一次江淮暴雨过程中中尺度气旋的数值模拟及分析

本文利用PSU／NCAR中尺度数值模式MM5,并利用鄂、豫、皖、苏四省的加密地面气象要素场资料做检验,对1991年7月6日江淮地区发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：江淮暴雨过程中的中尺度气旋在发生、发展、变化过程中其结构具有不对称性,因而进一步造成了局地降水强度和分布的不均匀性。而中尺度气旋的结构不对称性又与其地面及高空的流场、涡度场及散度场等的中尺度特征有直接的联系。     

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。     

一次江淮气旋中纵向雨带成因的分析

江淮气旋中有时是存在纵向雨带的。1980年6月1日08时,东西宽约100KM,南北长达数百公里的纵向雨带分布气旋中心的东西两侧,而小心地区无降水,分析其形成原因可能是:先期气旋暖区的强降水使该区出现强冷空气堆,低空急流把强冷空气向北输送,使气旋中心出现强烈的下沉运动,进而形成分布在气旋中心东西两侧的纵向雨带。     

非绝热加热对江淮气旋影响的数值模拟

本文采用数值模拟方法考察了潜热、感热和水汽蒸发等诸因素对江淮气旋的影响。对各种试验进行了涡度平衡与能量平衡的诊断分析,结果表明:江淮气旋初生时,扰动从基本气流中获得能量,正压不稳定起着重要作用;在江淮气旋发展后期,斜压性比较明显。潜热释放有意义地修正了系统的相速,一定程度上加强了系统的强度。海上感热和水汽蒸发促进了深对流发展,加大降水,同时加强了有效位能的释放,从而加强了系统发展,但它们的作用是有阶段性的。     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。     

一次江淮气旋暴雪天气过程分析

分析2001年1月6－7日山东出现的大范围暴雪天气过程表明：暴雪天气过程是由江淮气旋和850hPa西南涡共同影响造成的。降水发生在对流稳定而对称不稳定大气中，江淮气旋及强降水区有向对称不稳定区移动的趋势。低空急流是造成暴雪天气的触发条件。     

一次春季江淮气旋的云图特征分析

利用卫星云图、水汽图象和常规观测资料，分析了一次江淮气旋发展的云系演变和水汽输送情况，并用飞机观测资料分析云系的结构和降水特点。认为卫星云图和水汽图象能及时反映天气演变和水汽输送特征，对飞机增雨作业的时机选择有较好的指导作用     

两次江淮气旋的云雨特征及其人工播云效果的综合分析

用天气学、云物理学、统计计算和数值模拟等方法，对1997年5月份影响我省的两次江淮气旋降水系统进行了综合分析研究，发现(1)中低空水汽输送条件较好，都形成了大范围较稳定的降水性层状云系，出现了连续性降水。两次过程的深厚程度、动力条件有差别，云雨的宏微观特征也有所不同；(2)云中过冷层较厚，过冷水含量较高，大滴浓度较高，众数直径较大，有利于人工催化；(3)云层降水粒子的形成，在冷层以凝华和淞附增长为主，核化和繁生相对较小，进入暖层后，主要是云滴与雨滴以及雨滴间碰并为主；(4)用干冰进行了6架次人工增雨催化作业，经综合检验，约增雨10%～40%；(5)使用层状云数值模式进行人工催化模拟，当加入50个/L人工冰核，可使地面降水增加30%左右。如果过量播撒(加入500个/L)人工冰核，降水反而减少。     

江淮气旋发生发展中尺度系统特征数值模拟研究

本文应用中尺度模式MM5对发生在江淮流域的气旋进行了数值模拟，并用模式输出的高时空分辨率、动力协调资料、HUBEX试验期间的加密观测资料进行江淮气旋的中尺度诊断研究。结果表明：从大尺度角度看，江淮气旋的生成可分为静止锋上的波动和倒槽锋生两种类型，但从中尺度角度分析，它们具有如下共同特点：（1）它们的生成源地均在大别山西侧，大别山地形均使得气旋发展增强，移速减慢。（2）在发展阶段，700hPa层以下的温压场的斜压结构是气旋发展的重要因素，当冷平流与暖平流呈现西北－东南的偶极子型时，气旋发展；当冷暖平流偶极子呈东西型时，气旋发展进入成熟期。（3）气旋中的中尺度雨带与Wave-CISK湿条件对称不稳定区有密切关系，辐合上升区出现在气旋暖锋前部和冷锋后部50－100km范围内。     

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

气旋客观判别方法在两次江淮气旋过程中的应用

引用一种气旋客观判别方法——气旋相空间法,采用NCEP-FNL再分析资料等,对两次江淮气旋个例进行研究,验证江淮气旋的结构演变和降水分布特征。结果表明:该方法对江淮气旋的结构演变有很好的指示意义,低层热成风参数与中心气压的演变有较好的对应关系,低层热力不对称性参数的大幅下降和低层冷核的减弱对主要降水时段有明显的指示意义,效果优于基于温度平流偶极子的分析方法。同时探讨了该方法对江淮气旋的适应性及可改进处;该方法适用于格点数据,计算简便,有望投入气象业务使用。     

江淮梅雨空间非均匀性的定量探讨

针对江淮梅雨空间分布非均匀的定量化问题,基于1960—2007年江淮地区高密度站点资料,运用空间集中度和集中区的方法定量分析江淮梅雨的空间非均匀性特征。结果表明,江淮梅雨的降水集中区呈现出年代际南北移动特征,自1970s末降水转型后,1980—1999年,强降水易于发生在长江中下游地区,而2000年后易于出现在淮河流域。48 a来梅雨的空间非均匀程度呈现弱的增加趋势。当梅雨雨带偏南,即位于长江中下游地区时,降水空间集中度较大。通过与大气环流场的回归分析表明,江淮梅雨非均匀程度的增加可能与西太平洋副高和副热带西风急流的南移有关。     

1991 年6月江淮持续暴雨的云系特征分析

通过对GMS静止卫星的红外数据处理，获得了1991年夏季江淮梅雨期暴雨大范围的平均云分布。对1991年6月6次江淮暴雨过程逐时和3小时的GMS红外云图动画和照片的分析，得到了该地区梅雨期暴雨的三种中低纬云系相互作用的云型演变模型图，并利用由卫星气象中心处理的NOAA卫星的TOVS水汽反演资料，结合低层的θse和急流分析，给出了1991年6月江淮暴雨的水汽输送的一些特征。     

区域气候模拟系统对西北太平洋热带气旋活动的模拟分析

利用ERA-Interim再分析数据提供侧边界条件,驱动Hadley气候预测与研究中心研发的PRECIS区域气候模拟系统,检验PRECIS对1996-2005年西北太平洋热带气旋活动的模拟能力.经与实况资料的对比结果表明:PRECIS能够有效模拟影响热带气旋活动的热力与动力环境场以及西北太平洋热带气旋生成与路径的分布特征;模拟的热带气旋逐年生成频数与实况相比,相关性显著,生成频数空间分布的高值区与实况对应一致;模拟的路径频数分布与实况相比总体一致.但模拟的中国南海海域生成的热带气旋与实况相比偏多,路径频数集中在南海东北部;模拟热带气旋的北移路径偏少,强度偏弱.     

双热带气旋相互作用的机制分析及数值研究(一)——物理机制的分析

本文对正压情况下双热带气旋的相互作用进行了机制分析.通过对两个理想涡旋间非线性涡度平流过程的分析,揭示了双涡气旋性互旋及其中心间距变化的涡度平流机制.分析表明,一个涡旋的切向风场对另一涡旋涡度场的平流相互作用可造成两者气旋性互旋;而一个涡旋的切向风场与另一涡旋涡度梯度间的相互作用所引起的次级环流可造成双涡中心间距的增大或减小(定义为排斥或吸引),由此提出了双涡相互作用的临界距离效应概念.对几类常用的理想热带气旋及合成热带气旋的分析证实,双热带气旋的相互作用存在这种临界距离效应,且临界距离平均在6—7个纬距     

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。      

Evaluation of different versions of NCUM global model for simulation of track and intensity of tropical cyclones over Bay of Bengal

The global UK Met office Unified Model (UM) is currently operational at National Centre for Medium Range Weather Forecasting (NCMRWF), the global model named as NCUM. An inter-comparison of two different versions of NCUM has been carried out for simulating the track and intensity of Tropical Cyclones (TCs), which formed over the Bay of Bengal (BoB). For this purpose, two series of numerical experiments named as NCUM25 (New Dynamical core with NCUM N512 resolution) and NCUM17 (ENDGame core with NCUM N768 resolution and upgraded physics and data assimilation scheme) are carried out with seven different initial conditions (ICs) for two TCs. The results suggested that the location, intensity, and vertical structure of the TCs are reasonably well predicted by the NCUM17 over the NCUM25. The Direct Position Error (DPE) and landfall error of TCs are reduced in the NCUM17 in comparison to the NCUM25 for all initial conditions. The mean DPEs and intensity error are reduced by 21–41% and 18–21% in NCUM17 over NCUM25 in both the cases respectively. Improvements in mean landfall position errors are shown to range from 43 to 65% in the NCUM17 as compared to the NCUM25. The mean statistical skill scores for rainfall are considerably improved in NCUM17.     

北大西洋爆发性气旋的统计特征

利用National Centers for Environmental Prediction（NCEP）提供的Final Analysis（FNL）再分析资料,对2000-2015年冷季（10月至次年4月）北大西洋上的爆发性气旋进行了分析,综合考虑气旋中心位置经向分布特征和海面10 m高风场对爆发性气旋的定义进行了修订。根据气旋中心海表面气压最大加深率的空间分布,发现北大西洋爆发性气旋主要发生在4个区域,即:北美大陆区、西北大西洋区、北大西洋中央区和东北大西洋区。整个北大西洋区爆发性气旋个数随海表面中心气压最大加深率增大而减少,自西向东气旋强度增强,气旋移动路径呈西南-东北向。按气旋强度等级可分为4类:超强（≥ 2.15 Bergeron（Ber））、强（1.75-2.14 Ber）、中（1.45-1.74 Ber）、弱（1.00-1.44 Ber）爆发性气旋。在北大西洋海盆区,自西南向东北爆发性气旋的个数逐渐减少,爆发时长变短。西北大西洋区气旋中心气压加深率最大,爆发时长最长。东北大西洋区加深率最小,爆发时长最短。东北大西洋区爆发性气旋主要发生在12月,北大西洋中央区主要发生在12月-次年3月,西北大西洋区主要发生在1-2月。与海上相比,北美大陆区爆发性气旋发生个数少,强度弱,爆发时长短。      

东亚和西太平洋爆发性温带气旋发生的气候学研究

本文利用历史天气图资料,对1973—1988年中国东部和沿海地区的温带气旋及其爆发性发展情况进行了统计,共有1014个温带气旋发生,其中有1/5达到了爆发性发展的强度,构成了西太平洋爆发性海洋气旋的一部分.它占整个西太平洋爆发性气旋总频数(包括不同来源)的51％.进而对这类爆发性气旋的活动规律进行了分析,概括出了它们的气候学特征.比较亚洲大陆、中国近海及西太平洋地区的爆发性温带气旋表明,西太平洋地区不仅频繁而且强烈.而东、西太平洋地区发生海洋爆发性气旋的对比表明,二者存在着明显的差异.同时也指出,东太平洋地区爆发性气旋的发生并不是一种少见的现象.     

三维变分同化雷达资料暴雨个例试验

采用中国新一代数值预报模式及其同化系统开展雷达资料的三维变分同化和数值模拟研究.通过一次暴雨个例的对比试验,结果表明:不考虑垂直运动影响的情况下,仅同化多普勒雷达径向风资料可以增加初始场中的中小尺度系统信息,并在一定程度上改善预报开始阶段的降水;同化由反射率因子导出的垂直速度、雨水混合比并令上升区饱和,可以较大改善降水预报结果;联合同化径向速度和反射率因子资料将得到它们的共同影响.模拟的β中尺度对流系统6 h的演变过程与观测十分一致,基本消除了旋转加强现象.发展旺盛阶段的对流单体南北方向范围约50 km,最大上升速度位于500 hPa附近,超过3.0 m/s;雨水最大含量在400 hPa附近,超过5.0 g/kg;云水最大值位于600 hPa,约0.5 g/kg;造成的降水强度可达30 mm/h,具有明显的β中尺度系统的特征.初始场中水汽是否达到β中尺度降水维持所需条件是至关重要的,如果初始场中水汽条件较差,即使含有云水、雨水、垂直速度的信息,这些信息也会很快消亡,难以维持下去;此外,雷达资料的质量控制也是十分重要的.