一次粤西南暴雨过程的预报误差来源分析

本文基于WRF模式研究了2015年5月16～17日广东西南地区的一次暴雨过程的预报误差来源。首先比较了以NCEP_FNL为初始资料的WRF模式的模拟预报（记为WRF_FNL）和ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）关于该次暴雨过程的确定性预报。结果表明,ECMWF具有较高的预报技巧,因此,认为ECMWF的模式和初始场都较为准确。进一步,以ECMWF的初值作为初始场,选用相同的物理参数化方案,再次用WRF模式进行预报（预报结果记为WRF_EC）。结果表明相对WRF_FNL,WRF_EC的预报结果有明显改善。这表明,初始场的改进对预报有较大的影响,初始误差是预报误差的重要来源。进一步,分析了初始误差的主要来源区域和来源变量。结果表明,南海北部湾至广西西南区域为本次暴雨预报初始误差的主要来源区域,而初始温度场和初始湿度场则为此次暴雨预报初始误差的主要来源变量。同时改进初始温度场和湿度场可以较大程度提高本次暴雨过程的预报技巧。     

华北夏季强降水的水汽来源

利用1980—1997年NCEP/NCAR再分析资料及中国6~8月逐日降水观测资料,分析了华北地区的夏季暴雨特征,并着重对暴雨发生的水汽来源进行了研究和讨论。结果表明,华北地区的夏季暴雨降水中心区与其夏季平均降水中心区的位置一致,且暴雨降水量占整个夏季降水量的主要部分。对暴雨日及其前4天水汽输送的逐日变化、异常特征及水汽输送的相关分析发现:来源于西太平洋及高纬西风带的水汽输送对华北暴雨产生有重要作用,而来自孟加拉湾的水汽输送对暴雨也存在一定的加强作用。     

一次梅汛期强降雨过程的中期时效预报误差分析

2016年6月30日至7月4日,中国长江流域发生了入汛以来最强的一次极端降雨过程,但对雨带位置的预报却出现了显著误差。为此,本文基于欧洲中期天气预报中心的预报资料,利用天气学诊断方法,分析了确定性和集合预报的基本情况,讨论了预报误差产生原因及其演变特征。结果表明：梅雨锋上次天气尺度波动在中国黄淮—辽东半岛到朝鲜半岛—日本东部一带呈“负—正—负”的分布,它的强弱对雨带位置的变化起着重要影响。当该波动偏强时,有利于低层季风向北伸展,加之冷空气强度偏弱,进而造成雨带位置偏北,反之亦然。此外,通过对比集合预报成员中的准确和偏北成员组,发现该次天气尺度波动来源于青藏高原东北部的初始误差场。伴随着中纬度西风波动的向东传播,该误差在中低层沿着梅雨锋向东移动、并不断增强,最终造成中国长江中下游地区雨带位置明显偏北。     

近45年长江中下游地区汛期极端强降水事件分析

利用长江中下游地区1960—2004年78个台站汛期（4—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端强降水阈值,然后统计出了不同台站近45年逐年汛期极端强降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析。结果表明：长江中下游汛期极端强降水事件发生频次的多寡很大程度上影响着汛期总降水量的多少。一致性异常分布特征是长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的最主要空间模态;长江中下游地区汛期极端强降水事件发生频次的空间分布可分为5个主要区域。通过最大熵谱估计分析表明,Ⅰ区显著周期为2～4年;Ⅱ区和Ⅳ区的主要显著周期是基本一致的,显著周期为2～3年和6.3年;Ⅲ区显著周期为14.7年的年代际变化;Ⅴ区显著周期为22年的年代际变化和4～5年的年际变化。各分区代表站中岳阳（Ⅰ区）表现为很显著的增长趋势,10年增长率为1.0次;南岳（Ⅱ区）和南京（Ⅳ区）增长趋势相对较弱;衢州（Ⅴ区）增长趋势相对最弱;而洪家（Ⅲ区）近45年来汛期极端强降水事件发生频次则表现为很弱的减少趋势。     

GRAPES_MESO模式对一次强降水过程的预报及误差分析

本文应用西南低涡大气科学试验加密观测资料,常规探空与地面资料,自动站资料等,分析国家数值预报中心运行的GRAPES_MESO中尺度模式对2010年7月14～19日四川强降水过程预报能力.结果表明,模式降水预报能一定程度反映实况降水.在模式误差分析基础上,指出造成降水预报偏差的可能原因是模式预报的高度场持续偏低,预报低值系统偏强,高值系统偏弱,不利于四川上空的辐合低值系统维持;预报的登陆台风强度偏强,台风外围气流与副高外围环流结合,导致西南低空急流较强,加之,模式预报盆地水汽场在西部偏多,东部偏少,对流层中低层冷空气活动偏弱,暖湿气流活动较强,急流带北移较快,辐合流场位置偏北偏东,导致了积分后期预报降水与实况出现较大偏差,盆地东北部降水偏弱,预报降水落区偏东、偏北.探空分析还指出,盆地测站温度偏差较大,可能是受复杂地形条件下插值误差以及观测误差影响所致,由于盆地测站风向受周边地形影响较大,各站和各层分析风的不确定性较大.误差分析揭示了高度场预报偏低,温度场偏高,地面气压偏低等基本特征,误差的来源需要作进一步的数值试验与动力诊断分析.     

2020年6月5-9日暖区持续性强降水特点和预报检验

利用Micaps、广东省天气雷达拼图资料和自动站观测资料,对2020年6月5-9日龙舟水期间持续大暴雨过程的降水特点、环流特征和环境条件、雷达演变特点等进行了分析,并对各主要模式的预报结果进行了评估,结果表明:6月5-9日广东省出现了强降水过程,多地降水突破当地历史纪录.过程期间南亚高压稳定,广东上空辐散强,孟加拉湾水...     

2014年夏季一次那曲强降水的诊断分析和水汽来源的模拟研究

青藏高原作为“亚洲水塔”,研究其降水来源对我国水安全和水资源利用有重要意义。采用诊断分析和拉格朗日模式模拟的方法,对高原涡引起的一次那曲强降水进行了分析研究,确定了那曲地区的水汽来源并进一步量化了水汽源区对研究区夏季降水的贡献。结果表明：那曲上空上升运动强烈,且具备良好的水汽条件。有多次多个强对流云团相继生成,形成短时强降水。影响降水的绝大多数目标气块来自目标区域以南的相对较低的大气层,可追溯到孟加拉湾、阿拉伯海和印度洋。此外,青藏高原以西路径有一小部分目标气块来自中、低层大气。高层水汽主要为南亚高压反气旋输送。少数气块来自中国东部和南海。西边界和南边界的水汽输送为本次那曲强降水的主要来源,水汽源区主要为印度洋、阿拉伯海、印度、孟加拉湾、新疆和中亚。来自印度洋和阿拉伯海的水汽对降水区起到了关键的水汽贡献,局地水汽贡献忽略不计。     

多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响

利用我国CINRAD/SA多普勒天气雷达资料与ARPS模式 (Advanced Regional Prediction System) 的资料分析系统ADAS (ARPS Data Analysis System), 对初始场进行调整, 并应用于WRF (Weather Research and Forecasting Model) 模式, 对2003年梅雨期淮河流域两次典型致洪暴雨过程进行模拟试验。对模拟结果的对比分析和检验结果表明:引入雷达资料后, 在雷达观测区的整层风场和水汽场都随之调整, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 使降雨落区和强度预报都有所提高; 在ADAS系统中, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 两个个例的试验表明, 加入雷达径向风资料的模拟试验能够得到较好评分, 加入雷达反射率因子资料或同时加入这两种雷达资料也能够在一定程度上提高模拟的准确性。     

2011年梅汛期两次强降雨过程对比分析

用NCEP 2.5°×2.5°的日平均资料和实况雨量资料,对2011年梅雨期中两次强降雨过程进行了对比分析.结果表明:①200 hPa西风急流在长江中下游上空的位相相反,前者处于高压脊底部的偏西气流,后者处于槽前的西南气流.500 hPa高纬地区的两槽一脊型位置不同,前者南支槽比较浅,而后者比较深.700 hPa前者江淮切变线是偏北风与西南风构成的切变线,而后者是偏东风与西南风构成的切变线.②前者的水汽由孟加拉湾的偏西气流和副高西侧的东南气流共同提供,而后者水汽主要来源于孟加拉湾的偏西气流.③梅雨锋结构主要表现为湿度对比、温度梯度较小,锋区都有先北抬后南压的过程,前者锋区位置偏南,北抬后稳定维持时间长,而后者锋区位置偏北,稳定维持的时间短.前者干冷空气低层弱,高层强,主要来源于对流层中高层,同时锋面北侧没有明显的冷空气补充,而后者干冷空气主要来源于对流层高层,同时锋面北侧还存在冷锋锋区.     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8-10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,嬲评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。     

梅雨期暴雨系统的流依赖中尺度可预报性

中尺度天气系统的初值敏感性,导致了中尺度系统预报极限的存在.中尺度系统的初始误差的快速增长及其中尺度可预报性依赖于系统流的特征.梅雨暴雨形成是多尺度天气系统共同作用的结果,决定了梅雨期暴雨的形成机制的多样性,也决定了其初值敏感性的差异性.本文重点对比分析了五种不同类型的梅雨暴雨的误差增长特征及其机制.冷空气抬升、低层涡...     

梅雨锋暴雨的不平衡场

中尺度散度及其变化和梅雨锋暴雨有较好的对应关系。在散度方程中,散度的局地变化项与垂直速度（ω）、散度（D）有关的项的量级在强降水区比在弱降水区要大。用中尺度资料计算的不平衡场（U）和不均匀场（A）和强降水区基本一致。因此,计算不平衡场和不均匀场及散度变化可以为暴雨等中尺度天气现象的短时预报提供线索。     

一次梅雨锋特大暴雨过程分析及数值模拟

利用常规观测资料、NCEP、卫星、雷达和地面加密观测等资料,对2010年6月1 7 20日江西北部一次罕见大暴雨过程进行天气动力学诊断分析、中尺度分析和WRF模式模拟分析。结果表明：（1）这次罕见大暴雨是一次典型梅雨锋暴雨,是在极为有利的天气形势下导致的强β中尺度系统强烈发展所致。500hPa东亚大槽槽后冷平流与强盛稳定的副高西北侧西南气流汇合,导致冷暖交汇带在江南北部维持。（2）冷暖交汇带的稳定和西南暖湿气流的异常强盛,使暴雨的水汽、动力、热力条件十分充足,非常有利于触发中小尺度对流系统强烈发展。（3）强盛水汽及辐合上升运动、低层西南急流加强、中层弱冷空气活动、对流不稳定层结加剧、地面辐合线维持少动、β中尺度强低涡形成并维持、高层强辐散等多种因素的共同组合叠加作用导致了特大暴雨发生。（4）数值模拟分析显示,19日08时β中尺度低涡形成与暖湿气流和弱冷空气共同作用有关;该低涡垂直厚度在550～950hPa之间,850和900hPa最强;并在该低涡南侧出现一串近东西向排列的30～60km更小尺度的强对流系统,它们与特大暴雨区相吻合。     

苏北东部一次梅雨锋大暴雨过程的多尺度特征

利用美国NCEP再分析资料结合地面加密自动站、卫星、雷达等常规资料,对2006年7月3日苏北东部地区一次最强的梅雨锋大暴雨过程进行了诊断分析,揭示了此次过程不同尺度系统的特征.结果表明:(1)此次过程是一次非典型的梅雨锋对流性暴雨,贝加尔湖稳定、强大的高压脊是引发大暴雨过程的大尺度背景条件.(2)高空槽、西南涡、低空急流以及地面气旋为大暴雨提供了强劲的动力和水汽条件.(3)α中尺度上,该暴雨系统的垂直结构为中低层强烈的辐合和上层的辐散,其中心有着强烈的上升气流;同时在中高层,系统的北侧有一个高空急流强迫产生的次级环流.地面多个中尺度涡旋的上升气流汇合成高低空急流耦合产生的次级环流的上升支,这种中尺度暴雨系统的三维结构为强暴雨的形成提供了持久必要的动力、水汽和不稳定性条件.(4)云图上对应一个MCS的发展演变,雷达上弓形回波对应的速度图上的"逆风区"和"中气旋"则是这次过程中局地短时强降水、龙卷的γ中尺度系统.     

一次梅汛期极端降雨过程雨带位置模式预报性能对比分析

2016年6月30日至7月4日出现了当年入汛以来最强降雨过程,然而数值预报却出现了明显误差.为此,本文首先对比和分析了当今预报性能最优越的欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium Range Weather Forecasting,简称ECMWF)和美国环境预报中心/全球预报系统(Na...     

人工缓减梅雨锋暴雨的数值试验

本文利用耦合了中国气象科学研究院双参数微物理方案的中尺度数值模式MM5, 对2002年7月22～23日长江中游一次梅雨锋暴雨过程进行了人工缓减暴雨的冷云催化数值试验。在对降水云系多尺度结构进行正确模拟的基础上, 采用增加人工冰晶的催化方法, 对人工缓减暴雨的可能方法及原理进行研究。结果表明, 不同催化方案得到比较稳定一致的结果, 在云体成熟期大剂量持续催化的减雨效果最好, 在3600 km2内减少雨量8.29×106 t, 即为自然雨量的14.8%, 雨量分布更为均匀, 其中50 mm以上降水范围由原来的190 km2缩减到60 km2。分析表明, 催化增加的大量冰晶碰并过冷雨, 使霰粒子浓度增大而平均尺度减小, 导致霰落速减弱而小于上升运动, 难于下落融化, 造成雨水减小。在周围升速小的弱雨区, 滞留的霰粒长大后仍能下落融化, 引起地面少量增雨。本文所用催化方法在实际作业中具有技术可行性, 并有重大潜在社会和经济效益, 值得深入研究和试验。     

1998年"二度梅"期间突发强暴雨系统的中尺度分析

采用实测资料,对造成7月20日至22日期间的特强暴雨过程进行了分析,认为,除去副热带高压南退且稳定维持这种有利的大尺度条件外,一系列β中尺度天气系统在长江中游(即鄂东河谷地区)的发生发展是造成本次强暴雨的最直接原因,这类系统的发生发展具有很大的局地性和突发性.分析表明,对流层中低层的水汽的大量集中以及对流不稳定条件的存在可能对此类系统发展提供了有利环境,对其启动的机制作了初步的讨论,认为地形的热力强迫及梅雨锋上的中尺度扰动可能对此类系统的发生发展起了触发作用.