太行山东麓地面辐合线特征分析

由于太行山地形的影响,在河北中南部,地面存在着几乎定常的风向辐合,局地对流天气往往发生在地面辐合线附近。利用2007和2008年5—9月地面加密风场资料,分析了河北省中南部地面辐合线的逐时演变特征以及与局地对流降水的关系。结果表明,地面辐合线傍晚时分在保定西南部生成以后,沿太行山逐渐扩展,自西向东缓慢推移,强度逐渐加强,早晨前后形成近乎闭合的气旋式环流。依据逐次过程最强降水时次的风场,将地面辐合线分为7类;单纯由地形引发的地面辐合线一般不产生降水,即使造成降水,量级也比较小,也就是说,一般地形导致的辐合不会直接触发对流,只有在有利的天气系统配合下,才会产生较为剧烈的对流天气。通过对2008年7月下旬连续冷涡天气个例逐日的地面辐合线分析表明,无论何种类型的辐合线,对流天气首先出现在辐合线附近;在大尺度的环流背景下,利用逐时风场、温度场的发展演变,可以定性判断对流天气出现的时间、落区,以及强度等。     

一次强对流天气过程的分析

通过对１９９３年５月２７日发生在关中平原上的强对流飑线过程分析，得到一些全省的强对流天气预报的结论：地面副冷锋后流场辐合小扰动是一种触发机制，地形抬升作用是另一种触发机制。     

太行山地形对华北暴雨影响的数值模拟试验

利用高分辨率区域气候模式RegCM3对华北地区1996年夏季降水进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的夏季降水量日变化特征进行了比较,在此基础上,设计了太行山地形敏感性试验,模拟了太行山脉地形高度变化对1996年夏季发生在华北地区的3次典型暴雨过程的影响.研究结果认为,RegCM3模式能够较好地模拟1996年夏季华北地区雨带位置及主要降水过程,对3次典型暴雨过程中暴雨中心的落区及位置移动均有较好的表现,不足的是模拟的降水量偏大.地形敏感性试验结果发现,太行山地形对华北暴雨天气过程有着重要影响,但是对于不同型态的暴雨过程,地形的影响有不同表现.对于太行山区型暴雨,太行山地形的阻挡和抬升作用导致迎风坡和背风坡降水增加,而去掉地形后太行山两侧降水明显减少;对于回流型暴雨,降水系统从东北地区南部向西南方向移动,低层气流主要为偏东型气流,地形的存在对于降水系统的西移速度及降水落区均有重要影响,去掉地形后太行山东侧降水明显减少;对于东移型暴雨,降水从太行山南麓向东北方向移动,太行山脉对于环流形势的影响并不明显,因而仅影响降水强度,对降水位置影响不大.     

浙南一次冬季降雹过程分析

通过对971125冬季降雹的分析,初步揭示了浙南冬季降雹的热力和动力特点;并运用卫星云图研究了降雹云团的演变及路径情况。     

江西秋季一次区域性强对流天气过程的模拟分析

利用常规地面观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块,对2009年11月9日江西的一次区域性秋季强对流天气过程进行数值模拟,探讨了此次强对流天气过程发生发展的物理机制。结果表明:(1)江西省基本均处于K指数大于36℃高值区,具备热力不稳定能量,K指数很好地反映此次过程的热力条件;(2)强的垂直风切变,为此次强对流提供发展的能量;(3)Δt850-500达到26℃,具有强垂直温度梯度;(4)此次强对流过程中,对流层中高层的干侵入可以向下伸展至700 hPa高度层以下,有利于对流不稳定能量在低层的积聚,对流不稳定能量的释放可以将低层的暖湿气流向上输送至较高的层次,加强了强对流天气的发生。     

太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析

利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区获取的综合观测资料,从强对流单体出现的天气背景、降雹特征、雷达回波演变、大冰雹的形成机制及动力结构等方面对2018年5月12日下午发生于太行山东麓的一次强对流单体降雹天气过程进行了分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件,低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹过程的触发因素。通过对雹云降雹时段雷达回波具有超长“悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互衔接的0线（域）,主上升气流2次逆时针转弯增加了雹胚再入主上升气流区继续长成大雹的机会,据此勾画出了云体主上升气流框架及大冰雹的形成机制,表明冰雹在雹云中的生长有多种模式。      

豫西地形对一次强降水过程的影响分析

利用中尺度模式WRF 3.3.1模拟了2007年7月29日豫西山区强对流天气过程,并进行了地形高度敏感性试验。结果表明：模式能够很好地再现此次强对流降水过程,模拟降水范围与强降雨中心均与实况较一致。分析对比控制试验和地形敏感性试验结果可知,地形的改变能够在水平和垂直方向上影响环流形势,进而影响降水的落区和中心量级。地形升高和迎风坡梯度增大使近地面层水平风场辐合增强,中层上升运动明显增大,且低层的水汽通量增大,导致雨带横向范围和降水中心量级明显增大;而地形降低和迎风坡梯度减小使山脉对近地面层气流的阻挡作用明显减弱,低层水汽通量显著降低,中层辐合抬升运动明显减弱,迎风坡前强降水中心减弱甚至消失,而山脉下游降水则有所增强。分析地形高度与山前降水的定量关系可知,降水中心量级随着地形升高或降低相应地增大或减小,但二者并非完全的线性正相关。     

太行山地形对一次河北暴雨过程影响的数值研究

应用MM5模式对2000年7月5日河北省中南部的暴雨个例进行数值模拟及诊断分析,探讨了太行山脉对于河北省暴雨的影响.结果表明:降水分布在太行山东部迎风坡上,且强降水中心与喇叭口地形相对应,地形雨特征明显.在高分辨率模式模拟中,地形资料越精细,对迎风坡地形暴雨特征模拟能力越好.本次个例中低层东风越大,造成的迎风坡降水越强.近地面层受地形影响,气流表现为局地环流特征,随山脉的起伏,各物理场均有波动的特征.     

一次强对流过程的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式（IAP-CSM3D），模拟了2004年4月23日横扫湘中湘南大部分地区的飑线强对流过程的流场、雷达回波和含水量等宏、微观物理量的分布及其演变。分析了冰雹形成的微物理过程，结果表明，冰雹粒子主要由冻滴（CNfh）和霰（CNgh）转化形成，其中冻滴的贡献比较大，冰雹主要是通过撞冻过冷水过程（CLch、CLrh）长大。将多普勒雷达实测资料同模拟的气流结构进行比较可见，雷达观测到散度随高度的变化与模式模拟的气流结构一致；模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达观测事实相近。     

下垫面对郑州城市强降水的影响:城市化及地形影响的数值模拟研究

利用WRF-ARW中尺度区域数值模式耦合单层城市冠层模式(slab-UCM),采用ERA-interim 0.5°×0.5°再分析资料作为初始场和边界条件,对2016年6月5日郑州地区发生的一次强对流天气进行模拟,并通过改变下垫面的土地利用类型与地形高度数据设置敏感性试验,探究了城市化及郑州西北部山脉地形对对流性强降水过程的影响。结果表明:1)此次强降水过程主要受高层的低槽系统影响,前期的对流不稳定层结为对流触发提供了有利的热力条件;2)城市热岛效应能够改变下垫面的热力状况,有利于在城市地区激发更强的上升运动,使降水向城区集中;3)郑州西北侧山脉激发的重力波能够使郑州地区对流增强;4)山脉能够阻挡低层干空气向郑州地区输送,因此山脉高度的削减造成郑州地区低层相对湿度减小,使雨滴蒸发冷却增强,进而导致与降水相联系的冷池的增强,雨带移速加快,进一步导致累积降水的减少。     

基于背景法对太行山中段焚风特征的分析

利用石家庄2009—2018年逐小时气象要素监测数据,设计了一种新的焚风统计方法——背景法,对太行山中段的焚风特征进行了分析,并探讨了其与常规焚风统计方法的差异及其命中率问题。结果表明:①背景法可以有效排除大尺度天气系统和辐射对焚风统计结果的影响,可以确保焚风过程统计的精准性;②与常规焚风统计方法相比,焚风日分布特征改善明显,表现为上午时段焚风次数明显减少、夜间明显增多,新方法的结论更加符合石家庄当地焚风特点;③石家庄地区基于背景法的焚风统计命中率为100%,但在其下游地区,随着与山脉距离增大,焚风统计命中率明显下降。     

台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验

应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6),对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究,模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水,但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明,台风Rananim登陆期间,强回波带出现在台风移动的右前方,螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团;垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验,着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间, 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致,迎风坡降雨量增加,背风坡降雨量减少,地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间,地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带,高层为明显的辐散区;在中尺度环流场上,地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展,从而激发中尺度对流云团,形成中尺度雨团,造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用,可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显增强;当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间,地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大,位涡明显增强,从而造成台风涡旋的增强。     

夏季东天山中段一次强对流天气过程的数值模拟

利用常规气象观测资料、区域自动站观测资料和FY-2D卫星逐时TBB资料,采用WRF中尺度数值模式,对2011年夏季发生在东天山中段一次强对流天气过程进行数值模拟和诊断分析,研究了天山特殊地形对降水过程的动力结构、水汽输送和云降水微物理机制的影响。结果表明,西风气流东移时受东天山的阻挡,气流从东天山南北两侧绕流,北侧急流经博尔塔拉谷地越过北天山西段后,急流右侧气流反气旋转向形成北支气流;南侧急流遇吐鲁番地区反气旋系统阻挡而转向北进形成南支气流。两支气流受地形动力抬升在东天山中段北坡汇合,为此区域局地强对流降水的形成和发展提供动力条件,北支气流为主要的水汽供应源。高空西南气流引导的冰相云系与低层局地对流云在东天山中段北坡结合,分别持续提供冰晶和云水,促使云微物理过程发展旺盛,致使局地暴雨过程产生。     

Treatment of LBCs in 2D simulation of convection over hills

A series of idealized model simulations are analyzed to determine the sensitivity of model results to different configurations of the lateral boundary conditions (LBCs) in simulating mesoscale shallow convection over hilly terrain, In the simulations with steady thermal forcing at the model surface, a radiation condition at both boundaries is the best choice under high wind conditions, and the best results are produced when both the normal velocities and the temperature are treated with the radiation scheme in which the phase speed is the same for different variables, When the background wind speed is reasonably small, the LBC configuration with either the radiation or the zero gradient condition at both boundaries tends to make the numerical solution unstable. The choice of a constant condition at the inflow boundary and a radiation outflow boundary condition is appropriate in most cases, In the simulations with diurnal thermal forcing at the model surface, different LBC schemes are combined together to reduce spurious signals induced by the outflow boundary, A specification inflow boundary condition, in which the velocity fields at the inflow boundary are provided using the time-dependent results of a simulation with periodic LBCs over a flat domain, is tested and the results indicate that the specification condition at the inflow boundary makes it possible to use a smaller model domain to obtain reasonable results. The model horizontal domain length should be greater than a critical length, which depends on the domain depth H and the angle between gravity wave phase lines and the vertical, An estimate of minimum domain length is given by [(H-zi)/πU]√N^2L2x-4π^2u^2, where N and U are the background stability and wind speed,respectively, Lx is the typical gravity wavelength scale, and zi is the convective boundary layer (CBL)depth.     

1980－2018年山西省太行山南麓暴雨时空变化特征

基于1980-2018年山西省太行山南麓晋城市5个站点的降水资料,利用小波分析和Mann-Kendall方法,研究了太行山南麓暴雨时空变化特征。结果表明:39年平均年暴雨日数有0.9个,年际变化幅度较小。暴雨量与暴雨日数的空间分布并不一致,1980、1981、1982、1995和1996年暴雨日数较多。分析50-59、60-69、70-79、80-89、90-99、100以上6个暴雨量区间空间分布发现,暴雨的空间分布在不同区间并没有明显的趋同性。年暴雨降水量有不同程度的增加趋势,晋城市下辖5站暴雨量趋势均存在突变,突变时间存在差异,暴雨量在19811983年和19921995年为两个峰值时段,之后有所缓和。39年暴雨时间序列的小波波谱显示,太行山南麓暴雨呈现0~3 a、3~7 a、8~24 a等3类周期准振荡变化规律,各波动周期稳定性和显著性不同。3~7 a出现5个多少准周期振荡,该周期表现较为显著,8~24 a出现2个准振荡周期,且这两个周期非常稳定,具有全域性的特征。晋城市3~7 a的暴雨振荡周期和8~24 a特大暴雨振荡周期与现实非常吻合。     

Diagnosis of the forcing of inertial-gravity waves in a severe convection system

The non-hydrostatic wave equation set in Cartesian coordinates is rearranged to gain insight into wave generation in a mesoscale severe convection system. The wave equation is characterized by a wave operator on the lhs, and forcing involving three terms—linear and nonlinear terms, and diabatic heating—on the rhs. The equation was applied to a case of severe convection that occurred in East China. The calculation with simulation data showed that the diabatic forcing and linear and nonlinear forcing presented large magnitude at different altitudes in the severe convection region. Further analysis revealed the diabatic forcing due to condensational latent heating had an important influence on the generation of gravity waves in the middle and lower levels. The linear forcing resulting from the Laplacian of potential-temperature linear forcing was dominant in the middle and upper levels. The nonlinear forcing was determined by the Laplacian of potential-temperature nonlinear forcing. Therefore, the forcing of gravity waves was closely associated with the thermodynamic processes in the severe convection case. The reason may be that, besides the vertical component of pressure gradient force, the vertical oscillation of atmospheric particles was dominated by the buoyancy for inertial gravity waves. The latent heating and potential-temperature linear and nonlinear forcing played an important role in the buoyancy tendency. Consequently, these thermodynamic elements influenced the evolution of inertial-gravity waves.     

Airborne measurements of the impact of ground-based glaciogenic cloud seeding on orographic precipitation

Data from in situ probes and a vertically-pointing mm-wave Doppler radar aboard a research aircraft are used to study the cloud microphysical effect of glaciogenic seeding of cold-season orographic clouds. A previous study (Geerts et al., 2010) has shown that radar reflectivity tends to be higher during seeding periods in a shallow layer above the ground downwind of ground-based silver iodide (AgI) nuclei generators. This finding is based on seven flights, conducted over a mountain in Wyoming (the Unites States), each with a no-seeding period followed by a seeding period. In order to assess this impact, geographically fixed flight tracks were flown over a target mountain, both upwind and downwind of the AgI generators. This paper examines data from the same flights for further evidence of the cloud seeding impact. Composite radar data show that the low-level reflectivity increase is best defined upwind of the mountain crest and downwind of the point where the cloud base intersects the terrain. The main argument that this increase can be attributed to AgI seeding is that it is confined to a shallow layer near the ground where the flow is turbulent. Yet during two flights when clouds were cumuliform and coherent updrafts to flight level were recorded by the radar, the seeding impact was evident in the flight-level updrafts (about 610 m above the mountain peak) as a significant increase in the ice crystal concentration in all size bins. The seeding effect appears short-lived as it is not apparent just downwind of the crest.     

沈阳地区一次冰雹天气过程形成机制的数值模拟

应用中尺度MM5数值预报模式对2003年6月28日发生在沈阳地区的一次冰雹强对流天气过程进行数值模拟和分析,并与实况观测资料进行比较,成功地模拟出中尺度强对流天气系统演变规律,得出这次强对流天气过程的触发机制,为冰雹强对流天气的预报提供有应用价值的思路和方法。此次冰雹强对流天气过程主要是受深厚的低涡天气系统作用的结果,高低空急流的耦合、干湿空气间强的风垂直切变和上层干冷、下层暖湿的位势不稳定层结是此次冰雹强对流爆发的重要触发机制。