻结作用有关的冰相微物理过程能释放更多的潜热，这种潜热能产生垂直方向上的浮力梯度从而较明显地加强系统的深对流，有利于对流系统组织性的对流带的长时间维持；相比之下，暖雨过程中飑线的生命周期缩短，而系统倾斜结构更明显，层状云区的发展比较旺盛。     

非绝热物理过程在模拟飑线系统中β尺度结构中的作用

利用经改进的中尺度模式，对一次飑线过程进行了多种对流参数化和显式水汽方案及地面加热过程的敏感性试验，结果表明中尺度对流性天气系统的成功预报，不仅取决于次网格尺度对流，而且取决于可分辨尺度相变过程及地面加热引起的边界层日变化。计入湿下沉的Ｆｒｉｔｓｃｈ－Ｃｈａｐｐｅｌｌ对流参数化方案和计入可分辨尺度凝结蒸发冻结融化等相变过程的预诊性显式方案的结合使用，对于真实模拟飑线等中尺度对流系统和减少或消除与中尺度涡旋及其降水过度加强相联系的类ＣＩＳＫ不稳定是十分必要和有效的。     

“5.5”黑风暴中-β尺度飑线的初步数值模拟

利用改进型ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式,以常规观测资料作为初值,较好地模拟了“５．５”黑风暴过程的重要影响系统中－β尺度飑线的主要特征,即近地面风场切变线,与切变线相伴的风核、狭窄强对流带、强水平温度、气压梯度带以及上述特征带（线）的形成、迅速增强的时间和移动方向,模拟显示这是一条降水很小的“干”飑线,从全物理过程和不考虑水汽的干模式对比来看,云降水过程在本例飑线中没有起到决定性作用。飑线垂直结构的初步模拟揭示,飑线温度水平剧烈变化及垂直上升速度中心都在对流层低层的７００ｈＰａ（地形高度在８５０ｈＰａ）,垂直环流随高度向后倾斜。中低层短波扰动引起的槽后强冷平流在飑线后下沉是飑线发展的重要机制。     

1996年初次华南暴雨过程的数值模拟及其分析

文章运用新近开发的双向嵌套的MM5中尺度模式，在国家气象中心的CRAY-C92巨型机环境下，对1996年4月中旬末的华南暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式比较成功地模拟了这次暴雨过程及相关的中尺度系统的发生发展；凝结潜热通过一个类似于CISK的机制对暴雨过程的发生发展产生了至关重要的作用；低空西南急流为暴雨的发生发展输送了潜在不稳定能量，并在与暴雨的相互作用中得以维持和加强；初始时刻（暴雨发生前12小时）南海北部—华南地区低层潜在不稳定能量的储备是暴雨发生不可缺少的条件。     

一次华南强飑线过程的数值模拟及后方入流作用诊断

利用WRF中尺度模式对2014年3月30—31日发生在华南的一次强飑线过程进行数值模拟。本次飑线过程受高空槽和低涡切变线影响,水汽条件充足,低层垂直风切变较强。模拟结果表明:发展阶段,后方入流缺口开始出现,飑线逐渐呈弓形结构;成熟阶段,飑线后方入流逐渐下沉到地面并延伸至对流区前沿,冷池完全移入残留冷区并加强,配合九连山下坡过程,飑线得以加强。后方入流对本次飑线过程的发展和维持十分重要。后方入流受环境风及中层负压力扰动作用开始形成,随后受对流区后侧中低层涡旋对的影响迅速发展增强而进入发展阶段,反气旋式涡旋的北侧风场促进了后方入流的形成和发展;成熟阶段,气旋式涡旋的南侧风场使后方入流迅速增强。气旋式涡旋区域主要受涡管拉伸作用增长,反气旋式涡旋区主要受涡度倾斜增长作用。涡旋对垂直涡度主要是由低层水平涡度向上倾斜引起,而水平涡度则是由斜压作用产生。     

青海省一次人工增雨作业数值模拟分析

利用基于ARPS的中尺度云系人工增雨数值模式系统,对2012年5月23日发生在青海省东部地区的一次飞机人工增雨过程进行了催化效果数值模拟试验,给出了人工播云后作业区和影响区的增雨量、平均增雨率、催化影响范围等结果。结果表明:基于ARPS的中尺度云系人工增雨数值模式对该降水天气过程具有较好的预测能力,模式所模拟的人工播云后作业区和影响区的增雨量与实际情况较为吻合,同时,对于此次增雨作业,催化作业产生的增雨效应主要出现在催化之后的5h内,在此之外,催化效果逐步消失。     

自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用

为了研究自动气象站资料在模拟中国东部飑线过程中的影响,利用WRF模式模拟了2009年6月14日发生在苏北地区的一次飑线过程。首先设计了两个数值试验,两个试验都只用FNL资料作为初始场和边界条件,但是模拟开始时间分别为北京时间10时和08时,离观测的飑线过程开始时间分别有3 h和5 h。在10时开始的试验(控制试验)中,模拟飑线过程时间上有3~4 h延迟,空间上向东偏移了100 km左右,但是试验可模拟出与观测相似的飑线发展过程,即对流从山东省南部开始、飑线弓形回波在江苏北部成熟和在江苏南部消亡的过程。而在08时开始的试验中(对比试验),没有能够模拟出与观测相似飑线发展过程,降水范围和飑线水平尺度偏小,对流强度明显偏弱,时间上比控制试验更晚。分析发现,FNL资料中的相对湿度低于观测,通过增加低层水汽,可提高模拟效果,对流触发时间也与观测更加接近。在加入地面自动气象站资料的敏感性实验中,对流触发时间比控制试验提前1 h,可模拟出与观测相似的飑线发展过程。因此,低层水汽对这次飑线过程模拟具有重要影响,在飑线数值模拟中加入地面自动气象站加密观测资料可有效提高模拟能力。      

浙北地区一次飑线天气的数值模拟分析

利用NCEP1°×1°的再分析资料对2014年3月29日发生在浙北地区的一次飑线天气过程进行诊断分析,并用中尺度数值模式WRF3.2.1对该过程进行数值模拟。结果表明,高空槽、低层冷涡和地面气旋为这次飑线天气的主要影响系统;K指数和θse等值线反映了浙北地区大气层结的不稳定性。此外,WRF模式基本上能模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征。数值模拟结果显示,低层正涡度,高层负涡度的配置有利于强对流的产生和发展;850hPa的流场特征能够很好地分析出飑线系统经历发生、发展到消亡的演变过程。     

对两个飑线个例的数值试验

近年来随着观测手段的提高、计算机的发展以及中尺度试验计划的实施,中尺度数值模拟有了长足的进步。本文讨论了对1982年6月17日苏北飑线、1975年6月5日北京飑线所进行的数值模拟。限于计算条件,主要模拟飑线系统的产生及其机制。     

飑线组织化过程对环境垂直风切变和水汽的响应

利用ARPS模式对飑线发生发展过程进行二维理想数值试验,讨论了低层环境垂直风切变和水汽条件变化时,飑线内部物理因子配置变化及其与系统强度演变的联系。研究表明,飑线发展过程中出现的动量、热量和水汽的再分配过程,造成系统内垂直环流结构和扰动温湿场分布发生变化,从而影响系统内部深对流的组织化过程和飑线强度的发展。基于低层环境垂直风切变和水汽两个要素的敏感性试验研究表明,低层环境垂直风切变增大（减小）时,飑线移速减慢（加快）,冷池前沿激发的新对流与中高层的垂直运动相互贯通（分离）,飑线系统强度随之增强（减弱）。此外,当低层水汽增加（减少）时,会导致输送到中层的水汽增加（减少）,中层凝结潜热释放增多（减少）,该层垂直运动增强（减弱）;同时,飑线系统区域环境释放的对流有效位能（CAPE）增大（减小）,新生对流的强度增强（减弱）。低层水汽条件通过水汽输送和能量释放,改变冷池前沿新对流与中高层垂直环流的组织化结构,从而影响飑线强度。