江苏一次大暴雨过程的数值模拟

采用中尺度数值模式WRF（v2．2）对2007年7月7～9日发生在江苏的一次区域性大暴雨过程进行数值模拟,对模式输出资料,利用位涡与湿位涡理论分析了这次大暴雨维持发展的机制。分析结果表明,正位涡异常区对应着强上升区,低层湿位涡负值中心对应降水中心,高层正值区的移动也能预示雨区的移动,湿等熵面的陡立面的出现致使对流不稳定发展。     

贵州02.6大暴雨的模拟与诊断分析

利用MM5中尺度模式对贵州2002年6月18日00时～19日00时的暴雨天气过程进行了数值模拟，首先利用模式输出的基本物理量分析了相当位温、垂直速度，并计算垂直螺旋度以及湿位涡正压、斜压项，诊断分析发现：暴雨中心位于最大垂直速度中心附近；南北两支闭合经向垂直环流对于暴雨区的低空入流和高空出流具有非常重要的作用。螺旋度的变化对暴雨的强度变化有很好的指示性，暴雨区位于螺旋度等值线密集区靠正螺旋度区一例；贵州大暴雨与500hPa“漏斗”形MPV1高值区同位相变化，高低层MPV1“正负值区垂直叠加”的配置是暴雨发生、发展的有利形势。500hPa上MPV2正值区与对流性降水区对应很好，而且强度变化也一致。     

西南地区东部一次大暴雨的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5V3 5对2007年5月23-25日发生在贵州的一次大暴雨过程进行48 h的数值模拟研究,并结合天气形势、雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行分析.结果表明:模式较成功地模拟了这次强降水过程,模拟出了暴雨的强度、位置以及随时间的变化.导致这次大暴雨发生的主要影响系统是中尺度低涡,它的稳定维持是暴雨产生的主要原因.中尺度系统的发展、增强、减弱,主要由低层的正涡度产生.高层辐散、低层辐合、强烈的垂直上升运动是大暴雨天气维持和发展的可能机制之一,强降水与强烈的上升运动区和正涡度区有很好的对应关系.     

豫北一次区域性大暴雨的数值模拟分析

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料和WRF中尺度数值模式对2006年7月2-3日豫北区域性大暴雨过程进行数值模拟,并用模拟结果对该过程作中尺度分析.结果表明:暴雨中尺度系统发展和维持期间,基本上是强涡度区对应强辐合区,使得垂直对流运动发生发展,为强降水发生和持续提供了动力条件;θse值大小和实况降水强弱演变对应关系很好,θse值越大,实况降水越强,反之,实况降水越弱;豫北地区出现强降水时,水汽通量中心位于豫南且分布在西南急流轴上,豫中南部始终维持一条明显的水汽输送带,水汽被源源不断地输送到豫北地区;豫北地区处于明显的水汽辐合区,强辐合区有一自西向东的移动过程,与实况强降水过程演变趋势一致;大暴雨区域上空从低层到对流层顶层垂直螺旋度均为正值,且强降水时段与螺旋度最强时段对应关系很好,降水峰值与正螺旋度中心出现时间吻合.     

一次青藏高原东侧大暴雨过程的诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料以及中尺度模式所提供的高时空分辨率资料，对2002年6月8～9日发生在青藏高原东侧陕西省的一次罕见大暴雨过程的环流形势及位涡场特征进行了诊断和分析。结果表明，湿位涡的时空演变对中尺度气旋及暴雨的发生发展有指示意义，强降水发生在对流层低层较大的正负湿位涡区域交界处，中尺度气旋的迅速发展与对流层高层位涡扰动的下传有密切联系。     

西北东部一次大暴雨数值模拟及中尺度分析

2005年7月1-2日,西北东部出现一次造成严重灾害的大暴雨天气过程(本文简称为"050702"暴雨),利用NCEP(1°×1°)资料分析表明,副热带高压边缘偏南和西南气流北上,与西北冷空气在西北区东部形成辐合区造成了此次暴雨的发生,此次暴雨的水汽来源于中国南海和孟加拉湾.本文用非静力中尺度模式MM5V3.6成功模拟出此次过程,对暴雨中心冷暖平流、辐合层及水汽通量散度等暴雨因子的中尺度结构与强降水的关系进行了研究.结果表明:(1)降水强度和对流层中层冷平流有很好的相关,随着冷平流的增强,降水强度也迅速增大;暖平流对降水强度起到维持的作用;(2)在降水达最强时段,对流层中出现低层强辐合,高层辐散的结构;(3)在降水达最强时段,对流层中低层水汽辐合的达到最强,表明水汽通量散度场和降水有较好的对应关系.     

一次连续性大暴雨成因及雷达回波特征分析

对１９９８年６月中旬发生在福建省北部地区的连续性大暴雨过程环流特征、影响系统、特殊地形条件作用,中尺度回波系统活动及小尺度强核回波对降水强度的贡献进行了综合分析,力求从雷达回波演变特征找出规律,以提高其短时预报能力。     

京津冀大暴雨个例中尺度诊断分析

利用NCEP再分析资料、地面加密降水资料、雷达资料,采用Shuman-Shapiro滤波方案对2005年8月16日京津冀大暴雨的大尺度流场和中尺度系统进行诊断分析。分析表明：暴雨发生在高低空流场及中低纬系统配置非常有利的天气背景下,是多种尺度天气系统相互作用的结果;在对流性不稳定层结中,冷空气沿等熵面侵入到中尺度辐合系统中,激发了中尺度低涡的迅速发展,在孟加拉湾和南海源源不断输送的水汽配合下,导致了暴雨的发生;中β尺度对流雨团发生在滤波后1000hPa等压面的低涡中心北侧和850hPa中α尺度辐合线南侧,呈现暖式切变的降雨特征。     

鲁东南地区"2004.07"大暴雨中尺度分析与数值模拟

对2004年7月16、17日出现在临沂市的大暴雨过程的进行中尺度分析,应用 MM5v3.6 非静力中尺度模式,用美国 NCEP 再分析资料作初始场,采用双向三重嵌套模式,进行高分辨的数值模拟.分析揭示了这次大暴雨的天气尺度背景和中尺度系统的发生和发展的结构及演变,结果表明高低空急流的有利配合为暴雨过程提供环境条件,大暴雨出现在高空西风急流轴线出口区与低空西南风急流轴向出口区北侧之间;数值模拟看出在强降水产生时,雨区上空存在较强的中-β尺度系统,该系统有强而窄的垂直上升运动、上下垂直的辐散辐合结构,强烈的对流不稳定,在对流层低层还存在对称性不稳定.低空急流提供充沛的水汽,并通过强而窄的上升运动向高层输送.     

西北区东部一次大暴雨过程的湿位涡诊断与数值模拟

利用绝热、无摩擦大气湿位涡守衡理论和NCEP(1°×1°)再分析资料,对我国西北区东部2005年7月1~2日大暴雨过程进行了分析。结果表明:700 hPa上副热带高压西侧强西南气流北上,在西北区东部与东移南压的西北冷空气形成强辐合,是造成西北区东部这次强降水的主要影响系统。在700 hPa等压面上湿位涡与辐合区域相对应的是,在西北区东部存在一个湿位涡正压项MPV1的正值区和湿位涡斜压项MPV2的负值区域,它们准确地指示了辐合区的范围及变化,暴雨出现在辐合区中或MPV1和MPV2的等值线密集区边缘上;对流层高低层正值MPV1可以指示对流稳定的冷空气的变化,而对流稳定度小的暖湿气流表现为小的正值(高层)或负值(低层),等值线密集带指示了降水的后界。用模式输出的高时空分辨率资料诊断暴雨发生期间各个暴雨中心的等熵面结构,表明用湿位涡理论可以很好地解释这次暴雨发生的局地特征。     

湿位涡在"96.8"特大暴雨过程中的应用分析

1996年 8月 3～ 5日受减弱的 96 0 8号台风低压影响 ,河北省境内出现了自“6 3 8”以来的特大暴雨过程 (简称“96 8”特大暴雨 ) ,暴雨落区覆盖了太行山的东、西两侧。文中利用非静力中尺度模式MM5和常规观测资料运算结果 ,根据倾斜涡度发展理论 ,对台风减弱低压在北方产生强降水的“96 8”暴雨过程进行分析 ,发现湿位涡这一综合物理量对此类暴雨具有较好的指示意义 ,MPV1小于 0且MPV2大于 0的区域对应暴雨区。     

“96.8”河北特大暴雨雷达回波和闪电资料特征

以７１３雷达回波和闪电资料为主,并结合逐小小时非常规气象观测资料,分析了１９９６年８月３￣５日河北省西南部特大暴雨雷达回波和闪电资料特征,表明此次降雨过程为混合性降雨,且雷达回波的强度和云地闪的次数、强度和降雨的性质、强度、范围以及中尺度对流系统的发展有一定的指示意义。     

暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

广义湿位涡在江淮流域暴雨分析和预报中的应用

利用中尺度数值模式MM5, 以6 h间隔的NCEP/NCAR 1°×1°的格点资料为背景, 加入新一代天气雷达 (CINRAD－SA雷达) 1 h间隔的反演风廓线资料和12 h探空、 3 h常规地面观测进行四维同化模拟得到的输出资料, 检验非均匀饱和大气中的广义湿位涡在2003年江淮流域暴雨动力指示方面的分析和预报能力。理论分析表明: 广义湿位涡综合体现了大气的动力、 热力及水汽作用, 相对于常用的温度、 湿度等物理量来说, 在一定程度上包含了风场、 温度场和湿度场的相互作用, 对实际非均匀饱和大气的热力变化和水汽影响有较好的反映。对模拟结果的诊断发现, 广义湿位涡倾向值的正负及强弱变化对暴雨落区预报和单站降水变化趋势预报都有一定的指示意义。利用NCEP/NCAR 1°×1°格点资料和气象台站观测的实况降水资料, 对1999年长江流域梅雨和2007年淮河流域大洪水时期的广义湿位涡及其倾向变化与区域平均降水变化的对比分析进一步表明了在持续性暴雨发生时期, 在大气中低层(主要在500 hPa以下), 确实持续存在广义湿位涡和广义湿位涡倾向的异常, 这种异常能在一定程度上反映出对应时期的水汽分布和水汽集中特征, 与降水量的变化是一致的, 而850 hPa以下的广义湿位涡倾向在一定程度上也能反映出降水的增强或减弱趋势, 即: 广义湿位涡倾向为正 (负) 异常时, 未来降水量可能增加 (减小), 因此, 广义湿位涡倾向可以定性地给出暴雨是加强还是减弱的强度趋势预报。类似于涡度、 湿位涡等其他动力变量, 广义湿位涡除了可作为一个分析暴雨系统发生发展的动力变量外, 还可体现出暴雨时期高水汽集中的特点, 在暴雨分析中有一定的优势。     

一次纬向暴雨过程的湿对称不稳定与锋生分析

利用常规观测、加密自动站、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析及WRF数值模拟资料,诊断分析了2016年6月27—28日重庆南部大暴雨天气的纬向雨带及湿对称不稳定特征,结果表明:(1)纬向雨带形成并发展于低空湿对称不稳定区,纬向雨带形成前,湿对称不稳定逐渐增强,纬向雨带形成后,湿对称不稳定缓慢释放,湿对称不稳定的持续释放促进了纬向雨带的持续发展。(2)纬向锋生效应的增强,引起低空湿位涡水平分量MPV2的负值增长,为湿对称不稳定的增强及维持提供了有利条件,可能是此次暴雨过程中纬向雨带生成及持续发展的重要机制。     

“96.8”河北特大暴雨地面中尺度系统分析

通过常规气象资料、卫星云图及地面加密观测资料的诊断分析发现,在影响河北产生“９６．８”特大暴雨的两个中－α尺度云团中,有６个地面中尺度雨团（１小时降雨量≥１０ｍｍ,生命史≥３小时）先后形成,与之伴随的有多个地面中尺度系统,它们的形成及活动、发展都与地面湿斜压锋区及地面辐合场的分布有重要关系。     

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。     

“98·7”北京大暴雨的中尺度分析

对“９８７”北京大暴雨过程中的雨团、雷达回波、地面风场（流场）及气压场进行了分析。分析结果表明：大暴雨过程具有明显的中尺度特征,偏东风的中尺度切变线,风速辐合线和中尺度低压系统在大暴雨过程中发挥了重要作用     

WSR-81S数字化雷达对暴雨监测的分析研究

利用武汉WSR-81S数字化雷达回波资料结合卫星云图和地面中尺度观测资料,分析了1987～1994年4～9月份发生在雷达有效探测范围内的所有暴雨过程。揭示了云图上不同种类暴雨云团下的数字化雷达回波模式。根据暴雨雷达回波和地面中尺度系统的统计事实,分析了数字化雷达回波的动态运动与地面中尺度系统活动的关系。     

广义湿位涡与暴雨落区预报的诊断分析

探讨了广义湿位涡理论及其倾向方程在暴雨落区预报方面的可应用性,为非均匀饱和广义湿位涡理论的业务应用提供了新的思路。 资料诊断结果表明, 非均匀饱和大气中的广义湿位涡虽然不具有守恒性, 但由于其体现了实际大气的非均匀饱和特性,尤其是水汽梯度效应的引入,使得广义湿位涡的异常在对流层低层能比较清楚地反映出暴雨发生时期的高水汽集中的特性和机制,有效地反映出暴雨区以及暴雨落区的变化。 