理想地形下不同云微物理方案对登陆台风降水增幅影响的数值研究

利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,在理想岛屿地形条件下设计了云的微物理冰相过程中水凝物中有霰和无霰的两个对比试验,考察了台风登陆时复杂冰相和简单冰相对台风移动路径、强度和降水增幅的影响。结果表明：1）云微物理过程中有霰的复杂冰相过程时,具有更强烈的云“播撒”效应,因而对台风降水具有明显增幅作用。2）当台风受到理想地形作用时,地形对云“播撒”效应引起的增幅作用具有放大作用,此时台风眼墙非绝热加热量形成明显增强中心,使得台风降水增幅明显。3）当台风登陆时,云微物理冰相过程使得台风越山时存在向西北指向的涡度变化倾向。     

登陆台风“罗莎”中云物理特征的数值模拟研究

选取2007年16号超强台风“罗莎”为个例,利用耦合了双参数混合相云降水物理方案的 GRAPES中尺度模式对其进行模拟,并结合实况雨量、雷达及卫星资料分析了本次台风暴雨的结构及云微物理特征。结果表明,低空急流和不稳定的温度层结为本次降水过程提供了有利的天气条件。强降水中心主要出现在台风云系的北部和东部,在模拟时段内6小时累积降水最大值超过100 mm。积分固态水含量与液态水相当,说明冰相粒子在形成降水的过程中起重要作用。从CloudSat卫星探测结果来看,强对流发生在台风眼周围的云墙中。根据模拟结果分析,台风东北部的强降水属于对流云降水,最强上升气流出现在0 ℃等温线之下的暖区;西南部的降水强度比较均匀,强上升气流出现在高层冷云中,有利于冰粒子的形成和生长。      

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅰ:云微物理参数化对云结构及降水特征的影响

首先对AREM模式模拟的台风基本结构和云结构进行验证,检验了模拟结果的可靠性.在此基础上,设计了5组试验来研究云微物理参数化方案对台风"云娜"云结构及降水特征的影响.试验设计主要突出冰相云微物理过程、云微物理特征引发的冷却效应以及霰下落速度的重要性.结果表明:云微物理参数化过程对云的发展和降水特征的影响更为显著.各试验的水凝物分布和强度不同,降水类型和强度存在较大差异,由此引起的云中热力结构也有较大区别;在所有试验方案中,24 h降水率最大差异为52.5 mm/h.云微物理过程对云和降水特征的具体影响表现在:(1)如果不考虑雨水蒸发冷却效应,此时台风内核上升运动强度最强(达到-19 Pa/s),雨水和霰粒子增长最明显,相对于对照试验增量分别为1.8和2.5 g/kg.(2)霰和雪的融化对于螺旋雨带中雨滴的增长十分重要,但他们可能不是云墙中雨水形成的主导因子.(3)不同方案的降水模拟特征也存在较大差别,采用暖云参数化后,降水区域最小,但其中对流降水比例最大(63.19%);霰落速减半后,降水区域最大,其中非对流降水比例也最大(51.15%).     

影响河南的登陆台风分析

统计了1949－1998年从闽、浙登陆台风的气候特及河南省台风暴雨概况，并利用天气学方法对台风登陆后的移动路径进行了概括和分析，以期为灾类台风的降水预报提供参考。     

云微物理过程对台风数值模拟的影响

将中国气象科学研究院（CAMS）混合双参数云微物理方案用于中尺度天气模式WRF,开展了对2013年超强台风天兔（1319）的模拟,通过与台风最佳路径、强度及热带降雨测量卫星（TRMM）资料对比,分析CAMS云微物理方案在模拟台风中的适用性及云微物理过程对模拟台风天兔的影响机制。设计了3组敏感性试验:修改雪粒子质量和落速系数（EXP1）,采用海洋性云滴参数（EXP2）,同时修改雪粒子质量和落速系数并采用海洋性云滴参数（EXP3）。结果表明:EXP1和EXP3由于霰碰并雪速率的增加及减小的雪下落通量,导致雪含量显著降低,同时也减少了整体冰相物的含量;EXP2和EXP3模拟的台风眼区对流有效位能快速减小,再现了前期台风的快速增强过程,路径偏差也最小;各试验模拟的小时降水率总体偏强,EXP3的降水空间分布与实况更接近,明显降低雪粒子含量,并一定程度上改善模拟的台风路径、强度及降水分布等。该结果不但可为改进适用于台风的云微物理参数化方案提供思路,也可加深云微物理过程对台风影响的认识。     

一次降水过程的云微物理结构探测

１９９５年６月２９日利用机载ＰＭＳ仪器对一次降水天气过程进行观测,获得大量云微物理资料。利用这些资料对云微物理结构进行分析,并计算出层状云中含水量、浓度、平均直径的垂直分布以及雨滴谱和冰、雪晶谱的分布。     

登陆台风与环境因子相互作用对暴雨的影响研究综述

综述登陆台风造成的暴雨强度和范围不仅受台风强度、范围及结构等的影响,还与环境场密切相关。对低空急流、中纬度西风槽及冷空气、季风、大陆高压、台风周围的残涡或小涡、下垫面以及边界层输送等环境因子,与登陆台风相互作用影响暴雨的机理进行了系统全面的综述,并对该领域内存在的问题作了初步讨论。     

云微物理过程对强对流风暴的影响之数值模拟研究

本文运用三维对流云模式对美国SPACE计划(South Park Area Cumulus Experiment)1977年7月19日South Park地区一例强对流风暴进行了模拟,目的是考察不同云微物理过程对风暴的影响.不同微物理方案模拟对比有助于我们加深对风暴内部微物理过程的了解.结果表明,不同微物理方案模拟的风暴内部动力场、强度有所不同.不考虑冰相过程的暖雨方案,模拟的风暴最弱;冰相过程中仅考虑冻结/融化潜热释放,模拟的风暴强度在后期稍弱.由于降水绝大部分由霰、雹转变而来,以及霰、雹粒子对运动场的影响及其相变潜热作用,冰相过程中如果不考虑霰、雹的模拟方案,模拟风暴的动力场及降水场都发生改变.     

登陆台风内降水效率变化对降水增幅影响的分析

在应用高分辨率数值模式WRF(Weather Research & Forecasting model)对台风“海葵”(2012)发展演变成功模拟的基础上,研究登陆台风内降水效率变化对降水增幅的影响。通过物理场配置、水成物的分布和收支演变的诊断分析表明：在台风登陆后内部次级环流减弱,环境场水汽供应稳定并有所减少的条件下,台风内六种水成物粒子(水汽、云水、云冰、雪、雨和霰)在眼墙和螺旋雨带区域发生配置变化,对于提高台风系统降水效率,维持整体降水强度具有重要作用。将六种水成物按照水汽、云和降水的属性分为三类,分别进行收支诊断分析,发现不同水成物的分布与转化过程对于台风登陆后的降水效率变化具有重要影响,冰相粒子的减少、云体的消耗、以及霰粒子的转化,使得台风内部产生了空间范围更加集中、大值中心更贴近地面的降落型水成物,是台风登陆后降水维持和增幅的直接原因。因而,分析水成物的分布与转化过程对降水效率的影响,对于台风登陆后降水维持或增幅的预报具有重要价值。     

岛屿地形和对流凝结潜热对登陆台风"黄蜂"影响的数值研究

采用广州有限区域数值预报模式,以登陆台风"黄蜂"(0214号)为例,研究海南岛屿地形和对流凝结潜热对登陆台风"黄蜂"的影响.结果表明,台风"黄蜂"从海南岛东侧附近经过时,海南岛屿地形对登陆台风"黄蜂"的移动路径影响不明显,但是对海南岛附近的降水有明显影响,模式中有无对流凝结潜热加热对台风"黄蜂"的移动路径和降水等均有明显的影响.     

影响河南的登陆台风分析

统计了1949～1998年从闽、浙登陆台风的气候特征及河南台风暴雨概况,并利用天气学方法对台风登陆后的移动路径进行了概括和分析,以期为这类台风的降水预报提供参考.     

华南登陆台风降水不对称性及持续性问题

针对登陆华南台风降水及模式预报存在的突出问题,就当前关于登陆台风降水分布的不对称性及台风登陆后期持续性暴雨发生机理的研究状况进行回顾和分析,提出了需要深入研究的相关科学问题及模式预报技术改进的应对措施,为促进登陆华南台风暴雨预报工作和效果的不断改进提供参考。分析指出环境风场垂直切变、低层气团边界(如冷池边界)、干冷空气侵入、中尺度对流系统以及地形等是造成登陆华南台风降水不对称分布的重要影响因素。台风登陆后期华南发生的持续性暴雨往往与季风活动增强相关,活跃的西南季风为强降水中尺度对流系统(MCSs)发展提供有利条件,MCSs通过潜热加热反馈于大尺度环流,可使台风涡旋环流和西南季风得以维持并致使MCSs反复发生发展、暴雨持续。开展相关科学问题的深入研究,有针对性地考察评估目前模式的预报性能并提出有效改进方案,是进一步提高模式预报效果的重要途径。     

不同云微物理方案对粤北冻雨的敏感性试验

基于中尺度模式MM5,分别考察了Reisner、Reisner2和Goddard三个不同云微物理参数化方案,对2008年初粤北冻雨过程的敏感性进行实验。结果表明：2008年初粤北冻雨天气过程是非对流性降水,积云对流参数化方案对冻雨的预报没有太大影响;MM5模式能较好地模拟冻雨天气过程,God—dard云微物理方案模拟结果略好于Reisner和Reisner2方案。另外还发现MM5模式能较好地模拟地面温度分布和大气逆温层的结构特征,850～650hPa是大于0℃的溶解层,雪下落到这一阶段溶解成雨水;1000～850hPa的近地层是低于0℃的冻结层,雨水下落到这一阶段时冻结,这是形成粤北冻雨的特殊逆温层结构条件。但逆温层结构只是产生冻雨天气的必要条件,而雨量的大小和降水中心的位置还与其它因子有关。     

台风“凤凰”登陆过程的高分辨率数值模拟及其降水的诊断分析

本文利用中尺度非静力数值模式WRF对2008年第8号台风 “凤凰” 的登陆过程开展了高分辨率数值模拟, 模拟采用3重嵌套, 最高分辨率3 km, 共积分120小时 (5天)。利用收集到的常规和非常规观测资料与模式模拟结果进行了细致的对比验证分析。结果指出, 模式较好地模拟再现了 “凤凰” 台风的发展演变以及登陆过程, 模拟的台风路径与观测路径较为一致, 同时模式也较好地把握住了整个模拟时段当中, “凤凰” 台风的强度演变过程以及主要的雷达回波特征, 模拟取得了初步成功。进一步, 利用高分辨率的模拟资料对此次台风登陆过程开展了散度垂直通量|Q|的诊断分析, 结果表明, 在整个研究时段内, |Q|的异常值区始终覆盖在地面雨区之上, 二者的空间分布和时间演变趋势比较相似, 并且在雨区内|Q|表现为强信号, 而在非雨区|Q|表现为弱信号。这表明散度垂直通量能够描述暴雨过程中低层大气辐合和高层大气辐散的垂直动力结构, 对强降水落区有较好的指示作用。     

台风登陆衰减后造成降水加强的概况

对1965-2008年101例登陆台风衰减后3d内仍存在较强降水的天气过程,运用客观分离方法及其改进方案,分离提取了台风降水(Tropical Cyclone Precipitation;TCP),结果表明:即使登陆台风衰减为热带低压或停编后,因台风系统的存在而产生高强度降水是一种普遍现象,仍旧是预报服务中需要高度关注的问题.采用气候趋势系数和功率谱等方法得到TCP及台风的气候特征:台风衰减点的位置分布具有很强的区域性,与南岭、武夷山脉的走势大致吻合;台风衰减后降水并非单纯性减少,随着时间的推移,空间分布具有向北、向西扩散的特点,特别是中纬度地区的江汉一江淮一带,仍然是防灾减灾的重点.对于衰减后降水反而加强的台风,防御重点可以有针对性地对登陆华南类和登陆华东类两类路径的台风展开.     

登陆台风对安阳降水的影响及其预报

在分析1966～1995年安阳区域夏季登陆台风的不同环流形势基础上,利用历史天气图资料及安阳区域实况要素资料,找出台风登陆后安阳区域产生的不同天气的预报指标,并分类建立了预报方程.     

8805号登陆台风特大暴雨的数值模拟

应用中尺度模式ＭＭ４,使用了一种简单的模式台风处理方法,成功地模拟了８８０５号台风登陆前后的演变及其伴随的特五暴雨过程,即对分析的台风中心物理量场进行修正而形成与实况极为一致的初值,以期能更好地模拟台风过程。从模拟结果可以看出,台风降水强度中心基本上是随台风登陆移动而变化的,每一时期的降水中心基本上与台风移动的路径一致或略偏前方,在登陆时的降水最大,这种降水变化与台风上升运动的烛一致的,上升运动越     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响.结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右.我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降.不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降.此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降.因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果.     

登陆台风对安阳降水的影响及其预报

在分析1966－1995年安阳区域夏季登陆台风的不同环流形势基础上，利用历史天气图资料及安阳区域实况要素资料，找出台风登陆后安阳区域产生的不同天气的预防指标，并分类建立了预报方程。     

云微物理对一次吉林暖区降水过程的影响

本文运用WRF3.9区域数值模式模拟了2017年7月13日吉林省永吉县暖区暴雨,较好地再现了此次暴雨过程的中尺度对流系统的单体触发、线状对流群触发、组织化发展以及弓状回波等典型阶段的细致过程;在此基础上,分析了造成暖区降水的中尺度对流系统的云微物理特征,探讨了其影响暖区降水的可能机制。结果表明:吉林永吉暖区降水发生在东北冷涡主导的有利的多尺度环境配置下,引发暖区降水的中尺度系统主要是冷云系统,暖区范围大,过冷水分布位置高,冰晶粒子与过冷水并存,并存区的“播种”效应使得其下方生成大量霰。雨水质量收支及热量收支分析表明:暖区降水系统的触发及组织化阶段,雨水的主要来源是云滴碰并增长,主要汇项是冰晶对雨水的收集;而弓状回波阶段,降水的主要源项除了云滴碰并增长之外,霰融化作用也起到关键的作用,降水主要汇项在低层为雨水蒸发,高层为霰对雨滴的收集;暖区降水的主要热源是水汽凝结潜热释放,主要冷却项是雨水和云水的蒸发。弓状回波阶段,其前部的入流与地面冷垫上方的后向入流汇合后将水汽带入高层;“播种”效应使距地面8 km高度附近的霰粒子含量显著增多,该高度与水汽凝结释放大量潜热形成的高温区重合,故霰粒子大量融化为雨水,产生强降水过程。