中纬度气旋冷峰中云和降水的中小尺度结构

近几年来,人们越来越认识到,进一步搞清楚降水过程和提高降水预报水平的关键问题,是应该对中尺度系统及其与大尺度(如天气尺度)、小尺度(如对流尺度和微物理尺度)之间的相互作用有更深入的了解。对中纬度天气、降水起支配作用的温带气旋的特征是它具有所这有些尺度的有规则的空气运动、云和降水。     

多区域高分辨率模式强降水预报检验分析

利用气象大数据云平台中逐小时降水资料,基于目标对象检验法和邻域法,评估2019—2020年辽宁主汛期降水过程中中国气象局上海数值预报模式系统(CMA-SH9)、中国气象局中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)、中国气象局睿图东北数值预报模式系统(CMA-DB)的预报性能。结果表明:千米尺度或接近千米尺度的上述三个模式,在36 h时效内,对于累积强降水(12 h降水量≥50 mm)落区形态预报与实况有相似性,落区质心预报偏差一般在20 km左右。然而,预报落区与实况重叠的面积一般都在10%以下,个别情形下(如CMA-MESO对于气旋型降水过程)累积强降水落区预报与实况重叠度能够接近20%;位置偏离的直接结果是导致漏报率高(一般在75%左右,CMA-MESO模式漏报率略低,为10%～20%),其中高压后部型降水过程中累积强降水的漏报率超过80%,位置偏离也造成较高空报率。对于短时强降水(1 h降水量≥20 mm)预报,在方圆40 km内不计偏差情况下,各模式预报命中率平均在10%以下(最大值为9.2%),空报率平均为58.7%;三种降水类型中,模式对台风型降水过程的短时强降水预报性能最...     

金华地区汛期暴雨环流形势特征分析

暴雨是中尺度天气系统的产物,但许多数值模拟的结果表明,许多中小尺度天气系统的发生发展是在一些有利的天气尺度和次天气尺度背景场下产生的。天气尺度的低值系统一方面是它本身的辐合以及锋面抬升造成大范围的上升运动,产生范围较大而强度较小的天气尺度雨区,另一方面又为系统内部存在的、直接酿成暴雨的中尺度降水系统的发生发展提供了有利的环境场条件。这就为日常暴雨预报提供了一条有根据的预报思路:即可以跳过对中     

内蒙古河套地区一次大-暴雨过程分析

章应用T213数值预报产品对2004年7月25日内蒙古河套地区出现的大—暴雨天气过程进行了诊断分析。分析表明：本次大—暴雨过程是一个典型的高空切变与副高配合，结合地面河套气旋强烈发展而产生的，具有发展快、降水强度大、对流性明显等特点。进一步应用MM5V3中尺度数值预报模式进行模拟分析表明：河套气旋在降水中起到关键性作用，是主要影响系统。说明在充分研究分析天气形势的基础上．综合运用T213数值预报产品是做好内蒙古河套流域大—暴雨预报和服务的关键；应用MM5V3中尺度数值预报模式，可以进一步细化预报结论，提高预报服务效果。     

强对流天气资料同化和临近预报技术研究

强对流天气的精准预报依然具有极大难度和挑战性。为了提高强天气监测预报服务能力,"灾害性天气资料同化与临近预报系统开发"研究共开展了以下工作:研发了新的中气旋和龙卷涡旋特征识别算法,并在十几个龙卷风实例中成功地识别出龙卷涡旋特征;从多普勒天气雷达体扫数据中提取了诸多参数(超过20个),开展分类强对流天气(下击暴流、龙卷、冰雹和短时强降水)自动识别预警技术研究。快速更新循环预报系统可以有效地提高模式初值的质量,非常适合于短时天气预报应用。为进一步提高强雷暴预报的精度,提出了一种新的基于雷达反演水汽的"伪水汽"同化方法,以更好地初始化对流尺度的数值天气模式。旨在克服目前中尺度数值模式在对流尺度定量降水短时预报方面的不足,弥补基于"外推"的临近预报技术在2 h以上定量降水预报能力快速下降的缺陷而研发的融合技术具有提高短时临近降水预报能力的潜力。     

重庆市"5·29"暴雨天气过程诊断分析与数值模拟

在天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值预报模式MM5和双向二重嵌套网格技术,对2004年5月29~30日重庆市暴雨天气过程进行数值模拟。诊断分析表明,高空低槽产生的冷锋云系发展东移是产生此次暴雨天气过程的主要大尺度天气系统,由高空槽诱发产生的中尺度涡旋是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统。模拟结果与观测结果的对比显示表明,MM5中尺度数值预报模式能够成功模拟四川盆地东部的暴雨天气过程,同时揭示了高空槽东移过程中在重庆地区范围内产生的较强中尺度气旋性辐合和强烈上升运动促使了暴雨的产生。     

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。     

沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的改进与拓展

介绍了改进后的沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统的产品和运行情况。沈阳区域气象中心中尺度数值预报业务系统于1997年投入业务运行，目前已从最初的仅提供降水预报产品，发展到能提供降水预报、热带气旋路径预报、空气污染气象条件预报、人工增雨服务指导产品和城市环境气象业务预报所需的基本气象要素预报等多种业务所需的预报产品。业务系统每日两次自动运行，预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads绘图系统，进行图形显示，并直接进入区域气象中心局域网上的中尺度数值预报网页。目前，本系统的预报产品已经成为预报员每日必看的参考工具，经沈阳中心气象台评定，2002年汛期对辽宁省降水预报准确率已超过日本东亚模式。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

东北区域天气预报业务系统研究取得新成果

本刊讯特约记者徐凤莉报道辽宁省气集科学研究所和沈阳中心气象台的科研人员,经过两年的努力,研制的“东北区域中尺度数值预报业务系统”,去年年底通过了有关专家的技术鉴定。专家们一致认为,该预报业务系统技术路线正确,系统结构合理,预报产品使用价值高,在对东北地区的降水数值预报上达到了国际先进水平。东北区域中尺度数值预报业务系统是在引进美国PSU／NCAR第五代中尺度模式（MMS）基础上建立起来的具有东北地方特色的中尺度数值预报系统。该系统是我国第一个经中国气象局业务发展与天气司正式批准并投入业务使用的区域中尺…     

2005-07-10信阳特大暴雨天气过程分析

利用常规实况及T213网格点资料分析结果表明,2005年7月10日信阳市特大暴雨过程是在一定的大尺度环流背景下,各种天气尺度系统发生发展及相互作用造成的。东北到华北地区的低槽由竖转横再转竖,对特大暴雨的持续起到重要作用。地面气旋波频繁影响,使中尺度系统在暴雨天气过程中的重要作用得以充分发挥。数值预报产品对强降水的预报具有一定的指导作用,T213数值产品的垂直速度和涡度短期预报效果较好。     

中尺度数值天气预报的初步试验

通过用中尺度MM4模式对2004年11月14日到15日天气过程进行数值模拟预报试验,了解MM4模式和用数值预报模式进行天气预报的全过程。对MM4模式的初次应用表明,中尺度数值模拟及预报的研究在一般台站是可行的,中小尺度数值预报模式为今后发展地县精细化预报及中尺度过程诊断分析提供了良好的工具。     

2005-07-10信阳特大暴雨天气过程分析

利用常规实况及T213网格点资料分析结果表明,2005年7月10日信阳市特大暴雨过程是在一定的大尺度环流背景下,各种天气尺度系统发生发展及相互作用造成的.东北到华北地区的低槽由竖转横再转竖,对特大暴雨的持续起到重要作用.地面气旋波频繁影响,使中尺度系统在暴雨天气过程中的重要作用得以充分发挥. 数值预报产品对强降水的预报具有一定的指导作用,T213数值产品的垂直速度和涡度短期预报效果较好.     

海陆风和地形对一次弱天气背景下暖区特大暴雨的影响分析

利用区域气象站、海岛站、测风塔、风廓线和多普勒天气雷达等多种非常规观测以及NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料,对2017年6月22日凌晨广东西部沿海发生的一次预报失败的局地特大暴雨过程的成因进行了综合诊断,重点探讨了局地海陆风和地形(相互)作用对该过程的影响。结果表明:(1)暴雨发生在弱天气尺度环流背景下,华南地区无锋面和高空槽活动,边界层超低空偏南急流为暴雨提供了不稳定能量,不同性质下垫面的热力差异导致天露山山前形成海陆风(偏南)与偏北风的中尺度辐合线,致使初始对流在关键区触发。(2)偏南暖湿气流向北推进受阻后,在天露山地形强迫抬升下对流增强发展成中尺度对流系统(MCS),下垫面热力差异在山前强迫产生的中尺度垂直切变与降水之间可能存在正反馈现象,延长β中尺度对流系统生命史。(3)中尺度辐合线上不断激发的对流云团,形成降水的列车效应,导致了这场罕见的局地特大暴雨过程,凸显海陆风环流对本次暖区暴雨的重要作用。(4)该过程发生前,所有业务客观数值预报模式均未预报出明显降水,数值模式难以做出暖区尤其是弱天气背景下的暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。     

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。     

2020年辽宁省汛期多模式降水预报评估

基于7种数值预报产品,采用二分类检验和频率分布检验方法,对2020年5—9月辽宁省24 h降水预报、3 h降水量20 mm以上的强降水预报进行检验评估。结果表明：多数数值模式均存在降水预报频次偏多的误差特征,尤其是全球模式,对弱降水过程的过度预报特征更为明显。数值模式对24 h中雨量级降水的预报效果普遍较好,全球模式对强降水的预报效果较差。SHANGHAI、BEIJING中尺度模式对不同量级降水的预报效果总体好于其他模式,GRAPES＿3km中尺度模式的强降水预报频率偏高,SHANGHAI中尺度模式的降水极值预报强度偏大,ECMWF模式的各量级降水预报性能较均衡,对强降水也有一定的预报能力。中尺度模式对白天时段的强降水预报效果较好,但从初始时刻后第6～9 h的预报效果较差。数值模式对大范围强降水过程及小范围稳定性强降水过程的预报效果较好,对副热带高压后部小范围强降水过程预报效果较差,无法预报大雨以上量级降水。     

NWP产品在强对流天气诊断分析中的应用

利用ECMWF、T213、T106数值预报产品及各物理量场,对已知中尺度系统发生发展的大尺度条件,预报中尺度环流出现的统计概率进行探讨:首先将武汉中心气象台过去总结的强对流天气模型与数值预报产品中的环流形势进行对比分析,当所预报的环流形势满足强对流天气模型时,认为大尺度条件将会促进中尺度天气的发生发展。再对数值预报产品中的有关物理要素场和值进行诊断分析,当所诊断的结果反映出有中尺度次级环流出现或有利中尺度对流天气发生时,最后对强对流天气落区、落点及降水性质进行诊断分析。同时,还利用AREM中尺度数值模式对2002年7月21~24日过程进行诊断分析,预报效果较好。,通过诊断分析,得出了强对流天气落区、落点及降水性质与各要素之间预报场和值的关系,同时也为今后精细化预报提供了启示和参考。     

使用不同的天气尺度初值作强对流暴雨预报的差别及其原因

分别用暴雨开始前和暴雨刚开始两个探空时次的天气尺度初值场作1982年6月19～20日鄂东特大暴雨过程的中尺度模拟预报.前者相当成功,后者完全失败.探究其原因说明中尺度数值预报可以用天气尺度初始场的一个重要条件是模式初始时刻在关注的区域及其附近不存在即将造成或已经造成强降水的强中尺度扰动.如若不然,则可能由于模式起转(Spinup)的延误,实际存在的中尺度扰动对天气尺度变化的强大反馈作用不能体现,会使天气尺度的预报从一开始就显著歧离实际,其带来的结果不是中尺度时、空细节的预报误差,而是全区域性的预报失败.这个试验还进一步证实伴随暴雨的强非绝热反馈作用是暖切变型梅雨锋发展和准静止持续乃至周边区域形势维持的最重要的直接因子.