Verification and Assessment of Real-time Forecasts of Two Extreme Heavy Rain Events in Zhengzhou by Operational NWP Models

In the present study, the performances of the NWP models on two heavy rainfalls on 20 July and 22 August 2021 over Henan Province were investigated. The impacts of the water vapor transport to the extreme rainfall were further discussed. The results showed that the regional model system in the Guangzhou Meteorological Service generally showed high scores on the extreme rainfall over Henan. The maximum 24h accumulative rainfall by the 24h forecasts by the CMA-GD reached 556 mm over Henan Province. The 24-h and 48-h Threat Score (TS) of heavy rainfall reached 0.56 and 0.64. The comparisons of the Fraction Skill Score (FSS) verifications of the heavy rainfall by CMA-GD and CMA-TRAMS at the radium of 40km reached 0.96 and 0.87. The water vapor transport to the extreme rainfall showed that the vertically integrated water vapor transport (IVT) of the whole layer before the occurrence of the heavy rainfall exhibited a double-eyes distribution in case 7 · 20. The north eye over Henan reached the same magnitude of IVT as the typhoon eye (Cempaka) over south China. The IVT over the lower troposphere (<500 hPa) showed an overwhelming magnitude than the upper level, especially in the planetary boundary layer (<700 hPa). More practical technical needs to be developed to improve its performances on the forecasting of extreme rainfall, as well as more experiments need to be conducted to examine the effects of the specific terrain and physical schemes on the extreme rainfall.     

袭击湛江市热带气旋的谱分析

利用近３５ａ登陆湛江市热带旋的年频数和湛江市年平均气温两个时间序列,用连续功率谱和交叉谱方法,分析了袭击湛江市热带气旋的活动特点,提出了一些有意义的结论。     

2008年初中国南方低温雨雪冰冻事件的等熵位涡分析

利用等熵位涡理论对2008年初发生在我国南方的低温雨雪冰冻事件进行了诊断分析,结果表明,这次低温雨雪冰冻天气事件第一阶段的强冷空气主要来自新地岛以东洋面的平流层下部和对流层上部,从第二到第四阶段除了新地岛以东洋面外,还有来自北欧和拉普帖夫海、地中海的高位涡强冷空气补充。伴随着高层高位涡向南传播,高位涡气块在垂直方向强烈向下伸展、对流层顶动力异常,引起高位涡区气块旋转加强、正涡度增加及其前方低层正涡度的产生,而其后方,因绕高位涡中心气流沿等熵面下沉,地面高压迅速发展,低位涡气块则相反。过程期间,由于巴尔喀什湖高位涡中心和地中海高位涡主体(低涡)的存在和维持,孟加拉湾上空正相对涡度输送频繁,使得南支槽不断生消;而乌拉尔山低位涡带(高脊)和贝加尔湖高位涡中心(低涡)由于低、高位涡空气的不断注入,发生一次次的替换和发展,在引导冷空气持续南下与孟加拉湾北上的暖湿气流长时间在我国华南上空汇合的同时,还导致地面西伯利亚高压反复增强并分裂小高压数次南下,地面强冷空气不断补充,最终造成华南低温雨雪冰冻天气的长时间持续。     

广州地区雷暴过程云-地闪特征及其环境条件

应用雷电定位系统和高空观测资料并结合雷达回波资料, 对广州地区雷暴过程云-地闪特征进行分析, 并就有、无云-地闪出现的两组不同对流天气过程的环境条件进行了比较研究。结果表明:广州地区的雷暴过程以负的云-地闪为主, 负云-地闪所占比例在90%以上。云-地闪发生频率与雷暴系统强度演变有直接联系, 对于同一系统来说, 随着系统回波强度的增强, 云-地闪发生的频率也增高。但不同系统中, 云-地闪发生频率有很大不同, 回波强(弱)的对流系统并不意味着云-地闪发生的频率就高(低)。有云-地闪记录的对流天气过程具有更大的垂直切变、更高的相对风暴螺旋度以及更多的对流抑制能量, 云-地闪现象更易于出现在更加有组织和更强的对流系统中。研究还发现广州及周边城市区域对雷暴系统回波强度及云-地闪现象可能有影响, 两个典型个例分析表明, 雷暴系统移经城市区域时回波强度减弱, 云-地闪发生频率减小, 雷暴移过城市区域后, 强度可重新加强, 云-地闪发生频率增大。     

华南登陆台风降水不对称性及持续性问题

针对登陆华南台风降水及模式预报存在的突出问题,就当前关于登陆台风降水分布的不对称性及台风登陆后期持续性暴雨发生机理的研究状况进行回顾和分析,提出了需要深入研究的相关科学问题及模式预报技术改进的应对措施,为促进登陆华南台风暴雨预报工作和效果的不断改进提供参考。分析指出环境风场垂直切变、低层气团边界(如冷池边界)、干冷空气侵入、中尺度对流系统以及地形等是造成登陆华南台风降水不对称分布的重要影响因素。台风登陆后期华南发生的持续性暴雨往往与季风活动增强相关,活跃的西南季风为强降水中尺度对流系统(MCSs)发展提供有利条件,MCSs通过潜热加热反馈于大尺度环流,可使台风涡旋环流和西南季风得以维持并致使MCSs反复发生发展、暴雨持续。开展相关科学问题的深入研究,有针对性地考察评估目前模式的预报性能并提出有效改进方案,是进一步提高模式预报效果的重要途径。     

IMPROVED FORECASTING OF COLD AIR OUTBREAKS OVER SOUTHERN CHINA THROUGH OROGRAPHIC GRAVITY WAVE DRAG PARAMETERIZATION

The parameterization of gravity wave drag induced by sub-grid scale orography(GWDO), which has been used in the regional model based on the Global/Regional Assimilation and Prediction System for Tropical Mesoscale Model(GRAPES_TMM), is extended to include the effect of mountain flow blocking drag(MBD). The extended scheme is evaluated against non-GWDO parameterization, including a cold air outbreak over southern China and a monthly verification in February 2012. The experiment results show that the GWDO and MBD parameterization both improves the forecasting of the cold air outbreaks over southern China, as well as alleviations of system bias of GRAPES_TMM.(1) The extended scheme alleviates the strong southerly wind and high surface temperature simulation during the cold air outbreak, especially over northern Guangxi and Guangdong(NGG) province, where local high surface temperature simulation reduces nearly 5 degree.(2) The MBD parameterization improves southerly wind simulations over NGG, as well as surface temperature forecasts improvement over Guangxi, Guizhou province and southern Yunnan-Guizhou plateau(YUP), and low level southerly wind simulation improvement over intertidal zone over south China.(3) The formation of MBD is mainly in the mountain area(Wuyi, Daba mountain, east of YUP) and coastal area. The MBD over plateau, which is mainly formed at the west of 105°E, is stronger and thicker than that over Nanling mountain.(4) The improvement of GWDO and MBD parameterization is stable in model physics. MBD parameterization demonstrates more overall improvements in the forecasts than GWDO, and the larger of the model forecast error is, the greater improvements of MBD contribute to. Overall, the extended GWDO scheme successfully improves the simulations of meteorological elements forecasting during cold air outbreaks.     

WRF耦合城市冠层模式对珠三角城市群天气模拟影响的评估

基于是否耦合有城市冠层模式的3个对比试验(无城市冠层模式:W-NUR;单层冠层模式:W-UCM;多层冠层模式:W-BEP),应用WRF模式模拟了珠江三角洲(简称珠三角)地区发生于2011年6月21日午后的一次强降水过程,发现W-UCM、W-BEP试验模拟结果均优于W-NUR试验,但降水落区与实际观测相比仍有差异。为此应用前期10天(2011年6月11—20日)的模拟结果,通过对珠三角城市群6个站点基本气象要素模拟效果的评估,重点考察了W-NUR及W-UCM试验结果的差异,并对模拟降水存在差异形成的原因进行分析。评估结果表明:无论是W-NUR还是W-UCM,模拟的10 m高度风速普遍偏强,其中W-NUR模拟的平均风速与观测对比偏强1.61 m/s,W-UCM偏强1.58 m/s;W-NUR模拟的2 m高度温度及温度露点差均较观测偏低,温度平均偏差为-1.28 ℃,温度露点差平均偏差达-1.39 ℃,而W-UCM模拟的温度及温度露点差较观测偏高,温度平均偏差略高0.14 ℃,温度露点差平均偏差1.12 ℃。平均偏差及均方根误差分析反映出,温度模拟的误差最小,其次为温度露点差,风速误差最大,而且模拟温度和温度露点差与观测相关性更好,相关系数分别达到了0.60和0.50以上,通过0.001显著性水平检验,而风速的相关性则相对较弱。总体来看,尽管耦合冠层模式后WRF对地面气象要素的预报有所改善,但模拟的10 m高度风速仍然偏强。就21日强降水过程的模拟来说,由于偏北风偏强造成了切变线南压,可能是模拟降水落区偏南的一个原因。      

华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究,主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的“可维持性”条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

西太平洋副热带高压强度和位置的气候特征

利用45年西太平洋副热带高压5个特征指数的月平均资料,对副高强度和位置变化的气候特征进行了诊断研究.结果表明,副高的强度在一年中出现两次峰值,第一次出现在6月,第二次在9月.在45年里,副高强度有明显加强,副高位置有南落西移的趋势.副高强度存在3～4 年、10～13 年的振荡周期,10～13年的周期振荡在1950、1960、1970年代占主要地位,3～4年的周期振荡在1980、1990年代占主要地位.副高在1978年附近发生气候突变,副高强度由负距平为主转为正距平为主,而脊线位置正好相反.     

meso-SAS对流参数化方案的改进及其在9 km分辨率模式中的应用

在分辨率为9 km的华南中尺度模式中引进meso-SAS方案,结合一次季风槽内的华南暖区暴雨天气过程,对原meso-SAS方案中存在的一些问题进行了分析和改进。利用高分辨率模式对积云覆盖比进行诊断,结果表明在9 km网格中积云覆盖比已经不能再忽略不计,因此meso-SAS要比SAS方案更加适用于该模式。原meso-SAS方案中估算的积云覆盖比大致合理,但是分布很不连续,容易导致计算不稳定,通过格点平均垂直速度估算积云覆盖比可以避免出现这个问题。对于受大尺度强迫场影响不是很明显的局地性强降水过程,原meso-SAS方案中使用的“准平衡”闭合假设会引起比较大的降水预报偏差,使用不稳定能量的松弛调整进行闭合可以有效地改善降水预报效果。