“8.19”西北东部大到暴雨诊断分析和数值模拟

利用MICAPS系统T213资料、NCEP再分析资料及实况观测资料，对2004年8月19日发生在西北地区东部的暴雨天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析发现：这次暴雨天气过程中西太平洋副热带高压有一次明显的西伸，是一次较典型的副高西北侧西南气流型暴雨。降水水汽主要来自南海和孟加拉湾，中低层的水汽输送十分充沛，并在甘肃河东和宁夏形成辐合。运用三重嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对这次暴雨过程进行了两种方案的高分辨率数值模拟，结果表明，运用四维资料同化后的方案在形势和降水预报方面优于未进行资料同化的方案。     

8.19华北暴雨模拟中微物理方案的对比试验

在中尺度模式多种物理过程中,微物理过程是一个非常关键的环节,其不仅直接影响降水预报,而且也影响模式的动力过程.微物理方案有明确的物理基础,但是在实际暴雨模拟中,究竟采取哪一种方案的结果更理想,需要深入比较,因为不同的微物理方案对降水模拟结果有着很大的差异.本文利用中尺度非静力模式WRF (V3.2.1版本),采用36 km、12 km和4 km的格点分辨率,选用七种微物理方案,对2010年8月18~19 日华北地区的暴雨过程进行了敏感性试验.从降水落区和强度方面对总降水的预报性能进行了对比,模拟结果表明:选用不同的微物理方案,可以不同程度地模拟这场暴雨的范围和强度,且选择合理的微物理方案对细网格（4 km）嵌套的模拟也可以相应的提高,从而提高了暴雨模拟的分辨率,为暴雨中小尺度成因分析提供了参考.其中,水平分辨率为36 km时,Lin方案模拟的雨带范围和降水强度与实况拟合的最好;水平分辨率为12 km时,Thompson方案模拟的强降水位置、强度与实况最为接近;而水平分辨率为4 km时,WSM6方案模拟的强降水位置、强度与实况拟合得较好.再结合垂直速度、涡度、散度和雨水混合比等基本物理量的诊断分析,可以更好地理解各微物理方案对降雨预报的影响,所得的结论对我国华北暴雨强降水预报和中尺度模式微物理过程在业务和研究方面有相当的参考价值.     

“7.27”陕北暴雨数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR 1 °×1 °再分析资料、地面观测降水资料、FY-2E卫星相当黑体温度资料,采用WRF(Weather Research Forecasting)中尺度数值模式对2012年7月27日陕西省北部一次暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析.结果表明:此次暴雨处于西太平洋副热带高压西北边缘带与贝加尔湖低压之间,中低层水汽由孟加拉湾经青藏高原东部输送到陕北;无规则小云团的自组织过程,促使中尺度对流系统得以发展.200 hPa急流出口区的右侧由于地转调整作用,在槽线上激发了中尺度重力波.高空重力波能量下传并被近地面中性层结大气吸收,引起低层大气对流发展,对暴雨的发生发展过程有很好的促进作用.     

“96·8”华北暴雨数值模拟与稳定性分析

分析1996年8月发生在华北地区的台风暴雨过程的环流形势，发现：副热带高压与台风低压之间的气压梯度很大，宽广的偏南急流源源不断地向北输送水汽和能量，而太行山一带正处于汇合区，构成十分有利的暴雨天气形势。应用MM5数值预报方法对1996年8月4—5日的降雨天气过程进行数值模拟，并依据天气学原理和位涡理论对此过程的稳定性进行分析认为：（1）MM5数值预报模式较好地模拟出了台风暴雨的物理过程。（2）此次降雨的不稳定层结有南高北低现象，同时有对称不稳定和对流不稳定存在；条件性对称不稳定可使环流加速，对降水有一定的增幅作用。     

“0806”华南持续性暴雨诊断分析与数值模拟

用NCEP再分析资料、常规气象观测等资料,对2008年6月11—13日发生在华南地区的持续性暴雨的大尺度背景进行了分析,用MM5模式模拟出了暴雨的大尺度背景,利用模拟结果对这次暴雨过程的系统演变做了进一步的分析。结果表明:(1)西南涡是暴雨的直接影响系统,随着西南涡的东移,暴雨从广西北部一直推进到广东东南部。(2)中高纬稳定的两槽一脊的环流形势和偏南的西太平洋副高,及不断南下的小股冷空气,为这次暴雨提供了有利的中高纬环流背景冷空气条件;东亚夏季风偏南,越赤道气流偏强,给暴雨的维持提供了丰富的水汽条件。(3)模拟的结果验证了暴雨发生的大尺度环流背景,并在700hPa上模拟出了3个正涡度中心,是华南暴雨发生的动力因子。     

“碧利斯”暴雨增幅高分辨率数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式ARPS (Advanced Regional Prediction System),对2006年第4号强热带风暴“碧利斯”的登陆过程,尤其是登陆后的暴雨增幅过程开展了高分辨率数值模拟,并利用观测资料对模拟结果进行了验证,进一步基于该高分辨率模拟资料对该暴雨增幅过程开展了诊断分析.结果表明,ARPS模式较好地模拟再现了“碧利斯”的登陆过程以及登陆后在广东、江西、湖南三省交界处引发的暴雨增幅过程;散度垂直通量和湿位涡的大值区与暴雨增幅地区均有良好的对应关系,对强降水落区有较好指示意义,其中散度垂直通量的对应关系更好.湿位涡不仅很好地反映了与暴雨增幅相关的湿位涡分布,同时也很好地反映了“碧利斯”环流本身所对应的湿位涡分布特征.     

“2007.8.17”山东大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规资料、区域自动站、气象卫星、多普勒天气雷达、闪电定位资料以及中尺度数值模式WRF,对2007年8月16和17日在山东省新泰市发生的大暴雨天气过程进行分析,并针对中尺度地形对暴雨的影响进行了敏感性试验。研究发现,此次大暴雨发生于副热带高压边缘切变线附近,与速度不连续造成的K-H不稳定而引起的中小涡旋有密切关系。鲁中山脉地形对大暴雨中心的强度和落区有较大影响,在对流层低层产生明显的地形性切变线,加强了偏南暖湿气流的辐合,使大暴雨强度更大,位置更加偏南。对强弱两次相似降水过程进行数值模拟对比试验发现,鲁中山脉地形对两次过程的降水分布、中心强度和落区等影响较为一致,但是对不同强度降雨增幅的影响差异较大,地形对强降雨的增幅作用更加明显。进一步研究表明,地形的抬升作用,造成暴雨区低层辐合加强和垂直速度增强,更有利于不稳定能量积累和水汽的辐合,同时山脉地形在一定程度上还对大气中云水和雨水的分布有较大影响。副热带高压边缘有利的环境背景条件和地形的共同作用是山东局地大暴雨产生和维持的主要物理机制。     

“05．8”十堰大暴雨的数值模拟与诊断分析

使用NCEP 1°×1°6h再分析格点资料和气象台站实测降水资料,采用WRF中尺度数值模式,对2005年8月14日20时至15日08时发生在十堰市的一次大暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析,并着重分析了大暴雨的成因。结果表明：此次大暴雨是在西太平洋副热带高压、中高纬西风槽合理配置以及稳定有利的环流形势下发生的,同时与台风低压活动关系密切;东南风急流将低纬度地区暖湿气流输送到高纬度地区,使台风低压长时间维持,为强降水发生发展提供了水汽来源;低层辐合、高层辐散的配置有利于对流发展和低层水汽向高空输送;螺旋度正值中心的出现对未来3h强降水出现有一定的预示作用,螺旋度正值对暴雨落区有较好的指示性,主要暴雨区出现在螺旋度正值中心前方。     

一次暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR分辨率为1°×1°再分析资料和气象台实测降水资料及TRMM 3 h降水资料,采用WRF中尺度数值模式,对2010年7月22日发生在黄河流域中游南部的一次暴雨过程进行了数值模拟及诊断分析。结果表明：WRF模式能较为成功的模拟出本次暴雨过程。此次暴雨在大尺度环流形势上,是由于西太平洋副热带高压与河套低压槽的共同影响产生的;来自印度洋、中国南海的大量水汽输送为暴雨提供了充足的水汽来源。处于200 hPa的高空急流,由于地转调整激发出了中尺度重力波,使用散度场、云水分布,能够确定中尺度重力波的存在和移动方向。在利用模拟资料分析重力波对甘肃省东部地区暴雨产生的原因时得出：高空急流中产生的中尺度重力波与低层大气对中尺度重力波的吸收作用,共同导致了该地暴雨的发生。由高空急流风向和非线性平衡方程的数值分布情况,可以提前判断中尺度重力波发生的区域和移动方向,从而能够提前对暴雨可能发生的区域和时间作出预报。     

一次华北暴雨过程中“质量强迫”的数值模拟

在暴雨系统中,大量降水会造成湿空气质量的亏损,这种湿空气质量亏损对暴雨系统的发生、发展有一定的强迫作用,称之为"质量强迫".本文首先从理论上通过对连续方程进行修改,重新推导了ARPS模式中考虑质量强迫作用的扰动气压倾向方程,并利用该模式对一次华北冷锋暴雨过程进行质量强迫作用的数值模拟试验,详细分析了质量强迫引起的云微物理过程的变化.对比分析表明:(1)质量强迫项影响系统的降水量.在本文个例中,质量强迫项起主要作用的高度在5.75 km左右,使得大气产生了由该层向上、向下的运动调整,其中向下的运动调整不利于低层对流的上升运动,减弱了系统的对流强度,导致中心降水量有所减少.(2)云水场的分布与质量强迫项的分布吻合较好;降水率的变化和质量强迫项的变化趋势相似,且在5.75 km高度上表现明显;降水粒子下落末速度项是引起质量强迫项变化的主要原因.(3)湿空气质量场发生改变将使局地气压发生变化,这种变化又使动力场发生相应的调整,产生辐合、辐散及垂直运动.反之,运动场的调整也影响到气压场的调整,它们之间将是一个相互影响的过程,近而对天气系统发展强度产生较明显的作用.(4)对对比试验中模式控制方程各项的差别分析发现:造成扰动气压局地变化项差的主要原因是由散度项差与垂直速度项差共同作用造成的,其中,质量强迫项差起了间接的作用;造成水汽及云水物质局地变化项差的主要原因是微物理源汇项差,其次是降水粒子下落末速度项差.     

“07.7”重庆暴雨的数值模拟分析

针对2007年7月17日发生在重庆地区的一次暴雨过程,利用AREM模式进行了数值模拟。结果显示,AREM模式较好地模拟了这次暴雨过程的雨带及雨带上双极值中心的分布。利用模式输出的高时空分辨率结果,对暴雨过程的中尺度特征进行了诊断分析,得到的主要结论有:24h累积降水的双中心峰值发生在不同时段;暴雨中心的动力场结构随时间的演变与降水量在中尺度特征值上有很好的对应关系,两个降水中心对应高低层的流场配置不同;暴雨是在西南涡及低空西南急流的直接作用下发生发展,低涡和急流的维持为降水中心的低层辐合及与之伴随的上升气流的发展提供了有利条件;对流层高层高压脊的变化和中尺度辐散区发展也是造成此次降水的重要因素,辐散区的移动造成强上升运动区的移动,这是引起降水中心移动的原因之一。     

华北区域暴雨数值预报模式实时资料自动处理与客观分析

一、前言 1986年,中央气象台与中国科学院大气所合作,开展华北区域暴雨数值预报实验工作。原模式对资料处理部分,是将由人工收集来的气象电报,按所需要的测站、要素、层次抄下来,再输入计算机。为了使华北区域暴雨数值预报模式投入业务使用,为预报员在天气会商中及时、准确地提供数值预报产品,我们研制了实时气象资料自动化处理系统,并把它与客观分析联结,基本作到了     

淮河流域暴雨过程的数值模拟和诊断分析

利用中尺度数值模式WRF输出结果，对2003年7月4-6日淮河流域出现的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明，WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟，但暴雨中心位置偏移。这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展、加强及衰减均在模拟结果中有所显现。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

“5.10”岷县暴雨灾害天气过程的数值模拟和诊断分析

利用NCEP再分析资料和中尺度模式WRF,对2012年5月10日甘肃岷县出现的罕见雷电、短时强降水、冰雹和阵性大风等强对流天气过程进行了模拟,同时使用H YSPLIT后向轨迹模式对此次天气过程的水汽来源进行了模拟,并对模式输出的多种物理量进行了诊断分析.结果表明,WRF模式能较好地模拟此次天气过程;在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,为降水的形成和发展提供了动力条件,中低层负螺旋度的短暂出现可作为降水即将发生的一个指标;来自西亚地区和孟加拉湾的水汽在甘南中层辐合,为此次暴雨提供了足够的水汽;不稳定能量的积累和释放,且能量的释放过程比积累过程快,导致暴雨的产生.     

“7·18”山东暴雨过程的数值模拟和诊断分析

文章采用区域大气模拟系统RMAS6．0对2007年7月18日发生在山东省的大暴雨过程进行了数值模拟,模式较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量。结合常规资料与卫星云图分析表明：这次暴雨过程具有中尺度对流系统（MCS）特征,是由几个中β尺度对流单体合并增强形成的。在高低空急流配合下,在低层产生高假相当位温,对流层中层冷空气的入侵,使不稳定能量累积,而对流层低层中尺度辐合线可能对这次暴雨过程的发生起了触发的作用。     

一次阻塞型华北对流性暴雨过程的诊断分析和数值模拟

利用常规和地面加密气象观测资料、卫星云图、NCEP再分析资料及中尺度模式MM5,对2006年7月23日一次阻塞型华北暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟。结果表明,此次暴雨过程发生在以东西伯利亚阻塞高压为典型特征的大尺度鞍型场的背景下,宽广的低压区及高、低空急流次级环流为中尺度对流系统(MCS)的发生、发展提供了适宜的环境和动力强迫;700hPa和850hPa天气尺度的偏西水汽输送和低涡北侧的偏东水汽输送改善了环北京地区的水汽条件,暴雨发生前850hPa中尺度西南水汽输送对北京暴雨的发生有直接影响;MM5模式再现了导致MCS的形成及演变过程;中-β尺度MCS是这次暴雨的直接触发系统,其水平尺度约为0.5个经距,垂直方向由地面伸展到300hPa左右,具有典型的暖心结构,辐合、辐散中心分别位于900hPa和400hPa;MCS北侧强垂直次级环流为强对流的产生创造了有利条件。同时,MCS南侧相当位温的强梯度高能区及该区域的不稳定能量输送也是暴雨发生的重要条件。     

台风“妮妲”的数值模拟与暴雨成因分析

利用NCEP再分析资料(1°×1°),使用WRF模式对1604号台风"妮妲"进行了数值模拟,分析了该次台风暴雨形成的环流形势、动力、热力等条件,并探讨台风外围环流触发强对流天气过程的各云微物理量分布特征,结果表明:(1)"妮妲"是在副高偏强且稳定的环流背景下发生的,台风路径为稳定西北向,降水分布南多北少;(2)整个过程可分为台风本体降水和台风外围雨带降水,相对于本体降水,台风外围雨带产生的降水更具有短时强降水的特点;(3)对台风外围环流强降水的预报,能否准确判断冷空气的位置成为预报准确与否的关键;(4)该次台风过程外围环流引发的强降水天气、雪和霰的大值区分别位于雨水大值区的下游和上游方向,结合雷达产品,可能对降水大值区有一定的指示作用。     

太行山地形对华北暴雨影响的数值模拟试验

利用高分辨率区域气候模式RegCM3对华北地区1996年夏季降水进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的夏季降水量日变化特征进行了比较,在此基础上,设计了太行山地形敏感性试验,模拟了太行山脉地形高度变化对1996年夏季发生在华北地区的3次典型暴雨过程的影响.研究结果认为,RegCM3模式能够较好地模拟1996年夏季华北地区雨带位置及主要降水过程,对3次典型暴雨过程中暴雨中心的落区及位置移动均有较好的表现,不足的是模拟的降水量偏大.地形敏感性试验结果发现,太行山地形对华北暴雨天气过程有着重要影响,但是对于不同型态的暴雨过程,地形的影响有不同表现.对于太行山区型暴雨,太行山地形的阻挡和抬升作用导致迎风坡和背风坡降水增加,而去掉地形后太行山两侧降水明显减少;对于回流型暴雨,降水系统从东北地区南部向西南方向移动,低层气流主要为偏东型气流,地形的存在对于降水系统的西移速度及降水落区均有重要影响,去掉地形后太行山东侧降水明显减少;对于东移型暴雨,降水从太行山南麓向东北方向移动,太行山脉对于环流形势的影响并不明显,因而仅影响降水强度,对降水位置影响不大.     

2003年华北初雪的数值模拟和诊断分析

采用中国气象科学研究院数值预报中心自主开发的GRAPES全球数值模式 ,对2 0 0 3年 1 1月 6～ 7日华北地区首次大到暴雪过程进行了数值模拟试验 ,并利用模式输出的物理量场对降雪过程作了天气动力学诊断分析发现 :GRAPES全球数值模式能够较好地模拟出高低空环流形势场特征和主要影响天气系统 ,雨雪区的范围、走向及大到暴雪的落区 ,加进云图同化资料后对强降水模拟效果明显优于未加云图资料的模拟 ,但对于 2 5mm及以上降水区预报范围偏大出现空报。该模式能够提供较为准确的高分辨率的诊断分析资料。