2005年6月20日～21日广西连续大暴雨过程的数值模拟与诊断分析

对2005年6月19日～23日，广西出现了大范围持续性的暴雨天气过程的影响系统进行分析，然后采用中尺度MM5V3．6模式对20日与21日持续性大暴雨进行模拟，利用高时空分辨率的数值模拟结果进行诊断。     

中国大陆降水日变化研究进展

文章概述了中国大陆降水日变化的最新研究成果,给出了中国大陆降水日变化的整体图像,指出目前数值模式模拟降水日变化的局限性,为及时了解和掌握降水日变化研究进展、开展相关科学研究和进行降水预报服务提供了有价值的科学依据和参考。现有研究表明：（1）中国大陆夏季降水日变化的区域特征明显。在夏季,东南和东北地区的降水日峰值主要集中在下午;西南地区多在午夜达到降水峰值;长江中上游地区的降水多出现在清晨;中东部地区清晨、午后双峰并存;青藏高原大部分地区是下午和午夜峰值并存。（2）降水日变化存在季节差异和季节内演变。冷季降水日峰值时刻的区域差异较暖季明显减小,在冷季南方大部分地区都表现为清晨峰值;中东部地区暖季降水日变化随季风雨带的南北进退表现出清晰的季节内演变,季风活跃（间断）期的日降水峰值多发生在清晨（下午）。（3）持续性降水和局地短时降水的云结构特性以及降水日峰值出现时间存在显著差异。持续性降水以层状云特性为主,地表降水和降水廓线的峰值大多位于午夜后至清晨;短时降水以对流降水为主,峰值时间则多出现在下午至午夜前。（4）降水日变化涉及不同尺度的山-谷风、海-陆风和大气环流的综合影响,涉及复杂的云雨形成和演变过程,对流层低层环流日变化对降水日变化的区域差异亦有重要影响。（5）目前数值模式对中国降水日变化的模拟能力有限,且模拟结果具有很强的模式依赖性,仅仅提高模式水平分辨率并不能总是达到改善模拟结果的目的,关键是要减少存在于降水相关的物理过程参数化方案中的不确定性问题。     

6月21-23日梧州市北部持续性暴雨天气过程分析

利用常规气象观测资料和卫星云图,结合梧州多普勒天气雷达回波等资料,对2012年6月20-23日梧州市北部的持续性暴雨过程进行成因分析,并对各种模式的预报结果进行对比分析,得到本次天气过程梧州北部出现持续性暴雨的初步结论.     

2012年6月21-23日暴雨天气过程技术分析

利用常规气象观测资料和卫星云图,结合梧州多普勒天气雷达回波等资料,对2012年6月20-23日梧州市北部的持续性暴雨过程进行成因分析,并对各种模式的预报结果进行对比分析,得到本次天气过程梧州北部出现持续性暴雨的初步结论.     

2002年7月30日～31日盆地西部局地持续强暴雨过程分析

本文对2002年7月30日凌晨到8月1日上午,发生在盆地西部的一次局地性很强、强度大、演变特殊的持续性大暴雨过程的天气学条件进行了较详细的分析,对局地暴雨最大难点--落区进行中尺度滤波探讨,并对造成降雨的次天气尺度影响系统进行了追踪.事实说明,目前数值预报水平已有了较大提高.利用数值预报场进行中尺度滤波已经成为可能,对中尺度分析的成功率已经高于其它方法.     

2006年12月24—27日大范围大雾过程数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)和宾夕法尼亚州立大学(PSU)联合研制的第5代中尺度气象模式系统MM5对2006年12月24—27日江苏及其周边地区出现的一次罕见持续性大雾进行数值模拟和诊断分析, 同时对影响大雾过程的辐射条件进行敏感性试验。结果表明:形成持续性大雾的主要原因是大气层结稳定, 水汽充沛, 同时, 地面和大气的长波辐射冷却是雾形成和发展的最重要因素; 而日出后太阳短波辐射加热和热量湍流输送是辐射雾消散的主要原因。在大雾发展和维持期间, 雾区近地层基本上为弱的水汽辐合区; 在大雾减弱和消散期间, 雾区大部分为弱的水汽辐散区。大范围的下沉辐散运动有利于中低层大气增温, 与近地层的辐射降温相配合, 加上近地层弱冷平流作用, 使低层大气降温, 有助于逆温形成, 而深厚逆温层的存在, 对雾区的长时间维持起着决定性作用。     

耦合不同陆面方案的WRF模式对2007年7月江淮强降水过程的模拟

利用WRF模式, 分别选用不同陆面参数化方案 (SLAB、 RUC、 NOAH、 UCM) 对2007年7月7～8日的江淮暴雨进行数值模拟试验, 模拟结果的对比分析表明: 虽然主要雨带的基本位置和大致走向受陆面方案的影响并不大, 但是降水强度的分布对陆面物理过程是敏感的, 耦合陆面方案比不耦合陆面方案的模拟效果更接近实况; 不同陆面方案模拟的降水量均较实况偏小, 然而由于考虑的要素和物理过程存在一定差异, 它们对降水的中心落点、 雨量值、 降水日变化、 降水类型以及降水条件的模拟各有所长; 特别值得指出, TRMM资料与4种方案的模拟结果均反映出本次降水日变化过程中夜间的峰值特征, 这是短时降水 (1～3 h) 和持续性降水 (≥6 h) 的综合反映, 而凌晨后的降水则主要由持续性降水造成; 在各种试验的综合比较中, NOAH方案较其他方案的模拟结果显得更稳定与合理, UCM方案针对城市下垫面的模拟有一定优越性。     

青藏高原夏季降水日变化特征分析

利用2008—2014年逐小时空间分辨率为0.1°的全国自动站观测降水资料和CMORPH卫星反演降水融合资料,研究了青藏高原(下称高原)夏季降水日变化特征,并探讨了不同持续时间和等级降水对降水量日变化的影响。结果表明,整个高原地区夏季降水量和降水频率的日变化表现出明显的凌晨和傍晚的双峰结构,而降水强度的双峰结构却不太明显。进一步对各分区降水日变化特征的分析发现,高原中西部降水日变化特征与整个高原地区的一致,而高原北部(东部)地区降水量和频率的日峰值出现在傍晚(午夜-凌晨)。降水持续时间对降水量日变化有显著的影响,高原夏季降水量日变化的双峰特征是由短时(1~3 h)和长持续性(6 h以上)降水共同作用造成的,午夜-凌晨(傍晚)的降水日峰值主要是由于长持续性(短时)降水所引起。分析不同等级降水量日变化特征发现,高原北部地区小-大雨(暴雨)的降水量日峰值基本出现在下午(午夜),而高原中西部不同等级降水量的日变化基本都呈现出傍晚和午夜-凌晨的双峰结构,高原东部地区不同等级降水量的日变化形式较一致,日峰值出现在午夜-凌晨。     

1981—2019年四川省霾日时空变化特征及成因分析

利用1981—2019年气象观测资料,分析了四川霾日的时空变化特征,并分析了污染物排放量和气象条件变化对霾日的影响。结果表明:(1)四川盆地为霾日高发区,年均霾日达53.7 d,其中轻、中、重度霾日数分别为26.9、24.1和2.7 d,川西高原年均霾日数不足1 d。霾日高值区主要分布在盆地的中部、东部及南部,轻、中、重度霾日高值区分布与霾日基本一致。(2)近39 a盆地霾日总体呈下降趋势,气候倾向率为-0.03 d/10 a,霾日数及霾分布范围在20世纪90年代达到最大,进入21世纪后霾日数和霾范围呈减小趋势。(3)霾在冬季发生频繁,冬季年均霾日数达24.7d,且盆地大部地区超过30 d。(4)近39 a盆地共发生持续性霾12 782次,自贡市、德阳市、内江市、乐山市为持续性霾的高发区;盆地共发生区域持续性霾509次,其中10 d的区域持续性霾发生的次数最多,占比为87.8%。(5)盆地霾天气的主要贡献污染物为PM2.5和PM10。二者排放量在20世纪90年代达到最大,进入21世纪后开始减少,21世纪10年代减少最为明显。21世纪10年代前盆地平均气温升高、相对湿度下降,污染物的排放与气象条件的共同作用,导致霾事件出现频率较高。随着城市生态文明的建设与治理,在21世纪10年代,盆地区域污染物排放减少,区域升温率减小,相对湿度显著升高,霾出现频率有所降低。     

四川盆地大暴雨降水的日变化模拟偏差成因分析

利用WRF模式模拟了2011年6月16-17日四川盆地的一次大暴雨过程,首先根据24 h累积降水的位置、强度,选取了位于不同地形的3个强降水中心作为代表站,分析其降水日变化的模拟效果。结果表明:模式基本模拟出了位于川东北盆地边缘旺苍地区的降水峰值;而对位于盆中的荣昌站和位于川西高原的越西地区的模拟效果不理想。为了揭示影响逐时降水的因子,对3个代表站不同时刻的模拟效果进行对比分析,发现强降水的模拟效应与对流层中水汽、动力以及热力条件的模拟效果紧密相关。模式对水汽、位势高度、流场、垂直速度及大气层结状况这些物理量在各个时刻的不同模拟效果导致了逐时降水模拟的偏差,模式中盆地周围山地地形高度的偏差同样影响降水的模拟效果。     

1981年7月9-14日四川持续性暴雨分析

1981年7月9—14日岷江、沱江、涪江和嘉陵江流域出现持续性暴雨,并在四川省造成了历史上最严重的洪涝灾害。该文利用逐日降水资料、NCEP/NCAR 2.5°×2.5°逐日再分析资料和日本GMS卫星资料反演的TBB资料进行诊断分析以探讨此次暴雨持续的原因。结果表明:由于对流层低层的暖平流和其他大尺度强迫,高空槽长时间维持在长江上游地区,有利于槽后冷空气下沉南伸,与来自孟加拉湾的暖湿气流在盆地交汇,致使西南涡东移甚慢,于7月11—14日活跃在四川盆地上空。当西南涡沿梅雨锋缓慢东移时,长生命史的中尺度对流系统(MCS)在岷江、沱江、涪江和嘉陵江流域连续多次生消,导致暴雨系统持续维持在这些地区。大尺度的强迫在暴雨区上空产生了大范围持续性的上升运动,而暴雨所需的强上升运动主要由大量局地对流有效位能释放提供。对流层低层持续的水汽辐合和位势不稳定能量的输送则为暴雨的持续提供了充足的水汽和能量。与2004年9月发生在四川盆地东部的严重致洪持续性暴雨比较发现,虽然两次持续性暴雨发生的环流背景不同,但暴雨发生的物理机理一致,暴雨过程中持续性的上升运动均主要由大尺度强迫等引起,而且两次持续性暴雨的发生均与来自孟加拉湾的强水汽输送有关。     

江淮流域持续性暴雨过程前期的欧亚波列特征及其模拟研究

利用50余年的NCAR/NCEP再分析资料,对江淮流域持续性暴雨过程前期的环流特征进行了相关与合成分析。发现在过程前2—1周的对流层中高层西风带上,中西亚、中国东部沿海和白令海南侧相继有低压槽发展,呈现显著的罗斯贝波列信号特征。分析表明,正是该欧亚波列的东传和消失伴随的环流调整,导致了有利于持续性暴雨产生的稳定环流的形成。进一步采用区域数值模式检验了该波列特征对后期持续性暴雨的作用和影响过程,以1991年一次典型的江淮流域持续性暴雨过程为例,根据欧亚波列信号特征设计一组初始流场扰动,进行初值集合模拟试验。结果表明,过程强雨带及其环流背景的模拟对于初始场上欧亚波列信号区的扰动特征是相当敏感的,该初始扰动对模拟环流的后继影响,与持续性暴雨期间稳定环流特征的建立和维持确有密切关系。     

暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

本文用21层的η坐标细网格模式对1998年7月l9日～22日发生在武汉地区的一次持续性特大暴雨过程进行数值模拟，并利用较高时空分辨的模式输出结果对湿位涡进行了诊断、从而揭示暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构。得到暴雨的发展与负湿位涡有很好的联系。     

山东半岛一次暴雪过程的海岸锋三维结构特征

采用中尺度数值模式MM5对2005年12月山东半岛持续性降雪过程中的11～15日暴雪过程进行数值模拟试验,利用高分辨率的模拟结果分析海岸锋的发展过程和三维结构特征以及对强降雪的影响等.结果指出,海岸锋水平结构是偏北风和偏西风的气旋性切变;气流在海岸锋西北侧辐合上升,在东南侧辐散下沉,上升气流最高达700 hPa.海岸锋...     

青藏高原夏季降水日变化的高分辨率数值模拟

利用中尺度模式WRF对青藏高原及周边地区2006—2008年夏季降水时空分布和日变化特征进行了高分辨(水平分辨率为12 km)数值模拟研究。与TRMM卫星观测相比,WRF较好地抓住了高原降水的时空分布,成功模拟出了高原夏季降水日变化的主要特征。WRF模拟与TRMM观测的夏季高原降水都由北向南递增,降水量和降水频率在高原的南坡最强,模拟值分别达到11 mm/d和30%,其次是四川盆地。从降水日变化看,WRF模拟和TRMM观测结果都表明夏季高原中部每小时降水量最大值和降水频率最高值主要出现在下午至傍晚,而高原周边地区则多出现在夜间至黎明。模式物理场的分析指出,高原下垫面显著的昼夜热力差异及高原与周边地区存在的热力差异是产生高原降水日变化的主要原因,而高原南坡的降水日变化与山谷风等局地地形强迫作用有关。      

2002年7月30—31日盆地西部局地持续强暴雨过程分析

本文对2002年7月30日凌晨到8月1日上午，发生在盆地西部的一次局地性很强、强度大、演变特殊的持续性大暴雨过程的天气学条件进行了较详细的分析，对局地暴雨最大难点——落区进行中尺度滤波探讨，并对造成降雨的次天气尺度影响系统进行了追踪。事实说明，目前数值预报水平已有了较大提高。利用数值预报场进行中尺度波波已经成为可能，对中尺度分析的成功率已经高于其它方法。     

基于CWRF模式夏季日降水量的订正技术对比

误差订正是提高模式模拟和预报性能的有效方法。基于CWRF(regional Climate-Weather Research and Forecasting model)25套不同物理参数化方案的日降水量模拟资料, 对比仅进行降水日数订正(OCD)、仅进行降水量订正(OCM)和先订正降水日数再订正降水量(COR)三种订正方法, 先订正再等权重集成和先等权重集成再订正两种订正思路, 重点对1997—2015年华中和华南地区夏季日降水进行订正效果的对比。结果表明:(1)降水日的订正是必要的, 综合而言COR方法对CWRF模式日降水的订正效果更佳, 尤其是小量级降水, 但降水强度的表现不如OCM; (2)先集成后订正的效果更好; (3) CWRF模式不同参数化方案对日降水的模拟能力有显著差别, 经过订正后模拟能力均有所提升, 但对于不同的模拟方案, 其订正效果也不同。表明, 误差订正确实能有效提高模式模拟及预报性能, 但其效果存在不确定性。提高模式的预报性能, 关键还是提高模式对真实大气动力学的表述能力。      

山东半岛地区夏半年降水日变化特征

利用1985—2016年5—10月山东半岛地区24个气象观测站逐小时降水资料和2010—2016年5—10月ECMWF逐6 h再分析资料,详细分析了山东半岛夏半年降水的日变化特征。结果表明:(1)山东半岛地区夏半年降水量、降水频率和降水强度的日变化均呈双峰型特征,峰值出现在02:00—05:00和15:00前后,其中降水量和降水频率清晨峰值明显高于下午;(2)长持续性降水对总降水量的贡献大于短持续性降水,前者的日峰值出现在清晨03:00—06:00,后者的主峰出现在15:00—18:00,分别主导总降水量清晨和下午的峰值;(3)小雨对降水总频率的贡献最大,几乎占总频率的一半,而大雨和暴雨对总降水量的贡献更大,故而总降水量主要来自于大雨和暴雨。     

四川盆地夏季降水日变化的数值模拟

利用区域气候模式RegCM3对1991-2004年四川盆地夏季降水进行了数值模拟,通过模拟结果和NCEP/NCAR再分析资料的对比,评估了模式对四川盆地夏季＂夜雨＂现象的模拟能力。结果表明,RegCM3模式能较好地模拟出四川盆地夏季降水的空间分布和日变化规律,四川盆地夏季＂夜雨＂现象的形成与该地区的地形分布有密切关系。...     

2007年8月10—12日山东半岛持续性特大暴雨的维持机制分析

利用多普勒天气雷达资料、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年8月10—12日发生在山东半岛持续性特大暴雨的特征及维持机制进行了分析。结果表明：本次持续性特大暴雨与西太平洋副热带高压中心稳定少动和其边缘不断有冷空气侵入有关;雷达回波强度图上,10—11日最强回波＞50 dBz,12日回波强度在40～45 dBz,其径向速度的零速度线表现不同,但均反映为暖平流;暴雨前期山东半岛具备了发生强雷暴所需的不稳定大气层结,副高边缘的低空东南急流为山东半岛输送了充足的水汽,从而有利于山东半岛暴雨的维持;暴雨维持的动力场特征为：散度场维持低层辐合、高层辐散,垂直速度场为较强的上升运动。