一次强对流降水及雨水蒸发对其影响的数值研究

基于中尺度数值模式(WRF v3.4),对发生在湖北省红安地区的一次强对流降水天气过程进行了数值模拟。结果表明,此次强对流天气是在水汽充足,高层辐散、低层辐合以及不稳定能量较大的条件下发生发展的。模式模拟得到的地面累积降水和雷达反射率因子与实况相符,云下雨水蒸发过程显著。进行敏感性试验,将雨水蒸发率分别降至1/2、1/4以及完全关闭后,雷达回波强度减弱,对流演变特征发生变化。蒸发过程的减弱使得降水始发阶段以及后期消散阶段的降水强度增强,在对流旺盛阶段降水强度减弱。同时雨水蒸发过程减弱导致云中上升气流减弱,冰雪晶及霰粒子含水量极大值减小、极大值所在高度降低。可见,雨水蒸发对对流云团动力、热力结构及云微物理结构以及云物理过程均有一定程度的影响。     

Convective/Large-scale Rainfall Partitions of Tropical Heavy Precipitation in CMIP6 Atmospheric Models

Convective/large-scale(C/L) precipitation partitions are crucial for achieving realistic rainfall modeling and are classified in 16 phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project(CMIP6) atmospheric models. Only 4 models capture the feature that convective rainfall significantly exceeds the large-scale rainfall component in the tropics while the other 12 models show 50%–100% large-scale rainfall component in heavy rainfall. Increased horizontal resolution generally increases the convective rainfall percentage, but not in all models. The former 4 models can realistically reproduce two peaks of moisture vertical distribution, respectively located in the upper and the lower troposphere. In contrast, the latter 12 models correspond to three types of moisture vertical profile biases:(1) whole mid-to-lower tropospheric wet biases(60%–80% large-scale rainfall);(2) mid-tropospheric wet peak(50% convective/large-scale rainfall); and(3) lower-tropospheric wet peak(90%–100% large-scale rainfall). And the associated vertical distribution of unique clouds potentially causes different climate feedback, suggesting accurate C/L rainfall components are necessary to reliable climate projection.     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

昭苏夏季层状云和对流云降水的雨滴谱特征

利用2020—2021年昭苏地区夏季的雨滴谱数据,研究层状云和对流云降水的微物理参量及雨滴谱特征。结果表明：对流云降水的粒子数浓度和粒子直径明显偏大,较大的粒子直径和粒子数浓度使得其降水强度和液态含水量远大于层状云降水。两类降水云的雨滴谱均为单峰结构,峰值直径主要分布在0.5～0.625 mm,对流云降水的雨滴谱谱宽明显大于层状云降水。两类降水云的雨滴直径和粒子数浓度与青藏高原中部的观测值相近,且昭苏地区的对流云滴谱更倾向于大陆性对流簇。研究结果有助于加深对昭苏地区降水的微物理特征及其演变规律的理解。     

基于地面短波辐射观测资料计算淡积云的辐射强迫及水平尺度方法研究

本文根据不同类型云影响地面短波辐射的差异,提出利用地面短波总辐射变化检测识别淡积云以及计算淡积云水平尺度的方法,并对该算法进行误差分析,统计内蒙古草原地区夏季淡积云的水平尺度及其辐射强迫。结果表明:淡积云检测方法能比较好地识别、筛选出淡积云天。淡积云水平尺度和淡积云所在高度的风速成正比,风速测量的准确性直接影响淡积云水平尺度估算准确性;淡积云水平与垂直尺度比对计算淡积云水平尺度影响最大;云移动经过遮挡太阳直射辐射的时段内,太阳天顶角变化的影响可以忽略不计。内蒙古草原地区夏季淡积云短波辐射强迫小时平均为-134.1 W m-2,水平尺度平均值为1129 m,水平尺度的概率密度呈幂指数分布。     

相似天气背景下深圳两次前汛期降水过程对比分析

在高空槽和低层切变线配合的相似环流背景下,2019年4月11日深圳出现短时暴雨(简称"2019年过程"),2020年4月11日以稳定性弱降水为主(简称"2020年过程"),利用ERA5再分析数据等对深圳这两次前汛期降水过程进行了对比分析.结果表明,2019年过程,温湿层结等对流条件和高空辐散条件较好,低空辐合动力条件相...     

庐山地区层状云和对流云降水特征对比分析

根据Parsivel激光雨滴谱仪在庐山高海拔观测场获取的2011年降水资料,结合宏观特征量、雨滴谱资料和雷达图像资料,将降水划分为对流云降水和层状云降水,选取了12次典型降水过程。对两类云降水的6种特征直径、各档雨滴对降水参量的贡献、降水微物理参量的演变等进行了分析,并利用M-P分布和Gamma分布对两类云降水雨滴谱进行拟合,对拟合参数以及拟合效果进行了分析。结果表明：两类云降水微物理特征有着本质的区别,层状云降水谱宽相对较窄,参量随时间变化比较平缓,直径不超过1 mm的小滴对降水贡献最大;对流云降水谱宽相对较宽,出现了直径接近10 mm的大滴,参量起伏较大,对数密度贡献很小的大滴对雨强、含水量贡献却比较大。从拟合效果检验来看,层状云降水拟合时的M-P曲线在大部分区段比Gamma曲线更接近实测雨滴谱曲线;对流云降水拟合时的Gamma分布曲线与实际雨滴谱分布曲线整体吻合程度较高。M-P分布和Gamma分布两种拟合方法都适用于层状云降水,对流云降水雨滴谱拟合时Gamma拟合效果优于M-P拟合效果。     

一类华南锋前暖区暴雨β中尺度系统环境特征的分析研究

对2005年6月一次引发珠江(西江)流域致洪暴雨的环流特征和影响系统,尤其是β中尺度系统的环境场进行了研究.这次暴雨具有明显的多尺度特征,涉及到季风的活动、边界层的影响、地形的动力作用等.得到如下结果:(1)南海季风爆发推迟而后持续影响华南,西风带急流以及副热带高压位置均明显偏南,且副高脊线稳定维持在18°N左右,为6月中下旬暴雨在华南地区持续发生提供了稳定的大尺度环流条件.(2)这是一类华南前汛期锋前暖区暴雨.在该时段,华南地区始终维持一条近于东西向的准静止锋,这在卫星云图上清晰可见. 锋生函数的计算结果表明,弱冷空气的作用明显.经向剖面分析揭示出: 锋前有明显的上升运动区存在,非常有利于中尺度对流的发生发展.北方的弱冷空气与副高西北的暖湿气流之间存在明显的中低纬度系统的相互作用.(3)低空偏南气流的风速辐合场,在925 hPa层上最明显.表明在这次华南暴雨过程中行星边界层有很重要的作用.不但从中南半岛和南中国海输送了大量水汽至暴雨区,而且其前方的风速强辐合区,对于对流的启动很有帮助.就启动机制而言,该风速辐合区可能与1998年华南暴雨的风向辐合区有一些差异.(4)南岭山脉的喇叭口地形,对偏南暖湿气流有明显的辐合抬升作用,使垂直运动进一步增强,有利于暴雨的发生.华南(尤其是西江流域)的特殊地形是持续性暴雨产生的重要条件之一.(5)中尺度对流雨团是这次致洪暴雨的直接影响系统.至少有4个β中尺度雨团(A、B、C、D)在西江流域发生发展.上述雨团A 和雨团D分别出现于桂林和梧州等测站附近.该研究集中对中尺度雨团A、D的环境特征作了分析.低空风速辐合中心反复向暴雨区"冲击",暴雨区对流有效位能一次次积累、释放,而又重建.在这种环境下,中尺度对流系统与强降雨云团,此起彼伏,频繁发生.加之对流雨团受环境流场影响 "追随" 洪峰向下游移动,使暴雨和洪水 "叠加" 或 "遭遇",加重了洪涝灾害的影响.     

一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP/NCAR再分析资料,对安徽省一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的环流背景、内部结构及其演变进行了系统分析。结果表明:1)低层台风外围偏东气流的输送使得暴雨区增温增湿,进而增强中纬度大气的不稳定度;西风槽前的上升运动有利于暴雨区低层辐合的加强和垂直运动的发展维持。2)强降水过程主要由两个β中尺度对流系统造成,在暴雨区上空β中尺度对流系统的新生维持是强降水维持较长时间的重要原因。3)雷达回波和地面要素场上,强降水表现为两个β中尺度的对流系统的生成发展,中尺度对流系统锋生的原因虽各有不同,但对流的发展与地面中尺度辐合线和加强的中尺度低压有关。γ中尺度的强对流单体是造成局地降水峰值的直接原因。4)两段强降水的出现都表现出中纬度系统和台风外围气流的相互作用,低层冷空气的触发以及西风槽前暖湿气流的加强都会使降水有明显的增幅。5)雷达速度场上,β中尺度对流系统的加强和低层暖湿气流的加强紧密相关。γ中尺度对流系统的生成则是由速度场上小尺度的风速辐合造成。     

基于天气形势分型的珠江三角洲强对流潜势预报方法

珠江三角洲出现强对流的机制有多种情况,不同天气形势下引起的强对流,其出现时各项强对流指数必然存在一定的差异。本文对强对流的触发机制进行天气形势分型(冷空气影响触发、西南暖湿气流触发、后汛期副高边缘影响,台风影响等),利用广州热带海洋研究所中尺度模式GRAPES的输出资料,计算出不同天气形势下强对流发生前1h当地各层的涉及水汽条件、不稳定能量、动力条件等强对流指数,对强对流指数阈值进行选取和验证,统计出珠江三角洲不同天气形势下短时强降水和雷雨大风出现时的强对流指数阈值,并建立相应的潜势预报系统,分别通过一次典型的雷雨大风和一次短时强降水天气过程验证,表明该系统提供的强对流分型潜势预报概率产品可以较好的指示出强对流发生的时间和位置以及强对流出现的类型,预报与实况观测比较一致。