一次飑线过程的云微物理参数化方案数值试验及其成因分析

利用WRF模式6种适合高分辨率且包含多种固态水成物粒子的云微物理参数化方案,分别对2012年5月16日江苏北部一次飑线过程进行数值试验,结果表明:LIN方案模拟的飑线回波反射率、强降水TS评分、结构和强度等均要优于其余5种微物理参数化方案。分析不同参数化试验结果中不同水成物粒子占比随时间的变化特征,并针对LIN方案采取敏感性试验和水成物转化微物理过程分析指出,在此次飑线过程中的各水成物粒子中,霰/雹粒子占比最大,是降水过程中最重要的粒子;地面降水直接来源是雨水,雨水主要来源于中层霰/雹粒子的融化,小部分来源于云水的自动转化;中层霰/雹粒子最主要来源是通过雨霰转化过程中的雨水撞冻冰雹微物理过程,其次是霰撞冻云水的微物理过程,而冰相物质雪晶和云冰的碰并、撞冻和自动转化过程微乎其微。     

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。     

浙北地区一次飑线天气的数值模拟分析

利用NCEP1°×1°的再分析资料对2014年3月29日发生在浙北地区的一次飑线天气过程进行诊断分析,并用中尺度数值模式WRF3.2.1对该过程进行数值模拟。结果表明,高空槽、低层冷涡和地面气旋为这次飑线天气的主要影响系统;K指数和θse等值线反映了浙北地区大气层结的不稳定性。此外,WRF模式基本上能模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征。数值模拟结果显示,低层正涡度,高层负涡度的配置有利于强对流的产生和发展;850hPa的流场特征能够很好地分析出飑线系统经历发生、发展到消亡的演变过程。     

一次伴有雷暴大风的飑线天气过程分析及数值模拟研究

利用NCEP/NCAR(1°×1°)的逐6 h再分析资料、WRF中尺度预报模式,对2014年7月30—31日发生在江淮地区的一次强飑线天气过程进天气学分析和数值模拟研究。研究结果表明,此次飑线过程是在高空槽后有强冷空气输送、中层阶梯槽引导干冷空气南下并叠加在低层暖湿气流之上的有利背景条件下产生的,低空切变线是此次飑线过程的重要触发机制。在飑线成熟阶段,气流下沉速度极大值区在高(低)层与霰(雨水)混合比极大值区有很好的对应关系,水凝物粒子下落时对周围空气的拖曳作用是下沉气流形成的关键。雨水蒸发率影响飑线维持期间地面冷池的强度和分布,雨水蒸发率越大,地面冷池强度越强、范围越广;雨水蒸发率越小,地面冷池越弱,甚至消失。雨水蒸发率与地面风速也有很好的正相关性,增大雨水蒸发率可使地面风速增大,使模拟的地面最大风速更接近实况。     

一次强飑线边界层气象要素模拟分析

使用WRF中尺度数值模式,分别选用两种不同边界层参数化方案（MYJ,YSU）,对2006—06—25洛阳地区一次强飑线边界层结构进行模拟,对比分析近地面层风场、温度场以及边界层日变化特征,结果发现：WRF模式基本模拟出了强飑线过程边界层变化特征;在边界层方案中,MYJ方案描述的边界层结构较YSU方案合理。这表明,用WRF模式能较好地模拟预报飑线的边界层气象要素特征。     

一次暖云降水主导的暴雨过程中电荷结构特征及其成因的模拟研究

为了认识以暖云强降水为主导的对流单体中的电荷结构特征及其形成原因,利用加入了起放电参数化方案的WRF模式,模拟了2017年5月7日广州局地突发的以暖云降水为主导的特大暴雨过程,分析讨论了此次过程中一个单体成熟发展阶段的电荷结构的特征及其成因.结果 表明,此次以暖云降水为主导的特大暴雨过程中的单体对流强度较弱,云顶高度低...     

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。     

一次飑线过程及其受下垫面影响的数值模拟

利用WRFV3. 8模式对2016年7月25日发生在渤海海域的一次海上发展、移速较慢、生命史长的飑线过程进行了数值模拟,通过填海敏感性试验探讨了渤海水面对飑线形成过程的影响。结果表明:(1) WRF模式合理地模拟出了飑线的形成过程,系统入海前,海上吹来的偏东风是形成对流的关键因素,而在海上增强阶段,偏北风与西南风在海上交汇形成强辐合带,飑线重新组织发展,冷空气触发层结不稳定能量释放为对流提供能量,西南低空急流的脉动促进了对流的发展,较强的低层和深层垂直风切变为系统的增强和线状组织创造了有利条件;(2)光滑的渤海水面对入海的近地面风有增强作用,入海后西南风增强,与南下偏北风辐合增强,使对流更加活跃,但也阻碍了辐合带南移,使飑线南下趋缓;(3)白天渤海水面感、潜热交换较陆地下垫面小,湍流活动弱,而夜间渤海水面潜热通量高于陆地,但边界层高度较低,不利于低层垂直风切变的增强,阻碍了飑线的发展。     

广东一次雷暴过程的宏微观及电特征的数值模拟

采用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟了2015年7月17日广东清远一次系统性强雷暴过程,探究此次雷暴的宏微观及电活动特征,从微物理角度出发,分析电荷结构的复杂成因。结果表明,由于水汽充足,上升气流速度大,云体高度高,小粒子随着强上升气流快速上升,迅速增长为雨滴等大粒子,降水出现早,强度大,较高的气温,使得很难产生固态降水。本次过程中,电荷结构由三极性结构逐渐演变成偶极性结构,这是由于霰的自动转化作用较强,中层霰粒在雷暴云成熟期转化为雹下落,上升气流由于强降水的发生不能维持,冰晶和霰粒子分布区域重合面积减少,非感应起电减弱,使得下部电荷结构消散。较高的电荷区高度使得云闪数目远远多于地闪数目。      

雷达资料同化对一次飑线过程的次公里尺度数值模拟影响研究

针对2019年6月5日重庆地区发生的一次飑线天气过程,利用中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)模式和ARPS(The Advanced Regional Prediction System)的3DVAR三维变分同化系统及其ADAS(ARPS Data Assimilation System)云分析系统,探究了不同模式水平分辨率下雷达资料同化对该飑线系统的模拟改进效果。结果表明：(1)未同化雷达资料时,模式水平分辨率从900 m提高到300 m,模式模拟结果无明显改进。(2)不同模式水平分辨率下,同化试验的模拟效果相比同化前,对于雷达回波的形状、强度和落区都有一定改善。(3)使用雷达资料同化的情况下,同时提高模式水平分辨率,能进一步优化调整模式的动力、热力及水汽条件,使得对本次飑线系统的发生发展和组织结构特征的模拟与实况更接近。     

广东地区一次飑线过程的地面雨滴谱特征分析

利用3台二维视频雨滴谱仪(2DVD)、广州S波段双偏振雷达以及C-FMCW雷达资料,分析广东地区2017年5月8日一次飑线过程不同降水部位的雨滴谱特征。根据雨强随时间变化,区分对流降水区,同时以对流降水区为分界线,将此次飑线过程划分为飑线前部、飑线中部和飑线后部。结果表明,飑线不同降水部位雨滴谱特征存在明显的差别。飑线前部,粒子谱分布变化剧烈,中小粒径的粒子居多,粒子数浓度较飑线中部偏低;飑线中部,粒子分布较分散,中等粒子比重较高,粒子数浓度最高,雨强的增加主要与雨滴数浓度有关;飑线后部,降水粒子分布较集中,且以高浓度中小粒子为主。另外,还研究了μ-Λ关系和Z-R关系。μ-Λ之间存在较好的二项式关系;不同降水部位Z-R关系差异较大,分别为Z=8.94R^2.70、Z=526.98R^1.22和Z=467.56R^1.42。飑线不同部位雨滴谱演变特征存在一些明显差别,同时,同一部位不同空间位置也存在着一定的差异。     

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。     

广东两次飑线过程的微物理特征分析研究

基于中国气象局龙门云物理野外科学试验基地2DVD（Two-Dimensional Video Disdrometer）雨滴谱观测资料, 分析广东地区2017年5月4日（槽前型飑线）和2017年8月22日（东风型飑线）两次不同飑线系统不同降水类型的雨滴谱特征。根据雨强和雷达反射率随时间变化将降水分成对流降水和层云降水, 同时以20 mm/h为阈值将对流降水划分为对流前沿、对流中心和对流后沿。结果表明, 两次飑线系统在不同降水时期的微物理特征参数变化有所差异。槽前型飑线过程中, 对流降水的粒子分布较为分散, 中等粒径的粒子比重较高, 且对流区前半部分粒子尺寸大于“大陆性”对流特征, 后半部分粒子尺寸小于“海洋性”对流特征; 层云降水的粒子分布较为集中, 小粒径粒子居多。而东风型飑线整个降水时期基本上是由高浓度中小粒径粒子组成, 降水粒子粒径分布较为集中, 对流降水粒子介于“海洋性”和“大陆性”对流区之间。      

2013年春季一次强飑线过程中尺度特征研究

运用多种观测数据,结合WRF模式分析了2013年3月19日发生在黔湘地区一次飑线形成期的中尺度特征。（1）此次飑线发生在高空500 hPa槽前的西南气流中,地面冷锋附近。环境风为西南向,且垂直于飑线长轴的分量小于沿着飑线长轴的分量。（2）飑线东、西两段存在显著差异：东段所在环境干燥,下沉对流有效位能DCAPE大,故雷暴大风强而短时强降水弱,对流单体初始于锋区及冷空气一侧,呈碎块状分布;西段环境湿润,短时强降水和冰雹集中,对流单体出现于地面锋区附近中尺度辐合线内,辐合线持久,其上辐合中心处不断有单体新生。（3）此次过程有重力波作用,且飑线西段重力波特征更明显。急流中的波动与中尺度辐合线相交,波动上升气流叠加辐合线上升运动,引起对流发生并迅猛发展,使得对流单体趋向于沿着波动等振幅面排列成带状,进而形成飑线。（4）旧单体南、北两侧均有新对流单体发生：北侧新单体高、低层重力波反相位叠加,对流受到抑制;南侧的新单体高、低层波动同相,上升气流加强,对流得以发展;新旧单体不断迭代更新,飑线整体向东南传播。     

自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用

为了研究自动气象站资料在模拟中国东部飑线过程中的影响,利用WRF模式模拟了2009年6月14日发生在苏北地区的一次飑线过程。首先设计了两个数值试验,两个试验都只用FNL资料作为初始场和边界条件,但是模拟开始时间分别为北京时间10时和08时,离观测的飑线过程开始时间分别有3 h和5 h。在10时开始的试验(控制试验)中,模拟飑线过程时间上有3~4 h延迟,空间上向东偏移了100 km左右,但是试验可模拟出与观测相似的飑线发展过程,即对流从山东省南部开始、飑线弓形回波在江苏北部成熟和在江苏南部消亡的过程。而在08时开始的试验中(对比试验),没有能够模拟出与观测相似飑线发展过程,降水范围和飑线水平尺度偏小,对流强度明显偏弱,时间上比控制试验更晚。分析发现,FNL资料中的相对湿度低于观测,通过增加低层水汽,可提高模拟效果,对流触发时间也与观测更加接近。在加入地面自动气象站资料的敏感性实验中,对流触发时间比控制试验提前1 h,可模拟出与观测相似的飑线发展过程。因此,低层水汽对这次飑线过程模拟具有重要影响,在飑线数值模拟中加入地面自动气象站加密观测资料可有效提高模拟能力。      

山东04.28强飑线过程重力波结构的分析

利用卫星、雷达及山东省中尺度自动站网获取的多种观测资料分析了2006年4月28日主要发生在山东境内的一次飑线(squall line)过程.利用PSU/NCAR中尺度大气非静力模式MM5对这次飑线过程进行了数值模拟分析.分析结果表明,高空冷槽叠加在低空暖空气上,形成上冷下暖的大气热力层结,积累了大量的对流有效位能.由于太行山地形影响而产生的下坡风与地面低压槽前的西南暖湿气流相汇合,形成中尺度辐合线,触发了不稳定能量的释放,产生对流并由中尺度辐合线组成飑线.用小波分析的方法对数值模拟的结果进行连续小波变换,对变换后的结果进行分析表明:太行山的背风波是此次过程的激发机制之一,并且在这次过程中有明显的中尺度重力波结构,其主要波长约为50~100 km,波包传播速度为14~28 m/s,但50 km波相速略大于100 km波.     

2009年6月河南一次飑线过程的成因分析

利用地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和雷达探测资料,从能量、动力和触发机制等角度,对2009年6月3日发生在河南东部地区的一次飑线过程进行综合分析。结果表明:东北冷涡是此次飑线过程的主要影响系统,涡后冷空气南下与低层暖湿空气叠加造成对流不稳定,高层的干冷空气侵入增强了对流不稳定;低层辐合、高层辐散为飑线强对流天气的发生发展提供了强烈上升运动的动力条件,地面维持并加强的干线所激发的次级环流可能是这次飑线系统发生发展的重要机制之一;中低层的垂直风切变稳定维持、加强、迅速减小与飑线强对流天气发生发展前后对应较好,其演变特征对此次飑线过程有很好的指示意义。     

近50年广东省雷暴、闪电时空变化特征的研究

用1957-2004年广东省24站和1951-2004年曲江、广州、汕头、湛江4站的年、月雷暴、闪电的观测资料,研究了广东省年、月的雷暴日、闪电日的时、空分布特征。对年雷暴日、闪电日的经验正交分解表明,在研究的时间段内。广东省年的雷暴日、闪电日都有明显减少的趋势。广东省平均每10年雷暴日减少4．8天、闪电日减少9．5天。雷暴日和闪电日的趋势变化有明显的区域特征,雷暴日减少最明显的是在广东雷州半岛的湛江、徐闻;广东东南部的雷暴日、闪电日则减少不多。闪电的负趋势比雷暴的负趋势更明显。研究表明,雷暴日、闪电日的长期趋势有明显的季节变化。5-9月是雷暴日、闪电日减少最明显的月份,冬季（12、1、2月）的雷暴日、闪电日略有增加。1983年以后广东冬季的雷暴、闪电比1980年以前更加频繁。广东雷暴、闪电的减少是气候变化的一个反映,它们与广东省雨日的气候变化比较一致。