西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

西太平洋副热带高压控制下湖南一次短时强降水成因分析

在天气预报业务中,发生在西太平洋副热带高压控制下的短时强降水容易出现漏报。为加深对西太平洋副热带高压控制下湖南短时强降水的认识,探究其成因和触发机制,本文利用地面自动站、多普勒天气雷达观测资料及FY-2F云顶亮温、NCEP再分析资料等,针对2018年9月6日一次西太平洋副热带高压控制下的湖南短时强降水成因开展研究。结果表明:在强盛的西太平洋副热带高压脊区内,丰沛的水汽、较强的不稳定能量及一定的抬升条件可触发短时强降水天气。正午前,受弱冷空气侵入影响,低层切变配合地面中尺度辐合线引起近地面动力抬升,从而触发对流性降水;午后,受太阳辐射影响,地面气温达到对流触发温度,从而触发热对流。正涡度区及低层辐合区在降水发生后都向上延伸,有利于垂直上升运动的维持,但较典型汛期强降水过程的动力条件明显偏弱。环境风及其垂直风切变小,且雷暴单体移动缓慢,有利于强降水在同一地区长时间维持。     

一次复杂地形暖区强降水的特征及触发机制分析

利用常规观测资料、地面自动站降水资料、FY-2E云顶亮温资料及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对2012年8月16日20时—18日08时副高边缘复杂地形暖区强降水过程的环流背景、环境条件、中尺度特征及其触发机制进行分析。结果表明:暖区强降水发生在四川盆地与青藏高原东坡的过渡带上,呈狭长带状,小时降水中心与MCS云团TBB梯度大值区对应较好。在南海台风西行及副高位置稳定的环流背景下,稳定的副高和近地层热低压阻止了西风带低值系统和地面冷空气影响龙门山地区,使大气高能高湿状态得以维持。同时冷、暖平流在龙门山上空交汇,使得大气层结不稳定性增强。龙门山对台风"启德"东北侧东南气流的强迫抬升最终触发暖区强降水。     

一次副高边缘特大暴雨的成因分析

利用常规资料,NCEP/NCAR的1°×1°每6h再分析资料和柳州多普勒雷达资料,对2017年7月9-10日发生在柳州一次副高边缘特大暴雨进行了分析。结果表明:高空槽、低空急流以及地面辐合线是这次过程的主要影响系统,副高脊线的稳定维持,使得暴雨区主要出现在柳州中北部;孟加拉湾与南海源源不断的水汽输送为这次暴雨提供了充分的水汽条件;地面弱冷空气的侵入增强了柳州上空的不稳定度,并在地面形成中尺度辐合线触发暴雨产生。地面中尺度辐合线的长久维持为强降水提供了动力抬升的条件,有利于强降水的维持;低质心、高效率的"列车效应"回波反复经过柳州市北部三县,造成了特大暴雨。     

对流温度在局地热对流降水预报中的应用

热对流降水是副热带高压控制下常见的一种天气现象,突发性强且时空尺度小,是目前天气预报业务中的难点。本文尝试使用对流温度（Tc）预报热对流降水。首先改进了 MICAPS3中Tc 的算法。然后使用2004—2013年7—8月南京站的探空和地面观测资料,探讨了在副热带高压控制下时使用Tc 预报热对流降水的可行性。结果表明,南京站热对流降水发生的气候平均概率约为1／6;热对流降水的发生概率随日最高温度（Tmax ）与Tc 的差值先增大后减小;当Tmax比Tc 低0．5℃以上时,发生概率低于平均概率;当Tmax比Tc 高0．5～1．5℃时,热对流降水的发生概率最大,达到了40％。Tmax＞30℃、Tmax－Tc＞－3．5℃是副热带高压控制下的热对流降水发生的两个必要条件。另外,对34个热对流降水的统计表明,热对流降水主要出现在每日13—18时,平均持续时间为50 min,平均降水量为7．8 mm。     

2021年河南省一次罕见暴雨过程的降水特征及成因

基于河南省119个国家自动站逐小时降水观测资料、欧洲中期天气预报中心逐小时大气再分析资料（ERA-5）、美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海温资料对2021年7月17～22日河南省发生的一次历史罕见的极端强降水事件（简称“21·7”暴雨）的降水特征、大气环流和物理量场进行了较为详细的分析,并对比了河南历史上三次暴雨过程。结果表明：（1）“21·7”暴雨过程在1 h最大降水量、3 h最大降水量、6 h最大降水量、1 d最大降水量、3 d最大降水量和过程累计降水量方面均表现出显著极端性。（2）高层南亚高压与东海附近低涡稳定共存,中层副高稳定偏北偏强,与大陆高压形成对峙,使得天气形势稳定,为河南地区极端强降水的发生提供了背景条件。低层西太平洋副热带高压南侧东风气流与台风“烟花”北侧的东风气流相叠加,使得西太平洋到河南地区形成深厚的水汽通道,继而为河南地区极端强降水提供了充沛的水汽。（3）在“21·7”暴雨期间,河南地区水汽通量散度值为负且大部分地区的整层可降水量可达100 mm,整层水汽十分充沛。涡度和垂直速度场的大值区主要出现在太行山东麓临近...     

2009年秋季河南一次连阴雨天气成因分析

采用合成分析和动力诊断分析及统计方法,利用NCEP资料和常规气象观测资料对造成2009年9月6-20日河南省北中部地区15d连阴雨天气成因进行分析。结果表明：200hPa高空急流的出现并且维持,南亚高压的偏东偏北,副热带高压的偏西略偏北,以及边界层的东北风（或偏东风）,是造成此次长连阴雨天气的主要影响因素;200hPa东亚西风急流的正异常与对流层中上层（300hPa）的暖异常在动力关系上相互匹配;湿层浅薄,水汽条件不充沛,冷空气影响的层次偏低是造成连阴雨天气累计降水量偏小的可能原因;温度距平随高度递增使得高云量增加,是形成日照偏少、气温明显偏低的可能原因。     

2009年秋季河南一次连阴雨天气成因分析

采用合成分析和动力诊断分析及统计方法,利用NCEP资料和常规气象观测资料对造成2009年9月6-20日河南省北中部地区15 d连阴雨天气成因进行分析.结果表明:200 hPa高空急流的出现并且维持,南亚高压的偏东偏北,副热带高压的偏西略偏北,以及边界层的东北风(或偏东风),是造成此次长连阴雨天气的主要影响因素;200 ...     

基于时空图卷积的强对流降水临近预报研究

降水临近预报对于强对流天气的预报具有重要的支撑作用。气象业务中主要采用雷达回波外推方法解决此问题。然而,现有方法通常缺乏从序列雷达数据中有效学习的能力,导致预测精度不佳。为了解决这一问题,本文提出了一种改进的时空图卷积模型ASTGCN(A Spatio-Temporal Graph Convolution Neural Network)用于强对流降水的临近预报。利用时空图卷积网络,有效地捕获相邻雷达帧之间的时间依赖性。此外,利用注意力机制和自动编码器来增强模型捕获时空相关性的能力。结果表明,该模型可以从数据中发现隐藏的图结构,从而捕获隐藏的空间关系。与现有模型(Transformer)相比,该模型的临界成功指数(CSI)提高了28%,表明其在强对流降水临近预报方面具有优越的性能。     

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。     

A radar-based verification of precipitation forecast for local convective storms

Local flash flood storms with a rapid hydrological response are a real challenge for quantitative precipitation forecasting (QPF). It is relevant to assess space domains, to which the QPF approaches are applicable. In this paper an attempt is made to evaluate the forecasting capability of a high-resolution numerical weather prediction (NWP) model by means of area-related QPF verification. The results presented concern two local convective events, which occurred in the Czech Republic (CR) on 13 and 15 July 2002 and caused local flash floods. We used the LM COSMO model (Lokall Model of the COSMO consortium) adapted to the horizontal resolution of 2.8 km over a model domain covering the CR. The 18 h forecast of convective precipitation was verified by using radar rainfall totals adjusted to the measured rain gauge data. The grid point-related root mean square error (RMSE) value was calculated over a square around the grid point under the assumption that rainfall values were randomly distributed within the square. The forecast accuracy was characterized by the mean RMSE over the whole verification domain. We attempt to show a dependence of both the RMSE field and the mean RMSE on the square size. The importance of a suitable merger between the radar and rain gauge datasets is demonstrated by a comparison between the verification results obtained with and without the gauge adjustment. The application of verification procedure demonstrates uncertainties in the precipitation forecasts. The model was integrated with initial conditions shifted by 0.5° distances. The four verifications, corresponding to the shifts in the four directions, show differences in the resulting QPF, which depend on the size of verification area and on the direction of the shift.     

用GPS水汽监测资料分析一次强对流性降水过程

用江苏省地基GPS水汽监测系统得到的大气可降水量(PWV)资料,对江苏地区2009年夏季一次强对流性天气产生的降水过程进行了综合分析,分析了各时段GPS-PWV的变化特征和水汽的输送特点,并利用WRF中尺度数值模式对此次过程进行了数值模拟。结果表明:GPS-PWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时地反映大气中水汽的时空变化。通过对数值模式结果进行分析后,发现强盛的水汽输入及辐合上升、中高层弱冷空气的侵入活动、低层西南气流加强、对流不稳定层加剧等多种因素的共同作用是造成此次中小尺度对流性降水的主要原因。GPS-PWV提供的精确水汽变化结合数值模式所模拟出的动力、热力条件对于强对流性暴雨预报和降水区域判定具有较好的参照意义。     

对流边界层湍流通量及逆梯度输送参数化分析

"K"理论是众多气象预报模式中运用最广泛的湍流参数化方案之一,但无法解释"逆梯度"的输送,必须进行修正。最具代表性的修正方案有三种:方案Ⅰ(Deardroff方案)、方案Ⅱ(Holtslag和Moeng方案)和方案Ⅲ(刘烽方案)。本文利用香河的边界层观测资料对上述三种方案进行验证和比较,发现方案Ⅰ的结果在整个对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)呈系统性偏低,与观测不符;方案Ⅱ在CBL中上部能够再现逆梯度输送现象,基本能给出合理的湍流通量垂直分布,但在CBL的下部和上部与观测不符;方案Ⅲ的逆梯度项与高度有关,并在CBL中部达到最大,而其他两个方案中逆梯度项随高度不变。该方案不但在CBL中上部与方案Ⅱ的结果一致,并能合理表达整个CBL内的湍流通量分布,更接近观测结果。     

天津地区080625强对流天气过程的分析

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,利用NCEP/NCAR再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料对2008年6月25日天津的强对流降水过程进行研究,然后利用WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式对该次强对流降水过程进行数值模拟和诊断分析。结果表明：中尺度露点锋是该次强对流降水的重要机制,其对应的低层气流辐合所形成的强烈上升运动及相对应的强烈发展的对流云团,是此次天津强对流降水的直接影响系统;对流有效位能等参数的变化非常好地反映出此次强降水天气的发生和发展特征;较大的相对螺旋度与此次强对流天气的发生对应也较好。由此认为,中尺度露点锋锋生的动力学、热力学过程是此次强对流降水天气发生发展的重要机制。     

物理初值化与短时强对流降水数值模拟研究

ADAS(ARPS Data Assim ilation System)云综合分析采用的是一种物理初值化技术。本文以ARPS(Advanced Regional Pred iction System)云综合分析为基础,设计了一组非常规资料的应用试验,应用ARPS模式对一次典型的短时强降水个例进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在ADAS云分析中引入雷达及卫星资料可对湿度场的水平、垂直结构有一定的调整,改善了与对流降水有重要关系的高湿区的分析;(2)引入雷达和卫星资料的云综合分析,可以明显改善强降水发生时间相对迟缓以及模拟前期降水量偏少和降水覆盖面积偏小的现象,使模拟降水场与实际观测较为接近;(3)物理初值化能有效提取非常规资料中的云微物理信息,提高了模式初值质量,从而明显改善模式对强对流降水系统的短时模拟效果。     

A case study of mesoscale convective band (MCB) development and evolution along a quasi-stationary front

This paper presents a case study of mesoscale convective band （MCB） development along a quasi-stationary front over the Seout metropolitan area.The MCB,which initiated on 1500 UTC 20 September 2010 and ended on 1400 UTC 21 September 2010,produced a total precipitation amount of 259.5 mm.The MCB development occurred during a period of tropopause folding in the upper level and moisture advection with a low-level jet.The analyses show that the evolution of the MCB can be classified into five periods：（1） the cell-forming period,when convection initiated; （2） the frontogenetic period,when the stationary front formed over the Korean peninsula; （3） the quasi-stationary period,when the convective band remained over Seoul for 3 h; （4） the mature period,when the cloud cover was largest and the precipitation rate was greater than 90 mm h-1; and （5） the dissipating period,when the MCB diminished and disappeared.The synoptic,thermodynamic,and dynamic analyses show that the MCB maintained its longevity by a tilted updraft,which headed towards a positive PV anomaly.Precipitation was concentrated under this area,where a tilted ascending southwesterly converged with a tilted ascending northeasterly,at the axis of cyclonic rotation.The formation of the convective cell was attributed in part by tropopause folding,which enhanced the cyclonic vorticity at the surface,and by the low-level convergence of warm moist air and upperlevel divergence.The southwesterly flow ascended in a region with high moisture content and strong relative vorticity that maintained the development of an MCB along the quasi-stationary front.     

云滴数浓度影响混合型层状云降水的数值模拟

使用耦合了Morrison双参数微物理方案的中尺度WRF模式V2．2,对2008年1月25-29日发生在我国南方的冰雪天气过程进行了数值试验。在模式准确再现了此次天气过程形势演变特点的基础上,对模式微物理方案中云滴数浓度影响累积降水量的情况进行了敏感性试验,发现云滴数浓度对降水量的影响是复杂和非线性的。对此次天气过程中的微物理量进行了详细的分析,并从各种水成物粒子的发展演变上,讨论了云滴数浓度的增加在暖云和冷云两种降水机制上对降水产生的不同影响。结果表明,云滴数浓度越大,云水混合比就越大,云滴的尺度越小。雨滴对不同云滴数浓度的响应与云滴的情况相反,随着云滴数浓度的增加,雨滴数浓度减小,雨水也减少,暖云降水过程受到了抑制;冰晶和雪晶的数浓度的演变过程没有明显变化,而冰晶和雪晶的混合比是相应增加的,冷云降水过程得到了一定程度的增强。从本文模拟的个例来看,设置不同云滴数浓度所得到的总累计降水量的差异在1％以内。总的来说,增加云滴数浓度,降水量会减少。从比例上来看,增加云滴数浓度对暖云降水过程的抑制作用比对冷云降水过程的增强作用更为显著,但是在本文模拟的个例中,冷云降水过程占主导地位,减少的降水和增加的降水的绝对值在同一个量级上并且数值相近,它们相互抵消后得到的结果是降水量变化的绝对值大大减小了,这解释了增加云滴数浓度后模拟的总累积降水量变化不明显的原因。     

一个长生命期中尺度对流系统维持机制的分析研究

利用FY-2C多通道卫星云图、雷达资料和自动气象站记录等非常规观测资料,研究2008年4月12-13日形成于广西中部、移过广西东南部和广东西部到达南海的一个单独且生命期持续长达25 h的中尺度对流系统(MCS)的维持机制.水汽图(wV)分析显示4月12日14时前,对流层中上层存在一个明显的由湿变干过程,与此同时从红外(IR1)、中红外(IR4)和可见光(VIS)云图的合成分析中检测到低空有一条从北部湾延伸到广西东南部持续稳定的中尺度水汽输送带,在高空干区与低空湿区重合的广西东南部上空形成了强他势不稳定区,为MCS的形成和维持提供了有利环境条件.根据自动气象站记录分析结果,准静止锋在缓慢南移过程中连续抬升触发深对流而形成MCS,是一个典型的锋面抬升触发过程.分析表明,MCS能维持长生命期主要有利因素是:(1)在高空气流由湿变干的条件下,来自北部湾海面持续的低空中尺度水汽输送带给广西东南部提供充足的水汽、热量并形成大气位势不稳定层结,较长时间保持的位势不稳定层结为MCS的维持提供了有利环境条件;(2)稳定而持续缓慢南移的准静止锋在MCS西南边不断触发新的对流单体,这种后向传播方式触发的新对流单体并入MCS后,补充已减弱东移的旧单体,使MCS具有持续生命力.最后,给出了MCS的概念模型.