耦合不同陆面过程对江西南部一次暖区特大暴雨过程的模拟试验

利用WRF V模式耦合4个陆面过程对2015年5月18—19日江西南部暖区特大暴雨进行了模拟,以检验陆面过程对暴雨过程的影响;在此基础上,又进行了地表通量敏感性试验,以检验地面扰动通量对降水的影响。结果表明,各方案模拟的降水范围、雨带走向以及降水中心位置与实况都比较相似,但是降水强度大小与陆面过程的选择存在一定的差异。其中,WRF模式耦合NOAH方案模拟的降水中心、降水强度和累积降水量均能够较好地反映这次暴雨过程的发展。感热和潜热通量在暖区暴雨中是维持降水持续的主要能量输送,对暴雨中心强度和位置变化的影响,潜热通量比感热通量发挥了更重要的作用。来自地面水汽蒸发所释放的潜热以及水汽抬升和辐合释放的潜能为维持暴雨强度提供了重要的能量支撑。     

地面热力和动力场与对流降水的关系

本文利用CCOPE实验中的地面雷达资料和中尺度观测网资料,对6个对流降水过程的地面热力和动力场的分布和演变作了分析,並与非降水日作了比较。分析表明,对流风暴的形成以合适配置的地面热力和动力场为条件,风暴的发展、降水的出现又反过来影响地面场。面积积分的地面水汽通量辐合与地面降水强度存在密切的关系。降水出现前,地面水汽通量辐合迅速增加。面积降水强度最大值落后于最大水汽通量辐合18—91分钟。面积降水的强弱与水汽通量辐合的大小、增长时段以及降水与水汽通量辐合之间的位相差有关。文中还对分析、计算中的有关误差问题作了简略讨论。     

2007年8月登陆台风帕布、圣帕暴雨过程诊断分析

采用T213L31模式大气分析资料,诊断计算天气学中的凝结函数降水、水汽通量散度降水,并理想设计与诊断计算气层对流不稳定降水和层结不稳定降水,用于对2007年8月间西太平洋登陆台风帕布和圣帕降水运动进行诊断计算与分析。结果表明:热带扰动中凝结函数降水场呈弱态,但有较强水汽通量散度降水场,且水汽辐合降水运动组织对流不稳定降水和层结不稳定降水。在热带扰动发展与台风形成时,其低层风场水汽辐合与积云对流相互作用的过程,同时是气层对流不稳定能量与气块(团)湿不稳定能量的积聚过程,前者可带来暴雨,后者可带来大暴雨。相关天气学分析表明:台风暴雨是大尺度风场及中尺度水汽辐合降水运动组织起中、小尺度气层、气块(团)对流降水运动,对流性降水是由风场支配故变化较大、较快。     

“94·7"北京大暴雨诊断分析

１９９４年７月１２日０８时－１３日０８时北京地区特大暴雨出现是台风低压北上与西来槽共同作用造成的。低层水汽辐合中心与暴雨中心基本一致，低层水汽辐合及上升运动的加强与１２小时最大降雨量相对应。在此次台风系统影响过程中，温度平流的拉普拉斯项对上升运动的作用最大，尤其在降雨强度最大的时候，降水释放潜热的作用与涡度平流微差的作用相当，在对流层中层降水释放潜热的作用尤为突出。地形作用相对很小且随高度递减。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

2007年7月淮河流域暴雨过程天气学诊断计算与分析

采用T213 L31模式大气资料,在等熵坐标系上,对天气学凝结函数降水、水汽通量散度降水做诊断计算;又对对流不稳定降水和气块(团)不稳定降水做理想设计与诊断计算,用以对2007年7月淮河流域暴雨过程的诊断计算.分析表明:大尺度稳定性的凝结函数降水量级较小,天气尺度波动的水汽通量辐合降水虽量级较大,却都不足以形成暴雨,但是它们可以组织起对流性降水运动,被组织的对流不稳定降水则可以形成暴雨,但仍不足以形成大暴雨,只有参与层结不稳定降水,才可以形成大暴雨.因淮河流域高空锋区上多有高空槽及冷空气活动,且副热带高压偏强偏两,使得东亚季风进程中的长时间水汽通量辐合与高温高湿气团维持在淮河流域上空,并在地面静止锋上由凝结函数降水和水汽通量散度降水引发非等熵湿绝热运动的对流不稳定降水和层结不稳定降水,是淮河流域暴雨天气学成因.     

用典型暴雨放大法估算可能最大降水量

从可能最大降水的基本概念出发,针对降水形成机制,对影响暴雨的关键性物理因子（如水汽和降水效率、水汽净输送、水汽辐合上升等） 进行分析并加以放大,即采取放大法,利用区域典型暴雨资料,估算驻马店地区的可能最大降水量为１０６４．７ ｍｍ／ｄ。     

华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究

针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率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暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。     

黄山山脉地形对暴雨降水增幅条件研究

利用103个自动气象站、6个人工观测站资料和5 km×5 km局地分析预报系统LAPS资料,分析了黄山山脉的日雨量和短时雨量极值分布,发现日雨量极值分布与地形关系密切.运用凝结函数、水汽收支和增幅系数方法诊断并计算了暴雨的地形增量,结果表明,降水系统经过黄山山脉时,扰动加强是降雨增幅的主要原因.扰动风场辐合与地形高度有利配合形成的地形抬升速度是降雨增幅的主要动力因子,地形抬升导致的水汽垂直通量和水平通量辐合是降雨增幅的直接原因.     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

全国各省市气象科技期刊文摘④

１用典型暴雨放大法估算可能最大降水量 《河南气象》２０００年第１期魏慧娟 驻马店地区气象局４６３０００ 摘要从可能最大降水的基本概念出发,针对降水形成机制,对影响暴雨的关键性物理因子（如水汽和降水效率、水汽净输送、水汽辐合上升等）进行分析并加以放大、即采取放大法,利用区域典型暴雨资料,估算驻马店地区的可能最大降水量为１０６４．７ｍｍ／ｄ。２用Ｔ１０６格点资料制作定量降雨预报 《安徽气象》１９９９年第４期鲍文中 池州地区气象局２４７ １００ 提要定量降雨预报（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｐｒｅ－ｃｉｐｉｔａ…     

浙江西部梅汛期两次相似落区暴雨过程对比分析

利用浙江省常规气象观测资料、ERA5逐小时再分析资料、FY-4A卫星黑体亮度温度(TBB)资料,对2020年6月3日、6月30日两次暴雨过程进行对比分析。结果表明：(1)6月3日暴雨过程(简称“6·03”过程)发生在季风槽背景下,浙江省500 hPa处于槽前西南气流中,850 hPa为暖切变;而6月30日过程(简称“6.30”过程)发生在东北冷涡背景下,浙江省500 hPa处于冷暖气流交汇中,850 hPa为冷切变。两次过程降水落区相似,均集中在浙西地区,呈东西向带状分布,但“6·30”过程暴雨区范围更广,暴雨中心雨量和过程雨量更大,小时雨强更强,强降水持续时间更长。(2)两次过程均为对流不稳定性降水,但强降水落区发生在急流的不同位置。“6·03”过程为暖切变型暖区暴雨,对流云团“列车效应”显著,降水落区位于急流前方水汽通量强辐合区内,而“6·30”过程梅雨锋为西风辐合型锋生,对流云团为后向传播路径,降水落区位于急流轴附近的水汽通量强辐合区内。700 hPa水汽通量辐合大值区及强度与未来6 h强降水落区、强度相对应,这在梅汛期暴雨预报中有一定参考性。(3)降水类型不同,对应锋生作用不同...     

城市下垫面对华南地区前汛期暴雨的影响初探

通过对2010年5月9日发生在广东地区的一次前汛期暴雨过程进行了模拟试验,探讨了城市下垫面通量对降水的影响。控制试验基本能反映此次暴雨过程的环流形势,降水特征。试验结果表明:城市下垫面感热、潜热和水汽通量对降水强度和分布都有影响,不考虑城市下垫面通量的作用,降水都有所减小,对流强度减弱。但城市下垫面水汽通量对上层水汽的作用影响不大。     

南海季风区冰相相变潜热对中尺度对流云和降水影响作用的数值模拟研究

利用可分辨云模式及中国南海北部试验区加密探空的平均水平风场、位温场和水汽场模拟分析了1998年5月15日至6月11日中国南海北部地区中尺度对流系统(Mesoscal Convective System,简称MCS)中冰相相变潜热对云和降水、辐射传输以及大尺度环境场的影响作用。研究表明,冰相相变潜热总体上不会引起明显的大气辐射通量的变化,但会引起较明显的下垫面热通量的变化。凝华潜热释放显著地增加了大气稳定度,造成对流和下垫面热通量的减弱,从而导致地面降水减小10.11%。碰冻潜热释放也使得大气稳定度增加,不利于中尺度对流系统对流的发展,区域累积降水量减小2.2%。融化潜热的冷却效应,使得融化层以下的大气降温,从而增加了低层大气的不稳定性,有利于海面热通量的输送,导致MCS降水增加4.1%。因此,冰相相变潜热对降水的影响主要是通过影响大气环境稳定,进而影响洋面感热通量和潜热通量的垂直输送和对流的发展,导致区域降水改变。     

广东前汛期锋面强降水和后汛期季风强降水特征对比分析

应用近二十年的历史观测资料和EC再分析资料,对由锋面和季风槽两种不同天气系统影响下广东发生的两组暴雨过程的天气形势、降水/短时强降水落区及其对流活动和物理量特征进行了诊断分析和对比分析。结果表明:无论是前汛期锋面降水还是后汛期季风降水,珠三角（珠江三角洲）地区都是次中心,有大到暴雨量级降水。珠三角地区也是小时雨量≥50 mm的短时强降水高发区。前汛期锋面对流活动的抬升凝结高度约在900~850 hPa,南北方向的温度梯度提供了斜压不稳定能量,0~3 km强的风垂直切变使对流易于维持和发展;对流区有较强的水汽通量辐合;风暴相对螺旋度较大,对流的旋转性和沿着旋转方向的移动特征明显。相对而言,后汛期季风强降水对流凝结高度更低,对流活动具有正压的热带对流性质,可在弱的水汽通量辐合和垂直风切变环境中维持,但对流强度不如前汛期。以上结论可为同类天气的短期和短临主客观预报提供预报思路和依据。      

短时强降水和暴雨的区别与联系

从物理机制、预报技术方法等方面,讨论了短时强降水和暴雨的异同。主要结论包括:(1)充沛的大气可降水量是形成暴雨或极端短时强降水的必要条件,但对于非对流大尺度降水(层状云)过程,对流层低层的净水汽平流量或水汽通量辐合的强度是判断降水强度的核心因子,这也是大范围暴雨预报分析过程中的关键因素;对于中尺度层云降水过程,水汽垂直输送量和气柱内水汽的净平流量则同等重要;对于对流过程,如果不考虑蒸发过程,瞬时降水强度主要决定于水汽垂直递减率(而非整层大气可降水量)和低层大气对流有效位能(CAPE)而不是整层大气的CAPE。(2)降水强度与实际有效凝结率(形成地面有效降水)关系密切,而有效凝结率与云的形态结构特征直接联系;从另一角度看,对流云的形态特征由大气层结状态和环境风垂直切变决定。(3)对于天气尺度系统造成的大范围稳定性降水过程,降水的持续时间取决于天气系统的移动速度,更确切地说,是降水区域上空水汽辐合维持时间的长短;对于对流降水过程,降水持续时间则取决于对流系统的尺度、移动速度和传播特征。     

用物理量场特征对降雨量计算值加权放大的一种方案

本文采用计算大气中的水汽辐合量而求得降雨量的方法对五次台风倒槽内诱生低压暴雨过程进行24小时降雨量的计算,并将雨量的计算值与实测值进行对照,求得二者的平均比值。通过诊断分析选用物理量场的特征对降雨量计算值进行加权放大,最后求得24小时降雨量的预告值。     

四川盆地“7·7”极端暴雨事件的多尺度观测分析

利用观测资料对2013年7月7~11日(简称"7·7")发生于四川盆地西部的极端暴雨及局地对流条件进行分析,结果表明:(1)这次持续性暴雨由对流性降水和稳定性降水组成,前期对流明显,小时雨量大,中尺度对流系统云顶亮温低,有冷云区,PPI速度图上有逆风区,45 dBZ以上的强回波厚;中后期稳定性降水明显,小时雨量小,但持续时间长,云顶亮温较高,无冷云区,且回波强度在20~40 dBZ左右,PPI速度图上存在"牛眼"结构,暴雨区低层东北风强。(2)对流性与稳定性降水的转换条件与CAPE变化和垂直风切变有关,降水增强(减弱)期,有(无)CAPE值,低层风速小(大)但中高层风速大(大),垂直风切变较强(弱)。(3)在低空南风较弱和东北风偏强的背景下,地面气旋性流场引起的辐合不仅为暴雨提供水汽,而且中尺度辐合线亦为降水发生提供了抬升机制,尤其是在热力条件和低空水汽输送不利的层结稳定阶段,地面气旋流场显得更加重要。