探空观测资料在西南暴雨中的同化试验

利用探空观测资料、T213资料、NCEP再分析资料以及GRAPES三维变分同化系统,研究不同探空观测资料预处理过程对同化结果和西南暴雨预报的影响。得到以下主要结论:(1)资料接收方式和取资料的截断时间不同会影响可用探空观测资料的站点个数。不同探空观测资料预处理过程,使同化系统得到的可用资料数量不同。(2)同化系统同化的探空资料数量越多,对背景场调整幅度越大。(3)利用GRAPES 3D-VAR系统同化探空观测资料能够改善背景场质量,随着同化的资料条数增多,对背景场的改善作用越明显。(4)降水预报结果表明,同化系统使用的资料条数越多,降水中心强度越接近实况。(5)2005年7月降水预报在西南地区的TS评分结果表明,国家气象中心使用的探空观测资料预处理程序优于成都区域中心的预处理程序。      

川西西南涡加密探空资料分析及数值模拟试验

本文利用2010年夏,在名山、九龙、稻城三地进行的西南涡加密观测试验所取得的探空资料对川西地区的大气要素场的日变化特征进行分析,认为:3个测站的大气各个要素场的日变化特征明显,整层的风都具有日变化特征,边界层内风场的日变化更为规律一些,能观测到明显的夜间大风速带。温度和湿度场主要受下垫面影响,日变化特征只在边界层内体现。名山平均的边界层高度约为800hPa,九龙和稻城平均的边界层高度约为500hPa。3个测站相比而言,名山站的日变化幅度最小,而九龙站最为突出。将加密的探空资料引入AREM模式中,可以看到在有西南低涡存在的情况下,增加3个探空站资料后形成的初始场更有利于降水天气的产生。但主导整个模拟结果的因素还是模式系统本身,它对模拟结果产生效力主要在前24小时,其后的影响非常微弱。     

中尺度模式探空资料在北京局地暴雨预报中的应用

结合北京局地暴雨特点,重点分析北京两次局地强暴雨过程的中尺度模式探空资料的特征与应用,同时简单讨论模式探空与降水量预报可能存在不协调的原因。结果表明: 1) 有利于北京局地暴雨发生的模式探空资料的主要特征是: 对流层低层850 hPa 以下水汽含量较充足,层结温度线与干绝热线近于平行,地面温度高( 大于31 ℃);对流层中高层650 hPa 以上相对冷干,对流层中低层800—600 hPa 存在有利于深对流发生发展的饱和或准饱和层。2) 模式探空资料可以正确反映强降水时间分布、降水性质及不同性质降水之间转换等,由于模式自身存在的协调性问题,在局地暴雨预报中有必要重视对模式探空资料的分析。3) 上述结论是在两次暴雨过程分析的基础上得到的,今后仍需通过更多个例来进一步考察。     

基于西南涡加密探空资料同化的一次奇异路径耦合低涡大暴雨数值模拟研究

利用WRF模式及WRFDA同化系统,引入业务探空资料和西南涡加密探空资料,对一次四川盆地奇异路径低涡耦合大暴雨过程进行了数值试验,对比检验不同同化试验对本次过程降水和低涡移动路径的模拟能力,分析了加密探空资料同化对西南涡结构及其降水演变的影响。结果表明:在同化业务探空资料的基础上,引入西南涡加密探空资料能改善模式对本次降水和低涡移动路径的模拟,而仅同化业务探空资料对模拟结果的改善作用有限;引入西南涡加密探空资料,一方面能在初始风场上产生气旋式扰动,增加初始高原涡和西南涡的强度,另一方面通过调整初始四川盆地上空大气温、湿度结构,使模式在积分初期就能产生出实况量级的降水;西南涡加密探空资料的同化试验揭示了仅靠高层的高位涡不足以激发和维持700 hPa的西南涡,需要通过低层水平辐合引起正涡度增加并向上输送来增强700 hPa的气旋式环流,进而促进西南涡的移动和发展,而模拟初期降水的潜热释放也起重要作用,加深了对西南涡及其降水成因的认识。      

加密探空资料在华南暴雨数值预报的应用试验

应用逐时同化预报系统CHAF进行加密探空资料同化试验,比较了同化加密探空资料与仅同化常规探空资料所得同化分析场和模式预报结果的差异.同化加密探空资料所得分析场水汽的均方根误差减小,水汽条件和大气环流形势与实况更接近.以加密同化探空资料所得分析场为模式初始场进行预报,雨区的分布和降水量级都较控制试验有改善.分析模式预报改...     

湖北冷季高架雷暴天气分类及环境参数特征分析

利用常规观测资料、加密地面自动站、闪电定位仪和ERA5再分析资料,将2011—2020年湖北冷季91次高架雷暴事件,按照形成机制分为雷雨型、强对流型和雷打雪型3类,并细致归纳了3类事件的时空分布特征、大气环流背景及关键环境参数等特征。(1) 湖北冷季高架雷暴雷雨型最多,强对流型次之,雷打雪型最少。3类型存在明显的时空分布差异,雷雨型主要发生在秋末冬初(11月)和冬末初春(1—2月),强对流型及雷打雪型常出现在早春2月,3月基本以强对流型为主。(2) 低槽冷锋、850 hPa切变线及低空西南急流是冷季高架雷暴发生的有利环流背景,近地面为稳定的冷气团控制,逆温明显,西南低空急流沿着锋面逆温层以上的850 hPa附近触发抬升,水汽、上升运动及不稳定层结均出现在850 hPa以上。雷雨型和雷打雪型距离冷锋超过100 km以上,强对流型不足100 km。(3) 850 hPa是风场转换的重要层次。强对流型850 hPa露点温度(Td850)、K指数、850 hPa与 500 hPa温差(ΔT85)、850 hPa假相当位温(θse850)、西南急流厚度和强度(I700)、切变线强度(S850)最大,中低层(850~700 hPa)垂直风切变(SL78)最小;雷打雪型对水汽和不稳定能量的要求最低,SL78最大。     

风廓线雷达资料在重庆暴雨过程中应用分析

本文首先利用2013年沙坪坝探空站资料与沙坪坝风廓线雷达资料进行对比分析,计算出逐月不同高度上两种资料中风速、风向均方根偏差,验证风廓线雷达资料的可用性。计算结果表明,风廓线雷达资料与探空资料风速、风向的均方根偏差在500hPa以下层次较小,资料具有较高的可用性。但随着高度继续增加,两者风速、风向偏差均增大,资料可用性降低。在此基础上,选取2013年6月8～9日重庆一次暴雨天气过程,对比分析中低层影响系统在探空观测和风廓线雷达观测中的演变,结果表明,降水过程前后,探空资料可显示有低槽、切变线、冷锋过境,但受时间分辨率限制,无法揭示具体过境时间和演变细节。而风廓线雷达资料能更为细致的显示低槽、切变线、锋面具体过境时间以及西南气流强度变化,为降水预报提供更多可参考信息。     

空间加密探空观测资料对西南低涡暴雨天气过程数值模拟的影响

本文基于AREM（Advanced Regional Eta Model）模式,结合中国气象局成都高原气象研究所西南低涡加密观测科学试验得到的探空观测第一手资料,通过对2012年7月3～4日四川区域性暴雨天气过程（20120703过程）进行数值模拟分析,结果表明:（1）降水雨带的分布主要取决于西南低涡移动路径,不同初值会使得低涡路径在磨合协调期产生强摆动,稳定后则在此基础上,随着环境流场继续移动发展。（2）引入4个加密探空站点资料会对整个大气物理量场造成一定影响,最大差值分布在这些站点附近,热力和动力物理量场最大偏差中心并不重合。时间演变直观地说明了初值对局地大气状态的影响时段有限,主要集中在前期,与模式自身调整期相重叠。（3）初始的大气状态必然会随着模式的磨合过程进行调整,不同初值在调整期能对中小尺度低涡系统的位置及强度产生影响,形成各自稳定的低涡系统初态。（4）低涡中心所对应的散度、涡度、垂直速度关系非常密切,但三者强度和发展高度的演变并非完全一致。     

基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布,随高度增加而减小分布特征,新疆比湿远小于东亚季风区;新疆夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大,而700hPa各站比湿差异较小;对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势,并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征,1987年为突变点;对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2—3倍,春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

山东暖区暴雨对流特性和环境参量的统计分析

利用2014-2018年5-9月间山东大监站逐日降水资料、Micaps常规资料以及NCEP再分析资料等,将山东暖区暴雨分为锋前型、暖切变型、副高边缘型和急流型4大类,并对山东暖区暴雨的垂直结构、对流特性以及环境参量特征进行统计。主要结论为：(1)山东暖区暴雨的低空风场主要以西南风或东南风为主,且整层风场随高度顺转。高湿区主要集中在对流层中低层。大气的自由对流高度和云底高度较低,湿层和暖云层深厚,其中急流型湿层和暖云层最为深厚。(2)山东暖区暴雨发生时,K≥30.5℃, 0.72≥SI≥-6.87,假相当位温≥334K,垂直锋区的北界位于37-39°N之间,暴雨落区位于锋区北界南侧2-3个纬距范围内。(3)暖区暴雨上空辐合中心平均值为-3×10^-5 s^-1,辐合中心均出现在700hPa以下;垂直速度中心的平均值为-1.1×10^-5 hPa.s^-1,大值中心出现在对流层中低层;涡度中心的平均值为5×10^-5 s^-1,正涡度主要在低层,且随高度的增加而减小;q925≥16g.kg^-1,q850≥12g.kg^-1,q700≥9g.kg^-1,暖区暴雨的水汽输送主要集中在低层,水汽通量散度平均值,850 hPa是-2.3×10^-6 g.cm^-2.hPa^-1.s^-1, 700 hPa 为-1.2×10^-6 g.cm^-2.hPa^-1.s^-1。     

一次大气河背景下华北地区暴雨的诊断分析

利用2018年5月15-16日的ERA5再分析资料和观测资料,对大气河背景下一次华北地区暴雨过程的天气形势、大气河在暴雨过程中的作用及其在暴雨前后的演变特征以及结构特征进行了诊断分析.结果 表明此次降水过程的直接影响系统是位于华北地区的高空槽、低空切变线、地面冷锋和高低空急流,这些系统使得华北地区低层辐合高层辐散,带来...     

西南地区一次区域性大到暴雨天气过程分析

利用常规气象资料、卫星云图、ECWMF数值预报产品等,对2006年6月2到3日出现在西南地区的一次区域性大到暴雨天气过程的环流形势、物理量场等进行了分析,结果发现:来自于孟加拉湾的水汽不断向西南地区上空输送;高层辐散、中低层辐合、不稳定能量不断积累等有利于暴雨的产生。ECWMF数值预报对高空槽、低空切变的发展以及低层温度预报与实况基本一致,对暴雨预报有很好的指示意义。     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

2013年5月华南强降水与中国南海夏季风爆发

利用2013年"华南季风强降水外场试验与研究"的外场试验数据、美国NCEP FNL资料和卫星云顶黑体辐射温度资料,对2013年5月7—17日华南地区出现的两次强降水过程(7—12日和14—17日)中的高低空环流以及相关气象要素场的变化进行了对比分析。中国南海夏季风于5月第3候建立,两次过程分处于夏季风爆发前后。通过对比影响两次强降水过程的主要环流系统如南亚高压、高空副热带西风急流、500 hPa环流型、水汽来源等,指出影响两次强降水过程大尺度环流场之间的显著区别,说明南海季风爆发前后大尺度环流场对暴雨影响的典型差异。7—12日过程主要受北方锋面影响和南方暖湿气流辐合作用,导致华南地区出现南北两条雨带。14—17日过程则由于季风爆发后强的暖湿空气活动致使华南地区对流活跃,从而形成一条位于广东北部的雨带,此次过程强降水比第1次过程集中且对流性更强。两次降水过程的内在物理机制是一个准平衡态的热力适应过程,由于第2次过程降水更强,导致热源作用明显增强,动力向热力的适应过程也更显著。利用探空资料揭示出两次过程暖区暴雨大气热力和动力条件存在显著区别,7—12日南海季风爆发前的暖区暴雨主要受低层强垂直风切变导致的大气斜压不稳定影响;14—17日南海季风爆发后的暖区暴雨主要受高低空急流的强耦合作用影响。     

华南前汛期暖区暴雨研究新进展

华南前汛期暖区暴雨一直是困扰科研和业务的重要难题。在1970s末第一次华南暴雨综合试验中,老一辈科学家提出了华南前汛期暖区暴雨的概念,并揭示了诸多对华南暴雨研究有重要意义的成果。近年来,随着现代气象探测手段、高性能计算能力的提升以及中尺度暴雨科学观测试验的开展,对华南前汛期暖区暴雨的研究取得了不少新的认识。本文重点梳理了近10 a有关华南前汛期暖区暴雨方面的最新研究进展,从暖区暴雨的定义及分类、多尺度天气特征、形成机制及可预报性研究等4个方面进行系统性论述。最后,对华南前汛期暖区暴雨研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

湘北一次西南涡北侧强降水过程预报误差分析

利用观测数据、FNL数据以及雷达产品等资料对2020年6月8日夜间湘北一次西南涡北侧强降水过程预报误差进行分析研究。结果表明：中低层河套高压与副高形成了一个高压坝,偏东气流加强,西南涡北侧出现了强降水。湖南境内强降水落区与≥95%相对湿度高值区的对应关系较好。虽湘南850 hPa以下为不稳定层结,但850—600 hPa为稳定层结,不利于强降水发生。锋区低层以下沉气流为主,700 hPa及以上才有上升运动发展,而地面辐合线附近上升运动从近地面伸展至300 hPa附近,其最大强度仅约锋区中心强度一半,湘北强降水正好位于中层锋区与地面辐合线之间。受冷空气及山地地形影响,石门县上空形成辐合区,并有局地涡旋系统,对应强回波中心达到45 dBZ以上。模式预报低涡切变线在湘中一线,并预计西南涡东出,但在偏东气流影响下,湘北北部出现了倒槽,西南涡向东北方向移动。     

太平洋海温场不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征

利用1961—2012年华南逐日降水资料,分析了太平洋海温场两种不同时间尺度背景下华南前汛期持续性暴雨的统计特征,并探讨了海洋外强迫信号可能对华南前汛期降水的低频变化周期造成的影响,以期为华南前汛期持续性暴雨过程的延伸期预报提供依据。结果表明:PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)冷位相年,华南前汛期发生典型持续性暴雨过程的概率比PDO暖位相年大,且暴雨强度偏强,持续时间偏长;太平洋海温场两种不同时间尺度背景下,华南典型持续性暴雨过程呈现不同的特征,PDO冷位相配合冬春Nino区海温异常,华南前汛期易出现强度较强、持续时间较长的典型持续性暴雨过程;太平洋海温两种不同时间尺度的外强迫信号可能影响华南前汛期降水的低频变化周期,进而影响华南前汛期持续性暴雨的持续时间和强度。     

陆面参数的扰动对一次西北暴雨模拟影响的研究

利用中尺度模式WRFV2．2及NCEPFNL资料,模拟了2007年6月16—17日的兰州暴雨,检验此次暴雨模拟对NOAH陆面模式参数初始扰动的敏感性。结果表明,此次模拟暴雨对陆面参数的扰动（如土壤孔隙度以及地表反照率的扰动）比较敏感;陆面参数扰动对此次暴雨模拟影响的最小时间尺度小于10h;陆面参数的扰动直接引起地表通量的变化,更为重要的是通过改变水汽输送的环流形势,从而对暴雨模拟产生较大的影响。