华南暴雨及中尺度对流系统发展对土壤湿度的敏感性

采用WRF及其耦合的Noah LSM陆面过程模式,通过对发生在2009年3月28日（个例1）和2010年5月6日（个例2）两次暴雨过程的24 h模拟,研究了华南暴雨及中尺度对流系统（MCS）发展对初始土壤湿度（SM）的敏感性问题。首先采用源自NCEP-FNL和NASA-GLDAS的两种不同SM资料驱动模式进行对比试验,在此基础上,以NASA-GLDAS资料模拟结果为控制试验,通过不同程度（20%、60%）增减初始SM开展多个敏感性试验。对比试验分析表明,两种资料应用对24 h累积降水分布的模拟结果影响不大,但某种程度上可影响降水量的大小。预报技巧评分结果表明,采用NASA-GLDAS SM资料进行模拟得到的结果比采用NCEP-FNL SM资料的模拟结果有所改进,尤其是50 mm以上的暴雨预报,TS评分最大可提高5%。敏感性试验分析发现,两次暴雨过程降水与SM之间主要呈正反馈作用,但其表现出的特征不完全相同。暴雨过程中MCS的组织发展形式对SM与降水之间的反馈作用有影响,具有午后局地降水性质、对流组织性发展较弱的个例1,SM增大仅引起微弱的降水增多,SM减少则明显导致降水强度减弱,降水对SM的减少更为敏感;而具有持续降水性质、对流组织性发展较强的个例2,降水对SM的增大更为敏感,SM增大可带来更明显的降水增多。此外还发现,对流系统不同发展阶段的这种反馈作用也存在差异,MCS组织性发展较弱的个例,强的反馈作用主要出现在对流发展初期阶段,而MCS组织性发展较好的个例,强的反馈作用则主要出现在对流系统发展后期。      

湿大气中低涡暴雨系统发展东移的初步分析

七十年代,谢义炳教授指出:湿大气动力学和干大气动力学特征有明显差异。结合我们的天气实践,注意到经常造成鄂北强降水的西南低涡处于对流层低层,在这一层次内不仅流场辐合明显,而且水汽丰沛,空气为强烈的对流性不稳定,这些因子对低涡的生消移动必然有较大的影响。本文的目的是,引入水汽因子后,通过简化涡度方程在湿斜压大气中的应用,并考虑湿静力稳定度σ_m既为P的函     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

华南一次暴雨过程的中尺度结构

利用合成分析方法检验了一次华南暴雨的三维气象要素场的分布。发现一个具有微冷锋特徵的辐合线是造成这次暴雨的主要中系统。在低层,暴雨区的后部存在着弱下沉气流,并导致了一个相应的低层冷区和地面弱流出辐散气流。中、高层是一中尺度暖区。暴雨区介于天气尺度高、低空急流之间,并且有向着最大上升区移动的趋势。      

东移低涡动力学的初步研究

用一个正压原始方程模式实施了六组试验，研究了东移低涡的动力学。结果表明：无论是切变基流与低涡的相互作用，还是涡块与低涡的相互作用，都可引起低涡强度在短暂时段内增强，但整个积分时段内低涡强度的演变仍呈下降趋势。切变基流、低涡和多个涡块的相互作用，可以改变下降的趋势。正相对涡度切变基流中低涡和涡块的合并，是东移低涡强度得以维持和发展的一个直接的原因。     

华南沿海一次暴雨中尺度对流系统的形成和发展过程

应用观测分析和数值模拟方法研究了2004年5月13～14日发生在华南西部沿海的一次暴雨中尺度对流系统（MCS）。结果发现：MCS开始发生在低层切变线南侧的偏南气流中,强盛时其水平范围达中口尺度,生命史近10个小时。在MCS的形成和发展过程中,低层的涡旋环流不明显,但其上空对流层中层500hPa上有流场的扰动与之对应。观测分析及数值模拟结果均表明沿海地形引起的辐合在对流的启动中有重要的影响。而对流发展起来后,由于凝结加热的作用,中层的扰动得到加强和发展,主要表现为涡度的增大,气旋性环流在500hPa高度附近表现最为明显,并在MCS东移发展的过程中起着重要的组织作用。MCS在有利地形触发作用下发生。并通过对流层中层扰动组织发展的过程,有别于华南其它一些暴雨过程常伴有低层涡旋系统向上发展的形式,有其独特的特征。还对中层扰动的增强过程和物理机制进行了分析,并提出了一个用于解释中层扰动对MCS组织发展影响的观点。     

华南中尺度观测与应用试验基地全面启动

2006年5月22日,由中国气象科学研究院和广东省气象局联合建立的“灾害天气国家重点实验室华南中尺度观测与应用试验基地”揭牌仪式在广东省气象雷达站隆重举行。中国气象局张文建副局长、中国气象科学研究院张人禾院长、广东省气象局林献民副局长共同为华南中尺度观测与应用试验基地揭牌,并发表讲话。     

夏季青藏高原低涡东移的初步普查

一、概论 我们把青藏高原低涡(主要考虑风场闭合环流,参见文献[1])的移动情况,按其减弱消失的区域不同,划分为三大类:高原低涡在100°E以西消失的为不移出型;移至100°—110°E四川一带减弱消亡的为中移型;东移至110°E以东的为东移型。普查1975—82年(1979年除外)5—8月期间,500hPa高原低涡及其东移情况(见表1)发现:夏季在高原上生     

用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征

飑线是中国春、夏季常见的一种天气现象.2007年4月23-24日华南地区的一次强飑线过程,因强度强、持续时间长,给广东部分县市造成巨大的经济损失.利用广州和深圳的新一代多普勒天气雷达的探测资料,采用双多普勒雷达风场反演方法和热力动力反演方法,研究此次飑线内部的三维风场、动力和热力结构.在此基础上,通过质量、动量诊断探讨其维持机制.同时,结合地面、高空常规观测及自动站资料分析系统伴随的环境和地面中尺度特征.结果表明,系统发生于中等强度垂直风切变(0-3 km,18 m/s)和中等强度对流不稳定度的环境中,其移动速度最快达17 m/s,属快速移动的飑线.飑线过境时,地面测站呈现风向突变、风速骤增、气压上升、温度与露点骤降等现象.其成熟期的雷达回波和风场结构与过去观测的热带、副热带快速移动飑线系统特征相似.由前(前方指系统移动方向)向后,降水结构依次为对流区、过渡带和层云区.其中,对流区由多个对流单体组成,对应强回波和上升运动,而单体之间为弱下沉运动.气流特征呈准二维结构,包括系统前方深厚的从前向后气流和系统后部低层的从后向前气流.这两支气流在系统前缘低层辐合形成动力高压,触发新对流单体,是系统长时间维持的主要机制.在对流区倾斜上升气流的下方,存在一凝结潜热释放增暖引起的低压区.另外,在对流系统西侧不断有新对流单体形成,并被平流至系统中,促进对流维持.进一步对对流区的质量和动量通量诊断揭示,垂直于飑线系统的水平动量的垂直输送有逆梯度输送的特性,将增加垂直飑线方向的环境垂直风切变,有利于系统维持.相对的,平行飑线方向的水平动量具有顺梯度输送特征,使该方向上风切变分量有被均滑趋势.     

华南暖区暴雨中尺度对流系统的分析

利用自动站降水资料、卫星综合降水CMORPH资料、卫星TBB资料、雷达回波资料以及NCEP再分析资料等,分析了2007年5月26日发生在华南地区的一次暴雨过程,主要研究了与暴雨过程相关的中β尺度对流系统（M?css）的发展演变特征。结果表明：（1） 本次暴雨过程形成于地面低压倒槽及西南低空急流的左侧,暴雨区斜压特征不明显,是一次比较典型的暖区暴雨过程;（2） 暴雨至少与三个连续生消的M?css的活动直接相关,不同暴雨落区中降水峰值出现的时间与相应M?css发展强盛期对应关系良好;（3） M?css的发展演变表现为后向次第发展的形式,与华南另一种较为常见的前向次第发展类型不同,即新的对流系统主要在原M?css的后部形成;（4） 引发暴雨的中β尺度对流系统形成于850 hPa西南低空急流左侧的辐合区,高层200 hPa有明显辐散气流。但与典型华南前汛期暴雨区上空对应为南亚高压东侧向外辐散的类型不同,本次暖区暴雨位于入海南亚高压西侧的偏东和偏南气流的辐散区下方。（5） 低空急流不仅为暴雨区输送了丰富的暖湿空气,有利于中低层高不稳定能量存储区形成,相应的暖空气平流对对流系统的形成可能有更直接的作用。从地面中尺度流场出发,对这些暖区暴雨对流系统形成和发展的可能触发机制进行了有意义的讨论。     

华南地区中尺度模式预报的初值影响分析

基于GRAPES 3D-Vat同化系统,介绍了根据静力平衡关系由高度场的增量来计算温度场的增量的方法,并结合常规探空资料同化,针对影响华南地区的一次冷空气过程的个例,分析了常规观测资料对初始场的影响。采用GRAPES区域中尺度模式进行了控制试验和同化试验,观测资料的检验表明,资料同化对GRAPES中尺度模式预报有正面影响,初始时刻预报敏感性较大并且变化较快,靠近地面的低层预报敏感性较为复杂,常规探空资料对高层大气预报能力的提高相对于中低层较小。     

IMPACT OF THE INITIALIZATION ON MESOSCALE MODEL PREDICTION IN SOUTH CHINA

1 INTRODUCTIONThe initial state of the atmosphere is one of the keyfactors that affect the result of NWP. With thedevelopment of increasingly finer NWP, the quality ofinitial atmospheric state has been drawing more andmore attention[1-7]. GRAPES 3D- Var(G…     

IMPACT OF THE INITIALIZATION ON MESOSCALE MODEL PREDICTION IN SOUTH CHINA

1 INTRODUCTION The initial state of the atmosphere is one of the key factors that affect the result of NWP. With the development of increasingly finer NWP, the quality of initial atmospheric state has been drawing more and more attention[1-7].     

SENSITIVITY OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS AND ASSOCIATED HEAVY RAINFALL TO SOIL MOISTURE OVER SOUTH CHINA

The impacts of soil moisture(SM) on heavy rainfall and the development of Mesoscale Convection Systems(MCSs) are investigated through 24-h numerical simulations of two heavy rainfall events that occurred respectively on28 March 2009(Case 1) and 6 May 2010(Case 2) over southern China. The numerical simulations were carried out with WRF and its coupled Noah LSM(Land Surface Model). First, comparative experiments were driven by two different SM data sources from NCEP-FNL and NASA-GLDAS. Secondary, with the run driven by NASA-GLDAS data as a control one, a series of sensitivity tests with different degree of(20%, 60%) increase or decrease in the initial SM were performed to examine the impact of SM on the simulations. Comparative experiment results show that the 24-h simulated cumulative rainfall distributions are not substantially affected by the application of the two different SM data,while the precipitation intensity is changed to some extent. Forecast skill scores show that simulation with NASA-GLDAS SM data can lead to some improvement, especially in the heavy rain(芏50 mm) forecast, where there is up to 5% increase in the TS score. Sensitivity test analysis found that a predominantly positive feedback of SM on precipitation existed in these two heavy rain events but not with completely the same features. Organization of the heavy rainfall-producing MCS seems to have an impact on the feedback process between SM and precipitation. For Case 1, the MCS was poorly organized and occurred locally in late afternoon, and the increase of SM only caused a slight enhancement of precipitation. Drier soil was found to result in an apparent decrease of rainfall intensity,indicating that precipitation is more sensitive to SM reduction. For Case 2, as the heavy rain was caused by a well-organized MCS with sustained precipitation, the rainfall is more sensitive to SM increase, which brings more rainfall. Additionally, distinctive feedback effects were identified from different stages and different organization of MCS, with strong feedback between SM and precipitation mainly appearing in the early stages of the poorly organized MCS and during the late period of the well-organized MCS.     

春季华南在冷空气垫上空南支西风中低压槽东移时的天气过程分析

春季,冷空气进入华南以后,青藏高原以东往往在低空出现一层较薄的冷空气垫。在高空平直的西风环流下,沿南支西风急流带,有低压槽在冷空气垫之上东移,地面高气压区域中常有低压槽和锋生出现。本文查考了1958—1962年3—5月华南地区这类天气过程,并讨论了这类天气形势下的降水和雷暴的短期预报。     

中国夏半年几种降水天气系统的分析研究

本文是一年来从事夏季降水天气初步普查的简单报告。第一节首先指出所用分析方法与一般国内所通用者,稍有不同。高空等压面分析,取20米作为等高缐间隔,2℃作为等温缐间隔。代替40米及5℃的间隔,以适应夏半年较弱的温度场与气压形势场,在剖面分析中以等假相当位温缐代替位温缐,与等温缐配合以适应降水天气的凝结降水过程。 第二节讨论了五种夏半年基本降水天气系统,即冷锋、阻塞高压与冷涡、季风热低压、 暖锋及有风的结构,并简单地叙述了演变过程。 第三节对某些天气概念提供一些批判性的讨论。根据现已增加的观测材料,论证季风与梅雨是多样性的,决定于大规模的温度场与流场特性,以高空湿度大小区分赤道气团与热带海洋气团,证明是不适当的,因为中国赤道锋降水区域以南,即在所谓南南季风的赤道气团中,中层大气仍是干燥的。降水区域内,中层对流层的大量水份,是由于辐合或抬升的作用,使潜势的对流不稳定性成为现实的不稳定性,而由下层空气上升带上去的。文中还论证了所谓西北槽槽缐前倾是将两个系统混作—个系统的不正确桔果。最后还讨论了切交缐及一般模型在天气分析预报中的应用与限制。     

一次华南暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

文中选取了 1998年 6月 8～ 9日的一次发生在华南的强降雨过程 ,利用观测资料和MM5中尺度模式对这个过程进行了诊断分析和数值模拟 ,研究了该暴雨过程的中尺度结构及华南地区复杂地形的影响。分析表明这次华南暴雨由锋面暴雨和暖区暴雨组成 ,具有不同的中尺度结构 ,其中广西梧州地区暴雨是准静止锋面上的中尺度对流系统造成 ,具有持续时间短 ,强度大的特征 ,MM5模拟的雷达回波强度超过 30dBz ,高度超过 2 0 0hPa ,并在其东、北侧出现闭合的次级垂直环流 ;珠江三角洲的暴雨是暖区暴雨 ,发生在深厚的暖湿气流内 ,85 0hPa上强度超过 16m/s的西南低空急流是影响降水的主要系统 ,该中心暴雨持续时间较长 ,降水强度也达到了暴雨标准 ,模拟雷达回波不明显 ,没有出现局地的次级环流。华南地区的复杂地形在这次华南暴雨过程中主要为动力性作用 ,具体表现在一支冷空气在低层由苗岭和南岭之间南下 ,南海上空一支暖湿气流北上直接到达梧州地区 ,另一支次暖湿空气在南岭的阻挡下由武夷山以南沿南岭和云开大山之间折而向西 ,这三支气流在梧州地区附近汇合 ,形成广西梧州地区的暴雨 ;同时南海上空北上的低层气流被迫向东北绕行海南岛 ,形成一个尺度为 2 0 0km左右的背风面气旋 ,这个气旋的东北部分加强了在珠江三角洲地