WRF模式不同地形平滑方案对降水预报的影响

基于重庆市气象局中尺度数值预报业务系统,开展不同地形平滑方案对模式降水预报的影响研究,详细对比WRF模式中不使用地形平滑方案以及使用s-d-s和1-2-1两种平滑方案生成的静态地形高度场的差异,开展不同地形平滑方案批量平行试验并选取典型强降水个例进行对比分析,结果表明:不同地形平滑方案生成的静态地形高度场之间有明显的差异,特别是在地形较为陡峭的高原和山脉等地区,最大绝对偏差可达462.56m;s-d-s和1-2-1两种地形平滑方案主要平滑掉了模式地形中较小尺度的地形特征,且总体而言1-2-1方案的平滑效果比s-d-s方案明显。连续一个月批量平行试验降水预报检验结果表明,进行模式地形平滑对大雨及以上量级降水预报有正面影响,且使用1-2-1平滑方案的预报结果优于使用s-d-s平滑方案的预报结果;降水个例对比分析结果表明:采用不同的地形平滑方案会造成垂直速度和水汽通量散度预报的明显差异,这样的明显差异会进而影响强降水预报的落区和强度。     

一次华南暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

文中选取了 1998年 6月 8～ 9日的一次发生在华南的强降雨过程 ,利用观测资料和MM5中尺度模式对这个过程进行了诊断分析和数值模拟 ,研究了该暴雨过程的中尺度结构及华南地区复杂地形的影响。分析表明这次华南暴雨由锋面暴雨和暖区暴雨组成 ,具有不同的中尺度结构 ,其中广西梧州地区暴雨是准静止锋面上的中尺度对流系统造成 ,具有持续时间短 ,强度大的特征 ,MM5模拟的雷达回波强度超过 30dBz ,高度超过 2 0 0hPa ,并在其东、北侧出现闭合的次级垂直环流 ;珠江三角洲的暴雨是暖区暴雨 ,发生在深厚的暖湿气流内 ,85 0hPa上强度超过 16m/s的西南低空急流是影响降水的主要系统 ,该中心暴雨持续时间较长 ,降水强度也达到了暴雨标准 ,模拟雷达回波不明显 ,没有出现局地的次级环流。华南地区的复杂地形在这次华南暴雨过程中主要为动力性作用 ,具体表现在一支冷空气在低层由苗岭和南岭之间南下 ,南海上空一支暖湿气流北上直接到达梧州地区 ,另一支次暖湿空气在南岭的阻挡下由武夷山以南沿南岭和云开大山之间折而向西 ,这三支气流在梧州地区附近汇合 ,形成广西梧州地区的暴雨 ;同时南海上空北上的低层气流被迫向东北绕行海南岛 ,形成一个尺度为 2 0 0km左右的背风面气旋 ,这个气旋的东北部分加强了在珠江三角洲地     

中尺度地形对大气铅直运动和强降水的影响

本文概略地综述了关于地形（特别是中尺度地形）强迫在大气扰动的一些经典工作,它们都是由简化的理想情况引出的一些基本物理概念和原理,但这些知识有助于我们科学地去思考和解释那些更具体复杂的现象,文中还着重对地形扰动中的铅直运动作一些定性推论和讨论,因不它对强降水的触发,加强和持续有地接影响,此外还联系到长江流域的一些有关的观测现象和问题.     

对流尺度集合预报中模式地形扰动对其预报技巧的影响研究

基于在重庆市气象局业务运行的对流可分辨尺度(3 km)集合预报系统,在已有初值扰动、模式物理过程扰动和侧边界扰动的基础上,对不同集合成员采用不同地形插值方案和地形平滑方案实现对模式静态地形高度的扰动,体现数值模式中地形转换过程的不确定性,开展集合预报批量平行试验。结果表明:(1)实现对模式静态地形高度的扰动后,各集合成员地形高度的离散度与实际地形的起伏程度对应关系较好,两者空间分布特征非常相似,地形较平坦的平原地区离散度较小,而地形较复杂的高原地区或山区离散度较大;(2)加入模式地形扰动方案后,集合扰动能量总体上有所增大,且低层比中、高层更明显,能量增幅在较短预报时效(12 h)内最显著,随着预报时效延长呈逐渐减小趋势,且能量增幅大值中心主要出现在地形较复杂、集合成员地形高度离散度较大地区;(3)模式地形扰动方案一定程度上能提高降水概率预报技巧及改进集合平均降水预报,在对高空要素和2 m温度、10 m风场等近地面要素的集合平均均方根误差和集合离散度无负面影响的前提下,能一定程度上优化集合分布。     

地形对镇平县降水的影响

统计结果表明,镇平年水量较四周邻县偏少。这和镇平地形对降水的影响有关：降水时镇平多为东北风,由于镇平地形为北高南低,致使东北气流下沉,从而对降水产生抑制和减幅作用;盛夏,受副高和山谷风环流影响,南阳盆地腹地常有一条东北西南向的地形切变线,镇平处在切变线西北侧的偏西气流中,地面偏西气流对降水有抑制作用。     

近10年中国地区地形对降水影响研究进展

地形是影响降水的重要因子,其复杂性为研究降水的分布、强度等增加了难度,全面透彻地理解地形对降水的影响机制,有助于预警预报水平的提高。因此,地形对降水的影响研究受到广大气象学者的关注。本文通过回顾近10年来中国地区有关地形对降水的影响研究进展,简要概述了地形动、热力效应与云微物理过程对降水的影响机制,以数值模拟研究为主线,系统分析了中国各个地区关于地形作用的研究成果,重点讨论地形对局地中小尺度降水、锋面降水以及台风降水方面的影响,最后总结了目前的研究现状并提出一些需要深入研究的问题。     

十万大山地形高度对降水的影响

利用十万大山地区低空为偏南气流影响下的多次降水过程自动站雨量资料和地形高度资料,分析了十万大山降水的分布特征.结果表明:十万大山的地形高度常足以使南来暖湿气流爬升到其最大降水高度以上;海陆表面摩擦系数的差异及十万大山地形的阻塞作用而在十万大山南麓形成的"空气堆",使该地产生了"超前降水现象".     

欧亚大陆积雪两种物理效应对2010年春末夏初华南降水的影响

本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。     

华南暴雨区域集合预报中不同同化方案的影响试验研究

基于全球集合预报系统(GEFS)资料,利用WRF中尺度模式及GEFS动力降尺度获取区域集合预报初值场,通过对同化后的分析场进行模式积分实现华南前汛期区域集合预报。对2019年6月10日的一次华南前汛期暴雨过程进行不同同化方案的试验:混合同化(Hybrid)、三维变分(3Dvar)、集合卡尔曼滤波(EnKF)和对比试验(Ctrl)四组试验的对比分析,探讨具有不同背景误差协方差矩阵的同化方案对区域集合预报集合扰动和集合离散随时间演变特征的影响,评估不同试验的降水模拟效果。(1) Hybrid对模式初始场有较好的改善作用,而3DVar和EnKF对初始场的改善作用不明显。(2) 对风场、温度场和湿度场,在前期预报中Hybrid的预报误差小于3DVar和EnKF,在中后期的预报中,3DVar和EnKF的预报误差得到改善,且好于Hybrid。同样,集合扰动能量,Hybrid和Ctrl在前期预报发展好于3DVar和EnKF,而在中后期的预报3DVar和EnKF好于Hybrid和Ctrl。(3) 从24 h累积降水评分中,整体上同化试验好于Ctrl,3DVar和EnKF好于Hybrid,且3DVar对大中雨级别的降水评分较好,而EnKF对暴雨以上级别的降水评分较好。(4) 对于集合统计检验分析,同化试验的AUC值都大于Ctrl的AUC值,24 h累积降水量阈值在10~100 mm的AUC值,3DVar最好;而125 mm阈值的AUC值,EnKF最好。      

中国东部降水的随机动力预测初步研究

利用一个具有门限的非线性随机动力气候模式,对中国东部江淮流域的降水进行了预报试验。结果表明：模式能对大范围环流降水作出较为准确的形势预报。还比较了海气耦合模式与外强迫模式的预报效果,表明耦合模式的预报效果略好于外强迫模式。     

基于双偏振雷达资料对南海弱台风降水微物理结构的分析

有些南海弱台风在登陆广东时,由于路径复杂、移动缓慢,会对广东地区造成较长时间和较大范围的风雨灾害。使用双偏振雷达对2018—2020年登陆广东的南海弱台风分析,发现南海弱台风在登陆前强降水区主要有两个:一个是位于海上的台风中心南侧眼墙的降水区,另外一个是在台风移动方向的右前方,台风螺旋雨带上岸的区域。在眼墙中,Z_H和K_DP的大值区在低层同位相,Z_DR大值区位于偏上风方向,降水粒子在移动的右侧开始激发,移动的右侧至右前侧为浓度较大的小粒子降水,而右侧和右后侧为大粒子降水。而且台风降水粒子在海洋和陆地有明显差异,陆地由于地形摩擦和抬升作用,降水粒子浓度较大,但水汽和能量供应不足,降水粒子直径较小;海面由于水汽和能量供应充足,对流发展较高,主要为大雨滴的对流降水,但降水粒子浓度不及陆地。      

中国西部积雪对我国汛期降水的影响

本文利用台站及卫星资料建立了中国西部积雪３０年逐月时间序列。该序列是目前资料时间最长、最好的序列，为研究该区积雪月际和年际变化及其影响提供了较可靠的依据。中国西部冬春积雪对我国汛期降水的影响平均为负相关趋势，与６月降水的相关分布较有规律，冬春多（少），其它地区６月降水偏多（少）。我国西部多（少）雪对６月从份５００ｈＰａ高度的变化是：高原北边高纬高度降低（升高）及副热地区升高（降低），有（不）利于高     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1)南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2)南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、...     

西太平洋暖池海温对华南前汛期降水影响的数值试验

简要地介绍了全球大气环流模式CCM3,由该模式模拟得到降水、位势高度场和风场,分析它的模拟性能。根据华南前汛期(4～6月)降水与西太平洋暖池敏感海区(西区)海温的负相关关系,设计了两组敏感性试验,讨论西区海温对华南前汛期降水影响的确定性和可能的物理机制。模拟结果表明,当西区为冷水年(暖水年)时,华南降水偏多(少),长江中下游相对偏少(多),相关最好的地区是广东省,与诊断分析结果相符。海温对降水的影响是通过大气环流场来实现的,因此,再用P-σ九层区域气候模式模拟了西区海温异常年大气环流对华南前汛期降水的影响,与CCM3模拟结果基本一致。     

EFFECT OF INITIAL PERTURBATION OF LAND SURFACE PROCESSES ON TROPICAL CYCLONE FORECAST

Many studies have explored the importance and influence of planetary boundary layer processes on tropical cyclones (TCs). However, few studies have focused on the influence of land surface processes on the activity of TCs. To test the effect of initial perturbations of land surface processes on TCs, a land surface process perturbation module is built in a global ensemble prediction system. Ensemble experiments for the TCs that occurred from 12 UTC 22 August to 18 UTC 24 November, 2006 show that consideration of the uncertainties within the land surface process could increase the predictability of the global ensemble prediction system. Detailed analysis on TC Xangsane (2006) indicates that the perturbation of land surface processes may increase the variation of sensible heat flux and latent heat flux. Meanwhile, the effect from land surface perturbation can be transferred to the upper atmosphere, which leads to better TC forecasts.     

大气环流变化对云南5月雨量的影响及其预报

本文分析了云南５月份降水与前期１－３月北半球１００，５００ｈＰａ高度场的关系，研究了影响云南５月份旱涝的大气环流系统及主要大气活动中心，探讨了遥相关场的波列结构，建立了基于环流演变物理概念的分析预报模式。     

MJO对华南前汛期降水的影响及其可能机制

利用站点降水资料、实时多变量MJO(Madden-Julian Oscillation)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析方法研究了MJO对华南前汛期降水的影响,并讨论其可能机制。结果表明,(1)在MJO不同位相,华南前汛期降水异常有明显的差异,并且这种差异随滞后时长而发生变化。第2~3位相和第6~7位相分别是影响华南前汛期降水的典型"湿位相"和"干位相"。(2)华南前汛期降水对MJO的响应需要一定时间,滞后时长约为1~2候。(3)MJO活跃(受抑)对流可通过激发Rossby波影响华南前汛期降水。当MJO活跃(受抑)对流中心位于赤道印度洋附近时,非绝热加热作用激发的Rossby波到达并影响华南地区,华南地区出现水汽供应的增强(减弱),从而促进(抑制)华南前汛期降水。