次天气尺度和中尺度预报中的初值问题

本文利用美国宾州大学的中尺度10层湿模式,对次天气尺度和中尺度预报的初值问题进行试验。文中通过天气尺度和次天气尺度两组不同的初值来试验初始温度、湿度和风场对次天气尺度和中尺度预报的影响。     

应用Mass模式开发T42产品初探

本文应用T42产品和Mass模式对1992年7月25日呼和浩特地区大暴雨进行诊断分析和预报试验。诊断分析表明，局地中尺度环流是复杂现象，由多因子非线性相互作用而生成。地形的热力作用主要影响中尺度系统的演变速度、强度和结构；地形的动力效应导致暴雨区附近的气旋性环流；更大尺度系统诱发地面中尺度风速辐合线。预报试验表明，Mass模式与T42产品中的预报场相结合，可使诊断结果具有预报意义。发展有限域中尺度诊断模式是将T42所提供的天气尺度信息转化为中尺度信息的有效途径之一。这种转化为局地强对流天气的加强预报提供依据。     

次天气尺度与中尺度正、斜压模演变揭示的武汉暴雨过程

利用滤波原理提取出大气流场中的次天气尺度和中尺度信息，再把大尺度和中尺度水平风场分别分解为正压分量（垂直平均）和斜压分量（扰动）流场。对1998年7月21～22日发生在武汉附近的强暴雨过程进行了次天气尺度与中尺度流场正、斜压分量演变特征的分析。结果表明：次天气尺度与中尺度流场正压分量的演变与此次强暴雨的酝酿、发展和消亡具有内在的联系；次天气尺度与中尺度流场高层200hPa斜压分量很强，低层850hPa正压分量很强；次天气尺度与中尺度流场斜压性占主导地位，随着暴雨的发展，中尺度流场的正压性减弱而斜压性进一步增强，而次天气尺度流场的正压性增强而斜压性减弱。以上结论对于揭示中尺度暴雨过程发生发展的本质有一定的意义。     

暴雨的中尺度分析

一、前言本文对有关暴雨的中尺度现象的一些分析事实进行探讨,这里规定尺度为100公里左右的现象为中尺度现象。首先,我们来研究一下在大尺度现象或中尺度现象中,“分析”一词的含义是什么。从概念上说,“分析”一词包括以下内容:(1)用几何学方法确定物理量场(分布);(2)用物理学方法确定物理量场;(3)对观测资料或确定出的物理量场进行研究,以发现新的事实。下面对此逐一进行说明。     

暴雨云团的多尺度识别方法及其在临近预报中的应用

将一种暴雨云团的多尺度识别方法——层级聚类法,应用于β中尺度对流系统识别及临近预报中。该方法的基本思路是:将笛卡尔坐标下的雷达反射率因子进行聚类,得到比较详细的较小尺度的暴雨云团,然后设定阈值,将云团之间差异小于阈值的进行合并,可以得到较大尺度的云团,逐步放宽合并阈值,可得到更大尺度的云团。选取广州雷达2005年3月的飑线过程和温州2005年9月的台风过程对这种方法的识别结果进行了详细说明,结果表明:该方法能够识别不同系统的β中尺度对流云团,并能识别出其中反射率较强的γ中尺度云团,识别结果合理。采用这种方法识别不同尺度的暴雨云团,有利于跟踪、预报造成中国暴雨主要原因的β中尺度系统,也可兼顾β中尺度系统中的γ中尺度对流单体。根据预报时效的不同,可以选择不同的云团识别尺度。     

地形与城市环流共同作用下的β中尺度暴雨

从中尺度天气动力学理论入手, 利用尺度分析的方法, 得到了地形与城市热岛共同作用下的β中尺度暴雨的一系列理论特征。利用北京地区稠密的地面观测网资料以及分布于距暴雨中心区不同距离的两部风廓线仪观测资料, 通过分析2006年夏季发生的3次β中尺度暴雨酝酿、 发生、 发展、 维持过程中的气温、 降水、 风场的配置关系, 对β中尺度暴雨的部分理论特征进行了验证。主要结论: (1) 由城市热岛形成的水平温度梯度有可能在靠近城区的山前迎风坡强迫产生相对独立的中尺度风的垂直切变, 由此产生的低空风的垂直切变是维系中尺度对流降水发生、 发展的重要条件。另一方面, 一旦迎风坡出现强降水, 将形成吹向迎风坡的风速与降水强度之间的正反馈现象, 这种正反馈过程对β中尺度暴雨的形成过程起到了重要作用; (2) 地形越靠近城区, 山前越容易形成强的水平温度梯度, 进而越容易出现低空风的垂直切变。形成强低空风的垂直切变的响应时间取决于水平温度梯度的强度; (3) 地形坡度越大的地方, 产生的上升运动越强, 中尺度系统的水平尺度越小, 对于地形坡度较为平坦的地方, 更有利于产生水平尺度较大的中尺度系统; (4) 一般情况下, 地形与城市热力过程造成的中尺度暴雨过程多发生于傍晚前后或凌晨前后。     

一次突发性中尺度暴雪天气过程分析

对2004年12月丹东地区一次突发性中尺度暴雪天气过程的成因进行了分析。结果表明:造成此次暴雪天气过程的影响系统除天气尺度的冷锋外,其直接影响系统是中尺度海岸锋,它在有利的天气尺度环境下发展加强并向内陆移动,其上的中尺度环流形成的低云与冷锋云系的叠加是产生暴雪的主要原因。     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

台风暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

采用数值模拟和带通滤波相结合的方法,对一次台风暴雨过程中的大中尺度系统进行了分离;推导出一个包含大中尺度系统相互作用机制的涡度方程,对中尺度系统发生发展的主要影响因子和大中尺度系统之间的相互作用机制进行了定量诊断分析.结果表明:大中尺度系统之间的相互作用是中尺度系统发展增强、进而造成强降水的一种重要机制;当中尺度系统发展到一定阶段后,由中尺度涡度场、散度场和垂直速度场之间的相互配置所决定的散度项和扭曲项又会引起中尺度系统的减弱消散,这种中尺度系统发展演变的内在调节机制使得强降水在时间上也呈现出中尺度特征.     

9406号台风与中纬度系统相互作用的中尺度特征

利用非静力中尺度模式MM5,对9406号台风从1994年7月11日12时（世界时,下同）到12日12时之间的24h降水进行了模拟,采用滤波分析方法对模式结果进行了尺度分离。中尺度场的分析表明:台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上;高低空中尺度散度场的分布对中低纬系统相互作用所产生的降水具有一定的指示意义;台风及西风槽强度的改变将直接导致中尺度系统强度的变化,从而造成降水强度的不同。另外,还从能量学角度对不同尺度系统的能量变化进行了分析。结果表明,中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关,且与降水的变化有较好的对应关系。     

"0907"长江下游梅雨锋暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规观测资料、卫星TBB资料以及客观再分析资料,对2009年7月6—7日(简称"0907")的长江下游梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和天气分析,重点研究了中尺度系统的发生发展机制。结果表明:7月6—7日对流层低层,长江下游北侧存在的一次天气尺度低压,其发展和东移,促使锋生加强,低空急流发生。WRF中尺度模式数值模拟结果显示,在次天气尺度低压的南侧不断形成β中尺度和γ中尺度对流系统。对其中一个β中尺度对流系统的分析研究表明:低空中尺度急流和中尺度辐合首先发生。之后中尺度辐散迅速加强。高层强辐散、低空中尺度急流核和中尺度低涡的相互耦合作用使系统不断发展并东移。高层相对干冷空气的侵入促使系统衰减消亡。     

高阶高通隐式滤波法及其应用

采用反射边界条件的高阶高能隐式滤波法可以有效地分离尺度，抑制边界上的虚假增幅现象，对于评价和诊断要素场极为有用。用１９９１年７月５日，６日１°×１°网格的客观分析资料，对隐式双高法试验。结果表明，分离后的中尺度系统达到预想的效果。选择合适的参数能分离出所要分离的，且中尺度系统结构清晰，风压场比较协调，可作为中尺度分析的一种有用工具。     

干旱区绿洲诱发的中尺度运动的模拟及其关键因子的敏感性实验

利用一个非静力平衡的、高分辨的、二维中尺度大气数值模式，并在仅考虑简单过程的情况下，模拟了干旱区中绿洲所诱发的中尺度运动，并进行了这种中尺度大气运动的强度对绿洲水平尺度、绿洲与周围环境的水平热力差异、大尺度背景场水平风速和大尺度地表加热率等一些重要物理参数关系的敏感性实验研究。研究发现：中尺度大气运动强度随水平热力差异的增大而加强，随背景场水平风速和大尺度地表加热率增强而分别减弱。但随绿洲水平尺度的变化并不像前三个因子一样为单调函数，而是在绿洲水平尺度为20km时中尺度大气运动最强，绿洲水平尺度更大或更小时中尺度大气运动强度均会减弱。通过统计甘肃省河西地区的绿洲水平尺度分布规律，发现绿洲分布最集中的尺度在15－25km，与模拟所得到的能源发最强中尺度运动的绿洲水平尺度基本一致。     

降水系统的概念模式

雷达和卫星图象的解释是临近预报的主要内容之一。在做提前几小时的降水详细预报时,需要借助于天气尺度、中尺度现象和它们的机制对图象进行仔细的解释。本文综述了一些概念模式,这些模式描绘了热带和中纬地区的中纬度气旋、中尺度对流系统的各种表现。特别讨论了下述现象: (ⅰ)暖输送带,包括在上滑和下滑冷锋形势中具有后倾上升和前倾上升的输送带;(ⅱ)暖锋前的冷输送带;(ⅲ)出现在冷锋前低空急流边界层的与线对流相联系的窄雨带;(ⅳ)与对流层中层对流有关的中尺度宽雨带;(ⅴ)热带和中纬度飑线;(ⅵ)热带和中纬度非飑线中尺度对流系统;(ⅶ)与冷旋涡相联的次天气尺度逗点云;(ⅷ)极槽输送带和即刻锢囚(instant occlusion)。     

一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

陕西区域性暴雨个例中尺度分析

利用自动站雨量、FY-2C卫星TBB和多普勒雷达探测等资料对2006年6月2~3日发生在陕西的一次区域性暴雨进行分析。结果表明:区域性暴雨是中尺度辐合线、中β尺度云团共同作用产生的。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统,中尺度系统与强降水中心有较好的对应。强降水与雷达上强回波、逆风区、低空急流、暖平流有密切的关系。     

中尺度模式中辐射作用的敏感性试验

在中尺度区域气候模式RIEMS中通过考虑和不考虑辐射对大气温度变化的影响来研究中尺度气象过程对辐射的敏感性。结果表明,在月尺度上,辐射可以引起平均约2℃的温度差,从而影响气压形势场和中尺度气象过程,进而影响降水。但在日尺度上,辐射的作用可以不计。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

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.     

盛夏暴雨过程中尺度动能收支分析

利用尺度分离方法将大气运动分离成天气尺度和中尺度运动两部分，给出了中尺试动能平衡方程。在此基础上，对盛夏发生在我国北方的一次大暴雨过程进行了动能收支分析。分析表明：暴雨发生时中尺度动能明显增加，尤其是对流层中、下部最突出。对中尺度动能增加贡献最大的是除中尺度动能制造项外，垂直输送项的作用表现最明显，这显然是与中尺度辐合和上升运动加强有关。