“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。     

“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.     

重庆市"5·29"暴雨天气过程诊断分析与数值模拟

在天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值预报模式MM5和双向二重嵌套网格技术,对2004年5月29~30日重庆市暴雨天气过程进行数值模拟。诊断分析表明,高空低槽产生的冷锋云系发展东移是产生此次暴雨天气过程的主要大尺度天气系统,由高空槽诱发产生的中尺度涡旋是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统。模拟结果与观测结果的对比显示表明,MM5中尺度数值预报模式能够成功模拟四川盆地东部的暴雨天气过程,同时揭示了高空槽东移过程中在重庆地区范围内产生的较强中尺度气旋性辐合和强烈上升运动促使了暴雨的产生。     

一次诱发山地灾害突发性暴雨数值模拟及诊断分析

应用MM5V3.5中尺度非静力数值模式对2003年7月14～15日发生在陕西省一次区域性暴雨过程进行数值模拟和诊断分析,结果发现,西太平洋副热带高压西侧的暖湿气流和新疆冷空气是这次暴雨的主要影响系统,充沛的水汽输送、能量的积聚和强烈的上升运动为暴雨的发生提供了充分的条件,700hPa低涡、切变线是暴雨形成的触发机制.模拟结果表明：涡度场和散度场及垂直上升运动互耦;特强辐合辐散柱的出现早于强涡度柱,而深厚的强气旋性涡柱则几乎与暴雨最强盛时期同时出现.     

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。     

“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。     

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。     

对北京地区一次局地灾害性暴雨的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）和美国宾州大学（ＰＳＵ）联合研制的中尺度非静力模式ＭＭ５（Ｖ．２），有用三重网格双向嵌套技术，对北京延庆地区的一次暴雨过程进行了数值模拟，并探讨利用中尺度非静力模式ＭＭ５对重点城市进行短期天气预报的方法。结果表明：ＭＭ５模式能够预报出实际发生的β中尺度降水，在有利的大尺度环境下，暴雨的局地分布特征受中尺度条件制征。在适当的地形，水汽和能量条件下，由地形扰动而形成     

一次华北地区西南涡暴雨的数值模拟分析

采用WRFV3.01模式对2010年7月18—20日发生在华北地区的西南涡暴雨过程进行了模拟与分析。结果表明:这次西南涡暴雨主要降水机制是高低空急流的耦合。暴雨出现在低空急流的前方和高空急流的右后方;高空急流为强降水提供了高层的辐散场和高层的干冷空气,低空急流为降水区提供了充足的水汽和能量;这次西南涡降水有明显的暖锋降水性质。     

2018年7月5日江淮暴雨发生发展机制的模拟及诊断北大核心

利用WRF中尺度模式对2018年7月5日江淮地区一次局地暴雨过程进行模拟,拟通过真实模拟降水过程降水落区、强度及大值中心等,深入分析此次暴雨及其中尺度系统的发生、发展机制。结果表明:高低空急流耦合、低层辐合高层辐散加之整层正涡管产生探至对流层顶的强烈上升运动为强降水及落区飑线系统的发生发展提供有利的动力条件;显著湿区、西南水汽输送与汇聚提供了充沛的水汽条件;假相当位温等温线在暴雨落区的密集分布提供了热力条件。湿位涡分析中,淮河流域的湿位涡正压部分(MPV1)低层负值、中层正值的形势使低层不稳定能量持续积蓄。湿位涡分析展现了本次江淮暴雨的特殊性:一是不稳定能量积蓄位置较低,二是对流系统发展区的东西两侧均处于相反值区域,在不稳定能量受到两侧稳定能量夹击时,系统发展剧烈,但趋于稳定的时间变快,使系统留存时间缩短;同时由于这样的牵制,系统移动较为缓慢,导致降水中心停留在苏皖一带,解释了本次江淮暴雨来势迅猛、降水集中的原因。     

基于WRF模式的暴雨天气过程的数值模拟及诊断分析

利用新一代中尺度数值预报模式WRF2.2和1°×1°的NCEP气象再分析资料,对2009年9月17日发生在江苏南部地区覆盖沪宁高速公路的一次大暴雨天气过程进行了数值模拟。经AWMS（the automatic weather monitoring system）实测数据验证,此次天气过程的模拟效果较为理想。对模式输出的物理量进行诊断分析后发现：长江中下游地区的β中尺度低涡的发展、移动对暴雨过程中降水的加强和维持起着重要的作用;水汽辐合带在500hPa以下非常显著,在暴雨区形成了深厚的高湿环境,为暴雨的产生、加强和维系提供了重要的水汽条件;暴雨区内前期及降水过程中都存在较为强烈的垂直运动,且涡度场与散度场在垂直结构配置上一致,使得大气层结不稳定能量释放,形成了旺盛的对流天气;对流层中上层大气为中性层结,低层为位势不稳定,所以整层大气有对流发展,有利于暴雨的形成。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

河南省2005年7月22日大暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用MM5V3.6版中尺度非静力模式,对2005年5号台风海棠减弱为低压倒槽后于7月22日在河南造成的大暴雨天气进行数值模拟和诊断分析,结果表明:强降水发生前大暴雨区上空深厚湿层和不稳定层结已经形成;在高低层同时出现的正负涡度柱、散度柱耦合结构及其互耦配置和剧烈的上升运动,导致不稳定能量快速释放,产生大暴雨。     

一次重庆特大暴雨过程的中尺度分析

为评估中尺度模式同化常规地面、探空和雷达径向风等不同观测资料对四川暴雨预报性能的影响,以2020年6月14—18日四川一次暴雨过程为例,利用WRF(Weather Research And Forecasting)模式和GSI(Grid Point Statistical Interpolation)同化系统,对常规观测资料和雷达资料分别和同时进行循环同化,开展数值模拟试验,定性和定量地对比分析三组同化试验的降水模拟效果。结果表明：WRF模式结合GSI同化系统对此次暴雨有较好的模拟。针对21 h累积降水模拟,同化常规观测资料较好地改善了暴雨雨带的走向和暴雨的落区;同化雷达资料对降水强度、暴雨范围和小到中雨预报表现较好,小到中雨的ETS评分平均提升0.05;同时同化两种资料对大雨的ETS、POD、FAR和BIAS评分都有改善。针对半日累积降水预报,同化雷达资料对降水趋势的模拟表现最好,同化包括雷达资料的试验对降水落区有较好的改善。针对3 h累积降水预报,同化试验对降水演变均有改善,同化雷达资料表现最好。模式对夜间降水的模拟普遍优于白天,同化试验的改善时段也主要集中在夜间,同化常规资料表现显著。综合21 h、半日和3 h累积降水预报评分结果,同时同化多种资料的降水预报效果不绝对优于仅同化一种资料的降水预报,但至少优于一种资料同化的降水预报评分结果。

     

华北高空槽强降水过程的数值模拟及分析

利用新一代中尺度数值预报模式WRF,对2008年8月20—21日华北地区的一次高空槽过境造成的大范围强降水过程进行数值模拟,并进行诊断分析。结果表明:高分辨的WRF模式可以很好地模拟出本次高空槽强降水过程;槽线降水沿地面低压带中心狭长带状分布;近地层比湿平流的变化对强降水产生和演变起至关重要的作用;700 hPa上升速度、700 hPa水汽通量散度辐合区与降水的强度和落区配合较好;相当位温θe的空间分布呈"V字型漏斗"结构,不稳定能量主要积聚于槽线附近中低层等θe线逆向折叠地区和强降水爆发前低层的θe逆温中。最后讨论了高空槽强降水的一种物理演变机制。     

2010年10月海南岛一次特大暴雨过程数值模拟和诊断分析

使用WRF 模式对2010 年10 月4-6 日发生在海南岛的特大暴雨过程进行数值模拟和边界条件敏感性试验.敏感试验表明,使用0.5° ′ 0.5°分辨率的GFS 资料作为边界条件模拟效果最好.模拟结果表明,采用4 km 水平格距试验模拟的强降雨中心（1 200 mm）位置、量级与实况强中心（1 084 mm）基本接近,模拟的48 h 雨量在海南岛上呈东多西少的分布特点,与实况基本相符,但模拟的西部降雨较实况偏多.同时利用模拟结果对风场、水汽通量散度、假相当位温、低空急流和散度垂直通量等要素进行了诊断分析,结果表明在热带低压、冷空气和副热带高压的影响下,存在着强低空急流、强水汽辐合中心、大气对流不稳定结构及高低空配合较好的辐散辐合作用,使得本次过程上升运动异常强烈,从而产生特大暴雨.     

"0907"长江下游梅雨锋暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规观测资料、卫星TBB资料以及客观再分析资料,对2009年7月6—7日(简称"0907")的长江下游梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和天气分析,重点研究了中尺度系统的发生发展机制。结果表明:7月6—7日对流层低层,长江下游北侧存在的一次天气尺度低压,其发展和东移,促使锋生加强,低空急流发生。WRF中尺度模式数值模拟结果显示,在次天气尺度低压的南侧不断形成β中尺度和γ中尺度对流系统。对其中一个β中尺度对流系统的分析研究表明:低空中尺度急流和中尺度辐合首先发生。之后中尺度辐散迅速加强。高层强辐散、低空中尺度急流核和中尺度低涡的相互耦合作用使系统不断发展并东移。高层相对干冷空气的侵入促使系统衰减消亡。     

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。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。