河北中南部一次大暴雨个例的成因诊断

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料,分析了一次河北中南部罕见短时特大暴雨的环流背景,计算了暴雨发生过程的干位涡、湿位涡值以及暴雨区域垂直螺旋度的大小.然后利用这些物理量从动力、热力学方面对河北暴雨进行综合分析.结果发现:500 hPa干位涡正压项能较好地表征冷空气和辐合区的强度和移动方向,斜压项负值由小到大引发降水强度的增加,斜压项负值的减小预示着降水的减弱.在此暴雨个例中,强对流发生区域与湿位涡异常的移动方向有较好的相关性,强对流出现在湿位涡移动方向前部的等值线密集区,且短时暴雨靠近零线一侧.正MPV1异常与负MPV2异常相叠置区域,即大气对流稳定时,因垂直涡度得到发展,激发出强对流.低层螺旋度正值中心的出现并增大,预示着强对流的发生,同一经度相邻正负螺旋度中心的存在有利于正螺旋度区域暴雨强度的增大.     

THE EFFECTIVENESS OF GENETIC ALGORITHM IN CAPTURING CONDITIONAL NONLINEAR OPTIMAL PERTURBATION WITH PARAMETERIZATION “ON-OFF” SWITCHES INCLUDED BY A MODEL

In the typhoon adaptive observation based on conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), the ‘on-off’ switch caused by moist physical parameterization in prediction models prevents the conventional adjoint method from providing correct gradient during the optimization process. To address this problem, the capture of CNOP, when the “on-off” switches are included in models, is treated as non-smooth optimization in this study, and the genetic algorithm (GA) is introduced. After detailed algorithm procedures are formulated using an idealized model with parameterization “on-off” switches in the forcing term, the impacts of “on-off” switches on the capture of CNOP are analyzed, and three numerical experiments are conducted to check the effectiveness of GA in capturing CNOP and to analyze the impacts of different initial populations on the optimization result. The result shows that GA is competent for the capture of CNOP in the context of the idealized model with parameterization ‘on-off’ switches in this study. Finally, the advantages and disadvantages of GA in capturing CNOP are analyzed in detail.     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

一次春季冷锋过境引起的大风天气分析

利用常规探测资料、地面加密观测资料及NCEP再分析资料,对2009年4月15日新乡罕见大风天气的天气形势及物理量场特征进行了诊断分析。结果表明:西伯利亚强冷空气南下与华北低压发展共同造成的强气压梯度、高低空强的冷平流是造成此次强风的主要原因;地面冷锋前的上升运动与高空急流入口区次级环流上升气流的叠加,为深对流发展提供了深厚的垂直环流发展条件;高空西风急流配合适合的垂直环流,产生动量下传,是超出一般强度的冷空气大风产生的原因;ECMWF和T639数值预报产品均成功地预报出了此次强风过程。     

对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析

利用中尺度模式WRF对台风卡努模拟所输出的高分辨率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制.结果表明:等熵面位涡图的分析清楚地揭示了台风低压及周边环境的位涡演变特征.暴雨区落在低层等熵面位涡高值中心的东北侧,或者在高层等熵面位涡高值中心右侧最大位涡梯度处;等位温面向正位涡异常中心收拢,高层的高位涡值下传,高位涡的干冷空气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升,这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增幅;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次台风暴雨发展与维持的重要机制,暴雨区内中尺度系统的发展符合倾斜涡度发展理论.     

2006年8月海河流域暴雨过程的成因分析

在当前气候日趋变暖的大背景下,极端天气事件频发,为了认识暴雨的形成机理,提高海河流域暴雨的预报能力,利用NCEP 1°×1°的6小时再分析资料和常规观测资料以及FY-2C卫星云图资料,对2006年8月25-26日海河流域的暴雨过程,尤其是河北东部的大暴雨进行了天气学诊断分析.分析结果表明,暴雨是产生在前期大气对流不稳定区域里,25日20时到26日02时6小时雨量超过20mm的站点基本分布在对流层中低层湿位涡的负值区内,低空急流为暴雨区输送大量的不稳定能量、热量以及动量,为暴雨的产生提供了充足的能量条件和水汽条件;流域东部的大暴雨区处在正螺旋度大值中心以西地区,暴雨区上空有较强的旋转上升气流;暴雨期间中低层辐合、高层辐散,高层辐散强于中低层辐合的抽吸作用,有利于加强低层辐合和对流上升运动,为大暴雨的产生提供了动力条件;对流层中高层的水汽对强降水云团的发展起了重要作用.     

西藏地区近几十年的增湿效应研究

利用1955-2000年西藏6个地面观测站的46年连续观测资料,分析了近几十年西藏自治区部分地区气温、降水及水汽压变化特征,并利用第二类热成风螺旋度解释气温与降水的关系.结果表明:西藏近几十年平均气温呈显著的上升趋势,尤其是20世纪90年代以来更为显著(10年上升了0.32℃);全区降水量也有增多趋势;1955-1964年西藏地区气温升高时,第二类热成风螺旋度上升,导致降水量同时增多.1965-1981年气温、降水和第二类热成风螺旋度的变化幅度均较小.1982～2000年气温显著上升时,第二类热成风螺旋度上升,引起湿旋转作用加强,温度扰动加强,从而进一步加速大气中的水汽凝结,形成更多的降水;与此同时,地面蒸发量却减少,导致地表水增加,引发更多的地质灾害,造成更大的经济损失.     

2006年6月6—7日福建特大暴雨数值模拟和诊断分析

采用PSU／NCAR等共同研制的新一代细网格WRF（WeatherResearchandForecasting）中尺度数值模式,对2006年6月6-7日福建地区出现的一次特大暴雨过程进行了数值模拟,并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析。结果表明,中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次强降雨爆发的重要机制。暴雨区域850hPaθse场呈现典型的“Ω”型,高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。暴雨中心位于最大垂直速度中心附近,暴雨区两侧存在垂直的次级环流,对流层中低层负湿位涡区、高层正湿位涡区的配置有利于造成较强烈的中尺度上升运动。     

一次东风波及其诱生低涡的螺旋度特征分析

利用美国国家环境预报中心NCEP 1°×1°再分析资料,详细阐述了2001年8月3～4日浙南闽北的东风波暴雨过程的螺旋度的计算方法,并根据螺旋度（Helicity）和Q矢量（Q vector divergence）分析了过程中的暴雨演变以及雁荡山脉诱生中尺度低涡发生发展的原因。同时,利用中尺度有限区域模式MM5V2对该东风波诱生中尺度低涡进行模拟。结果表明:螺旋度大值中心强度和位置的演变较好地反映了暴雨落区和中尺度低涡的诱生、移动,螺旋度的时空演变对暴雨发生有一定的预示意义,螺旋度计算较中尺度模式诱生低涡的初生位置、路径预报准确率高,两者集成可以提高诱生低涡的预报准确率。同时,螺旋度梯度大值区和Q矢量散度梯度大值区叠加区的时空演变对暴雨发生、 诱生低涡的初生位置预示准确,说明该叠加区对降水和系统的诊断能力强,具有很好的指示意义。     

齐齐哈尔一次暴雨的螺旋度诊断分析

本文利用NCEP再分析资料和实测资料对2009年8月19-20日齐齐哈尔暴雨过程进行垂直螺旋度诊断分析,分别对垂直螺旋度水平分布和垂直分布特征进行分析,求出垂直螺旋度在预报暴雨中的贡献。结果表明:根据垂直螺旋度的水平分布特征,可以预报暴雨移动方向和影响区域;螺旋度的垂直分布可以表明气旋发展和降水强度不同阶段。