雷达和卫星资料对江淮暴雨数值模拟的影响

将“713”测雨雷达和GMS卫星云图资料引入PSU／NCAR中尺度模型，以改变初始湿度场，对两个不同类型的江淮暴雨过程进行了数值模拟敏感试验，并与控制试验作了比较分析。结果表明：加入雷达和卫星资料，能通过水汽和辐合上升运动的调整有效降水过程，引入雷达和（或）卫星资料所产生的影响有所不同。     

雷达和卫星资料在中尺度模式中的初步应用

本文利用非静力中尺度模式MM5对1998年7月20日－21日发生在湖北东部地区的特大暴雨过程作数值模拟，同时将不同时间的雷达和卫星资料适时加入模式改变当时模式中的水汽场，并与控制试验进行比较分析，结果表明：加入雷达和卫星资料后的数值模拟，由于修正了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽场，雨区位置和雨量中心值比仅用探空资料的控制试验更接近实况。雷达与卫星资料引入模式对于24小时降雨产生的效果不同，雷达资料的影响是局部的，范围较小，卫星资料影响范围较大，而且适时加入雷达、卫星资料能够及时通过水汽场修正，使24小时预报的雨区范围和中心强度与实况更加接近，而二者结合起来的效果与降水系统的特征有关。     

“98.7”特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支诊断

1998年7月20~23日 (“98.7”) 发生在鄂东和鄂西南地区的特大暴雨过程, 不仅与700 hPa上低涡切变线的生成和持续发展密切相关, 而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。利用非静力模式MM5.V2.12成功模拟提供的高分辨输出资料对这次特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支进行了诊断。结果发现:当有强对流发生并伴有强降水时, 就会有强的视热源Q₁和视水汽汇Q₂出现, 而强的Q₁与Q₂和强降水区基本是对应的; Q₁随高度增高而增大, 最大加热位面基本上都在486.1 hPa (σ=0.54) 附近; 在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制; 在对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件, 积云对流在中、低空的凝结潜热不仅加热对流层中层大气, 而且向高层输送, 加热高层的环境大气; 在暴雨初期, Q₂的双峰结构与低空层积云及中空积云对流凝结变干有关; Q₂的中空峰值大体与Q₁的峰值相应, Q₂的深厚变干层与Q₁的深厚加热层非常一致。 诊断结果表明, 用非静力中尺度模式成功模拟的高分辨输出资料对Q₁和Q₂进行数值诊断是可行的。通过对强暴雨过程Q₁和Q₂的诊断, 可为改进积云对流参数化中加热和增湿廓线提供可靠的物理依据。     

青藏高原两次极端暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、雷达资料、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月20日和8月19日发生在林芝市的两次暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:“6.20”过程发生在副热带高压稳定少动的环流背景下,“8.19”过程发生在伊朗高压东伸与西太副高形成两高之间切变线的环流形势下;暴雨区低层水汽强烈输送和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程共同的特点,“8.19”过程水汽输送较“6.20”更为通畅,配合低空急流,辐合更强,且“8.19”过程较历史个例而言,具有移动缓慢,系统深厚的特点,强降水落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致;“8.19”过程有明显的冷空气下传过程,存在强的高低空急流,且云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-60℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内。      

飞机报资料在0506华南致灾暴雨过程模拟中的应用

利用常规和非常规观测资料,对2005年6月18～24日华南地区的一次致灾暴雨过程进行了分析,并对18～19日的过程进行了模拟研究。由于常规观测资料的分析对于描述暴雨的系统结构等方面尚显不足,因此利用GRAPES模式对此次暴雨过程进行了模拟研究。采用不同资料,利用模式同化系统经过12小时的同化,将得出的不同的同化分析场作为模式的初始场,对此次过程进行24小时的数值模拟做对比模拟试验,来对比分析飞机报同化场对于模式预报的改进作用。试验证明,利用有飞机报加入的同化分析场做初始场的模拟结果不仅能够模拟出主要的降水区域,而且降水强度与实况更加吻合,比未加入飞机报的控制试验结果的准确率提高了。飞机报资料的使用对于提高此次暴雨过程模拟效果是可行的、必要的,而且也为该资料用于华南暴雨的预报奠定了基础。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE MAINTENANCE AND INCREASE IN HEAVY RAINFALL OF THE LANDING TROPICAL STORM BILIS AND MOISTURE TRANSPORT FROM LOWER LATITUDES

The NCEP/NCAR reanalysis, Japan Meteorological Agency(JMA) tropical cyclone tracks and intensive surface observations are used to diagnose the features of moisture transport of tropical storm Bilis(No. 0604), which is simulated by the WRF(weather research and forecasting) mesoscale numerical model. It is shown that the Bilis was linked with the moisture channel in the lower latitudes after its landing. Meanwhile, the cross-equatorial flows over 80°-100°E and Somali were active and brought abundant water vapor into the tropical storm, facilitating the maintenance of the landing storm with intensified heavy rainfall along its path. The simulation suggested that the decreased water vapor from lower latitudes prevents the maintenance of Bilis and the development of rainfall. While the cross-equatorial flows over 80°-100°E and Somali were in favor of keeping the cyclonic circulation over land. If the moisture supply fro m the Somali jet stream was reduced, the strength and area of heavy rainfall in tropical cyclone would be remarkably weakened. Consequently, the decreased water vapor from lower latitudes can remarkably suppress the deep convection in tropical storm, then Bilis was damped without the persistent energy support and the rainfall was diminished accordingly.     

THE APPLICATION OF ASSIMILATED AIRCRAFT DATA IN SIMULATING A HEAVY RAIN OVER SOUTH CHINA IN JUNE 2005

Regular and irregular observational data are used to analyze and simulate a torrential rain over the south of China on 18 – 24 June 2005. Since the regular data cannot depict the rainfall system fully, GRAPES model is used to simulate this process. Different data are assimilated for 12 hours by its simulating system and different analysis data are obtained. In order to analyze how well the model forecast has been improved with the addition of assimilated aircraft data, these different analysis data are used as the first-guess data to conduct two control numerical simulation tests. From these tests, it is proved that the model that adds aircraft assimilation data can simulate the main region of precipitation, which is more consistent with the observed precipitation than the model that does not, and that the accuracy rate is also improved. These numerical simulation tests not only show that it is necessary and capable to improve the modeling of this torrential rain process by using aircraft data, but also lays the foundation for forecasting heavy rains in the south of China based on aircraft data.     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

雷达和卫星资料在淮河流域暴雨实时数值预报试验中的应用

本文在前一工作「文献」基础上,将雷达和卫星资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ４中尺度数值模式,对１９９８年６月底和７月初的二次淮河流域暴雨过程,进行了帝时数值预报试验,结果表明,计入雷达和卫星资料的敏感性试验效果,比不计入该二种资料的控制试验有较好的明显的改进,文中还分析比较了控制试验（ＣＴＥ）和敏感试验（ＳＴＥ）每三小时的雨量和散度场,、垂直运动场及高度场的变化。结果显示,ＳＴＥ的雨量、产生暴雨的切变丝低涡系统以及散度和上升运动等的增强时间都比ＣＴＥ提前,因此,２４小时雨量与实况比较接近。     

雷达资料在江淮流域暴雨数值模拟中的应用

将雷达资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，对江淮流域暴雨实例进行了模拟实验、在工作中，雷达资料经过处理加入到模式中，改变初始湿度场分析，然后作２４小时数值模拟，并与控制试验作比较。结果表明：加入雷达资料后的数值模拟预报，由于增强了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽和辐合上升运动，雨区位置和雨量中心值比控制试验更接近实况。     

“973”加密观测期间合肥地区不同类型暴雨的特征分析

利用"973"加密观测期间的地面、探空资料和双多普勒雷达同步观测等非常规资料全面分析了2002年合肥地区出现的两场不同类型暴雨过程的环流背景、物理量垂直分布结构和多普勒雷达回波强度和速度特征.结果表明:冷式切变和暖式切变两种不同类型暴雨首先在物理量垂直分布结构十分相似,低层辐合、高层辐散,低层正涡度、高层负涡度,水汽水平辐合的最大值在850 hPa,只是在上下层配置和强度上有所差异,特别水汽通量散度场表现突出,暖式切变更有利于水汽辐合.另外多普勒雷达径向速度特征存在一定的差异,多普勒雷达VWP产品能实时监测暴雨过程中风的垂直切变,有助于提高单站暴雨的预报水平.     

江西"06.19"强降水天气成因及中尺度特征分析

利用区域气象观测资料、常规观测资料、雷达和NCEP资料,对2010年6月19日江西创历史大暴雨过程的成因及中尺度特征进行分析.结果表明:此次过程发生在江西典型暴雨形势背景下,具有显著的中尺度特征;强降水落区位于地面中尺度切变线附近,中尺度系统提前或同时于强降水生成;强降水位于低层水汽通量大值中心前端和水汽强辐合的重叠区...     

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

卫星资料在台风暴雨数值模拟中的应用

用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，采用ＥＣＭＷＦ资料对８２０９号台风带来的暴雨进行了控制试验，同时采用卫星和地面资料对原有初始湿度场作订正，进行了灵敏试验。对比分析表明，应用卫星资料后，模拟的台风暴雨及雨量中心强度与实况甚为一致。此外，由模式输出流场的分析表明，台风内部及其外围有显著的非对称气流和明显的中尺度系统结构。暴雨发生在低空非对称气流聚合和高空非对称气流辐散重叠区域；在强雨量中心区，低空有清楚     

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE INTENSITY AND DISTRIBUTION OF HEAVY RAINS IN ZHEJIANG PROVINCE CAUSED BY TYPHOONS HAITANG AND MATSA

Study was carried out on two landfall typhoons Haitang and Matsa, which affected Zhejiang province seriously in 2005. Firstly, the similarity and difference between the two typhoon-induced heavy rains were compared and it was pointed out that both of them brought strong large-scale precipitation and the maximum centers of rainfall were located on the north side of the landfall site. Making landfall on Fujian, Haitang was weaker than Matsa in intensity but surpassed it in rainfall. Then with focus on intensity, moving speed, structure of typhoon, circulation and terrain, the two typhoon-related heavy rains were compared and analyzed. Results show that the asymmetrical distribution of rainfall was closely related to the structure of typhoons themselves, moisture transportation and mesoscale terrain. In contrast to the south side, the north side was hotter and wetter and water vapor was also more abundant. The phenomenon of more rainfall induced by Haitang was in connection with the following reasons. Invading cold air led to rainfall increases, weakened dynamic field and slower movement both benefited precipitation. For the last part, the cold characteristic of air mass over Zhejiang was also a favorable factor for the rain.     

华东中尺度地形对浙北暴雨影响的模拟研究

以一次梅雨降水为例，利用中尺度模式进行一系列中尺度地形对降水的增幅影响的敏感性试验。结果表明，中尺度地形对强降水区域的分布和强度有很大的影响，强降水中心位于地形附近，地形引起的１２小时降水增幅高达总降水的９０％以上；中尺度地形作为一种外界迫动，初始在低层形成气旋性辐合和水汽热量的集中，然后通过凝结潜热释放所造成的中高层增温和高层辐散，使得地形垂直环流加强和向上伸展。于是在降水、潜热释放与地形垂直环流之间出现一种正反馈机制，导致地形对降水的强烈增幅；同时午后下垫面加热所形成的不稳定层结也有利于地形垂直环流的不稳定发展，产生新的雨峰；初始场的中尺度扰动似乎在降水的地形性增幅中并不起明显作用。     

CTFM数值模式的引进及对山西暴雨预报能力的检验

为提高山西暴雨预报能力，在引进颜宏等人设计的复杂地形条件下嵌套细网格模式的基础上，对其进行了某些调整，即：中心点位置的改动：取水汽办事办事量Ｍ为Ｍ．＝Ｍｔｌ＋Ｍｔｍ＝１．７５Ｍｔｌ；湿润因子也按Ａｎｔｈｅｓ积云对流参数化方案取值，并将郭晓岚和Ａｎｔｈｅｓ两方案结合起来使用，企图建立适用于山西暴雨预报的数值预报系统，使用该系统，对１９９３年山西暴雨个例进行了数值模拟，发现该系统对雨量及天气过程的模拟     

珠三角北部一次暖区强降水过程中的地形作用

基于ERA5再分析资料、广东省风廓线雷达、雷达拼图产品和实况观测数据, 分析了2020年6月7日夜间-8日珠三角(珠江三角洲)北部暖区强降水过程中主雨带与南岭南部地形走势一致的原因, 阐释地形对此次强降水的触发和维持作用。结果表明: (1)此次过程发生在典型的暖区暴雨环流特征的背景下, 主要影响系统为对流层中层弱短波槽扰动、低空急流和边界层急流脉冲等; (2)雷达回波表现为团状结构, 多以对流单体形态生消, 伴随明显的"列车效应"现象, 但3个不同发展阶段内回波的持续时间、强度, 以及触发地、传播和移动方向等均存在差异; (3)由于边界层西南(偏南)风增强和地形作用, 新的对流单体在珠江口附近和珠三角西北侧被触发, 同时由于南岭南侧地形对边界层暖湿气流的阻挡和拦截等作用, 使得气流在珠三角北部形成明显的辐合抬升, 造成该区域内对流单体移速减慢和汇聚, 增强了降水强度; (4)强降水长时间的持续与海陆热力差异、冷池和边界层暖湿气流增强等引起的地面露点锋和中尺度辐合线有关。露点锋为强降水的发展和维持提供了热力不稳定条件, 地面辐合线加强了对流层底层气流的辐合抬升, 进一步增强了强降水区的降水强度。研究结果有助于认识珠三角北部暖区强降水过程中地形的重要作用, 为今后该区域防灾减灾提供气象理论支撑。      

华南锋面与暖区暴雨个例对比分析

分析了1961～1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系.通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著.同时发现云南西南部的夏季降水与前期盂加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著.滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关.     

2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究

通过对雷达、卫星、地面等观测资料的诊断分析以及数值模拟研究, 对2005年6月广东 (粤中) 地区特大持续性暴雨的β中尺度系统进行了研究, 得出以下结果: (1) β中尺度系统是该次广东持续性暴雨的直接制造者, 当地的喇叭口地形非常有利于β中尺度系统的触发与维持。β中尺度系统发展初期有一些更小的γ中尺度系统的活动, 它们形成带状, 逐渐发展合并为β中尺度系统。 (2) 在较为成功的模拟的基础上, 采用模式输出资料对β中尺度对流雨团P作了仔细分析, 结果显示低层对应风场的辐合, 高层对应风场的辐散, 这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持, β中尺度雨团中心对应着上升运动, 而在雨团北侧有弱下沉气流的补偿。引起降水的β中尺度系统多位于锋前暖区的相对更暖区域。 (3) 在同一次暴雨过程中, 粤桂两地同处锋前暖区, 对其风场上的异同点作了比较。共同点是低层均存在风场的辐合。但广西为风速辐合, 辐合中心具移动性, 而广东为风向辐合, 有明显辐合线, 辐合中心, 稳定少动。 (4) 地面辐合线上的扰动以及地面较强的温湿对比区的热力作用对于β中尺度系统的触发可能有重要的影响。地面资料提供了很有用的信息, 是一种重要的工具。 (5) 在此基础上提出了锋前暖区中尺度对流系统及地形、地面风、温、湿分布对其影响的概念模型。