华南暖区暴雨预报的模式初始场质量敏感性分析

本文利用高分辨率中尺度数值预报模式WRF和两组再分析资料,在研究不同模式初值对华南暖区暴雨预报质量差异明显的基础上,利用合成初值方法进行了模式初值对暖区暴雨预报的敏感性数值试验研究,讨论了模式初始场关键物理量对暖区暴雨预报质量的影响,重点开展了模式初值湿度场质量对华南暖区暴雨降水预报的敏感性分析。结果表明：模式初始场质量的较小差异,可显著影响本次华南暖区暴雨预报的降水强度、降水落区以及降水发生时间等的质量。初始水汽场对暖区暴雨预报影响最大,也最为敏感,是准确预报对流单体的发生发展以及地面强降水的基础。风场和温度场对暖区暴雨预报的影响相对较小。对流层低层较强的风速辐合是本次暖区暴雨强对流单体触发、生成和加强发展以至产生暖区强降水的物理基础。     

弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析

首先对2008-2019年4-9月湖南弱天气尺度背景下暖区暴雨依据500 hPa环流形势分为强西南急流型和副高型,然后对2018年4月30日(简称"4·30"过程)和2016年7月17日(简称"7·17"过程)两次不同类型暖区暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)两类暖区暴雨具有明显季节差异,强西南急流型和副高型分别发生在春季和夏季。强西南急流型一天任何时刻均会出现,夜间降水频次增多。副高型的日变化明显,降水峰值出现在上午。强西南急流型降水范围广,多出现在湘南地区,西南急流北推到长江中下游地区时,湘北也会出现暴雨。副高型降水分散,在湘西北、湘北及湘东南地区均出现强降水,局地性强,对流性明显。(2)"4·30"过程暴雨区处于上下一致西南风中,在切变线南侧辐合上升、西南急流和地面辐合线共同影响下湘东北出现暴雨,属于强西南急流型暖区暴雨;而"7·17"过程,副高脊线控制湖南,受中低层弱切变和地面中尺度气旋影响,湘西北出现暴雨,属于副高型暖区暴雨。(3)"4·30"过程暴雨区上空垂直螺旋度均为负值,700 hPa存在负值中心,意味着700 hPa切变线造成暴雨区强辐合上升,导致强降水发生;"7·17"过程,垂直螺旋度呈"上正下负"结构,900 hPa高度强气旋性旋转辐合最强,表征近地层中小尺度系统影响造成暴雨。"4·30"过程水汽输送和辐合比"7·17"过程更强。"7·17"过程比"4·30"过程低层热力不稳定能量更大且热力不稳定层结更强。β中尺度辐合线和γ小尺度气旋分别为"4·30"过程和"7·17"过程的触发机制。     

广东清远一次暖区暴雨过程分析

利用实况常规气象资料、FY-2E卫星资料及地面自动站资料,从天气形势、物理量、中尺度系统演变等方面综合分析了2017年7月上旬清远市的一次大暴雨天气过程。结果表明:该次暴雨过程是由与低空急流相对应的低层正涡度区触发的一次暖区暴雨天气过程,200 hPa辐散场起到了良好的抽吸作用,500 hPa槽前西南气流和850 hPa西南急流,促进了不稳定能量和低层水汽的积累,为暴雨的中小尺度系统发展提供了有利的条件。充足的水汽输送以及高低层涡度场的配合为该次暴雨的发生提供了水汽及动力条件。另外,该次暴雨过程与中尺度对流系统的活动直接相关,是由2个中尺度对流系统直接影响造成的。     

GRAPES区域集合预报尺度混合初始扰动构造的新方案

集合预报初始扰动能否准确反映预报误差的结构特征是决定区域集合预报质量的关键因素之一。本文针对GRAPES区域数值预报模式,发展设计了一种基于资料同化思想的混合尺度初始扰动构造新方案。该方案以全球大尺度信息为背景场,区域模式预报作为观测资料,借助GRAPES三维变分同化系统,将高质量的全球大尺度信息与区域模式预报中质量较高的中小尺度信息有效融合,构造混合尺度区域集合预报初始扰动,并通过个例试验和批量试验,比较分析了新方案和原区域集合预报的性能。试验结果表明,基于资料同化构造的初始扰动能够有效融合全球大尺度信息和中小尺度天气系统的信息,其降水概率预报更具参考价值。总体上看,区域集合预报混合初始扰动新方案能够较好地改进区域集合预报质量,尤其是对高度场和温度场效果更为显著,但对风场的集合预报性能影响略小。     

青岛地区暖区暴雨特征研究分析

利用2011-2018年常规和非常规气象观测资料,统计分析青岛地区38个暖区暴雨日的基本特征.结果 表明:(1)青岛地区暖区暴雨按发生的天气形势主要可分为暖切变型、冷锋型、副高边缘Ⅰ型及产生连续性暴雨的副高边缘Ⅱ 型.(2)暖区暴雨主要发生在7-9月,其中7、8月发生次数较高.暴雨落区和青岛的地形关系密切,在南北山区形...     

基于增长模繁殖法的集合预报初始扰动饱和分析

基于增长模繁殖(BGM)法构造集合预报初始扰动时,繁殖循环中扰动的发展和饱和情况是其关键技术之一.已有的一些研究基本上是以扰动增长率接近某一数值作为繁殖结束的标志.作者认为,初始扰动的饱和不仅仅是扰动增长率的饱和,即繁殖模大小方面的饱和,扰动形态(即误差分布)上的饱和也应当是一个必须考虑的因子.利用T63L9全球谱模式分析了繁殖循环中增长模(扰动)的发展和饱和情况,通过分析扰动大小及形态两方面随繁殖时间的演变,得到以下主要结论:扰动增长模在繁殖3～4天后可呈现明显的饱和特征;不同变量扰动增长模的饱和时间有所差别,同一变量在不同等压面上饱和时间亦不同步;不同的初始模大小也会对扰动饱和过程产生影响.     

江淮流域暖切变型暖区暴雨的客观识别与分析

暖切变型暖区暴雨(WSWR)是存在暖式切变线作为天气背景的暖区暴雨(WR)类型。本研究基于WR与切变线的定义,综合中尺度暴雨团、锋面、切变线等客观识别标准,利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时网格数据集以及ERA5再分析资料对2010～2017年的江淮流域WSWR进行客观识别与验证。8年共确定WR雨团1268个,WSWR雨团451个,其高频区位于皖赣鄂三省交界处及江浙沿海区域,且WSWR雨团与WR雨团的频次大值区分布基本一致。WSWR雨团多出现在6月中旬到7月中旬,此期间WR雨团中40%以上是WSWR雨团,雨团出现的位置随主雨带一致向北推进,其平均最大降水量为29 mm h^-1。WSWR出现频次的日变化呈现双峰结构,分别出现在08～13时(北京时,下同)、20～22时,雨团的小时降水量高峰值主要出现在午后(13～19时)和清晨(01～05时)。     

一次华南海岸带暖区暴雨过程的观测分析

2007年5月20日粤西茂名与阳江海岸带地区发生一场小时降水量达到115 mm的短时大暴雨。采用NCEP/NCAR FNL 1 °×1 °再分析资料,结合多普勒天气雷达、高空探空、自动站资料和风廓线雷达观测资料,分析此次暴雨过程的天气尺度系统与中尺度系统特征,探讨不同尺度系统对这次暴雨天气过程的作用。分析结果表明:（1）此次暴雨过程是由准线状中尺度对流系统导致的,对流系统的移动速度缓慢是导致出现暴雨的主要原因;（2）在暴雨发生前,整层大气水汽充沛,处于近饱和稳定状态;暴雨发生期间局地大气处于条件不稳定状态;中层弱冷槽过境及“上干下湿”的温湿结构增加了环境大气的不稳定性;（3）北部湾低压（槽）发展导致的强盛低层西南气流为暴雨发生提供了充沛的水汽;高空槽后干冷空气南下形成的深厚干层,有助于对流凝结潜热的释放;高层辐散、低层辐合环流为低层暖湿空气提供了垂直上升动力;（4）中尺度对流系统在地势相对平缓的沿海地区发展和加强,地形的动力抬升和辐合作用不大。对流活动诱发的低层密度流在对流带前缘不断激发出新的对流单体,对对流系统的维持和发展起关键作用;（5）对流单体的风暴传播效应使对流系统具有逆风传播的特征,移速缓慢;层云降水的蒸发冷却有可能改变其低层的温度梯度,使环境大气的不稳定性加强。      

中国暖区暴雨的研究进展

暖区暴雨是中国大气科学界的一个研究热点,由于其天气尺度斜压性强迫弱、环境大气热动力不稳定性强,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,暴雨对流系统触发机制复杂,暴雨突发性、局地性特征明显。目前全球业务数值预报模式、中尺度数值模式对暖区暴雨的预报能力十分有限。20世纪80年代以来对华南暖区暴雨的天气学特征进行了深入分析,并对多地区暖区对流系统的发展特征进行了总结,指出暖区极端暴雨与稳定的线状对流系统的发展有密切关系。近年来通过若干大型科学试验,对造成华南暖区暴雨的对流系统特征、边界层物理特征、降雨云物理过程有了更为深入的认识,其中关于边界层急流、华南沿海地面冷池边界等中尺度特征分析进一步深化了暖区暴雨对流触发机制研究。本文回顾了近40年暖区暴雨部分研究成果,针对多地区暖区暴雨的天气学特征、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区暴雨中尺度对流系统的发展特征等问题进行了总结,并提出需要进一步深入研究的科学问题。     

一次闽南暖区暴雨的多尺度动力过程

作为气象研究中的一个难点问题,暖区暴雨的动力学一直为学界所关注。基于多尺度子空间变换(MWT)以及基于MWT的局地多尺度能量学分析和正则传输理论,对2018年5月7日的一次闽南暖区暴雨进行研究以了解其多尺度动力过程。首先将原始物理量场重建到三个尺度子空间:背景流子空间、天气尺度子空间和暴雨子空间。重构场上可以很好地看出背景环流尺度的高低空急流,以及暴雨尺度上的垂直环流。以往的研究普遍认为暖区暴雨的动力过程具有弱斜压性这一特征,而就此次事件而言,正压失稳和斜压失稳都起着很关键的作用,暴雨主要落区内既发生了正压失稳,也发生了斜压失稳。研究表明,对流层不同高度上的动力学存在差异,低层主要表现为正压失稳,天气尺度子空间与背景流子空间向暴雨子空间传输的动能相当; 中层主要是混合失稳,除正压失稳外,斜压正则传输也将有效位能从背景流子空间传输到了暴雨子空间,再通过浮力转换将有效位能转为动能,从而维持暴雨在中层的动力过程; 高层则与低层相似,但只存在背景流子空间向暴雨子空间的能量传输。      

长江中游地区暴雨过程的500 hPa信号场特征

文中用500 hPa信号场研究了长江中游地区暴雨发生的气候异常环境,并提出用信号场合成图的检验方法来分析暴雨规律.结果表明,暴雨过程与无雨过程在500 hPa信号场中异常信号显著区的出现及分布形势有明显不同.分析14次暴雨过程的合成图,发现在发生暴雨过程第1天,正异常区常常出现在贝加尔湖附近地区(40°～50°N,80°～100°E)和中国华南地区(20°～25°N,100°～130°E),负异常区出现在中国长江中游北部地区.暴雨过程出现的主要特征是在110°E附近,形成南北向的"+-+"分布形势和波列.