"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。     

近30年华南前汛期暴雨研究概述

对近30年来华南前汛期暴雨研究进行了较为全面的回顾,主要介绍了华南前汛期暴雨发生时中高纬大气环流、副热带高压、南亚高压和副热带西风急流等大尺度环流背景,亚洲夏季风、南半球冷空气活动以及越赤道气流在华南暴雨中的作用,华南暴雨的天气系统及主要特点,华南和南海北部低空急流的形成机制及其与暴雨的关系和对暴雨的作用,引发华南暴雨的中尺度对流系统形成机理及其物理图像,地形、海陆差异及下垫面特性等对华南暴雨的影响,有利于华南暴雨发生的主要云微物理过程等。最后,根据前人的研究成果,总结出华南前汛期暴雨形成的多尺度物理过程和概念模型,并提出有待进一步加强研究的科学问题。     

一次江淮暴雨高分辨率数值预报中云微物理方案敏感性分析

基于全可压非静力中尺度预报模式WRF,选取Lin、WSM3、WSM5、WSM6、Goddard五种云微物理方案和Kain-Fritsch积云对流参数化方案,对2017年6月10日的江淮暴雨过程开展高分辨率数值预报试验,重点研究了云微物理方案对强降水预报的敏感性。结果表明:Lin方案模拟的局地暴雨区降水量随时间的演变与实况较为吻合,但降雨量偏小,WSM5、WSM6和Goddard方案模拟的降水量级与实况更为吻合;不同云微物理方案对此次江淮暴雨的预报能力具有明显差异,小雨量区域的模拟效果基本一致,暴雨和大暴雨对云微物理方案更加敏感;云中水成物的三维结构特征差异明显,其水成物含量也显著不同。WSM5方案模拟的雨水和云水含量较高,其降水量和落区质量较好;不同微物理方案产生差异明显的垂直速度,导致云量、云高有所差异,进而影响降水预报的性能,说明选用更为敏感的云微物理方案对降水预报质量的改善具有重要作用。     

南京"03.7"大暴雨中云物理过程的数值模拟研究

利用三维全弹性、双参数化对流云模式和南京站探空资料,对南京“03．7”特大暴雨过程进行了数值模拟研究,着重分析产生这次大暴雨的云物理机制。模拟结果表明,此次暴雨属于积雨云降水,其中云雨碰并是最主要的成雨过程,贡献率达到74％,其次是霰／雹融化,占22％,说明此次降水以暖雨过程为主。通过暖雨过程对比试验表明,虽然冰相过程对雨水的贡献较小,但加入冰相过程能使模拟结果更接近云的实际情况。     

用WRF模式中不同云微物理参数化方案对华南一次暴雨过程的数值模拟和性能分析

本文使用中尺度数值模式WRFV3.4中的8种不同云微物理过程参数化方案,模拟2010年5月6～7日华南一次暴雨事件,探讨不同云微物理方案对华南暴雨模拟的影响。结果表明:不同云微物理方案对不同量级降水模拟效果总体较好。WSM3方案对小到大雨和大暴雨的模拟效果最好,对暴雨的模拟最差;WDM5方案对暴雨模拟效果最好。结合TS评分和误差分析结果,整体效果最好的是WSM5方案,最差的是Lin方案。对于同一云微物理参数化方案,不同分辨率的降水模拟结果差异不大,但同一分辨率的不同云微物理参数化方案的降水结果差异较大,这说明云微物理过程比模式分辨率对暴雨模拟的影响更大。     

华南暴雨中云物理过程的数值研究

利用“海峡两岸及临近地区暴雨试验”(HU AM EX)取得的观测资料, 使用高分辨非静力平衡中尺度数值模式 M M 5 湿物理显式方案, 模拟研究了 1998 年 5 月 23～ 24 日自粤北移向南海海岸的冷锋及锋前对流云团造成的华南暴雨中的云物理过程。 结果表明, 由于对流形成的具有冰相参加的冷云过程是华南暴雨形成发展的主要云物理过程, 当对流较弱因而只有水相而无冰相的暖云过程只造成范围虽大但强度较弱的降水。     

基于不同微物理过程的广西沿海南风型暖区暴雨的数值模拟研究

基于WRFV3.6.1,利用其8个云微物理参数化方案对2010—2016年华南汛期（4—9月）的6个南风型暖区暴雨个例进行数值模拟与多方案集成试验,并采用基于对象的诊断评估方法（MODE）对模拟结果进行评估。结果发现对于大多数个例,WRF模式都能较好地模拟出暖区暴雨的降水带,对暖区降水带模拟最好的参数化方案是WSM6方案,其次是Lin方案;模拟效果较差的参数化方案为CAM5.1与NSSL 2-mon方案。选取模拟结果较好的个例进行诊断分析,发现不同参数化方案得到的动力学特征以及云微物理特征相关变量存在较大差异,导致模拟降水的差异。在单方案模拟的基础上,开展多方案集成试验,发现多方案集成方法能够有效降低模式模拟的不确定性,产生更稳定的模拟结果。     

华南前汛期大范围暴雨的合成分析

利用多时间尺度NCEP／NCAP再分析资料、TBB资料，通过合成分析、动力诊断等方法，对华南大范围暴雨高低空共同特征进行了探讨，得出：华南暴雨区位于200hPa高空急流入口的右侧，高空辐散中心区下方，同时位于200hPa南亚高压北缘和中纬度脊前辐射气流中。对于低层而言，暴雨区位于850hPa低空急流轴的左侧。     

一次暴雨过程中云微物理特征的卫星反演分析

利用卫星反演技术和云微物理分析方法,以陕北2006年7月2日发生的暴雨过程为例,反演了云顶粒子有效半径(Re)、云顶温度(T)等云物理特征参数,通过卫星不同时次对暴雨云团的探测资料,分析了暴雨发展过程.暴雨云团表现为多单体特征,发展旺盛期对流单体的数量明显增加、云团尺度大幅增加.根据暴雨云系中的对流云、层云、过冷水云、低云(未被高云遮挡住)4种类型,分别选择了9个代表区,用于分析这次暴雨过程中不同类型云的物理特征和垂直结构.结果表明:此次暴雨云团由多种高度的云组成,低云高度较低,温度较高,云顶在0--10℃;层云高度略高,T为-10--20℃,Re为10-20 μm,并含有连片分布的过冷水云(Re为10 μm左右);高度最高的云为对流云,镶嵌在系统性层云中或在其上发展,T最低达到-80℃左右.从云底至0℃层存在一个较厚的凝结增长带,Re为5-10μm;0--10℃层存在一个碰并增长带,Re从13-15μm增长到20～25μm,但其厚度小于凝结增长带;T<-10℃层以上存在一个深厚的冰相增长带,表明在对流云团的发展成熟期,冰相增长过程为优势云物理过程.随着云的逐渐发展,混合相增长带由厚变薄,冰化增长带增厚,晶化温度升高、高度降低,表明在对流云团发展到成熟的过程中,冰化增长带在下传,云中冰化增长过程向下传递明显.     

云凝结核对南京及周边地区夏季暴雨影响的数值模拟

利用WRF3.8.1模式,采用Thompson云微物理参数化方案,对南京2014年6月初的一次暴雨过程进行模拟;设置多组数值试验,从中选取清洁和严重污染两组试验,对比分析低、高云凝结核浓度对此次降水的影响。结果表明：1）Thompson方案对此次降水过程具有一定的再现能力,但对24 h累积降水量的模拟整体偏低,且随云凝结核浓度的上升,累积降水量增加。较高的云凝结核浓度有利于强降水中心强度增强、降水范围扩大,而对较弱降水中心则有相反的影响。2）云凝结核浓度的增加将抑制云滴向雨滴的转化,使更多云滴被输送到对流层中层,对流层低层的暖云过程被抑制。3）云凝结核浓度的增加使对流层中层的过冷云水增加,促进过冷云水向霰的转化,也促进雪的淞附过程,这有利于冷云过程的发展。4）云凝结核浓度的增加对暖云过程具有负反馈作用,对冷云过程具有正反馈作用。     

"98.5"华南前汛期暴雨中尺度系统发生发展的动力、热量和水汽收支诊断

为进一步了解华南暴雨的形成机理,利用MM5模式输出的高时空分辨率资料,对“98.5”华南暴雨的总涡源、视热源和视水汽汇进行了诊断分析。诊断结果表明:总涡源场与涡度场对应一致,高值中心位于降水上空,正的总涡源柱中心预示了涡度柱将继续发展;在组成总涡源各项中水平绝对涡度平流项和扭转项是负贡献,垂直涡度平流项和散度项为正贡献;降水区与视水汽汇和视热源高值区对应一致,视水汽汇和视热源有峰值相伴,说明凝结潜热给系统提供了发展的能量;地面涡动通量和各层的次网格尺度涡动使高层冷却,低层加热,有利于降水系统中对流发展;在组成视热源和视水汽汇各项中均为垂直项起主要作用,充分说明了在暴雨发生过程中强上升运动具有重要作用;强烈的垂直上升运动将水汽带到了高层,云水场的发展与视水汽汇有着一致性,在视水汽汇达到极值时,除冰晶外,云水场各物理量中心高度达到极值,部分物理量的强度也达到最大。     

用MM5模式Reisner霰方案对华南暴雨的数值模拟

利用MM5中尺度数值模式对1998年6月8～9日华南暴雨进行了模拟，用Re—isner在方案模拟了可分辨尺度降水，详细分析了暴雨的微物理过程。结果表明，Re—isner在方案对华南暴雨具有较好的模拟能力。在降水最大时段，霰和云水是形成雨水的主要来源，云水的碰冻是产生霰的主要微物理过程。     

一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

一次华南暴雨降水过程的模拟分析

应用显式双参数微物理过程的β中尺度非静力平衡模式,利用福州市1998年6月9日16时的加密探空资料进行了3小时的数值模拟。在模拟过程中形成的上升、下沉气流的有利配置,使得其前部的辐合区域丰富的水汽源源不断地往高层输送,从而维持了长时间降水,是一次超级单体过程。分析了五种相变过程的垂直分布情况及其对水成物和大气温度的贡献,凝结对这两者的贡献占最主要位置。在研究了降水粒子的比浓度和比质量的源汇项后,得出此次降水过程以暖雨过程开始,随后出现霰融化成雨滴并通过碰并云滴增长的冷雨过程。3小时的模拟降水范围超过了100km,累积降水达到了32mm,与附近站点的阶段降水实况比较接近。     

Synoptic Characteristics of Heavy Rainfall Events in Pre-monsoon Season in South China

Persistent heavy rainfall events in South China can be divided into pre-and post-monsoon-onset events according to the onset of the South China Sea Summer Monsoon. In this study, daily rainfall data from 174 stations in South China and daily NCEP/NCAR reanalysis data are used to investigate pre-monsoon-onset events. The synoptic characteristics of pre-monsoon-onset heavy rainfall events are examined in detail. It is found that 21 heavy rainfall cases happened in the pre-monsoon period between 1961 and 2005....     

南极海冰变异对华南后汛期旱涝的影响

应用逐月南极海冰北界资料和南半球海平面气压场资料,研究了南极海冰变异对华南后汛期旱涝的显著影响作用和可能机理,认为：南极总海冰、威德尔海海冰冰长期和罗斯海海冰最大面积的变异对后汛期的作用最为显著。９月罗斯海海冰最大面积变化与次年７～９月西太平洋副高关系密切,副高在海冰与后汛期关系中起重要纽带作用。后汛期旱涝可能是南极海冰变异产生的全球短期气候效应的结果之一     

华南前汛期降水异常的时空变化特征

利用国家气候中心整编的1951—2000年中国160个站的月降水资料,选出华南地区16个代表站。重点分析了华南前汛期降水的年际、年代际变化的时空特征。结果表明:华南地区的降水主要集中在前汛期,而且降水偏多现象易发生在华南东部地区,降水偏少现象易发生在华南北部地区;20世纪50年代前期、60年代中期到80年代初为相对多雨期,而1950年代中期到1960年代中期及1980年代前期到90年代初为相对少雨期,90年代为波动期,但华南前汛期近50年的降水变化的总趋势不明显。华南前汛期降水具有明显的周期性。年际变化的主周期有三个:3,5和7年,年代际变化的主周期为14年。华南前汛期多雨年同期,淮河及黄河下游等地区少雨;而华南前汛期少雨年同期,大致相反。