凝结潜热与地表热通量对一次西南低涡暴雨影响分析

利用PSU/NCAR的非静力中尺度MM5V3模式,对2004年9月四川省及重庆市一次特大暴雨过程进行了凝结潜热与地表热通量的敏感性试验,结果表明:凝结加热与地表热通量通过影响中尺度系统环境场的高低空急流、高低层辐合辐散等动力、热力条件,从而影响中尺度系统的发展以及中尺度暴雨的发生。     

地表通量输送对飑线过程影响的数值模拟研究

使用水平分辨率20km的RSM-RANAL再分析资料和WRF模式,对2004年7月12日影响上海地区的一次飑线过程进行分析和数值模拟,结果表明:(1)雷暴发生区域的西北侧约300km处有一冷锋,地面风场辐合;中低层为一致西南急流,雷暴发生区域上空300hPa位于西风急流右后侧辐散区中;地面存在明显的温度梯度。(2)雷暴发生前浙皖交界山区处的CAPE增至1000J/kg,CIN减至30J/kg以下;杭州湾附近的CAPE值大于2000J/kg。这些地方之后均有强对流单体生成,并成为飑线的一部分。(3)WRF模式对这次飑线过程的主要特征模拟较好,包括地面风场和飑线的结构。(4)敏感性试验指出陆面过程对本次飑线过程的形成发展起了重要作用。一方面通过潜热通量输送增大边界层湿度;另一方面通过感热通量输送改变了边界层的层结结构,使得低层辐合(或抬升)比较容易释放不稳定。在强对流天气的预报中地表条件不可忽略。     

对流凝结加热对飑线生成和演变的数值实验

本文用一个准二维的10层原始方程中尺度湿模式对飑线的生成和演变进行了数值模拟实验,得到了与实际飑线相一致的结果。实验表明,对流凝结潜热的释放是一类飑线的主要能源。大气低层潮湿十分有利于飑线的生成和发展。     

凝结加热和地表通量对华南中尺度对流系统(MCS)发生发展的影响

通过有无凝结加热和地表通量影响的数值模拟对比研究，分析了非绝热过程对一次华南暴雨MCS发生发展过程的影响。结果表明：（1）凝结加热对MCS的降水影响很大，在MCS发展的各个时期，如不考虑凝结加热，MCS的降水强度很快减弱，无法继续发展。（2）凝结加热在MCS涡旋的形成期最为重要，在涡旋形成之后，影响相对减弱。（3）凝结加热通过对MCS发展过程的影响从而也影响了MCS环境场中尺度低空急流、高层辐散等中尺度结构特征的形成。（4）地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程对MCS的形成也有重要影响；在暴雨MCS发生前期，地表非绝热过程造成气压下降，导致华南南部来自海洋的偏南风加大，辐合加强，从而使低层的湿度增大，气层变得更加不稳定，有利于对流的启动。     

热平流影响下湿润地表的通量-廓线关系

在有热平流影响的湿润地表，对Ｂｕｓｉｎｇｅｒ－Ｄｙｅｒ创立的经典通量－廓线关系作了简单的非线性作用修正。并利用热量和水汽输送方程两种不同简化方程分别对非线性修正因子ａ＇ｖ进行了理论分析和讨论，表明在热平流影响下的湿润地表α＇ｖ＜１，且由理论方地出一个αｖ与ζ的简化关系式。最后，用经参数化后得到的α＇ｖ表达式和修正后的相似性关系式联立构成的闭合方程组，以及用ＨＥＩＦＥ的资料求解出α＇ｖ及其它特征参数     

一次飑线过程的中尺度特征分析

利用武汉WSR—81S数字化雷达回波,GMS展宽数字化云图、逐时地面流场及常规天气图等资料,分析了湖北省1993年4月30日的飑线过程,得到了一些有意义的结果。     

地表动量通量对一次华南前汛期降水影响的数值模拟

利用ARPS模式,对一次华南前汛期锋面降水进行了数值模拟和敏感性试验,探讨了动量通量对降水的影响机制。结果表明,去掉地表动量通量对降水率可产生正、反两方面的影响,并大致可分为两个阶段,在积分的前一阶段,动量通量为零区域上空的急流核风速增大,其左前方的辐合区和涡度的强度也相应增大,从而导致降水率增大;而在后一阶段,动量通量为零的区域上空埃克曼抽吸减弱,边界层内的辐合强度和垂直上升运动也相应减弱,从而导致降水率减小。     

一次飑线天气过程分析

从天气形势、物理量场、垂直风切变、气象台自记记录等方面分析了2005年5月6日02时左右（北京时，下同）发生在深圳市的一次强对流天气的形成机制，发现该过程是一次明显的飑线天气过程，其触发机制为：地面弱冷锋、低空急流、垂直风切变共同作用的结果。     

昆明机场一次飑线过程分析

对2003年8月7日发生在昆明机场的一次飑线个例进行分析,雷达图像显示,这个飑线由两个短带回波合并而成,其对应的出流边界发展出新的对流风暴;低层水汽和能量的聚集形成了对流不稳定区,高层的干冷空气入侵加大了对流不稳定度,触发机制除了东风波外,低层的垂直风切变起到了关键作用.     

一次飑线大风的多种资料分析和临近预报

利用临沂新一代天气雷达(CINRAD/SC)观测资料,结合MICAPS资料、加密自动气象站观测资料、MM5模式数值预报产品,对2006年4月28日发生在临沂的一次以灾害性大风为主、有弱降水相伴随、局部还有冰雹发生的飑线天气过程进行了分析.文中利用多种资料重点探讨了弓形回波带来的灾害性大风的形成机制.模式产品分析表明:灾害性大风发生区处在高空急流左侧,此处是正涡度平流和辐散区,强的垂直风切变导致了重力波的产生,300～500 hPa高度上产生的中尺度重力波(MGW)是本次大风过程的启动机制.造成地面大风的强下沉气流是来自于对流层中上层的干冷空气.雷达观测表明:本次过程中,大风区雷达径向速度出现模糊,强回波区对应径向风速辐合,具有较小的VIL值、有界弱回波区和中层径向辐合等特征.雷达径向速度图上高层负径向速度中心值的迅速减小和低层负径向速度中心值迅速增大是高空下沉气流迅速下沉的结果,是产生地面灾害性大风的直观表现.     

洋面动量、感热和潜热通量计算的研究

整体传输公式是一种常用的计算洋面海气通量的方法。在作气候平均计算时,存在两种平均方法:方法一F_1=AB及方法二F_2=AB。显然,方法一是合理的,而方法二是对方法一的近似。本文利用COADS资料针对不同的平均时间计算分析了方法二对方法一的近似程度,结果表明:利用方法二计算长期气候平均,平滑时间超过5天则对计算结果必须进行订正;对感热和潜热通量,月平均方法二在20％的精度内可代替方法一,而旬平均方法二则可在10％的精度内代替方法一;动量通量月平均和旬平均精度分别为40％和20％。因此方法二在计算月平均动量通量时必须作订正,或直接用方法一进行计算,本文同时计算比较了1972年(E1 Nino年)和1975年(非E1 Nino年)太平洋洋面的各项能量及总能量收支,发现1972年洋面能量收支年变化幅度比1975年小得多,其差别主要决定于感热和潜热的变化。     

一次飑线过程的雷达回波分析及其反演风场研究

用常规气象观测资料,中尺度自动气象站资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月15日发生在重庆中西部的飑线过程的进行了分析,发现了"逆风区"在预报中具有一定的提前量。同时通过四维变分(4D-VAR)同化方法反演风场,得到反演的水平风场能较好的反映飑线内部各个发展阶段的对流单体的内部流场结构,同时发现4D-VAR反演风场能较好的反映出飑线不同发展阶段的流场特征。     

一次华南强飑线过程的数值模拟及后方入流作用诊断

利用WRF中尺度模式对2014年3月30—31日发生在华南的一次强飑线过程进行数值模拟。本次飑线过程受高空槽和低涡切变线影响,水汽条件充足,低层垂直风切变较强。模拟结果表明:发展阶段,后方入流缺口开始出现,飑线逐渐呈弓形结构;成熟阶段,飑线后方入流逐渐下沉到地面并延伸至对流区前沿,冷池完全移入残留冷区并加强,配合九连山下坡过程,飑线得以加强。后方入流对本次飑线过程的发展和维持十分重要。后方入流受环境风及中层负压力扰动作用开始形成,随后受对流区后侧中低层涡旋对的影响迅速发展增强而进入发展阶段,反气旋式涡旋的北侧风场促进了后方入流的形成和发展;成熟阶段,气旋式涡旋的南侧风场使后方入流迅速增强。气旋式涡旋区域主要受涡管拉伸作用增长,反气旋式涡旋区主要受涡度倾斜增长作用。涡旋对垂直涡度主要是由低层水平涡度向上倾斜引起,而水平涡度则是由斜压作用产生。     

如皋一次罕见的飑线天气过程

针对2008年7月15日下午在如皋境内生成和发展的飑线天气过程,利用常规和非常规气象资料,对其进行精细化剖析,结果发现:(1)强对流天气发生在副高东退、西风槽跟进的形势背景下,有从渤海低压穿过的冷锋为影响系统,如皋上空是对流性不稳定的大气层结,还有如皋地面中尺度天气系统的抬升力和激烈的热对流抬举力合二为一的共同触发,促使储有大量潜能的暖湿空气在如皋境内发生、发展成飑线。(2)如皋境内的中尺度系统是由苏中地区地表性质、地理环境水平分布差异大,所产生的气温水平分布不均而引起的,尤其是如皋境内高沙土地区的土质分布情况更为特殊。(3)雷暴云和飑线的产生、发展的位置与中尺度系统位置近似重合,飑线上强雷暴云的移动方向与7 km以下高空风主导风向一致。     

地面资料同化的飑线数值模拟及中尺度特征分析

为了揭示飑线的中尺度精细结构特征,针对2006年6月25日发生在河套地区的一次飑线天气过程,在分析其过程天气背景的基础上,使用WRF模式和三维变分资料同化技术,对此次飑线过程中的地面常规观测和自动气象站加密观测资料进行了同化试验.结果表明:同化地面观测资料可以有效地提高模式对飑线这样的强对流天气系统模拟效果,输出的高分辨率模式资料可以更加精细地刻画出中纬度飑线中尺度结构特征.     

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

利用NCAR、NCEP和FSL/NOAA等共同研制的WRF中尺度数值模式,对2009年6月3日河南地区发生的一次飑线过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料对该次过程进行诊断分析。结果表明:WRF模式成功地再现了高低空环流形势演变及强对流的分布发展特征,高空冷涡后部冷空气南下,近地层较暖,形成了上冷下暖的位势不稳定层结及地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。强对流发生时,该地区出现的低空增温增湿、低空急流的爆发及低层急流核向东南快传、高空急流轴稳定在强对流天气发生地上空,对流有效位能积累和释放随时间的演变过程及垂直螺旋度大值中心等对此次强对流天气过程有较好的指示意义。     

一次弱弓形飑线后方入流特征的观测分析

后方入流是中尺度对流系统内中尺度环流的一部分,表现为一支从风暴后部穿过层状回波区进入风暴系统的相对气流,对增强中尺度下沉气流和地面冷池具有重要作用。利用多普勒雷达探测资料、地面加密自动站和NCEP再分析资料,结合雷达径向剖面内反演的系统相对水平速度,对2012年5月16日江苏省一次弱弓形飑线的后方入流演变特征进行了分析。结果表明,此次飑线是在东北冷涡影响下,受高、低空温度平流差动、低空急流和低层温度暖脊的共同作用生成。飑线发展阶段,后方入流最早出现在对流层中层的层状回波区中,并向前伸展到对流回波区后缘;成熟阶段,后方入流逐渐下沉并与对流区前低层辐散外流合并,形成一条从飑线后部中层延伸到对流区前缘的持续性后方入流通道;消散阶段,后方入流中心下沉到地面附近,与冷池外流共同增强,与其前侧西南入流的局地辐合,可能是触发对流单体后向新生并促使双带状回波出现的有利条件。后方入流把中层干冷空气持续输送到对流区中下方,通过加剧降水粒子的蒸发冷却作用,增强地面冷池及其出流,导致成熟阶段地面大风生成,这与以往的研究结论一致。受后方入流中心下沉到地面以及新生带状回波系统的影响,地面冷池持续增强,可能是消散阶段地面大风形成的原因。此外,后方入流与飑前地面中尺度辐合线具有很好的对应关系。      

不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响

为研究不同分辨率和微物理方案对飑线阵风锋模拟的影响,利用WRF中尺度数值预报模式,对2009年6月5日发生在上海的一次飑线过程分别进行了3、1、0.5 km水平分辨率和一、二阶矩微物理方案的理想试验。结果表明,模式水平分辨率和微物理方案对模拟飑线阵风锋有明显的影响。随模式水平分辨率的提高,模式模拟的飑线弓状回波结构更精细。与3 km分辨率相比,1和0.5 km分辨率模式能很好模拟出飑线后部下沉气流和前部上升气流,模拟的冷池前沿最大风速相对更接近实况。二阶矩微物理方案更能模拟出飑线弓状回波前强后弱的结构特征和飑线过境地面降温幅度,模拟的飑线移动速度、冷池面积和强度、冷池前沿最大风速和雨水蒸发率等均小于一阶矩微物理方案的模拟值。采用1和0.5 km模式水平分辨率及二阶矩微物理方案模式模拟的飑线与WSR-88D多普勒天气雷达探测实况更接近。模式分辨率的提高有利于模拟飑线的维持。对业务数值预报模式模拟飑线阵风锋而言,在计算条件允许的情况下,模式水平分辨率达1 km并采用二阶矩微物理方案可能是需要的。结果还表明,冷池前沿最大风速、冷池强度、模式底层降温幅度、飑线移动速度与雨水蒸发率存在对应的变化趋势,飑线移动速度的变化对飑线阵风锋地面大风的预报有指示意义。改善数值模式对飑线阵风锋预报性能除需关注模式水平分辨率和微物理方案外,还需关注数值模式对雨水蒸发率的模拟能力。     

2014年5月31日华东地区一次暖区飑线过程的多普勒天气雷达分析

本研究利用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的Global Forecasting System（GFS）再分析资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）观测资料、自动站与逐小时融合降水资料和中国新一代多普勒天气雷达网的基数据（Level-Ⅱ）,对2014年5月31日一次发生在合肥附近的暖区飑线过程进行了分析。天气分析显示,飑线发生在暖区,整个中高层以下呈现高湿状态,以及较弱的对流不稳定和弱风切变（0~3 km风切小于10 m·s^-1）环境。雷达分析揭示,飑线呈弓状,具有明显的对流区、层云区和过渡带,线尾涡旋位于弓形回波北端。从后往前的气流自层云区后侧6 km以下进入系统,最大风速区在z=4 km处,强风速中心并未及地造成地面风灾。由于本次个案在暖区高湿环境下形成,地面冷池较弱,维持时间短;短时降水较强,最强超过40 mm·h^-1。