2011年夏季西南涡加密观测科学试验

本文总结了四川省2011年西南涡加密观测科学试验,包括在2010年试验基础上,2011年科学试验的基本特点、总体目标、具体方案等,并且,重点阐述了这次西南涡加密观测科学试验的主要成果及其业务应用,尤其是对改进数值天气预报业务能力的有益作用。     

2012年夏季西南涡加密观测科学试验

在2010、2011年西南涡加密观测科学试验的基础上,中国气象局成都高原气象研究所又成功实施了2012年我国西南涡加密观测科学试验。本文总结了2012年西南涡加密观测科学试验的总体方案,重点介绍了这次西南涡加密观测科学试验在西南区域天气预报业务、数值天气预报中的具体应用,最后指出:西南涡加密观测科学试验的实时业务应用,对于提高灾害性天气预报能力具有重要作用。     

川西西南涡加密探空资料分析及数值模拟试验

本文利用2010年夏,在名山、九龙、稻城三地进行的西南涡加密观测试验所取得的探空资料对川西地区的大气要素场的日变化特征进行分析,认为:3个测站的大气各个要素场的日变化特征明显,整层的风都具有日变化特征,边界层内风场的日变化更为规律一些,能观测到明显的夜间大风速带。温度和湿度场主要受下垫面影响,日变化特征只在边界层内体现。名山平均的边界层高度约为800hPa,九龙和稻城平均的边界层高度约为500hPa。3个测站相比而言,名山站的日变化幅度最小,而九龙站最为突出。将加密的探空资料引入AREM模式中,可以看到在有西南低涡存在的情况下,增加3个探空站资料后形成的初始场更有利于降水天气的产生。但主导整个模拟结果的因素还是模式系统本身,它对模拟结果产生效力主要在前24小时,其后的影响非常微弱。     

四川盆地特殊地形下基于加密观测的一次低涡暴雨水汽结构分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料以及汛期西南涡加密观测资料,分析了2012年7月7~10日由西南涡引发的四川暴雨天气过程。结果表明:结合加密观测资料能更好表现四川盆地复杂地形下低涡附近的水汽来源及其与实际降雨的关系,由于地形阻挡作用,气流在大巴山以南堆积,引发了四川、陕西交界处的暴雨。运用西南区域数值预报系统(SWCWARMS),与控制试验(不同化观测资料)相比,同化试验(同化西南涡加密观测资料)可使预报降雨与实况更为接近。通过同化加密观测资料,初始时刻四川北部出现了偏南气流,这有利于西南涡的初生,对比试验中的西南涡范围与强度也比控制试验更大更强,并且,试验验证了盆地东北部的水汽堆积现象。因此,西南涡加密观测资料在天气诊断及数值预报业务应用中都具有重要作用。      

2000～2007年西南低涡活动的观测事实分析

利用2000—2007年8年的逐日08时和20时的700hPa高空资料,对西南低涡进行普查分析,获得了2000～2007年期间西南低涡活动的一些统计事实：揭示了西南低涡年、季、月、日变化特征;得到了西南低涡源地分布的主要区域;获得了移动类西南低涡东移发展的主要路径及其统计特征,从而加深了对西南低涡的认识,有助于深入研究西南低涡。     

2000～2007年西南低涡活动的观测事实分析

利用2000~2007年8年的逐日08时和20时的700 hPa高空资料,对西南低涡进行普查分析,获得了2000~2007年期间西南低涡活动的一些统计事实:揭示了西南低涡年、季、月、日变化特征;得到了西南低涡源地分布的主要区域;获得了移动类西南低涡东移发展的主要路径及其统计特征,从而加深了对西南低涡的认识,有助于深入研究西南低涡。     

基于西南涡加密探空资料同化的一次奇异路径耦合低涡大暴雨数值模拟研究

利用WRF模式及WRFDA同化系统,引入业务探空资料和西南涡加密探空资料,对一次四川盆地奇异路径低涡耦合大暴雨过程进行了数值试验,对比检验不同同化试验对本次过程降水和低涡移动路径的模拟能力,分析了加密探空资料同化对西南涡结构及其降水演变的影响。结果表明:在同化业务探空资料的基础上,引入西南涡加密探空资料能改善模式对本次降水和低涡移动路径的模拟,而仅同化业务探空资料对模拟结果的改善作用有限;引入西南涡加密探空资料,一方面能在初始风场上产生气旋式扰动,增加初始高原涡和西南涡的强度,另一方面通过调整初始四川盆地上空大气温、湿度结构,使模式在积分初期就能产生出实况量级的降水;西南涡加密探空资料的同化试验揭示了仅靠高层的高位涡不足以激发和维持700 hPa的西南涡,需要通过低层水平辐合引起正涡度增加并向上输送来增强700 hPa的气旋式环流,进而促进西南涡的移动和发展,而模拟初期降水的潜热释放也起重要作用,加深了对西南涡及其降水成因的认识。      

汛期西南涡暴雨的数值模拟研究

利用西南区域数值预报模式系统SWCWARMS,结合全国汛期高空加密观测资料,对2013年6月29—30日的一次西南涡暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验。结果表明,与控制试验相比,同化试验模拟的降雨与实况更为接近,并成功模拟出四川东部的强降雨中心,对于西南涡的模拟,同化试验西南涡出现时间更早,强度更强。并且,通过两组试验初值差异对比发现,同化试验初值在四川盆地对流层中低层表现出更强的低压,更强的涡度以及更强的旋转风扰动,四川盆地西部边坡也存在更强的上升气流,这都有利于西南涡的发生、发展。另外,同化汛期高空加密观测资料对强降雨中心单站的预报改进也较明显。因此,加强汛期加密气象观测,有利于揭示西南涡的发生、发展及其降雨天气影响,也有助于提升数值预报业务技术水平。     

空间加密探空观测资料对西南低涡暴雨天气过程数值模拟的影响

本文基于AREM（Advanced Regional Eta Model）模式,结合中国气象局成都高原气象研究所西南低涡加密观测科学试验得到的探空观测第一手资料,通过对2012年7月3～4日四川区域性暴雨天气过程（20120703过程）进行数值模拟分析,结果表明:（1）降水雨带的分布主要取决于西南低涡移动路径,不同初值会使得低涡路径在磨合协调期产生强摆动,稳定后则在此基础上,随着环境流场继续移动发展。（2）引入4个加密探空站点资料会对整个大气物理量场造成一定影响,最大差值分布在这些站点附近,热力和动力物理量场最大偏差中心并不重合。时间演变直观地说明了初值对局地大气状态的影响时段有限,主要集中在前期,与模式自身调整期相重叠。（3）初始的大气状态必然会随着模式的磨合过程进行调整,不同初值在调整期能对中小尺度低涡系统的位置及强度产生影响,形成各自稳定的低涡系统初态。（4）低涡中心所对应的散度、涡度、垂直速度关系非常密切,但三者强度和发展高度的演变并非完全一致。     

西南涡加密探空资料对模式初值及西南涡路径的影响

本文基于AREM模式,将高原所的西南涡加密探空资料引入模式作为初值后,进行敏感性试验,通过对比分析后发现:(1)在初值中引入加密探空资料后,四川东北部地区700hPa位势高度普遍偏低,西南部也略有偏低,而与之相反的是西北地区(甘肃)上空的位势高度场则多表现为偏高状态。700hPa高度上温度场以偏低为主,越靠近高原东侧边坡地带,偏差越显著,而川东北部地区则显示为正温度偏差。川西高原及边坡地带整层水汽含量显著偏少,而川北地区却偏多。正风速差值多出现在低涡西侧区域。(2)低涡路径的强波动主要发生在模拟前期,此后的低涡路径则是在前期磨合协调状态的基础上继续移动发展从降水分布来看,低涡停滞时间越长,降水量则越大。      

A Fourteen-Year Climatology of the Southwest Vortex in Summer

Statistical studies were conducted on the southwest vortex（SWV） during the summers of 2000–13 using high-resolution reanalysis data with a horizontal resolution of 0.5°× 0.5°. A total of 578 SWVs were detected, with a maximum interannual frequency of 55. The variation of the interannual frequency featured a period of around six years. The most active period of SWVs was early July and the maximum occurrence of SWVs appeared in early morning（0200–0800 Beijing Standard Time（BST））. Most of the SWVs were short-lived, with only 66 cases（11.4%） lasting for more than 24 h. In addition, the moving tracks and three-dimensional shape of long-lived（≥ 36 h） SWVs are also presented. For those SWVs that lasted for more than 12 h, four types of SWVs（Types I–IV） were identified using a new method, and the results indicated that the dynamical and thermodynamical conditions before the formation of SWVs are effective indicators of the subsequent evolution of the vortex and associated severe weathers. Moreover, a further level of classification was also constructed for Type II SWVs, which accounted for the largest proportion out of Types I–IV, and the results indicated that the lifespan, radius and maximum 6-h precipitation were all closely related to the intensity of precipitation before the formation of SWVs.     

西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。     

高原涡、西南涡研究的新进展及有关科学问题

简要回顾了青藏高原天气研究的历史,重点综述了进入21世纪后的近十年来青藏高原天气研究领域中有关高原低涡、西南低涡的若干重要进展,总结了相关研究取得的主要成果,在此基础上归纳出了当前高原天气研究存在的主要问题和需要加强的研究方向,以期有助于更好地梳理青藏高原天气影响的科学问题,推动青藏高原大气科学试验及研究的有序开展。     

西南低涡研究综述

西南低涡是影响我国降水的重要天气系统之一。最初对于西南低涡的研究可以追溯到20世纪40年代前后。文章主要回顾近半个世纪以来有关西南低涡活动及结构特征,西南低涡形成维持机制,西南低涡发展东移机制等方面的研究成果。在此基础上,指出研究存在的不足,如对西南低涡的云系特征和雷达回波特征的认识,不同尺度系统之间的相互作用对西南低涡发生发展的影响,大气边界层过程如何影响西南低涡发生发展,西南低涡活动异常机理的研究等,以便进一步深入开展西南低涡的研究,提高对此类天气影响系统的认识。     

九龙站在西南低涡/晴朗天气背景下观测资料的对比分析

本文基于中国气象局成都高原气象研究所2017年西南涡加密观测资料,对比分析了西南低涡主要源地九龙站在西南低涡/晴朗这两种不同天气背景下,各个基本物理量的日变化特征及存在的差异,认为：西南涡天气背景下,边界层高度较低,而晴朗天气状况下,边界层大气湍流运动强烈,对流混合伸展高度非常惊人,能超过3000m。西南涡天气背景下,夜间大气较为暖湿,气压显著偏低,上层大气风速较大,便于动量下传。晴朗天气背景下,大气较为干燥,温度日较差偏大,大气压较高,白天湍流混合强。越靠近地面差异越显著,差值随高度的增加而逐渐减小。