雷达反演潜热在华南区域数值模式汛期短时临近降水预报的应用试验

为了评估潜热对短临降水预报的影响,基于雷达反演潜热的基础上,以2014年3月30日的强降水个例和2013年5月的31天为样本,进行了初值有无引入潜热释放引起位温增量的批量试验。(1)强降水个例模拟试验发现,初值引进潜热后预报的12 h累积降水中心与实况一致,预报的前4 h雷达反射率从范围、强度上更接近观测的反射率,逐小时TS比无潜热试验要高。(2)诊断分析表明模式初值引进潜热后,调整降水区域上空大气的温度结构,订正或加强次级环流,触发对流不稳定能量释放,利于成云致雨。(3)批量对比试验反映初值潜热对前12 h逐时降水预报一直保持正影响。      

潜热能场在阿勒泰市大降水过程中的作用

根据能量天气学原理及不稳定理论，选择表示大气潜在不稳定能量大小的物理量──潜热能，计算了大降水前期和产生时的潜热能场，着重分析了潜热能场的空间分布特征和不同类型影响系统下大降水对应的潜热能场的量值指标及降水落区。     

南海季风区冰相相变潜热对中尺度对流云和降水影响作用的数值模拟研究

利用可分辨云模式及中国南海北部试验区加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场模拟分析了1998年5月15日至6月11日中国南海北部地区中尺度对流系统(Mesoscal Convective System,简称MCS)中冰相相变潜热对云和降水、辐射传输以及大尺度环境场的影响作用。研究表明,冰相相变潜热总体上不会引起明显的大气辐射通量的变化,但会引起较明显的下垫面热通量的变化。凝华潜热释放显著地增加了大气稳定度,造成对流和下垫面热通量的减弱,从而导致地面降水减小10.11%。碰冻潜热释放也使得大气稳定度增加,不利于中尺度对流系统对流的发展,区域累积降水量减小2.2%。融化潜热的冷却效应,使得融化层以下的大气降温,从而增加了低层大气的不稳定性,有利于海面热通量的输送,导致MCS降水增加4.1%。因此,冰相相变潜热对降水的影响主要是通过影响大气环境稳定,进而影响洋面感热通量和潜热通量的垂直输送和对流的发展,导致区域降水改变。     

2008年6月一次华南暴雨过程的云分辨模拟分析

GCE(Goddard Cumulus Ensemble)模式中体现了云与云之间的相互作用,以及云与周围环境、长波辐射及示踪气体等之间的相互作用.模式可通过云中的水凝物等微物理量描述云体的生命史(发展、成熟、消散),并在此基础上通过引入地面降水诊断方程对降水的发展过程进行分析,因而降水过程实际上是云的发展过程的体现.本文所使用的二维云分辨模式(2DCRM)就是GCE模式的二维版本.利用该模式对2008年6月10-15日的华南暴雨过程进行模拟,分析了主要降水时段地面降水收支及热量收支在不同降水发展阶段的特征.模拟结果表明,在降水初始阶段,主要由局地大气增湿和水汽辐合率减小来抑制降水发展;在成熟阶段,局地水汽变化、水汽辐合、地面蒸发和局地水凝物变化均有正的贡献,降水强度达到最大;在衰退阶段,降水强度减小的主要原因是水汽辐合显著减小.在降水性层状云区,降水主要来自于水汽辐合,水汽的主要消耗项是局地水汽增加;在对流云区,降水主要来自于水汽辐合与局地大气变干,水汽的主要消耗过程是水凝物生成并向降水性层状云区输送.初始阶段和衰退阶段的局地大气温度变化率相对较小,成熟阶段区域平均大气冷却达到最强,区域平均大气温度变化率主要受区域平均的热辐散率与区域平均的潜热释放影响.     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的 …

通过分析１９９８－０５～１９９８－０８再分析资料,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流,逐日资料则表现出下沉气流,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋     

基于变分客观分析方法的青藏高原试验区夏季对流降水过程热动力特征分析

本文利用基于变分客观分析方法的物理协调大气分析模型,构建了青藏高原试验区大气热力—动力相互协调的数据集,并通过该数据集对青藏高原试验区夏季深厚及浅薄对流降水过程的热动力特征进行分析,结果表明:变分客观分析后的垂直速度场能更好地与实际观测的对流降水过程相吻合;深厚对流降水期高云含量多,整层大气为较强的上升运动,上升运动可达100 hPa左右,浅薄期高云含量少,上升运动仅能延伸到300 hPa左右;两种对流降水过程中视热源Q₁在低层为冷却作用,高层为加热作用,在深厚期中高层Q₁存在两个加热中心,中层受较强的水汽凝结释放潜热加热所影响,高层主要受过冷云水凝结成冰晶形成高云时释放的热量所影响;在浅薄期中高层Q₁只存在一个加热中心,大气的加热主要来源于水汽的凝结潜热释放;深厚对流降水期视水汽汇Q₂的加热作用可以延伸到200 hPa,而浅薄期仅到340 hPa左右。     

夏季季风降水凝结潜热释放效应对西太平洋副高形成和变异的影响

通过分析 1 998- 0 5～ 1 998- 0 8再分析资料 ,得知夏季西太平洋副高的准定常结构和瞬变结构有着显著的不同。月平均西太平洋副高中心为上升气流 ,逐日资料则表现出下沉气流 ,下沉气流主要是由西太平洋副高北侧雨带中降水潜热释放效应所致的上升气流在高空下沉产生的。据此认为夏季中国华东、华南地区的季风降水凝结潜热释放所致的上升气流在西太平洋副高中心区的下沉运动是西太平洋副高维持和发展的重要原因。将逐日西太平洋副高面积、西伸指数与对流降水率资料进行了滞后相关分析 ,结果表明西太平洋副高的西伸与外围雨带之间存在着显著的相互影响。     

2010年6月中旬浙闽赣地区暴雨特征和冰云热力效应的数值模拟分析

以2010年6月19日发生在浙闽赣地区的一次强降水过程为例,利用中尺度WRF模式进行模拟,用模拟资料对该地区降水收支特征和冰云热力作用进行分析。依据局地水汽/热量变化项、水汽/热量辐合辐散项和云凝物辐合辐散项这3个因子可将降水分为8类,其中局地水汽变干和大气变暖、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水强度(雨强)最强,而局地水汽变湿和大气变冷、水汽辐合和热量辐散以及云凝物辐合时,降水覆盖率最大。冰云热力效应包括辐射和潜热两部分。基准试验与敏感性试验对比分析表明冰云辐射减弱降水,而冰云潜热增强降水。热量收支对比分析发现冰云辐射造成辐射冷却的减弱在对流层中低层随高度增加,减弱大气不稳定和降水;而冰云潜热造成潜热增强在对流层中高层随高度减小,增强大气不稳定和降水。     

一次中期天气过程的大气环流空间结构分析

2004年 7月 1～11日黑龙江省出现了长达 11d的降水天气,对处于严重干旱状态的黑龙江省,尤其是齐齐哈尔、大庆、佳木斯的重旱区,无疑是一场喜雨,解除了大部分旱区的旱情.对产生这次降水天气的大气环流空间结构、演变特征进行了分析,发现能够出现长时间降水的主要原因是高空极地冷空气积聚能量于贝加尔湖附近,然后东移至黑龙江省和吉林省处成为冷涡,并少动,从而造成该区域的长时间降水天气.而低空流场、地面气压场有三次低压系统与高空冷涡配合,其中有两次低压系统是从海上加强后,亻并入冷涡的.环流场的垂直结构还反应了 100 hPa以下的各层均为一致性的低涡系统,尤其是 500hPa～ 200hPa之间,这表明该次系统是深厚稳定的,这样深厚稳定的系统是持续多水的根本原因.从 1～ 10个波的能量释放、动能、角动量变化分析,对黑龙江省这次降水有突出贡献的波是 4波和 8波.     

热带测雨卫星综合探测结果之"云娜"台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。     

2000年西安地区夏季降水过程能量分析

利用西安08时单站探空资料,做925～300hPa总温度Tt和饱和总温度Ts减总温度Ts-Tt分布表,对2000年6～8月4次全区性大雨以上大降水过程进行分析,得出:西安地区产生大雨以上的降水过程,除了有利的天气形式配合外,还与当地大气中有大量的能量聚集,有高温、高湿空气的存在密切相关;Tt和Ts-Tt分布表很好地反映出了一地能量聚集和释放的过程,是制作夏季降水预报一种很好的工具.     

2008年7月28日玉树低涡降水过程分析

高原低涡降水是高原上5-8月高原主体降水产生主要天气系统之一,利用2008年7月29日玉树地区一次低涡过程的实况资料,分析过程前与过程期间500hPa环流形势、地面变压场、水汽条件以及云的演变等,总结出这次过程是在副高西伸脊点维系的大环流背景影响下,切变线东移过程中开始变性,配合季风低压水汽输送和高原动力作用生成的一次低涡过程。低涡生成的最初动力因子,是边界层内风场的辐合作用及相应垂直运动发展,地面潜热在发展阶段贡献也比较大,而凝结潜热的释放是低涡初期形成的主要能量源泉。     

陆面过程对气候影响的数值模拟:SSiB与IAP/LASG L9R15 AGCM耦合及其模式性能

利用陆面过程模式 SSi B与 IAP/LASG发展的 L9R1 5AGCM的耦合 1 0 a积分试验 ,研究了全球尺度大气与地表的水分和能量交换以及陆地与大气环流和气候的相互作用。模拟表明 :SSi B模式可模拟出陆地上较为真实的表面通量及其日变化 ,较好地定量描述土壤 -植被 -大气连续体系 ( SPAC)中能量和水分的传输过程。因此 ,将其引入气候模式中能够模拟出比 CTL- AGCM更合理的气候平均状态、水汽分布以及水汽输送的气候特征 ,特别是亚洲夏季风水汽输送独特的地域性 ,再现了大气环流 ,尤其是陆面气候的基本特征。并指出 ,陆面过程参数化的引进及其陆面状况的变化显著地改善了全球陆地上的水分平衡状况。利用改进的再循环降水模式 ,进一步研究了陆面过程参数化明显改进降水模拟的物理机制。指出全球陆地 ,特别是盛夏北半球干旱、半干旱地区的再循环降水率明显减小 ,与陆面上表面潜热通量的显著减小区一致 ,从而克服了许多未耦合陆面过程的 AGCMs因对地表水过程非常简单地参数化导致的普遍存在着整个陆地降水偏高 ,改善了全球陆地上的水分平衡状况。因此 ,在充分耦合的陆气环流模式中模拟的降水分布与实况接近。     

RegCM3模式对江淮流域梅雨期降水和环流形势的模拟性能检验

利用区域气候模式RegCM3对江淮流域梅雨期的降水和大气环流进行10 a的数值模拟,通过与再分析和观测资料的对比,评估RegCM3对江淮流域梅雨期降水和大气环流特征的模拟能力。数值模拟结果的分析表明,RegCM3能够较好地模拟出江淮流域梅雨期大气高低空环流的基本配置、相应的强湿度梯度和弱温度梯度等基本特征以及江淮流域上空的假相当位温湿舌和其北侧的强梯度带,从而较为合理地再现了梅雨期雨带的位置。与此同时,模拟结果的不足主要表现在模拟的梅雨锋强度偏弱,对流不稳定能量释放位置偏南,江淮流域降水偏少,华南地区降水偏多。     

青藏高原东南部夏季深对流加热研究

文章利用1948～1999年NCEP／NCAR全球深对流加热率再分析资料和1951～2001年全国160站月平均降水量研究了中国区域夏季深对流加热分布状况，青藏高原东南部夏季深对流加热较强，是潜热释放较多和深对流活动旺盛区域；青藏高原东南部深对流加热率与长江中下游地区降水的相关分析也表明，夏季青藏高原东南部深对流活动对长江中下游地区夏季降水偏多有重要影响，可以为长江中下游地区夏季降水提供水分和能量。     

单块积云对环境大气能量的转换和输送

本文建立了一个二维弹性积云数值模式,利用西太平洋考察的平均探空资料,采用能量学方法,讨论单块积云对环境大气能量的转换和传输,为积云参数化提供依据。 文中计算了积云发展演变过程中各种形式的能量的变化。结果表明在云演变过程中释放的凝结潜热是积云发展的主要能量来源,但积云对大尺度的反馈主要不是凝结潜热直接加热大气,而是通过对流及蒸发等过程使积云对流影响的整个区域内大气位势不稳定减小,而离云较远的地区层结变得更不稳定。     

青藏高原雷暴弱降水云微物理特征的卫星反演分析

选取青藏高原3个雷暴弱降水过程,以极轨卫星反演云微物理特征分析方法为主,结合地面实况和探空资料,探讨了云微物理特征及这类雷暴形成的可能原因.结果表明:(1)这类云的云底温度较低,为0℃左右,离地面1～2 km,属冷云底的对流云.与暖云底(云底温度15～20℃)相比,冷云底导致云中的水成物少,释放潜热少,这可能是该区域强...     

黑河实验的一些研究成果

本文回顾了黑河实验的执行情况，总结了到目前为止的主要研究成果?得到了干旱地区陆面过程地表参数，地表能量平衡特征和湍流通量参数化的结果，同时得到了干旱地工我陆面过程的物理机制同湿润地区有质的差异这一认识；同湿润地区不同，干旱地区地表蒸散和植被过程并不是地表能量平衡中的控制因子，因为感热并不输送到自由大气仅是大气边界层的强迫因子；而潜热输送给自由大气并且潜热的释放是大气环流的主要能源，但干旱地区很少或     

用气象卫星图像资料估计降水强度的方法

降水是天气预报业务工作中重要问题之一,因为它与日常生活、国防和国民经济建设,尤其是农业生产有十分密切的关系。同时,降水本身在气象研究工作中也占有重要地位。就整个地气系统的热量交换来说,通过降水释放潜热,把下垫面的热量输送给大气是一种主要的形式。因此全球降水量的分布是研究大气环流基本的资料之一。近年来的研究工作表明,象台风和气旋这样的天气尺度系统在其发生、发展和衰亡过程中,凝结潜热的释放也是十分重要的,降水分布反映了这种加热场的分布型式。降水强度的大小又是上升气流大小的一个很好的指标,因此也是向上质量输送的一个很好指标。     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次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，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。