GRAPES_CAMS模式产品在贵州一次夏季暴雨过程中的检验

利用地面站、卫星产品和多普勒雷达基数据等观测资料,检验分析了国家人影中心下发的GRAPES_CAMS模式对2016年6月30日—7月1日发生在贵州省的一次大范围强降水天气过程的预报效果。将GRAPES模式预报产品与实况资料进行对比分析发现该模式对贵州的天气过程具有一定的预报能力。检验结果表明:针对此次降水过程,综合预报产品的云系发展演变特征、云系宏观特征、云系性质、降水场检验分析,模式较好地预报出了此次降水过程。在云系的发展演变、移动路径和降水落区等方面的预报效果较好,而云系的移动速度和雨量与实况还有一定的差距。     

春季两次东移型西南涡云系的发展演变特征

采用FY-2E和Cloud Sat卫星资料、雷达资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析2013年春季2次西南涡云型、云系结构和雷达回波演变、环境场特征。结果表明:(1)2次西南涡形成都伴随有高原槽东移和高原东侧偏南低空急流增强,偏南低空急流增强对低涡形成和东移起重要作用;(2)西南涡云系结构与低涡环流密切相关,西南涡形成和东移初期,低涡环流结构呈椭圆形,西南涡云系表现为叶状云系或逗点云系,随着低涡后部冷空气入侵加剧,低涡云系形成典型的"S"型后边界。低涡云系的结构形式和边界形状,对低涡形成和东移、急流发展有指示作用;(3)低涡降水分布与低涡云系结构有一定关系,低涡水平云系分布为叶状云系时,降水中心位于其东南部,低涡云系水平分布为逗点云系时,降水中心位于其逗点云内;(4)受低涡云系结构影响,低涡云系降水可分为2个阶段,第1阶段为低涡暖区降水,回波带呈反气旋弯曲,向东移动并向东北方向旋转;第2阶段中层干冷空气下沉加剧,干冷和暖湿气团交汇形成西南—东北向带状回波,雷达回波上"人"字形回波形成。     

一次冬季江淮气旋逗点云区的雷达回波和气流结构分析

2016年2月12—13日,受冷空气和江淮气旋暖锋锋生影响,山东出现一次极端暴雨雪天气过程,全省有42个站的降水突破同期历史记录。采用多种观测以及WRF模式模拟的热力学变量,基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT v4.9),分析了气旋逗点云区云系的演变特征、降水不同阶段气旋逗点云区气流结构和轨迹特征。结果表明:(1)江淮气旋逗点云区由4条带状回波合并发展形成,气旋形成后降水回波呈气旋式旋转、拉长,形成多条中尺度强降水带。(2)降雨阶段气旋逗点头从下到上主要由来自东海、黄海、日本海或内陆的边界层气团,来自中国南海和中南半岛的暖湿气团以及来自西亚和东欧的干冷气团组成。气旋逗点头内有3个降水区:北部和南部暖湿气团浅薄、层结稳定,为层状云降水区;中部暖湿气团深厚,中高层有条件性不稳定发展,为深厚的对流云降水区。气旋逗点头中南部的干冷空气来自高层的西亚气团,而剖面北部有来自中层(即青藏高原东部气团)的干冷空气,气团明显变性,对降水贡献大。(3)降雪阶段气旋逗点头从下到上主要由西伯利亚气团、东海气团、南海气团和孟加拉湾气团叠置而成。气旋逗点头西部层状降水区分两部分:北部为降雪区,南部为降雨区。降雪与降雨阶段的明显差别是冷湿的东海气团下面是否有西伯利亚冷气团。降雪区西伯利亚气团上空东海气团深厚,南海气团浅薄;降雨区南海气团深厚,东海气团浅薄。      

辽宁一次区域性暴雨的特征条件与成因分析

利用ERA5再分析资料、FY-4A卫星反演云特征参量、地面自动站风和雨量资料,对2020年5月17-19日辽宁东南部一次区域性暴雨、局地大暴雨、伴有短时强降水过程进行详细分析。研究表明：东北冷涡叠加北上强烈发展的气旋是此次过程的天气形势特征,短时强降水出现在冷涡发展接近成熟、气旋强烈发展加深阶段,局地地面辐合型切变线是导致短时强降水的中尺度条件。冷涡东南侧水汽输送通道与来自孟加拉湾热带低压东侧经南海海域由西南低空急流向北输送的水汽通道合并,成为了暴雨产生和维持的必要条件。辽宁中东部的降水产生在冷涡系统的东北部-北部-西北部区域,降水落区与850 hPa风场的相关性最高,降水产生及维持阶段700 hPa以下为辐合区,辐散出现在600～200 hPa,降水强度大于5 mm·h-1的区域上升运动区近似直立地贯穿整个湿层,降水区域上空假相当位温密集区向西北方向倾斜,400 hPa高度之下存在热力不稳定。冷涡发展强盛到成熟阶段,干冷空气的入侵使冷涡云系内部边缘逐渐清晰,形成“逗点状”云系。强降水区呈条带状分布,云顶高度普遍大于9 km,云光学厚度大于60,属于水凝物含量丰富的冷暖混合云;远离冷涡...     

西藏高原一次冰雹天气云降水模式预报产品检验

利用FY-2G卫星反演云特征参量产品、MICAPS高空和地面形势场、逐小时地面降水和探空数据等资料,从云的宏观、微观结构及垂直结构和降水方面对2016年6月22日19:00-20:00拉萨市短时冰雹天气发生期间的GRAPES_CAMS云降水模式预报结果进行高原地区适用性检验。结果表明:(1)模式能够预报西藏地区的降水落区分布,对强降水中心和降水强度的预报存在一定偏差;(2)模式能较好地预报云系发展演变,在云系移速、移向上预报结果与实况基本一致,对云系发展旺盛程度的预报有一定偏差;(3)模式能较准确地预报高原对流云宏观特征,对流云的垂直发展预报结果比实况弱,云顶高度偏低1.0~2.0 km,云顶温度偏高10~20℃;(4)在云垂直结构特征上,模式预报与卫星、高空监测较为吻合,云的冷暖性质、垂直结构、特征温度层高度与实况接近。     

一次山地积云并合扩展层化过程的数值模拟

因复杂地形下热力和动力抬升对近地面空气的扰动作用,贵州地区容易形成内部嵌有许多小对流单体的积层混合云.选取2005年5月29日发生在贵州省的一次积层混合云降水个例进行分析,并利用WRF模式模拟该云系的生成、发展过程.结果表明:积层混合云由积云并合扩展层化形成,其发展过程经历三个典型的并合阶段.云系的降水特点是降水范围很大,分布不均匀,雨区中存在多个强降水中心,降水量累计最大值可达60 mm,且强降水中心与云中小对流单体的位置对应;积层混合云形成过程中,地面产生强降水的最终原因是,云并合过程中释放的不稳定能量改变了云中的气流场和含水量场.     

一次强降水天气过程的数值模拟

利用MM5中尺度非静力模式对2007年6月29日发生在贵州省的强降水天气过程进行数值模拟分析,并着重研究了强降水天气过程中伴随的云场及基本反射率的发展演变。结果表明:中尺度模式MM5对此次强降水过程有较好地模拟能力。高低层含水量高值区的发展演变基本一致,高值中心的出现与云水向雨水转化的时间一致。500hPa高含水量区的出现可加大低层的雨水含量,对降水的组织和维持有重要作用。模拟的雷达基本反射率因子能较好地反映强对流回波的生消演变,为强对流天气的临近预报提供一种有效的方法。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.     

一次西风槽过程过冷云水分布特征观测研究

过冷云水生消演变规律是云物理学和人工影响天气的重要研究领域。根据Hobbs 1974年提出的假定,利用飞机、卫星、雷达和雨量计等观测资料,对2012年9月21日河北一次西风槽天气过程进行观测研究,分析其过冷云水分布特征及演变规律。结果表明,槽前云系过冷水区宽厚并且过冷水含量较高,云滴浓度和均立方根直径较大并且均匀,冷云区厚而且没有分层,没有暖云配合;近槽云系中冷云区小粒子浓度降低但云滴直径增大,冷云区夹有干层,云系变厚出现暖云配合,冷暖云液态水含量较高,冷暖云区大粒子和降水粒子浓度和尺度增大,中尺度云团移动较快;槽后云系中云滴浓度最大,但云滴均立方根直径明显减小,过冷水区出现的高度下降、厚度很薄、过冷水含量较低,冷、暖云之间有干层,暖云对应的大粒子浓度和降水粒子浓度非常大,地面降水主要由暖云过程产生;云水(过冷水)含量峰值常出现在云内逆温层的上方;利用云粒子测量系统(PMS)资料分析过冷云水生消演变特征与卫星和雷达资料具有较高的一致性。     

青海一次春季透雨降水过程的云物理结构分析

2001年5月23日青海省的一次透雨过程基本解决了春旱问题.此次降水预报准确,开展了飞机人工增雨作业,同时利用一架科研探测飞机对降水云层进行较系统的云微物理特征探测.探测结果表明"5·23"透雨过程中,降水云系在降水形成发展阶段有分层现象,上层云云水含量较下层大,云粒子浓度大,水汽主要由较高层的系统输送,由于青藏高原特有的下垫面条件,云系的发展变化较快.云粒子谱分析表明,降水云系生成阶段,云粒子谱不连续,呈间断分布或呈浓度有多峰的特征,降水云系成熟后云粒子谱明显增宽,且浓度增加一个以上数量级.云系的不同发展阶段降水云系的粒子二维特征也有不同.     

克州一次强降水天气过程的多普勒天气雷达回波分析

应用常规天气图和喀什CINRAD/CC多普勒天气雷达回波资料,对2009年5月10日出现在克州境内的一次区域性强降水进行分析,认为,本次降水是以区域混合型降水为主,伴随有局地强对流降水的天气过程。反射率因子很好的反映出了影响此次降水的涡旋云系及外围云系上中小尺度天气系统发生、发展、消亡过程,径向速度反映出涡旋云系上更小尺度系统的存在,垂直风廓线较好的反应了各层气流和风向风速的变化。     

青海省海东地区9.18强对流天气成因分析

应用地面加密观测资料、常规天气图、物理量场特征以及卫星云图资料,对2009年9月18-19日海东地区出现的强对流天气进行了初步分析。认为:高原低涡东移是造成此次强降水的主要系统;低层辐合、高层辐散的流场形势引起强烈上升运动,保证了降水云系的发展和维持,为强对流天气的发生和维持提供了很好的动力条件;假相当位温场上高能分布区对降水的落区预报有一定的指示意义。     

利用卫星云图作安顺地区短期强降水预报

用１９９４年影响安顺地区的几次强降水天气过程，对照卫星云图进行了分析，总结出３种不同类型的云系特征，探讨了云顶温度与降水的关系，并举例说明了使用方法，对在实际业务工作中的判断云与降水的关系有一定的作用。     

高原暖区一次强降水特征及预报偏差分析

2011年3月18日夜间到19日白天,青海省出现了一次强降水天气过程,除海西部分站未出现降水外,其余各地均出现降水,其中玉树和果洛的部分地区出现大雪,18日的24小时预报未能报出北部的降水及南部的大雪,多个台站的温度预报也随之出现较大偏差。利用常规观测资料,Ecwmf(以下简称EC)、T639、T213各数值预报模式及物理量场,对这次强降水天气过程进行了诊断分析,并对预报失误原因进行了总结。分析结果表明:这次降水过程地面没有明显冷空气配合,降水主要出现在暖区里〔1〕;高空上主要是高原存在明显的锋区,北部西北气流中小的扰动在东移中发展并与南部高原槽叠加,地面上有南北中小尺度辐合线也在东移过程中合并,云图的发展演变更加证实了西北气流中小扰动的存在,并在有利条件下发展加深与南支槽合并的事实。研究还表明低空西南急流北抬为暖区强对流发生、发展提供水汽条件;低层暖平流、高层冷平流的上下层配置,使不稳定能量得以聚集等方面的原因是造成这次降水天气过程和预报失误的主要原因,通过这次个例分析为今后此类暖区强降水天气过程的预报提供参考依据。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24-25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析。结果表明:影响降水过程的是低槽—切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强。强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定。这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好。最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽—切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽—切变云系上云顶温度较高的部位符合“播云窗”概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,“播撒—供应”机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

华北一次强降水过程的分阶段对比分析

利用GPS可降水量、多普勒天气雷达和地面加密自动站等高时空分辨率资料,对2011年6月23-24日发生在京津冀的强降水天气过程的不同阶段进行了对比分析.结果表明:(1)第一阶段降水为时间短、强度大的积状云对流降水;GPS可降水量的峰值与强降水对应,在降水之前6h左右会有GPS可降水量峰值出现;在空间分布上,高值中心的演变表现为东移南压趋势.(2)第二阶段降水表现为持续时间较长的系统性降水;雷达回波以大面积层状云降水回波为主;此阶段的GPS可降水量长时间维持在高值阶段,空间分布上GPS可降水量等值线“南高北低”并逐渐南压,西部GPS可降水量明显偏高.(3)在液态水与气态水对比上,雷达VIL随时间的变化不连续,而GPS可降水量表现为连续性演变,二者的峰值或高值对应较好,二者均可反映降水出现时间和降水性质,其中雷达VIL大值与降水出现时段吻合得好,而GPS可降水量的大小和演变趋势可以提前预示降水的出现时间和降水性质,对降水天气预报有指示意义.     

基于卫星观测的一例东北冷涡天气的初步分析

应用FY2E卫星云图和配合云顶亮度温度,结合天气图、地面实况资料,对2012年5月13-16日一次东北冷涡形成、发展及消亡的过程进行分析。通过6.7μm水汽云图和红外云图分析冷涡能量释放过程中,降水和雷暴分布特征,并且试图建立降水和雷暴落区预报依据。结果表明:本次过程在FY-2C卫星云图、大尺度环流形势场对冷涡反映都很敏感,冷涡降水主要发生在三四象限,强雷电主要发生在"逗点"云系形成过程中即成熟阶段,冷涡消亡过程中,瓦解的碎散云系由于有冷空气的作用,也会带来阵性不均匀雷阵雨天气。TBB低值带与强降水雷暴的落区有很好的对应关系,降水的发生区往往是TBB的相对低值中心,雨带摆动及强度与TBB低值带的摆动和强度相一致。TBB≤-30℃,应注意降水的预报,TBB≤-60℃,可能出现雷暴天气。雷暴的发生发展经常出现在水汽图上高空急流左侧的暗区和亮区的过渡带,暗区对应着水汽图上的干区,能量在这一区域可以得到有效的储存,在一定的触发条件下,不稳定能量释放,强对流天气出现。     

锋面云系降水中的增雨潜力数值研究

采用中尺度模式MM5模拟研究2002年4月4～5日出现在河南省境内的一次冷锋云系宏观和微观结构特征、云系降水机制以及区域内水分循环收支、"拟降水效率"与云系增雨潜力.模拟结果显示,这次大范围冷锋降水云系分层、非均匀性结构明显,高层主要由冰相粒子构成,中层是冰-水混合层,低层为液水层.云系内同时存在较强的冷、暖云过程,低层和中层首先由暖云过程生成大量云水,而高层冰晶出现后不断向雪转化,大量的冰雪晶由高层降落至中层高云水含量区,促使雨水大量产生,云系存在明显的"播种-供给"云降水机制.此外,模拟显示云系降水主     

青藏高原夏季对流云微物理特征和降水形成机制

青藏高原对我国天气、气候和水循环过程有重要影响。利用第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）2014年7月在那曲地区的飞机观测数据,研究青藏高原夏季对流云和降水的微物理特征及降水形成机制。飞机探测的云系主要为初生或发展阶段的冰水混合云,云滴数浓度低于平原、海洋地区1~2个量级,云内存在大量大云滴和雨滴,过冷水含量高。大粒子（D≥50 μm）数浓度量级为100~101 L-1,云内上升气流速度集中在1~4 m·s-1。青藏高原云滴谱主要呈双峰型,云内冰相粒子多为密实、不透明的霰粒子,云内凇附过程显著。云内暖雨过程产生的大云滴和雨滴有利于冰相过程,尤其是凇附过程的产生,使得青藏高原云更易产生降水。此外,残留云系与对流云有着较为类似的微物理特征。