资料同化对一次华南暴雨影响的数值试验研究

针对一次华南暴雨过程,采用WRF区域中尺度模式进行了控制试验和同化试验.利用WRF-3DVAR同化系统同化了常规探空和地面观测资料,分析了两种资料对初值场的影响,以及对降水和各物理量预报效果的影响.结果表明:同化能改进初始场,并可改进暴雨落区和强度预报;同化可提高WRF模式对风场、温度场、高度场以及水汽场的预报能力.但有一定的时效性;同时同化探空和地面资料,比仅同化探空资料对大气低层物理量的预报能力要提高较多.     

应用WRF模式对江西一次暴雨过程的模拟分析

利用新一代数值预报模式WRF耦合RUC、NOAH两个陆面过程,对2006年4月11-12日发生在江西境内的一次暴雨过程进行模拟,并对模式输出的水文平衡和能量,尤其是土壤湿度、地表径流、土壤温度等的变化进行了分析.结果显示,WRF模式耦合两个陆面过程均能模拟出此次暴雨过程的降水空间、时间分布和强度,而WRF-RUC提供了...     

2018年7月5日江淮暴雨发生发展机制的模拟及诊断北大核心

利用WRF中尺度模式对2018年7月5日江淮地区一次局地暴雨过程进行模拟,拟通过真实模拟降水过程降水落区、强度及大值中心等,深入分析此次暴雨及其中尺度系统的发生、发展机制。结果表明:高低空急流耦合、低层辐合高层辐散加之整层正涡管产生探至对流层顶的强烈上升运动为强降水及落区飑线系统的发生发展提供有利的动力条件;显著湿区、西南水汽输送与汇聚提供了充沛的水汽条件;假相当位温等温线在暴雨落区的密集分布提供了热力条件。湿位涡分析中,淮河流域的湿位涡正压部分(MPV1)低层负值、中层正值的形势使低层不稳定能量持续积蓄。湿位涡分析展现了本次江淮暴雨的特殊性:一是不稳定能量积蓄位置较低,二是对流系统发展区的东西两侧均处于相反值区域,在不稳定能量受到两侧稳定能量夹击时,系统发展剧烈,但趋于稳定的时间变快,使系统留存时间缩短;同时由于这样的牵制,系统移动较为缓慢,导致降水中心停留在苏皖一带,解释了本次江淮暴雨来势迅猛、降水集中的原因。     

一次大暴雨过程的多普勒雷达资料同化的敏感性试验

利用WRF中尺度模式及WRF-3DVAR变分同化系统和LAPS雷达资料前处理模块建立试验平台,直接同化S波段多普勒雷达反射率和径向速度资料,通过对2008年8月15-16日发生在我国长江中游的一次大暴雨过程的各项预报对比试验研究,初步检验和评估不同种类多普勒雷达观测数据同化对改进数值模式初始场及其数值预报能力的影响及作用.初步结果表明:多普勒雷达资料同化对提高暴雨数值预报能力有重要作用.无论在24 h累计降水还是在逐时降水预报方面,同化多普勒雷达资料均可使降水雨带分布和强降水中心预报的准确性得到较大改善;多普勒雷达反射率资料同化对初始水汽场的改变显著,对初始风场影响较小,而同化径向速度对初始水汽场的改变较小,但可增加初始风场的中小尺度信息,使初始风场产生较大变化.总体上看,虽然雷达反射率和径向速度资料同化均可改进强暴雨的数值预报,但雷达反射率资料同化对降水雨带和中心预报的改进更为显著和重要.     

陕西中西部地区一次暴雨过程的数值模拟研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2011年7月28-29日发生在陕西中西部地区的一次中尺度系统暴雨过程,运用WRF模式模拟研究了此次暴雨过程的中尺度系统环流特征及其发生、发展的动力和热力特征。结果表明,此次暴雨过程与高空槽的发展演变密切相关,低空切变线是暴雨过程产生的中尺度系统。暴雨区存在弱低空辐合与强高空辐散,正相对涡度与垂直上升运动明显;暴雨发生前对流有效位能(CAPE)明显增大,未来3 h降水区域位于850 h Pa切变线和CAPE高值区附近,强垂直运动触发CAPE的释放,使其在12 h内减少量达2200 J·kg-1,是形成此次暴雨的重要因素。暴雨发生、发展过程中,非线性平衡方程残差大值区与未来1 h降水区相对应,与质量场和动量场之间的调整有密切关系,大气运动的不平衡通过散度场的变化调节,在中尺度区域激发出辐合、辐散的快速增长,从而激发出暴雨天气,非线性平衡方程残差值是表征激发暴雨天气的重要动力因子。     

六盘山区一次典型暴雨过程的地形敏感性模拟试验

基于WRF(weather research and forecasting)中尺度数值模式,对2018年7月10日六盘山区一次典型的暴雨天气过程进行模拟,分析此次过程的动力场、水汽场、云降水微物理结构的演变特征,通过改变模式初始场中六盘山地形高度进行敏感性试验,对六盘山地形影响该地区降水机制进行讨论。结果表明：蒙古冷涡底部冷空气和副热带高压西侧暖湿气流在六盘山区交汇配合低层700 hPa切变线辐合抬升导致此次暴雨过程;控制试验较好地模拟出雨带的分布范围、强降水中心位置及动力场结构特征,在降水发展和旺盛阶段,东南暖湿气流受地形强迫抬升和地形绕流共同影响,六盘山西坡和东坡均为上升气流,配合700 hPa切变线系统在六盘山山脊处上升气流汇聚加强,将云水带到负温层形成过冷水,云水、冰晶、雪和霰在0℃层至-40℃层之间共存,有利于冰相粒子碰冻增长和贝吉龙过程发生;地形敏感性试验发现改变地形对降水落区范围影响不大,而地形增高使六盘山区降水量级显著增大,尤其强降水更多集中在迎风坡一侧（山脉东侧）,地形强迫抬升作用使得上升气流和水汽的垂直输送进一步加强,云中冰相过程发展充分,过冷云水为雪和霰的增长提...     

郑州地区城市化对一次暴雨过程影响的模拟研究

近年来郑州地区城市化迅速发展,为分析郑州地区城市下垫面扩张对天气过程,特别是暴雨过程的影响,本文利用城市冠层模式(UCM)与WRF3.7模式耦合对2017年5月22日的暴雨过程进行模拟研究。通过改变模式下垫面,设计3组敏感性试验,分别是原始USGS下垫面(方案1),郑州市内5区改为城市(方案2),郑州市行政区范围内都改成城市(方案3)。结果表明,WRF模式能够较好地模拟出这次暴雨的时空分布特征,总体上城市下垫面扩张增强了此次暴雨过程在郑州地区的降水,但对降水的影响分布不均,对城市中心及其上风方向的巩义、荥阳地区的影响更为明显。郑州地区城市化使得城市区域感热通量增加,边界层高度升高,垂直速度增强,有利于城市边界层大气中不稳定能量的积聚,有助于强降水的发生发展。同时,城市下垫面扩张使得城区水汽蒸发减少,潜热通量降低,影响水汽通量的分布,部分地区的水汽条件变差,不利于降水的发生发展。     

一次江淮暴雨过程的数值模拟和诊断分析

利用WRF模式对2003年7月4-5日江淮地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析.结果表明:暴雨区处于高温高湿环境,高、低空急流的耦合和低层辐合以及高层辐散的配置有利于暴雨的产生发展.通过计算湿位涡还发现,ζ_MPV1高低层正负值区叠加的配置、ζ_MPV1<0及ζ_MPV2>0的演变,表明此次过程中不仅有对流不稳定能量存在,还有倾斜涡度的发展.ζ_MPV1和ζ_MPV2综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定的增强.     

一次豫北春季强对流暴雨过程的螺旋度分析

利用中尺度有限区域WRF模式输出的细网格资料和多普勒雷达观测资料,根据螺旋度理论,结合稳定度条件以及水汽和能量等物理量,对2009年3月20日夜至21日凌晨发生在豫北的一次强对流及暴雨过程的局地螺旋度演变进行诊断分析。结果表明,这次春季强对流和暴雨与西南急流和高温高湿不稳定能量密切相关,正螺旋度大值中心出现的高度与对流发展的强弱有关;500 hPa螺旋度正值区中心与强对流降水区域对应;暴雨易产生在850 hPa螺旋度中心附近,螺旋度的强度变化对强对流系统的移动、发展及暴雨的发生有一定的指示意义。     

多部多普勒天气雷达资料同化对暴雨个例模拟的影响分析

利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其资料同化系统3DVAR,将国内多普勒天气雷达(CINRAD)反射率因子及径向风资料直接用于中尺度数值模拟;对安徽梅雨期一次暴雨过程进行模拟试验,经过质量控制后,分析同时同化安徽省内六部多普勒天气雷达观测资料对模拟结果的影响。结果表明:(1)经过质量控制后,同化雷达径向风和反射率因子对初始场的风场和湿度场均有较为明显的改善,说明用该雷达资料质量控制方案同化雷达资料是可行的;(2)同化多部雷达径向速度资料能使风场气旋性增强,同化反射率资料能调整初始水汽场,使对流层中下层水汽含量增加;(3)同化多部雷达径向风和反射率因子资料,能提前模拟出强降水回波结构,且其中尺度特征更清晰,降水落区和强度预报更接近实况,同化雷达资料对降水预报能持续影响到12 h,并提高了12 h降水预报准确率。     

一次江淮气旋大暴雨的诊断分析和数值模拟

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力条件;低空西南急流提供了水汽条件,此次过程对流条件较好,具有较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE);大气的对流不稳定性远大于斜压性,强降水发生在湿位涡正负值过渡的等值线密集带附近。过程最强降水时段由一次长生命史的中尺度飑线过程导致,利用WRF v3.9可以进行较好地模拟。研究飑线的环境条件和结构特征发现,环境大气具有较大的CAPE值和较小的对流抑制能(Convective Inhibition Energy,CIN),有利于对流的触发;较强的0~3 km垂直风切变,有利于飑线的维持;尽管冷池较浅薄,但冷池出流的抬升作用有利于对流的触发和飑线的维持。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其3DVAR（3-Dimentional Variational）资料同化系统,采用36 km、12 km 、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 hPa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 hPa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

基于云微物理过程的北方冻雨的模拟与形成机制研究

本文通过耦合AFWA(Air Force Weather Agency)冻雨参数化方案的WRF模式,对2020年冬季因暖锋引发的中国北方严重冻雨灾害个例进行了模拟,结果显示模式能够很好地模拟此次冻雨过程中降水相态的空间分布。通过分析暖锋的演变、水成物云微物理特征以及降水相态的变化,得到：在辽宁中北部—吉林中东部地区,暖锋导致中低空形成“冷—暖—冷”的温度层结,该区冻雨形成机制以“冰相机制”为主,即高空的雪花落入大于0℃暖层内融化、再降落到次冻结层后形成冻雨。同时,发现存在高空无固态水成物、逆温层内暖雨下落到次冻结层在地面形成冻雨的现象,这种新机制被定义为“暖雨机制”,更多水成物垂直剖面与同期地面观测降水相态的比对,验证了新机制的存在,并解释了该机制形成的可能原因。为更深入理解冻雨形成机理以及北方冻雨的预报、预警提供科学支撑。     

追述1953年一个引起暴雨的小低气压

20世纪50年代初,已经认识到冷空气的参与是长江中下游雨季（特别是梅雨季节）降水过程的必要条件。而对冷空气的来源有两种不同的看法：一种比较早的意见认为,鄂霍次克海及其附近海面来的极地海洋变性气团（mPk）,是梅雨季节降水的冷空气主要来源;因而认为梅雨锋系是极地海洋变性气团（mPk）与热带海洋变性气团（mTw）或赤道海洋变性气团（mew）交绥的结果。第二种看法,也就是后来几年的看法,认为大陆来的极地大陆变性气团（cPk）才是梅雨季节冷空气的主要来源。     

基于元数据的暴雨基础数据库系统设计与简介

针对气象数据来源多样、格式众多、时序性强的特点,从暴雨资料现状出发,结合暴雨资料共享需求,参考国内外气象科学数据共享相关技术,提出一个基于元数据的暴雨数据库系统设计及实现方法,建立一个以暴雨过程为核心的暴雨基础数据库系统。该系统融合了暴雨过程发生时间段内的各种地面、高空、雨量等常规气象要素资料和雷达卫星、暴雨数值预报资料等非常规气象要素资料,以及地基GPS/MET、微波辐射计、边界层风廓线等暴雨外场监测资料。该系统共享平台作为中国气象科学数据共享服务网的分节点,自2009年正式运行以来,效果良好。     

应用LAPS资料分析安徽沿淮一次短时暴雨特征

利用LAPS系统融合分析资料对安徽沿淮一次短时暴雨过程进行中尺度天气分析,探讨降水过程成因机制及天气结构特点,同时验证LAPS分析资料的实用性。结果表明：过程主要影响系统为中尺度气旋式涡旋,其向安徽北部沿淮地区移动为暴雨的发生、发展提供了触发机制。雷达降水回波主要出现在850hPa中尺度涡旋南侧以及700hPa槽前西南气流辐合上升运动过程中,持续的低空急流及其带来的水汽共同为暴雨过程提供了水汽条件和动力机制。比较雷达回波发展和云中液态水含量演变发现,云中液态水含量极大值区多出现在雷达回波单体的新生区域,借助于LAPS云中液态水含量分布结果对预测雷迭回波发展趋势及降水分布有借鉴作用。     

近54a湖南区域暴雨的时空分布特征

基于1960—2013年湖南88个台站逐日降水数据,采取线性趋势分析等方法分析了近54 a湖南区域暴雨的时空分布特征。从时间变化上看,近54 a湖南区域暴雨日以6月208 d为最多,1月0 d为最少;夏季、春季、秋季及冬季区域暴雨日数占总日数的百分比依次为60%、29%、10%及1%。暴雨日数、暴雨强度均值突变点分别为1994年、1995年,暴雨初日的均值突变点为1983、1994年,暴雨终日无均值突变;暴雨日数与暴雨强度(暴雨发生终日)总体上呈上升(后延)趋势。基于突变点分段线性趋势分析表明,仅暴雨日数在1994—2013年及暴雨强度在1960—1994年期间呈显著下降趋势。从空间分布上看,区域暴雨强度及其与非区域暴雨强度的差值、区域暴雨持续2日或以上的暴雨强度及其与单日暴雨强度的差值的大值区主要位于湘西北及湘东南,小值区主要位于湘西南-湘东北的带状区域;全部站点的区域暴雨强度均大于非区域暴雨强度,89%的台站持续2日或以上的区域暴雨强度大于单日区域暴雨强度。区域暴雨、总体暴雨的台站暴雨最长持续日数分别为1~4 d、2~4 d,均集中在2~3 d且其站数占总站数的百分比分别为97.7%、96.6%。     

一次苏南大暴雨过程数值模拟及其对交通能见度的影响

利用0.5°×0.5°的GFS分析场数据和中尺度数值模式WRF,对2011年6月17—18日发生在江苏省南部地区覆盖沪宁、沿江及宁常高速公路的一次大暴雨天气过程进行了数值模拟和诊断分析。经过AWMS实测数据及常规气象观测资料的验证,得到如下结论:(1)WRF模式对此次大暴雨过程的模拟结果较为理想,具有良好的预报能力;(2)高低空急流的耦合是本次降水过程爆发的主要动力机制,西南低空急流为此次降水提供了水汽输送通道;(3)雨区上空的垂直螺旋度在低层为正、高层为负;(4)干空气的活动对强降水的形成具有一定的指示作用;(5)强降水是导致公路交通能见度降低的重要因素,且水平能见度与降水强度成负指数关系。     

近30年华南前汛期暴雨研究概述

利用1961—2014年华南地区连续无缺测的145个地面气象站日降水量资料,对该区域近54 a的暴雨分布情况及年际变化进行统计分析, 结果表明：华南地区暴雨类型以日降水量为50~100 mm的情况居多,占暴雨总日数的80%。华南南部沿海地区观测到的暴雨日数多于其西北部内陆区域,南部沿海台站暴雨降水量占台站总降水量的比例超过39%,其中广东上川岛高达53.6%。近54 a华南地区站点平均年暴雨日数最多为2008年,约9 d,最少为1963年,约4 d。在54 a平均月分布上,6月份站点记录暴雨日数最多。逐年暴雨日数整体呈上升趋势,约为0.3 d·(10 a)^-1。华南地区1961—2014年共挑选出典型暴雨事件312个。华南地区暴雨日数和典型暴雨事件次数在前汛期略高于后汛期。