Application of a cloud-texture analysis scheme to the cloud cluster structure recognition and rainfall estimation in a mesoscale rainstorm process

It is thought that satellite infrared (IR) images can aid the recognition of the structure of the cloud and aid the rainfall estimation. In this article, the authors explore the application of a classification method relevant to four texture features, viz. energy, entropy, inertial-quadrature and local calm, to the study of the structure of a cloud cluster displaying a typical meso-scale structure on infrared satellite images. The classification using the IR satellite images taken during 4–5 July 2003, a time when a meso-scale torrential rainstorm was occurring over the Yangtze River basin, illustrates that the detailed structure of the cloud cluster can be obviously seen by means of the neural network classification method relevant to textural features, and the relationship between the textural energy and rainfall indicates that the structural variation of a cloud cluster can be viewed as an exhibition of the convection intensity evolvement. These facts suggest that the scheme of following a classification method relevant to textural features applied to cloud structure studies is helpful for weather analysis and forecasting.     

2005年10月秋季连阴雨中暴雨天气特征分析

利用常规气象观测资料、FNL再分析资料和FY-2C气象卫星资料,应用天气学原理和方法对2005年9月28日—10月2日陕西中南部秋季连阴雨中暴雨过程的天气特征进行了分析。结果表明:暴雨发生在500 hPa稳定的东高西低形势下,乌山阻高、巴湖横槽和副高为连续暴雨产生提供了有利的环流背景条件。低空急流、切变是暴雨产生的主要影响系统。暴雨系统的动力和能量空间结构与盛夏暴雨相比有明显差异:涡度、垂直速度中心随高度升高向北倾斜明显;涡度、散度中心绝对值及垂直速度的数值偏小;降雨强度偏弱,持续时间长,具有中-α尺度系统特征。在暴雨过程中,共有2个中-α尺度系统生成发展,每个中-α尺度系统都是由多个中-β尺度系统发展加强、有规律移动、最后合并生成。     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

一次强降水过程涡旋状MCS结构特征及成因初步分析

利用新一代天气雷达资料分析了造成2011年6月18日湖北省江汉平原强降水涡旋状中尺度对流系统(MCS)发生发展过程的结构特征,联合常规观测、地面加密观测及雷达四维变分风场反演资料初步研究了MCS可能成因。结果表明:(1)成熟阶段的强降水涡旋状MCS回波表现为气旋性弯曲的多条螺旋对流回波带、周围被大片层状云回波所包裹的结构特征,后期因冷空气侵入演变出冷暖锋式结构。回波合并和旋转式列车效应是产生强降水的主要运动特征。(2)涡旋状MCS是在有利环境场下,主要由鄂西山地一江汉平原过渡带边界层中尺度涡旋系统强烈发展组织的结果。(3)中尺度涡旋系统形成发展与地面暖倒槽发展、西南低涡前侧降水和特殊地形作用有密切关系,来自不同方向气流形成的强烈辐合是其前期形成发展的主要机制,后期发展可能与潜热释放有关,涡旋环流向上发展到700 hPa。     

闽北汛期强降水中尺度特征分析

为揭示闽北暴雨的中尺度规律,利用1980~2005年南平市10县(市、区)气象站5~6月雨量大于等于50mm达到或超过3个站的43个暴雨过程129个暴雨日的逐时降水自记资料,分析了汛期暴雨日雨团和强雨团的时空分布、强度及持续时间、移动规律、雨团与影响系统的关系以及地形对雨团的产生、分布、移动等的影响等,得出闽北汛期强降水的中尺度若干特征,其结论可为预报人员在业务实践中提供有益的参考。     

一次飑线过程中龙卷及飑锋生成的中尺度分析

对1983年9月4日发生在陕西中部一次灾害性强风暴过程的天气形势、雷达回波、卫星云图、地面中尺度风场资料及灾情进行了综合分析研究,结果表明:此次灾害性强风暴是一次龙卷过程;龙卷出现在冷锋飑线带状回波尾部,呈典型的弓状回波（环状回波）;在卫星云图上表现为南北云系交绥处发展旺盛的中尺度涡旋云团,呈新月状;龙卷发生在地面“人”字形辐合线交点后部强西北风中;龙卷是由地面两条冷锋的共同作用造成的;飑锋回波出现在龙卷雷暴后部,表现为两条平行的线状回波,与经典理论有不同之处。     

一次暴雨过程受不同系统影响的动力热力场结构特征

本文使用常规观测资料、卫星云图、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对出现在东北地区北部受不同系统影响的连续2d暴雨过程的热力和动力场结构特征展开研究。结果表明:24日为暖锋锋生暴雨,暴雨范围大;25日为台风暴雨,暴雨出现在台风移动路径上,为狭长带状。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,台风倒槽内的MCS强度比暖锋云系内的MCS弱,但是降水强度却更大。台风安比携带大量暖湿空气,其东侧的低空急流向北输送热量和水汽,水汽辐合集中在边界层内,台风暴雨的水汽辐合强度比暖锋暴雨更强烈,所造成的雨强更大。暖锋暴雨期间,小兴安岭迎风坡地形的辐合抬升作用明显;高层强辐散及地形辐合抬升作用对暴雨有较大贡献。台风暴雨期间,低空辐合,特别是水汽辐合作用对暴雨有较大贡献;辐合区位于台风倒槽附近,倒槽表现为冷锋性质。     

一次阻塞形势下的内蒙古暴雨过程特征分析

利用常规气象观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、FY-2E逐时云顶亮温(TBB)资料和1 h降水资料,对2012年7月24 31日内蒙古全区性暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)此次暴雨天气过程发生在南亚高压东伸、贝加尔湖阻塞形势稳定和西太平洋副热带高压位置偏北的大尺度环流背景条件下。(2)地面辐合以及700 h Pa切变和涡旋是暴雨发生的影响系统,中尺度对流系统(MCS)是暴雨过程中短时强降水的直接制造者,中尺度雨团出现在MCS边缘TBB梯度最大处冷空气一侧。(3)暴雨发生时南海季风涌活跃,为暴雨的发生提供了充沛水汽条件,暴雨发生前对流层低层存在大量不稳定能量,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧相叠置耦合,以及地形的强迫动力抬升机制,触发了暴雨天气。(4)内蒙古西部地区水汽输送条件较差是该地区较少发生暴雨的主要原因。     

用雷达观测资料改进MM5初始场的初步试验研究

采用同时调整热力学和动力学变量，并考虑湿度与温度的变化相协调的初始化方法，引进雷达资料改善MM5模式的初始场。试验结果表明：经过优化处理的初始场，显著提高了模式对降水特别是甚短时(0～6h)降水的落区和量的预报准确率。其中调整热力学变量对改进降水落区预报比动力学变量的调整更为重要。     

集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验

利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能.结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值.单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确.同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果.协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好.雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果.EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感.初始集合对同化分析有较大影响.EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径.同化对模式误差较敏感.利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构.结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的.中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区.