"98.5"华南前汛期暴雨的非静力数值模拟和中尺度系统分析

为了对华南暴雨进行深入的数值模拟研究,在对1998年5月23～24日(简称“98．5”)华南暴雨进行天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟。数值模拟结果和客观分析结果的比较表明,模拟结果可以再现造成暴雨的大、中尺度环流条件。造成此次暴雨的中尺度系统具有暖心高湿结构,高空辐散,低空辐合及对应的强上升运动和气旋性涡柱是造成这次暴雨的动力学机制,低空偏南气流对这次暴雨的产生和发展起着重要的作用。模拟的降水中心与观测的较接近,位置略偏南、偏西,雨量略小,但降水时段和雨区模拟较好。降水发生在喇叭口等有利地形;高低分辨率的地形资料对本次降水的模拟结果影响不大。     

山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强,在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中,强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体;在弱高空辐散场下,从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子,其时空演变特征与中尺度云团变化一致,与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展,低涡南部有暖湿气流入流,北部有干冷气流流入,比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布,是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布;低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用,导致强垂直运动发展并维持,是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

低涡与急流对"04.9"川东暴雨影响的分析与数值模拟

2004年9月3日～5日川东出现了大范围的强暴雨过程,本文分析了这次暴雨过程的云图特征和环流形势,并利用MM5中尺度数值模式对本次暴雨进行了二重嵌套模拟,分析及模拟结果表明,本次降水过程与中尺度云团、高低空急流和对流层中低层涡旋活动密切相关,同时还与副热带高压活动和“桑达”台风活动相关。盆地涡出现在低空急流的左侧,而川东强降水发生在高空急流的南面、低涡东南侧与西南低空急流大风出口区之问。盆地正涡度维持有利于盆地上空垂直上升运动的发展和维持,对暴雨的发生提供了动力条件。垂直上升运动是高低空急流和盆地涡联系的纽带,也是盆地涡动力驱动的结果。分析结果还表明,西南低空急流在暴雨出现前建立,暴雨和盆地涡同时出现,而暴雨、低空急流和盆地涡几乎同时减弱。高空急流在过程前和过程中是逐步加大,当高空急流出现剧减时,预示暴雨即将结束。     

中β尺度系统造成的大暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用T106资料和MM5V3．5中尺度非静力模式对2002年6月8—9日发生在陕西和四川东北部的一次突发大暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。模拟结果表明：在有利的大尺度环流形势下，中α尺度切变激发的中β尺度系统是本次暴雨的直接引导系统。进一步诊断分析揭示了中β尺度系统的动力场和热力场之间具有一种强耦舍机制：中β尺度系统是在低空急流带上发展起来的，垂直上升运动与近饱和湿空气柱及涡散柱互耦，低空对流不稳定层结的发展触发了强烈的垂直上升运动。模拟结果表明模式能很好地模拟中尺度对流系统的整个发展过程和降水雨带，细网格模拟的降水量与实况比较接近，分析结果可为中尺度暴雨预报提供参考依据．     

贵州一次大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5V3.5,对2005年5月31日至6月1日贵州省发生的一次大暴雨天气过程进行数值模拟,并利用模拟结果对该过程进行诊断分析。结果表明:模式较好地模拟这次大暴雨过程,并对与暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展做出了较成功的模拟,此次过程中,西南涡是造成大暴雨的主要影响系统。对中尺度系统的模拟表明:强降水与强上升运动区及正涡度区有很好的对应关系,低层辐合、高层辐散、西南低空急流、垂直运动增强等是此次暴雨维持和发展的重要机制之一。强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水的强弱与辐合的强弱变化一致。     

一次华南持续性暴雨的动力诊断分析和数值模拟

利用倾斜涡度发展（slantwise vorticity development,SVD）理论,对2008年6月中旬华南地区持续性暴雨进行了动力学机制的诊断分析,讨论了低空急流（10wleveljet,Lu）在低涡发展过程中起的作用,同时利用MM5数值模式对暴雨过程进行了验证并对模拟结果进行了进一步分析。结果表明,高原低涡的发展是前期广西地区降水的主要动力因素,由于湿等熵面相对地形倾斜,且气块沿等熵面有相对运动,同时满足热力学参数CM〈0的条件,使得SVD发生作用,导致低涡移出高原后得到进一步发展;而LLJ的增强改变了大气斜压性,是后期低涡继续东移发展,并造成广东地区持续性暴雨的重要原因。数值模拟控制试验结果很好地反映了这次低涡降水的发展过程。敏感性试验结果初步表明,LLJ改变了低层大气稳定度和风的垂直切变,即大气斜压性增强,从而促进了中尺度低涡的进一步发展。     

中尺度西南涡、切变线对“07.7”贵州西部暴雨影响的分析与模拟

2007年7月30日贵州西部出现了大范围的强暴雨过程,本文分析了这次暴雨过程的云团特征和环流形势,并利用PSU/NCAR的MM5中尺度数值模式对这次暴雨过程进行了数值模拟,重点研究这次暴雨发生、发展和移向的物理机制。结果表明:这次暴雨过程与中尺度云团、中低层西南涡、切变线、南支槽和中低空急流活动密切相关,同时还与西太平洋副热带高压活动相关。位于四川东部至重庆西部的西南涡、切变线出现在中低空急流的西北侧或西侧,而贵州西部强降水发生在西南涡、切变线南侧与急流交汇处。高、低空正涡度中心在贵州西北部地区上空的叠加、耦合是该西南涡、切变线持续发展的主要物理机制,为暴雨的发生提供动力条件。垂直上升运动是中低空急流和西南涡联系的纽带,也是西南涡动力驱动的结果。西南涡、切变线和中低空急流在暴雨出现前建立,而暴雨、中低空急流和西南涡、切变线几乎同时南移减弱,预示贵州西部暴雨即将结束。     

一次江淮大暴雨过程中尺度系统结构分析

本文应用观测资料和中尺度数值模拟结果对1999年6月23日发生在江淮地区一次梅雨锋暴雨过程进行研究，揭示了影响这次暴雨过程的物理条件、云团的演变特征及与中尺度系统的关系，分析表明，在暴雨生成和发展过程中，多个中尺度云团在相继生成和移动发展，暴雨中心是几个发展较强的中尺度对流云团造成的，西南风低空急流为暴雨提供了水汽输送，并且通过强垂直运动向对流层中上层输送水汽，这次暴雨与中尺度系统发生发展有直接关系，西南涡分裂出一系列的小涡旋，这些小涡旋边向东移边减弱，并且同时在地面上引发小低压，这些中尺度低压增强低空水平辐合，成为触发不稳定能量的机制，低空急流中心与雨区相互对应，且急流风速增强，风速水平切变梯度增大的过程对应着强降水过程。     

一次大暴雨雷达回波特征及数值模拟

利用NCEP再分析资料和天津多普勒雷达等资料,对2008年7月14—15日发生在河北唐山及天津一带的暴雨过程进行了分析,并通过MM5数值模拟阐述了雷达资料分析的正确性。结果表明:此次大暴雨发生在中低纬天气系统相互作用的背景下,700hPa高空槽、850hPa低涡及地面中尺度辐合线是引发此次暴雨主要影响系统;低空急流是暴雨主要的水汽来源;低空辐合高层辐散、锋面抬升是暴雨系统发展的动力机制;对流层中部冷空气活动引起的西南低空急流脉动与暴雨的增幅有密切关系;涡旋状和带状回波是主要降水回波。     

一次局地大暴雨过程的数值模拟和诊断分析

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2002年8月15-16日发生在江苏启东附近的一次局地大暴雨过程进行了数值模拟,较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量,以及相关的中尺度系统的发生、发展过程.探讨了中尺度涡旋、局地环流对这次暴雨过程的影响,结果表明,中尺度涡旋对暴雨的发生起了至关重要的作用,局地环流的存在,也有利于降水的发生.     

华南一次特大暴雨诊断分析及数值模拟

用NCEP/NCAR再分析格点资料对2009年5月23-24日发生在华南的特大暴雨过程进行了诊断分析,并利用中国新一代GRAPES模式进行了数值模拟研究。结果表明：副高稳定维持,西侧偏南气流引导季风云团北抬;水汽来源主要为孟加拉湾西南气流和南海东南气流,水汽辐合主要集中在925hPa-850hPa,具有明显日变化特征;垂直上升运动提前约6小时于强降水的出现,暴雨中心位于最大垂直速度中心附近。模式成功模拟了暴雨过程的雨带分布及环流形势演变,显示中尺度涡旋是造成暴雨的主要影响系统,其不仅造成陆地的低层辐合高层辐散,还为暴雨区提供了正涡度,促使2个中α尺度对流系统的生成和发展东移,直接导致暴雨的发生。     

梅雨锋暴雨的Doppler雷达观测研究:边界层中尺度涡旋系统

使用南京气象学院的Ｄｏｐｐｌｅｒ雷达资料分析了１９９１年７月９日的江淮梅雨锋大暴雨过程。结果表明：当天的大暴雨与边界层中尺度涡旋系统活动密切相关,同时揭示了暴雨区大气低层的气流垂直结构特征。     

一次大暴雨过程中高原低涡与西南低涡相互作用机制探讨

对2007年7月16-19日高原低涡东移形成的川渝地区大范围大暴雨过程,利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、FY-2C TBB云图资料和T213分析场资料,采用天气动力学和中尺度诊断方法,分析了大暴雨的形成机制.结果表明:此次大范围大暴雨过程是高原低涡诱发西南低涡发展从而形成耦合系统造成的,其垂直上升运动气柱和涡柱的耦合发展与维持是低涡发生发展并产生持续性强降水的动力机制,对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是低涡发展并形成持续对流性降水的热力层结条件.     

一次东北冷涡暴雨数值模拟及动力诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2009年6月18-19日黑龙江省西南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,并利用WRF中尺度模式对暴雨过程进行数值模拟,分析产生暴雨的天气尺度和中尺度特征。结果表明：此次暴雨是由东北冷涡前部的暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡使冷涡移动缓慢,使冷涡系统影响时间长,降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合上升,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。低层强辐合区与高层强辐散区重叠,易产生强烈的上升运动,有利于深对流的发展和中尺度系统的生成及维持。暴雨是由暖锋云带中多个对流云团的发展移动造成的,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展和维持提供了有利条件。数值模拟结果显示此次暴雨是由两次中尺度切变线先后在同一区域的发展和移动造成的;切变线上存在与暴雨关系密切的中尺度垂直环流。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

长江中游一次大暴雨的中尺度分析

通过对2003年7月8日发生在长江中游的一场大暴雨进行中尺度分析,初步研究了暴雨的形成及发展过程,总结了暴雨的产生与中小尺度系统的关系,着重阐述了低空急流在暴雨形成中的作用,以及在低空急流左侧强正涡度中心附近形成中尺度涡旋,激发暴雨云团等。     

Coupling effect diagnoses of quasi-stationary mesoscale vortex in Guangxi rainstorm process of China

The mesoscale weather system which affected the Guangxi flash-flood-producing rainstorm of China in June 2008 is a quasi-stationary mesoscale vortex. Its genesis and development is closely related to the coupling effects of weather systems in different scales and different latitudes. On the one hand, the coupling of synoptic scale high- and low-level jets provides the environmental conditions for development of vortices and vertical circulations in the mesoscale vortex; On the other hand, the coupling of waves in mid-latitude westerlies and perturbations in low-latitude warm-moist flow under the influence of complex terrain makes the mesoscale vortex circulations strengthened. With the piecewise potential vorticity (PV) inversion method, PV anomalies in different regions are analyzed; also the vortex-vortex interactions and vortex-background flow interactions are diagnosed. Thus, the reasons why the mesoscale is quasi-stationary at first, while developing and deepening later are indicated. Under the condition of coupling effects, the vertical motions accompanied with the mesoscale vortex can be diagnosed with the PV-ω inversion system based on the analysis of quasi-balanced flow.