一次强沙尘暴过程中干空气侵入的数值模拟和诊断分析

利用非静力MM5模式对2004年3月26-28日主要发生在内蒙古中部偏北地区的强沙尘暴天气进行了数值模拟，并利用模式输出结果对这次过程进行了干空气侵入的诊断和分析。模拟和诊断分析结果表明，此次强沙尘暴过程中有明显的干空气侵入，这种干空气侵入将对流层高层高位涡带入低层，促进了对流层低层气旋及对流运动的发展，继而引起强沙尘暴的发生。     

河南一次沙尘天气过程干空气侵入的数值模拟及诊断分析

利用NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°)和同时间的探空、地面资料对2006年4月11—13日发生在河南省的沙尘天气进行了中尺度数值模拟,并应用干空气侵入的理论对这次过程进行了诊断和分析。结果表明,此次沙尘天气过程中存在明显的干空气侵入,且干空气侵入对沙尘天气产生重要作用:高位涡、低湿空气沿等相当位温线密集带向南下滑,在对流层中低层引起位涡和温度扰动,造成强冷平流南下,使低槽东移加深、冷锋南压,触发不稳定大气,同时配合低层辐合、高层辐散叠置的流场,引发了河南省沙尘天气的发生、发展。     

北京“7·21”特大暴雨中的干侵入分析研究

利用中尺度数值模式WRF V3.2模拟分析2012年7月21日发生在北京特大暴雨过程的天气形势与中尺度系统特征,并结合干侵入理论分析了暴雨过程中的干冷空气活动及其对暴雨的影响。结果表明,此次暴雨过程发生在高空槽引导冷空气南下与强盛的西南暖湿气流在华北一带剧烈交汇的天气形势下,西太平洋副热带高压阻碍了高空槽东移,使北京地区的降水过程维持较长时间。暴雨过程伴随着明显的中尺度对流复合体MCC活动,MCC的持续活动与降水中心在时空上具有一致性。WRF模式对暴雨过程有较好的模拟能力,降水发生之前的24 h内不断有来自35°N对流层顶附近的高位涡、低湿的干冷空气,沿着倾斜向北向下的路径侵入大气中低层39°N附近的700 h Pa高度。干侵入在降水开始前24 h到降水前10 h强度变化不大,随后略有减弱,在降水开始之后迅速减弱消失。干侵入对暴雨的影响主要通过在降水开始前及降水初期影响北京地区的大气热力与动力环境来完成。干侵入可以增大暴雨落区大气的位势不稳定,为对流发展储备充沛的对流有效位能,为MCC的发生、发展提供有利的环境条件。同时,干侵入增大了大气中低层的气旋性涡度,有利于中低层空气辐合上升运动,是引发北京地区局地的强对流天气,如MCC及其伴随的暴雨过程可能的触发机制。     

一次江淮暴雨过程中中尺度气旋的数值模拟及分析

本文利用PSU／NCAR中尺度数值模式MM5,并利用鄂、豫、皖、苏四省的加密地面气象要素场资料做检验,对1991年7月6日江淮地区发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：江淮暴雨过程中的中尺度气旋在发生、发展、变化过程中其结构具有不对称性,因而进一步造成了局地降水强度和分布的不均匀性。而中尺度气旋的结构不对称性又与其地面及高空的流场、涡度场及散度场等的中尺度特征有直接的联系。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa稳定少动,强大的南亚高压,中层500 hPa东移短波槽、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着相互作用,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

一次江淮暴雨中中尺度低涡的数值模拟及分析

利用MM5模式对2003年7月4—5日一次江淮梅雨暴雨过程进行了数值模拟。分析表明：暴雨与江淮地区对流层中低层中尺度低涡的发生发展有密切关系。中尺度低涡与中尺度雨团相伴移动，低涡强度与雨强的演变近于一致；低涡中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展；低涡低层有不稳定能量的积聚。应用螺旋度理论分析指出，较大的螺旋度是对流层中低层低涡发生和发展的一种有利机制。     

一次江淮大暴雨过程中尺度系统结构分析

本文应用观测资料和中尺度数值模拟结果对1999年6月23日发生在江淮地区一次梅雨锋暴雨过程进行研究，揭示了影响这次暴雨过程的物理条件、云团的演变特征及与中尺度系统的关系，分析表明，在暴雨生成和发展过程中，多个中尺度云团在相继生成和移动发展，暴雨中心是几个发展较强的中尺度对流云团造成的，西南风低空急流为暴雨提供了水汽输送，并且通过强垂直运动向对流层中上层输送水汽，这次暴雨与中尺度系统发生发展有直接关系，西南涡分裂出一系列的小涡旋，这些小涡旋边向东移边减弱，并且同时在地面上引发小低压，这些中尺度低压增强低空水平辐合，成为触发不稳定能量的机制，低空急流中心与雨区相互对应，且急流风速增强，风速水平切变梯度增大的过程对应着强降水过程。     

一次梅雨锋暴雨的数值模拟及位涡诊断

在对2005年7月11—12日发生在长江中下游地区的一次暴雨过程进行天气分析的基础上,利用MM5数值模式对这次暴雨过程进行模拟,模拟结果及客观分析对比表明,MM5基本上成功地再现了这次暴雨过程。对模式输出的高分辨率结果进行诊断分析,发现梅雨锋暴雨期间,暴雨区上空对流层中低层有平行于雨带的位涡（PζV）、湿位涡垂直分量（MζPV1）的正值区以及湿位涡水平分量（ζMPV2）的负值区,而分布在高层相当位温（eθ）线密集带上PζV、ζMPV1正值中心以及ζMPV2负值中心沿该密集带传向低空。干空气侵入在这次暴雨过程中有重要作用,对流层高层西风分量下传将高纬高层高位涡干空气带到低纬暴雨区低层,促使对流层低层对流发展,从而产生强降水。     

一次山东特大暴雨干侵入的作用

以2009年7月17—18日一次山东特大暴雨为研究对象,利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星水汽资料及常规气象观测资料,通过数字化卫星水汽图像与大气动力场相结合的方式,揭示干侵入在本次暴雨过程中的特征及其对暴雨发生、发展的作用机制。结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低层低涡切变的有利形势下产生的。暴雨过程与干侵入密切相关,干侵入在对流层中高层随高度向东倾斜,强降水出现在干侵入前沿湿度梯度最大值处的湿区一侧。卫星水汽图像干侵入暗区与对应着350hPa位涡高值区、干冷区。与干侵入相伴随的高位涡下传,使低层气旋性涡度加强,气旋发展。高层干冷空气下传有利于干层的形成和维持,干层的存在加强了暴雨过程的对流不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用。     

一次局地大暴雨过程的数值模拟和诊断分析

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2002年8月15-16日发生在江苏启东附近的一次局地大暴雨过程进行了数值模拟,较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量,以及相关的中尺度系统的发生、发展过程.探讨了中尺度涡旋、局地环流对这次暴雨过程的影响,结果表明,中尺度涡旋对暴雨的发生起了至关重要的作用,局地环流的存在,也有利于降水的发生.     

河南省2005年7月22日大暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用MM5V3.6版中尺度非静力模式,对2005年5号台风海棠减弱为低压倒槽后于7月22日在河南造成的大暴雨天气进行数值模拟和诊断分析,结果表明:强降水发生前大暴雨区上空深厚湿层和不稳定层结已经形成;在高低层同时出现的正负涡度柱、散度柱耦合结构及其互耦配置和剧烈的上升运动,导致不稳定能量快速释放,产生大暴雨。     

成都地区一次暴雨过程数值模拟及敏感性试验

本文利用探空资料和NCAR/NCEP全球再分析场资料,对成都地区2009年8月25日的暴雨天气过程的环流背景和影响系统进行诊断分析。分析表明：此次暴雨过程为副高东撤南压后,高原切变快速影响成都地区,形成机制是副高外围的偏南气流结合河套地区南下的冷空气,触发本地不稳定能量的爆发。利用WRF模式对此次暴雨过程进行数值模拟。模拟结果表明：WRF模式能够较好地模拟副热带高压的位置,高原切变线及水汽来源,模拟的雨带位置和雨量与实况较为一致,模拟效果较好。通过修改下垫面性质,对暴雨过程中下垫面的可能影响进行了敏感性数值试验。模拟结果表明：将新的下垫面资料引入后,暴雨落区与控制试验相比变化较小,暴雨区面积略有增加,中雨范围扩大较为明显。分析原因为：成都地区周边的地形环境是影响成都中尺度降水总雨量和落区的关键影响因素。将盆地西部到东部的下垫面全部改为城镇类型后,改变了辐射通量,影响陆气之间的相互作用,改变大气的能量平衡,使之容易产生局地降水。     

干侵入对2005年8月16日华北暴雨的作用

利用NCEP／NCAR再分析资料、自动站观测资料以及中尺度数值模式MM5V3．7输出结果,对2005年8月16—17日发生在华北的一次暴雨过程的成因做了诊断分析。结果表明：在暴雨产生过程中有干冷空气的入侵,对这次暴雨过程的发生、发展有重要作用,高层干冷空气的侵入有利于低层中尺度气旋的发展,使暴雨过程得以维持和加强。     

2008年“7.02”滇中大暴雨的成因诊断与数值模拟

利用常规观测、NCEP 1°×1°再分析资料、云图、多普勒雷达回波和WRF模式对2008年7月2日滇中大暴雨进行成因诊断和数值模拟。结果表明:对流层高层的干侵入和中低层冷、暖平流交汇诱发副热带高压和滇缅高压间辐合低涡迅猛发展成强中尺度对流辐合体,加上中低层来自孟加拉湾的丰富水汽输送和中低层强水汽辐合共同引发此次大暴雨。过程中,垂直螺旋度贡献主要在中层;干位涡呈现出对流层顶强正高位涡,300 hPa以下为次正高位涡,两者之间为负区的柱状分布特征,次正高位涡强中心有向下层延伸特征。WRF较好地模拟了整个大暴雨过程中强降水主体时段和大暴雨落区特点,最大对流有效位能变化趋势对强降水有较好预示作用,模拟方案在积分30小时内效果较好。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

黄河中下游地区一次暴雨过程的数值模拟和诊断

利用非静力中尺度模式WRF V3.2.1及其输出的高时空分辨率资料,对2007年7月29~30日发生在黄河中下游地区的暴雨天气过程进行了数值模拟和诊断分析。结果表明:(1)广义位温的大值中心区与相对湿度90%的高湿区相一致,暴雨区上空的广义位温等值线呈漏斗状从对流层中高层向低层伸展,在漏斗的底部,其垂直梯度也相应增大,暴雨中心位于广义位温的大梯度区;(2)P坐标下,对流涡度矢量垂直分量(Cz)与降水量随时间演变二者呈现反位相,且Cz极值的出现滞后降水峰值1 h左右;对流涡度矢量垂直分量的垂直积分的发展演变与降水落区、强度的发展变化相对应,对强降水落区、强度的发展变化具有指示意义。     

泰山一次强降水过程的综合诊断分析

利用T213数值预报产品资料、常规观测资料及雷达回波资料对2005年7月2日02—09时泰山一次突发性强降水过程进行综合诊断分析,揭示了强降水过程的环流形势、影响系统以及产生强降水的热力条件及动力条件,发现了对强降水预报有意义的指标。分析表明：切变线辐合在触发本次强降水产生中起了关键作用,次级环流的形成促进了强降水的加强和发展,地形强迫抬升对于强降水的加强与分布起到了重要作用,θse高能区与强降水的产生具有显著的对应关系,对于强降水预报有一定指示意义。