一次非典型梅雨锋暴雨过程及其中尺度系统的数值模拟

利用常规观测资料\, 卫星观测的高时空分辨率TBB资料以及客观分析资料, 对2002年6月22~23日(“02.6”)一次非典型的梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。在此基础上, 利用中尺度数值模式MM5对此次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟, 并分析了暴雨中尺度系统的结构特征。结果表明： （1）天气分析显示, “02.6”梅雨锋暴雨过程与α中尺度低涡的东移发展和对流层低层的两支低空急流的增强发展有关。对流层低层700 hPa为一个缓慢东移与南压的东北西南向冷式切变线, 暖式切变线不太明显, 这与通常的江淮切变线梅雨锋暴雨不同。对流层500 hPa的副热带高压非常强, 高层200 hPa对流层高层的反气旋环流非常强并与高空急流相伴, 南亚高压中心位于我国江南地区。（2）TBB资料分析表明, 此次暴雨过程产生与多个β中尺度系统合并发展成α中尺度系统以及此后从α中尺度系统中不断分裂出β中尺度系统发展演变密切相关; 强中尺度对流系统主要在中尺度低涡冷、 暖切变线的的南侧发生和发展, 并不是在中尺度低涡的冷暖切变线上发展。（3）垂直结构分析显示： 在中尺度系统开始发展阶段, 中尺度系统具有强的垂直于剖面的风分量切变、 低空急流核以及高空强辐散低空强辐合, 这有利于中尺度系统的发展; 当中尺度低涡发展到相对成熟的阶段, 其后部不断分裂出中小尺度系统, 对流层低层的θe具有明显暖心结构, 由于气块绝热上升冷却效应比对流潜热释放作用强, 导致在800~600 hPa层上 θe比环境的低, 加之在强上升运动的顶部两侧的下沉补偿气流也比较弱, 这不利于中尺度低涡的维持。     

一次梅雨锋大暴雨过程的数值模拟分析

利用区域大气数值模式RAMS 6.0,模拟了2008年6月9-10日发生在我国长江中下游地区的一次梅雨锋大暴雨过程。结果表明,模式能较好地再现这次大暴雨过程以及中小尺度系统的生消演变。在这次大暴雨过程中,高低空流场的恰当配置、三支气流在长江中下游的汇合及低涡沿切变线东移等都为大暴雨的形成提供了有利的大尺度环流背景。低涡内生成的一系列中尺度对流系统沿梅雨锋稳定地向东北偏东方向移动并发展,是造成这次长江中下游地区大暴雨的动力机制。孟加拉湾到我国西南地区稳定的南支低槽和副热带高压外围发展旺盛的西南气流输送,为这次暴雨过程提供了充沛的水汽。     

三次梅雨锋大暴雨过程的数值模拟分析

我台以ＳＧＩ工作站为计算平台，建立了中尺度数值预报系统（ＪＭＮＦＳ）。本文则应用该系统对１９９６年６月２８日，７月３日、７月１４日三次梅雨锋上发生波动后发展成江淮气旋，在江淮地区造成大暴雨和区域性暴雨的过程进行了数值模拟分析，揭示了产生暴雨的天气系统结构特征物理机制和一些预报上的启示。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

一次梅雨锋暴雨发生发展机制的诊断与模拟

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星资料和加密自动站资料,结合中尺度WRF模式对2013年苏皖地区的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断与模拟。观测资料分析表明:在有利的环流背景和热动力条件下,此次暴雨发生在梅雨锋前暖区,雨带呈现"先带状后串波状"的分布特征,并随锋面南移。前期降水由地面中尺度辐合线触发,受两个相继发展的中α尺度的线状对流系统直接影响;后期降水受地面暖式切变线触发,有多个中β尺度对流系统沿切变线串状排列,并不断东移发展。模拟结果分析表明:降水过程中,大尺度非地转强迫作用也是强对流的触发机制之一。地面辐合线产生条带状的低层辐合区,从而产生条带状连续分布的上升运动,形成线状对流系统及带状降水。此外地面辐合线能够在暴雨区形成南北两个中尺度垂直次级环流,这是降水的增强机制。暖式切变线上的局部扰动在低层局部地区产生强辐合,由此沿切变线形成强上升弱下沉间隔分布的现象,局部强上升区使得对流系统于该处得到发展,并形成分散的强降水区。     

积云对流参数化对一交梅雨锋暴雨过程影响的模拟检验

应用１９８８年版日本谱模式ＪＳＭ,对比分析了Ａｒａｋａｗａ－Ｓｃｋａｗａ－Ｓｃｈｕｂｅｒｔ、Ｋａｉｎ－Ｆｒｉｔｓｃｈ、ＫｕｏＡｎｔｈｅｓ和Ｇａｄｄ－Ｋｅｅｒｓ等几种积云对流参数化方案在梅雨锋暴雨对流系统模拟中的表现。     

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

"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。     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。     

一次梅雨锋暴雨的模拟与诊断分析

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5,对1999年6月下旬长江中下游一次暴雨过程进行了数值模拟。结果表明,该模式能较好地模拟这次暴雨过程。中β尺度低压涡旋是该暴雨的主要影响系统,其稳定,移动缓慢是暴雨发生的根本原因。高层大气辐散,中低层强辐合,垂直运动强烈,低层有充足的水汽供应,低层对流不稳定能量释放是低涡及暴雨维持和发展的动力机制。     

一次梅雨锋暴雨过程的数值模拟及机理分析

对2003年6月24、25日的江南北部暴雨过程进行了数值模拟及其结果分析。研究表明：这是一次在高空槽、低空切变线及高低空急流的共同影响下,冷暖空气交汇形成梅雨锋而引发的降雨;在暴雨过程中,高低空急流的共同作用对暴雨的发生发展起着重要作用,风场的特殊结构,使得中空出现三个无辐散层、两个垂直上升运动中心,从而维持了整层的垂直上升运动;去除潜热的“干”敏感性试验表明,潜热释放加热了深厚的大气层,使得高层加压辐散,暴雨区北侧的高空西北急流加强,低层减压辐合,暴雨区南侧的低空西南急流加强,同时使得低层的切变线得以维持加强。     

一次梅雨暴过程中潜热的计算分析

本文针对1991年7月5日20时-6日20时一次江淮梅雨过程，计算了潜热的释放，并揭示出潜热具有以下特点：（1）在整个梅雨锋暴雨过程中有大量凝结潜热释放，且在梅雨锋暴雨的强盛时期潜热释放最多。（2）在此次梅雨锋暴雨过程中对流凝结潜热的释放明显大于大尺度稳定凝结潜热的释放，且主要集中在650hPa-550hPa，它的强弱变化与实际降水强度变化成正比。     

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。     

梅雨锋暴雨过程中两支雨带的数值模拟

利用中尺度模式（ＭＭ４）对１９８１年６月２７日江淮地区梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,取得了与实况比较一致的结果,成功地模拟出南北两支中－α尺度雨带,在此基础上利用模式输出资料进行中尺度诊断分析,揭示了这次天气过程的中尺度结构特征。重点探讨两支雨带形成和维持的机制。并通过干湿对比试验讨论了积云对流潜热反馈作用。研究表明：在这次过程中南、北雨带主要是由于重力惯性波频散、高低空急流耦合等共同作用下的结果。     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

一次梅雨锋暴雨过程的中尺度对比模拟分析

使用新一代细网格WRF中尺度数值模式和MM5（V3）模式,对2003年7月4～6日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟对比分析。结果表明：WRF和MM5都能较好的模拟这次暴雨过程雨带的分布和走向,而WRF能更好的模拟降水中心的位置和雨量;与暴雨过程相联系的低空急流和涡度场等分布特征的模拟,WRF模式亦优于MM5模式。此外,在云贵高原东麓山地,与WRF模式相比,MM5模式在低层模拟出虚假的低压环流,这可能与两模式所采用的垂直坐标差异有关。对WRF的模拟结果分析发现,700hPa湿位涡异常区与暴雨发生区对应很好。     

"03.7"江淮梅雨锋暴雨中尺度系统的数值模拟研究

应用非静力中尺度数值预报模式MM5,对2003年7月4～5日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了24h模拟,结果较好地再现了中β尺度暴雨系统的发展过程.进而利用时空分辨率较高的模式输出资料,对与这次暴雨过程相伴随的中β尺度系统的结构、生消变化状况及其可能的形成机制进行了研究.研究结果表明,梅雨带上强烈发展并东移的多个中β尺度对流系统,是造成这次江淮暴雨最直接的影响系统.在对流系统发展初期,锋生强迫下的次级环流加强了锋生区附近大气低层的风向风速辐合,它与对流活动有正反馈作用.对称不稳定可能是中β尺度系统发生发展的一种重要机制,在中β尺度系统发生的弱对流不稳定区,湿位涡的斜压项mpv2起了主导作用.     

一次引发北部湾大暴雨过程的海风锋模拟研究

利用非静力中尺度模式MM5对2008年6月5日北部湾一次引发大暴雨过程的海风锋系统进行模拟研究,结果表明:(1) 模式成功模拟出了降水落区、强度及时间变化;此次强降水天气过程是由于海陆风环流引发的中小尺度海风锋系统所造成。(2) 日出至午后14时,北部湾沿海区域,伴随着西南强风气流和出海高压后部的东南风气流,来自印度洋海域和南海海域的两股相对高温、高湿空气在与内陆相对较干较冷的空气相遇,来自洋面的两股暖平流叠加,造成温度梯度增大;暖湿气流堆积后,不稳定能量增加,激发了对流运动,引发海风锋生。降水区域大致位于两个不稳定能量轴之间,随着能量轴的移动而移动,同时能量轴在不断深入内陆的过程中不断消耗减弱,降水强度随着减弱。(3) 此次海风锋发生、发展和消亡的整个过程集中在日出至14时前后,海陆温度的分布是由暖海冷陆转变成暖陆冷海的过程中。海风锋的整个垂直对流尺度大约在5 km,主要的对流发生在950～800 hPa层(约0.6～2.0 km),水平尺度约40～60 km,是一种近地面层的中-β尺度系统。(4) 海风锋自海岸线向内陆的入侵过程中强度逐渐减小。空气流厚度紧靠锋面处较低,其后迅速增大,锋面过后空气流厚度缓慢减小,充分表现出海风锋结构上存在的一个隆起的“头”的特征。