黄土高原低值对流有效位能区中β尺度大暴雨综合分析

为了提高对黄土高原中β尺度暴雨的预报和预警能力,利用中国气象局气象资料综合处理MICAPS系统提供的资料及多普勒雷达资料,对2007年8月28日黄土高原在低值对流有效位能区发生的一次中β尺度暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析以及三维流场结构分析。结果表明:这次黄土高原中β尺度大暴雨主要是由3次中β尺度强对流单体活动造成的;地面风速脉动、地面能量比高值舌配合上下游能量比大梯度区的生成,是中β尺度暴雨触发机制之一;对流层低层倾斜涡度的发展、纬向双次级环流圈的形成,为暴雨的发生、发展和维持提供了动力机制;列车效应是形成降水时间长、累积雨量大的重要因素;在多普勒雷达径向速度场上看到,暴雨区上游从对流层中层到对流层高层气旋性环流的发展和暴雨区对流层中高层西南急流的发展和稳定,也是形成暴雨的动力机制之一。     

台风海棠远距离暴雨中尺度系统特征

利用常规探空、加密地面资料、卫星云图和新一代天气雷达产品资料,对2005年7月22日台风海棠倒槽形成的大暴雨天气进行诊断分析。结果表明:(1)台风北伸倒槽与西风带弱冷空气结合造成了这次大暴雨过程,是典型的中低纬系统相互作用过程。(2)倒槽东侧东南低空急流从低纬海上为大暴雨区输送了丰富的热量和水汽,同时,在它的左前方成为强中尺度对流系统发生的源地。(3)高层反气旋的增强,加强了高空的抽气效应,使辐合上升加强,暴雨增幅。(4)卫星云图上,团状的、密实的强中β尺度对流系统的形成和维持是造成短时强暴雨的直接原因。(5)多普勒雷达反射率因子场上,多条中尺度回波带的汇合使回波增强,暴雨增幅。(6)暴雨发生期间,多普勒雷达径向速度场表现明显的水平风场的非均匀性,表现为中低层大范围强辐合风场;风向的垂直方向不连续性,主要表现在风的垂直切变大,风的垂直切变可以为对流云的发展提供动能,有利于大雷暴云的发展和暴雨的形成;逆风区多次出现在风速较大的入流区中并做气旋性旋转北上与正速度区合并,逆风区附近及所经途中出现强回波,暴雨增幅。     

雷达拼图资料上中尺度对流系统的跟踪与预报

在中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,MCSs)自动识别基础上,利用相关法跟踪雷达回波(Tracking Radar Echoes by Cross-correlation,TREC)和面积重叠法完成新的跟踪预报方法.新方法利用TREC得到MCSs移动矢量,利用该矢量外推对应MCSs雷达回波.根据外推回波与相应回波实况,采用面积重叠法完成跟踪,同时利用移动矢量完成预报.采用4次强天气过程对算法进行检验,分析结果表明:(1)新方法能够有效实现MCSs跟踪与预报;(2)新方法得到MCSs移动速度相对稳定,不因为系统合并、分裂和生消出现速度大幅度波动现象,有效减小预报误差,6～60 min预报误差相对于原方法减小20％以上;(3)新方法虽然能提取得到较为稳定的系统移动速度,但不能得到系统的传播速度.原方法能得到系统的移动速度和传播速度合成,但提取速度不稳定,容易受到质心偏移的影响,预报误差较大.新方法在系统消亡期提取移动速度不稳定,导致跟踪丢失现象的发生,而原方法在系统合并与分裂时易出现跟踪丢失现象.     

一次MCS的尺度分离动能分析

利用尺度分离动能方法对１９９４年６月１１日０９ＵＴＣ－１２日１０ＵＴＣ影响湖南省的一次ＭＣＳ进行了研究，结果表明：１．大尺度运动中非地转风以及两种尺度间风场与气压的相互作用产生的动能，是这次ＭＣＳ的主要能源；２．中尺度动能以及两种尺度风场相互作物 动勇，随ＭＣＳ发展而增加；３．在ＭＣＳ的整个发展阶段，高层的总体动能锐减。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

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.     

一次对流性强降雨过程的雷达特征分析

采用新一代多普勒雷达探测资料和自动站雨量资料,针对2008年9月22~23日夜间四川省北川附近的强降雨天气过程,基于反射率因子、液态水含量、体扫雨量等资料,对四川盆地内对流性强降雨天气的雷达回波特征进行了深入分析,分析表明,①四川盆地内对流性强降雨天气的强风暴单体具有前倾、低质心、悬垂结构等特征,且引起强降雨的强对流风暴移动缓慢。②低仰角反射率因子强度与雨强有较好对应关系,2.4~6.0度仰角的回波强度越强,降雨强度也就越强,当2.4度仰角的回波强度超过50dbz时,将出现雨强>1mm/分钟的短时强降雨。③四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴在其生消过程中有一个回波强度质心下移的过程,而当6.0度仰角的回波强度下降迅速时,降雨强度也相应地趋于减弱。④四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴雷达回波特征有较明显的跃增现象,当低仰角的回波强度增率≥14dbz/体扫,垂直液态水含量增率≥10 kg/m2时,20~30分钟后强降雨产生,可作为短时强降雨预警指标。      

华南中尺度暴雨数值预报的不确定性与集合预报试验

利用非静力MM5模式,分析了不同积云对流参数化方案对华南暖区暴雨数值预报的不确定性影响,进行了中尺度暴雨模式扰动集合预报试验。不同对流参数化方案的对流凝结加热引起不同的局地温度扰动,通过大气内部的热力动力过程,导致垂直速度的差异,进而影响网格尺度和次网格尺度降水时间、地点和强度。后续降水再通过凝结潜热释放形成新的扰动源。不同积云对流参数化方案还可引起扰动源能量传播方式不同,最终使模拟大气的动力和热力结构有差异。针对物理过程的不确定性,使用两种模式扰动方法构造集合预报扰动模式,第一种方法是随机组合不同积云对流参数化方案和边界层方案,第二种方法是扰动Grell积云对流参数化方案中主要参数振幅。集合预报结果表明,第一种方法的集合预报效果优于第二种方法,仅扰动参数振幅值似乎还不足以反映华南暴雨预报的不确定性。单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定,集合产品能给华南暴雨过程提供更有用价值的指导预报,具有较高的应用价值。     

基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

Comparative Analysis on MCC and Cloud Clusters of General Rainstorm during ＇0811＇ Rainstorm Process

利用T6391°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温（TBB）、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程（即“0811”暴雨过程）中的中尺度对流复合体（MCC）和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,（1）山西北部暴雨带主要由6个J8中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。（2）山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。（3）在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流人口区的右侧。（4）MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。（5）山西南部MCC影响区和5880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。（6）山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对“0811”暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。