FY-2E卫星资料在基于LAPS的台风三维云分析中的应用

LAPS(Local Analysis and Prediction System)采用物理初值化与三维变分约束相结合的方法,通过融合多源观测资料,发挥各种资料的优势,分析得到较为客观的三维云场,并可改善数值模式初始场。将FY-2E卫星可见光反照率和红外亮温资料引入LAPS,针对2014年6月登陆我国的台风"海贝思",设计不同水平分辨率的同化试验,研究台风三维云结构和初始场的改善情况。结果表明:1)LAPS云分析中引入卫星可见光反照率资料之后,总云量有显著的调整,能够较清晰地分辨出台风眼区、云墙和螺旋云带,卫星红外亮温资料在云顶高度的调整中发挥了重要作用,而且高分辨率的云分析结果有助于更好地分析出台风结构和强对流区域。2)LAPS物理初值化技术将卫星资料中的云结构和微物理信息添加到初始场中,一定程度上调整了数值模式初始场中垂直速度、云水、云冰和水汽场等变量的分布,提高了模式初值质量,对模拟和预报台风系统将会产生一定的影响。     

卫星资料在台风暴雨数值模拟中的应用

用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式，采用ＥＣＭＷＦ资料对８２０９号台风带来的暴雨进行了控制试验，同时采用卫星和地面资料对原有初始湿度场作订正，进行了灵敏试验。对比分析表明，应用卫星资料后，模拟的台风暴雨及雨量中心强度与实况甚为一致。此外，由模式输出流场的分析表明，台风内部及其外围有显著的非对称气流和明显的中尺度系统结构。暴雨发生在低空非对称气流聚合和高空非对称气流辐散重叠区域；在强雨量中心区，低空有清楚     

基于雷达资料的云分析在冰雹云短时预报中的应用

通过ARPS/ADAS云分析系统将雷达反射率因子信息引入到模式的初始场中,并结合中尺度数值模式模拟研究了2008年6月23日发生在北京周边地区的一次冰雹天气过程。结果表明:在初始场中引入雷达反射率因子信息之后,改进了初始场中水凝物信息和温度场,使得初始场更加符合实际大气状况;与未进行云分析试验比较,云分析之后,模式模拟对于雹云产生位置、强度以及移动路径有明显改进,其中3h之内的模拟效果最好;降水降雹提早1h发生,并且降水降雹的峰值也提前出现,明显减少模式spin-up时间。     

卫星和雷达资料在暴雨数值预报中的应用研究

采用美国风暴分析预报中心开发的中尺度模式（Advanced Regional Prediction System,ARPS）的资料分析系统ADAS（ARPS Data Analysis System）,把中国CINRAD/SA、SB多普勒雷达反射率、风云-2E卫星的红外和可见光资料引入模式初始场,利用高分辨率中尺度模式WRF对2012年7月21日中国华北地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：加入雷达和卫星资料的WRF数值模拟,由于修正了中低层水汽,对降水系统预报有一定的调整,预报的降水落区位置和降水量中心值更接近实况;同时加入卫星和雷达资料同化后,明显改善了WRF降水系统预报偏慢的情况。雷达与卫星资料同化对WRF模式降水预报影响不同,雷达资料影响的时间短,只在6 h内预报起作用,而卫星资料影响时间较长,能够改善24 h内的预报。加入卫星和雷达资料,修正了水汽场,使降水预报在开始时间、量级和范围上均有改善,更接近实况。     

卫星资料变分同化在一次中尺度强暴雨模拟中的应用

利用ATOVS资料和常规观测资料, 采用GRAPES 3D-Var同化系统和中尺度数值模式MM5设计了仅同化常规观测资料的NOATOVS试验和同化常规观测资料及ATOVS辐射率资料的ATOVS试验, 对2004年6月22—24日长江中下游和西南地区东部的特大暴雨进行了分析和模拟。结果表明:直接同化ATOVS辐射率资料获得的分析场可以有效改进对流层温、湿场分布, 对风场也有一定的影响。对比试验结果表明:ATOVS试验可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 对降雨的落区、强度也有较好的反映, 模拟的局地暴雨强度与实际降雨量基本一致, 同化卫星资料的改善效果较为明显。即同化ATOVS资料对于改进中尺度局地暴雨过程模拟效果是可行的。     

雷达和卫星资料在中尺度模式中的初步应用

本文利用非静力中尺度模式MM5对1998年7月20日－21日发生在湖北东部地区的特大暴雨过程作数值模拟，同时将不同时间的雷达和卫星资料适时加入模式改变当时模式中的水汽场，并与控制试验进行比较分析，结果表明：加入雷达和卫星资料后的数值模拟，由于修正了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽场，雨区位置和雨量中心值比仅用探空资料的控制试验更接近实况。雷达与卫星资料引入模式对于24小时降雨产生的效果不同，雷达资料的影响是局部的，范围较小，卫星资料影响范围较大，而且适时加入雷达、卫星资料能够及时通过水汽场修正，使24小时预报的雨区范围和中心强度与实况更加接近，而二者结合起来的效果与降水系统的特征有关。     

LAPS分析场资料在暴雨中尺度分析中的应用

利用常规地面探测、高密度自动雨量站、高空探测资料,并且融合多普勒雷达拼图产品,LAPS可输出比较精细的分析场。针对2008年6月21～22日一次暴雨天气过程,基于LAPS不同时空分辨率的中尺度分析场,分析了雷达回波、风场、高度场以及物理量场,比较不同时空分辨率LAPS分析场之间的差异。结果表明:(1)此次强降水过程可划分为2个阶段。第一阶段雨量集中在沿淮地区,呈纬向带状分布;第二阶段集中在大别山地区,其雨强更大,是中尺度局地性降水。(2)大别山区的地形抬升对低涡增强或减弱的演变具有重要影响,是低涡增强、发展的触发机制。当低涡接近大别山区时,低涡明显加强;当低涡逐渐远离大别山区时,低涡则减弱。(3)第一阶段有风的切变线,第二阶段有风的辐合,说明风场的辐合和切变促进云和降水的发生、发展,因此它们是产生暴雨的触发条件。(4)高分辨率的LAPS结果对于风场和云的变化刻画地更为细致。雷达回波发生在风的切变线处,或者风场辐合处;大别山区暴雨过程中,在其西侧有闭合性的涡旋,低涡缓慢东移,回波位于涡旋东侧,强降水发生在低涡东侧。(5)K指数、沙氏指数、整层可降水量与这次大别山地区暴雨过程具有较好的对应关系,与暴雨落区基本相同。这些指数在暴雨落区预报与应用方面具有一定参考价值。     

LAPS资料在一次鄂东初夏暴雨分析中的应用

利用常规气象资料和武汉暴雨研究所实时业务运行的LAPS资料,从环流背景、影响天气系统、物理量场、干侵入等方面,对2008年初夏发生在湖北东部的一次暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：这次强降雨是受西风槽与西南涡东移、地面冷锋南下的影响而发生的;暴雨初期鄂东中高层出现水汽辐合,相应地中高层相对湿度与比湿增加;低层首先出现空气质量辐合,随后高层出现空气质量辐散,低层辐合与高层辐散都比强降水发生要早;鄂东暴雨期间低层维持大量云系活动。暴雨期间有随着高度增加而向东倾斜的干侵入前沿活动,这加强了当地上空中、低层对流不稳定层结,并为强降雨发生蓄积了能量;后期由于动力性条件触发,层结转化为中性,对流发展、能量释放而产生强降雨。通过暴雨个例分析发现,LAPS资料能够比较深刻地揭示出该次强降雨发生、发展的机理。     

地闪资料在LAPS云分析中的应用研究

为进一步研究闪电活动特征,利用ADTD闪电定位资料、静止气象卫星葵花八号等气象资料,对2016年7月20日一次强对流天气过程中的闪电活动进行分析,探讨闪电活动与LAPS云分析场的关系,探索地闪资料在LAPS云分析中的应用。结果表明,地闪活动集中区域对应着强降水区,降水峰值与闪电活动峰值为重合的现象;大部分闪电发生处于对流云系影响范围之内且对应了中高层次的云顶性质;在LAPS云分析场中地闪活动频繁的区域,云柱更为厚实且出现了更为强烈的上升运动,水汽也更为充沛,闪电活动与积雨云的对应关系不仅可以反向验证卫星反演的云分类产品,也可以对LAPS三维云场进行订正和调整,并作为多源数据融合云分析的补充资料。     

卫星反演湿度场及其在暴雨预报中的初步应用分析

文中分别用两套相对湿度初始场方案 ,对 5个暴雨个例进行了预报对比试验 ,探讨了利用GMS- 5卫星图象反演的高分辨率湿度场资料改进初始场 ,以提高暴雨中尺度数值预报水平的可能性。结果表明 :( 1 )引入卫星反演湿度场能较好地反映出实际湿度场的水平中尺度结构 ,尤其是有效地增强了对降水有重要影响的高湿区的分析 ,且与实际探空资料更为接近 ;( 2 )引入卫星反演湿度场资料改进初始场一般会使 2 4 h的降水预报评分有所提高 ,特别是具有使预报前期 ( 0～ 6h)的降水场向观测场逼近的作用 ,但对预报后期 ( 6～ 2 4 h)降水场的影响具有不确定性。     

雷达和卫星资料在淮河流域暴雨实时数值预报试验中的应用

本文在前一工作「文献」基础上,将雷达和卫星资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ４中尺度数值模式,对１９９８年６月底和７月初的二次淮河流域暴雨过程,进行了帝时数值预报试验,结果表明,计入雷达和卫星资料的敏感性试验效果,比不计入该二种资料的控制试验有较好的明显的改进,文中还分析比较了控制试验（ＣＴＥ）和敏感试验（ＳＴＥ）每三小时的雨量和散度场,、垂直运动场及高度场的变化。结果显示,ＳＴＥ的雨量、产生暴雨的切变丝低涡系统以及散度和上升运动等的增强时间都比ＣＴＥ提前,因此,２４小时雨量与实况比较接近。     

云分析方法对浙江省一次强对流天气数值模拟的应用初探

基于云分析方法,利用WRF-ARW模式设计一套快速更新循环同化方案,对2019年3月21至22日发生在浙江省的一次强对流天气过程进行模拟研究。通过设计两组对比试验,对云分析同化雷达反射率效果进行诊断分析。在控制试验中,模拟降水落区和降水量与实况差别较大,而采用云分析方法同化雷达反射率（CA-DA）的模拟试验中,降水模拟效果相对较好,雨带明显东移,强度与实况接近。初步结果表明,利用云分析同化雷达反射率因子可以改进模式初始场的风、温度、水汽场以及水凝物等信息,进而缩短模式spin-up时间,提高降水落区及强度的预报。     

CloudSat卫星及其在天气和云观测分析中的应用

介绍了2006年4月28日成功发射的第1颗以对云层特性进行全球主动遥感测量CloudSat卫星的观测仪器、工作参数、运行方式、数据产品及“A—Train”卫星群等基本概况。CloudSat卫星主要有效载荷是94GHz（3mm波）云雷达,它可以“切开”云层,获得许多有关云的最新气象数据,主要数据产品包括了云的宏观物理参量和微观物理参量。介绍了CloudSat卫星已获得的典型天气和云的初期观测结果：从首次观测的云三维图片,可以清楚地看到南极洲上空风暴云的垂直剖面结构特征;从首张获得降雪云的垂直剖面图像可以得到降雪云层的发展状态以及结构特点;使用CloudSat统计数据可分析全球水凝物的分布特征。将TRMM卫星上的测雨雷达与CloudSat卫星上的云雷达联合观测研究,可以获得从薄云到浓厚云及降水的精细垂直结构特征。通过下载的CloudSat观测资料,对我国典型台风和层状云系等两类不同天气条件下云的宏微观结构特征等进行了初步分析,可以看到台风眼区附近云系的垂直结构随台风发展不同阶段的演变;从层状云系的垂直剖面可以清楚地发现云层的内部分层结构及不同相态的垂直分布特征等。     

FY-4A卫星闪电资料与ADTD闪电资料在四川省冕宁暴雨中的对比分析及数值模拟

FY-4A卫星闪电资料与地基ADTD(Advanced Direction and Time of arrival Detecting system)闪电资料对于研究暴雨等强对流天气具有一定的指示意义,通过对四川省冕宁暴雨个例的研究,对比分析了这两种闪电资料的差别,设计了将两种闪电资料引入数值预报模式的多组数值试验。结果表明：（1）两种闪电资料在不同地区有不同的探测效果,ADTD闪电资料范围更广且分散,FY-4A卫星监测到的闪电数量更密集、分布更集中;两种闪电资料在进入模式之后所转化成的代理雷达回波具有很好的一致性;对于低频次的闪电来说,ADTD闪电定位仪可能比FY-4A闪电成像仪探测效率更高。（2）引入任何一种闪电资料都对降水预报具有正效果,其中ADTD闪电资料的应用对于短时降水预报准确率的提高更为有效。（3）两种闪电资料对于云微物理量的调整作用,在不同的区域有不同效果,说明这两种闪电资料的分布不完全一致,揭示出这两种闪电资料具有一定的互补性。     

雷达资料在一次大范围冰雹天气过程中的同化试验分析

基于华南区域高分辨率数值模式,采用牛顿连续松弛逼近法(nudging)同化C波段多普勒雷达反射率资料,针对2018年4月2日贵州一次大范围冰雹天气过程进行了数值模拟试验.分析结果表明:在模式中进行雷达反射率因子信息nudging同化后,调整了分析场中的水凝物信息和热力场结构,对流层中层的雨水和冰相粒子含量均增加,水凝物...     

一次强飑线云结构特征的卫星反演分析

利用NOAA卫星AVHRR资料,对2006年4月28日山东一次春季强飑线过程进行了分析,重点研究了卫星资料多光谱综合分析的强对流云微物理特征和卫星识别的对流强信号,并与雷达、FY-2C卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)RGB合成图能清晰地显示云顶的结构、纹理、云砧、组成、高度及云厚等信息,是一种很方便的分析工具。(2)多光谱综合分析归纳出卫星探测对流强信号:云顶的对流结构和纹理突出,有明显的云砧,云顶以小粒子为主,粒子有效半径Re随高度增长缓慢,云团上部存在明显的Re随高度递减带,云顶Re和-dRe/dT能定量指示对流的强弱。据此,卫星识别出强中心A比实际降雹提前了近1h,比飑线发生提前了2.5h,比多普勒雷达监测提前了近2h,特别是识别出的强中心B比实际降雹提前了近4h。卫星探测为强对流天气的监测预报和预警提供了一种新途径。     

对流云团资料在局地暴雨数值模拟预报中的应用

使用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式,对两次暴雨实例进行了数值模拟试验。结果表明：相对应用地面及高空常规资料作为初始场的控制试验而言,就用实时卫星对流云团资料增强局部湿度场的敏感性试验,可使暴雨及邻近地区对流层中低层气流辐合上升运动增强,     

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。     

卫星微波观测资料在混合同化中的应用

利用美国环境预报中心(NCEP)的GSI(Gridpoint Statstical Interpolation)业务同化系统,采用三维变分同化方法(3DVAR)和三维变分混合同化方法(3DVAR-Ensemble),针对2013年5月8日发生在我国华南地区的一次强降水天气过程进行了数值模拟试验研究,设计了不同组试验方案,将常规观测资料和AMSU-A\MHS\ATMS辐射率亮温资料直接同化进入区域大气模式WRF中,对比分析不同同化试验方案对模式初始场及降水预报效果的影响。数值试验结果表明:从初始时刻的同化增量来看,各试验组均改变了初始场结构,但增量的大小和分布却不同。加入ATMS微波资料的分析增量要小于同化AMSU-A+MHS的;Hybrid同化方法使用具有"流依赖"的背景误差协方差在一定程度上减小了模拟区域周围的虚假增量,使初始场的分布更真实和合理。从降水模拟的强度和空间分布评估结果来看,使用Hybrid方法同化ATMS的资料可以比较准确预报出降水中心的位置。综合而言,采用Hybrid的方法同化ATMS的资料最优。