一次江淮暴雨过程中中尺度气旋的数值模拟及分析

本文利用PSU／NCAR中尺度数值模式MM5,并利用鄂、豫、皖、苏四省的加密地面气象要素场资料做检验,对1991年7月6日江淮地区发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：江淮暴雨过程中的中尺度气旋在发生、发展、变化过程中其结构具有不对称性,因而进一步造成了局地降水强度和分布的不均匀性。而中尺度气旋的结构不对称性又与其地面及高空的流场、涡度场及散度场等的中尺度特征有直接的联系。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

一次东北冷涡暴雨过程数值模拟分析

针对1次由东北冷涡产生的辽西暴雨天气过程 ,利用T213再分析资料 ,应用MM 5模式对东北冷涡暴雨过程进行了数值模拟试验。结果表明 :东北冷涡具有明显的移动特点 ;MM5模式对东北冷涡产生的暴雨强对流天气具有一定的模拟效果。     

“8.11”暴雨过程的物理量特征

分析了８月１１～１２日造成鲁东南特大暴雨的不同尺度天气系统及物理量场特征,并重点分析了地面的中小尺度流场、散度流场、散度场、能量场;结果表明这次特大暴雨的影响系统主要为９９０７号热带风暴减弱后与弱冷空气结合,在切变线上重新发展的中尺度气旋。强降水区与地面流场中小尺度辐合中心、散度场辐合中心相吻合,与能量场上的高能中心相一致。     

一次暴雨过程的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM5模拟产品和CINRAD／SC多普勒天气雷达资料，对2005年9月20日一次鲁南地区大范围的切变线暴雨过程进行分析，表明，稳定的大尺度环流背景下的纬向切变线是产生暴雨的天气尺度系统，切变线上多个中小尺度气旋性涡旋使降水强度增大，造成局部特大暴雨；对流层中低层稳定维持的西南气流为强降水提供了水汽和不稳定能量，并造成大气层结对流性不稳定，也使降水得以持续；强降水区上空存在正涡度柱、散度柱、上升运动柱，涡度和上升运动柱中在高、低层各存在一个大值中心，散度场低空辐合高空辐散明显，当低层上升运动中心降低到850hPa以下和涡度、散度柱发生倾斜时，雨强则迅速减小。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa稳定少动,强大的南亚高压,中层500 hPa东移短波槽、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着相互作用,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用单向嵌套中尺度非静力数值模式MM5,对1998年7月4～5日发生在青藏高原东侧一次典型暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验,结果表明该模式能较好地模拟这次过程,并成功地模拟出了与这次过程密切相关的中尺度系统;去掉冷空气的影响后,低层辐合气流减弱,造成降水明显减弱;而盆地内能的增加则能促进中尺度系统的形成;改变初始时刻不同地区低层水汽含量的试验证明,暴雨过程前水汽的聚集程度和暴雨过程中是否维持水汽输送机制是判断一次暴雨过程雨量大小的关键因素之一.地形试验证明,大地形发生显著改变后,影响系统、低空急流的位置和强度、冷空气路径等也都发生了显著改变.由此推断,四川特殊的气候特征就是由其独特的地理环境决定的.     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用常规观测资料以及小时观测降水量资料, 对2014年8月31日—9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行分析,在此基础上采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统WRF 3D-Var将常规探空观测资料同化进NECP/NCAR再分析资料产生初始场,对比分析同化与未同化常规探空资料的模式模拟的降水量分布特征及同化探空观测资料对模式模拟的中尺度系统结构特征的影响。结果表明,此次暴雨的发生是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽靠近以及副热带高压西移这种有利的大尺度环流背景下,对流层低层的西南低涡、切变线、低空急流在重庆地区发生发展的结果。对比分析模式的模拟结果,两次模拟都较好地再现了此次暴雨过程的大尺度环流特征,同化探空观测资料后模拟的降水落区分布及量级得到改善,对暴雨以上量级的降水改进尤为明显。模式初始时刻分析场的增量表明,与此次暴雨过程的形成发展密切相关的大尺度系统(南亚高压、副热带高压)、中尺度系统(低涡、急流)以及水汽输送在初始场同化常规探空资料后均得到了增强,这为对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。降水最强时刻强降水区域的垂直结构分析显示,在同化探空观测资料后,模式模拟的散度、涡度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的结果都得到了不同程度的增强,这表明同化探空观测资料改进了模式初始场的分布特征,进而对模式模拟的中尺度对流系统的结构产生重要影响。

     

四川盆地一次暴雨过程的数值模拟及螺旋度分析

利用常规观测资料、日本气象厅向日葵8号卫星的相当黑体亮度温度（TBB）资料和NCEP/NCAR再分析资料（FNL）,对四川省一次暴雨过程进行数值模拟及螺旋度诊断分析。结果表明：中高纬度“两脊一槽”环流形势、副热带高压与大陆高压脊叠加形成的“东高西低”形势,为此次暴雨过程提供了有利的背景场条件;四川盆地中多个中尺度云团的发生、发展与暴雨的发生直接相关;中尺度模式（WRF）较好地再现了四川此次暴雨过程;700 hPa垂直螺旋度的正值区可以很好地指示降水落区的位置和移动,垂直螺旋度的高低空配置对揭示对流系统的演变起着至关重要的作用。     

一次梅雨期暴雨的中尺度数值模拟分析

利用常规气象资料、AREM模式输出资料,对发生在2005年梅雨期湖北的一次暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明,强降水发生时,在对应的中尺度对流系统中存在两个分别位于300hPa和600hPa附近的强上升运动中心,低层辐合、高层辐散的单模态分布是上升运动得以维持的重要条件;环境风场并不能控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;强降水形成可概括为低层切变线东移诱发地面低压发展、引起垂直上升运动迅速增加、触发低层水汽的垂直输送和高不稳定能量强烈释放等过程。     

广西前汛期锋前暖区暴雨过程的模拟与分析

利用中尺度数值模式MM5对2005年5月8-9日广西的暖区暴雨过程进行了数值模拟,并对暖区暴雨形成和发展的机制进行了分析研究.结果表明:高空急流稳定维持与低空急流持续加强是这次暖区暴雨发生发展的动力机制;在暖区暴雨形成与发展的过程中,低空各层自上而下均有急流核向东传播的现象;低空急流核以接力振荡的形式快速东传,而不是向北面的锋区运动,有利于暖区累积充沛的水汽和不稳定能量,造成不稳定能量和水汽在锋区和暖区的不均匀分布,也有利于有组织的对流活动在暖区反复生成和发展,从而导致了暖区不仅降雨量大,而且雨强比锋区降水强.     

一次强梅雨暴雨过程的数值模拟和伴随的中尺度系统分析

利用PSU／NCAR的中尺度非静力数值预报模式MM5，采用高分辨率套网格方案和适当的物理过程，对2002年7月22日08时到23日08时的一次强梅雨暴雨过程和伴随的中-β尺度系统进行了数值模拟，模拟结果很好地描述了本次暴雨降水的时空分布及相伴随的中-β尺度系统的发生发展过程。试验结果表明，梅雨切变线上出现的一串中-β尺度系统是此次暴雨的直接影响系统；高空中尺度辐散系统的存在和变化方式对中-β系统的发展有重要的影响；中低层中尺度涡旋的形成会导致尺度更小的强冷暖平流的出现，从而进一步激励中尺度系统自身的斜压发展；降水潜热对暴雨的发展和维持也有重要的反馈作用。     

一次梅雨锋暴雨的数值模拟及位涡诊断

在对2005年7月11—12日发生在长江中下游地区的一次暴雨过程进行天气分析的基础上,利用MM5数值模式对这次暴雨过程进行模拟,模拟结果及客观分析对比表明,MM5基本上成功地再现了这次暴雨过程。对模式输出的高分辨率结果进行诊断分析,发现梅雨锋暴雨期间,暴雨区上空对流层中低层有平行于雨带的位涡（PζV）、湿位涡垂直分量（MζPV1）的正值区以及湿位涡水平分量（ζMPV2）的负值区,而分布在高层相当位温（eθ）线密集带上PζV、ζMPV1正值中心以及ζMPV2负值中心沿该密集带传向低空。干空气侵入在这次暴雨过程中有重要作用,对流层高层西风分量下传将高纬高层高位涡干空气带到低纬暴雨区低层,促使对流层低层对流发展,从而产生强降水。     

暴雨过程中中尺度地形作用的数值试验

本文利用美国PSU/NCAR中尺度模式（MM4）对1991年7月4—5日浙西皖南山区的大暴雨过程进行了地形作用的数值模拟对比试验。结果表明，中尺度地形对强降水区的分布和强度有重要影响，强降水中心位于山地附近；地形的动力及屏障作用对气流有明显影响；山区的水汽和热量对静力不稳定亦具有相当作用。     

甘肃东南部一次暴雨天气的数值模拟和螺旋度分析

利用NCEP每6h一次的1°×1°格点资料和中尺度模式WRF(V3.1),对2005年7月1～2日发生在甘肃东南部的一次暴雨天气进行了诊断分析和数值模拟,运用模式输出资料对本次天气过程的螺旋度与降水的关系进行了分析讨论。结果表明:高原短波槽的生成,以及来自南海和孟加拉湾的水汽输送是造成此次暴雨天气过程的主要原因;WRF模式对西北暴雨具有一定的模拟能力;螺旋度的空间分布对西北地区东部暴雨的预报具有一定的指示意义;700hPa正值螺旋度的分布形状与高原短波槽和700hPa切变线的形状存在对应关系;而400hPa以下大值正螺旋度的产生可能是西北暴雨发生发展的重要原因之一。     

2008年1月一次强降雪冰冻过程的数值模拟与分析

采用NCEP 1°×1°再分析资料和常规观测资料,利用中尺度数值模式WRF对2008年1月25-29日发生在长江中下游地区的强降雩冰冻过程进行数值模拟,模拟结果显示:WRF模式可以较好地模拟出此次强降雪冰冻过程高低空环流形势演变特征以及降水雨雪带的分布.诊断分析结果进一步表明,西南低空急流对水汽的输送使得长江中下游地区成为很强的湿度区,为强雨雪冰冻的发生提供了充足的水汽条件.对降雪及冻雨的云微物理过程特征分析表明,中低空-600-900 hPa逆温层的存在与降雪及冻雨的发生密切相关,固态降水粒子经0℃以上逆温层融化后形成过冷却水降落至冷的地面形成冻雨,而雪的形成过程中逆温层的温度小于0℃.     

一次暴雪天气的数值模拟及诊断分析

采用MM5中尺度数值模式对河南省2006年1月18-19日的暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料.对此次降雪的水汽条件、温度条件、不稳定条件、风场等进行了分析.结果表明:中低层水汽的辐合作用是暴雪天气发生的必不可少的条件;河南省上空逆温层的上界对应西南气流,下界对应东北气流,这种流场配置对降雪最有利;高低空急流的稳定维持使高低空急流产生两个独立的次级环流,在高空急流出口区,间接环流的北部形成辐合上升气流,十分有利于降水天气的发生发展;总螺旋度的变化对降雪的强度变化有一定的指示意义;对湿位涡这一物理量的分析发现,与暴雨过程中起主导地位的MPVl不同,MPV2在这次降雪过程中作用大于MPVl.     

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24～25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程.利用模式输出的高分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析.模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征.中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因.暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧.在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一.暴雨区与强烈上升运动区,正涡度区相对应.