长江下游一次大暴雨的中尺度模拟分析

运用中尺度数值模式（MM5V3.6）对2004年6月25日长江下游地区一次大暴雨天气过程进行了数值模拟,结合天气形势和卫星云图对此次过程进行了分析.结果表明：在东北冷涡和西太平洋副热带高压两大天气尺度系统的作用下,西南低空急流的再次加强和中低层切变线共同作用是此次大暴雨过程的主要原因.螺旋度分析表明,在不均匀的强上升气流的作用下,涡旋的水平分量向垂直分量转化是此次强降水的可能机制之一.     

季风低压诱发2018年8月广东特大暴雨过程分析

利用NCEP/FNL再分析资料和中尺度数值模拟方法探讨2018年8月27日—9月1日季风低压环境下广东特大暴雨过程的形成成因。利用扰动天气图方法分析发现,季风低压和西南急流为此次广东暴雨过程提供了有利的水汽条件和能量条件。熵变零线位置与降水落区位置有较好的对应,零线处能量有最大累积,有利于暴雨的发生发展,对预报暴雨降水落区有一定的指示意义。为进一步验证季风低压的影响机制,构建不同季风低压尺度的敏感性试验,即通过滤去季风低压环流中的扰动分量来改变季风低压的强度。结果表明：暴雨强度与季风低压尺度和强度存在密切的关系。当季风低压强度较强时,暴雨过程总雨量强;当季风低压强度较弱时,降水大为减少甚至无降水。诊断分析指出,能量螺旋度指数能够较好反映出不同情形下降水发生发展,在季风低压背景下,暴雨区能量螺旋度指数较大,降水强度较强。反之,随着季风低压强度减弱,能量螺旋度指数减小,降水减弱。     

东风波诱生低涡发生发展的螺旋度演变特征分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料对2001年8月3~4日浙南闽北的东风波暴雨过程,根据螺旋度(Helicity)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得出诱生低涡初生位置、路径预报准确率高,二者集成可以提高诱生低涡的预报准确率。     

基于对流可分辨集合预报的阜宁龙卷概率预报研究

本文针对2016年6月23日江苏阜宁龙卷,设计了两组对流可分辨尺度集合预报:一组以ERA5再分析资料为初始和侧边界(CEFS_ERA5);另一组以NCEP GEFS为初始和侧边界(CEFS_GEFS),评估了两组试验对此次龙卷的预报能力。结果显示:两组对流尺度集合预报均有约半数以上成员能够再现龙卷超级单体的特征;2~5 km上升螺旋度(UH25)对本次龙卷超级单体有较好的预报指示意义。在上述分析的基础上,考虑位置预报偏差,提出了一种基于UH25的邻域龙卷概率预报产品,分析了龙卷概率预报技巧对关键参数邻域半径和UH25阈值的敏感性,CEFS_ERA5邻域半径取15个格点,UH25阈值取250 m²·s^-2最优;而CEFS_GEFS邻域半径取15个格点,UH25阈值取100 m²·s^-2最优。总的来说,邻域概率预报产品显著提升了对此次龙卷概率预报水平。     

长江与嘉陵江交汇区水流结构的数值模拟

针对天然河流交汇区域复杂的地形条件及水流运动特性,采用水气两相流三维数值模型,对长江与嘉陵江交汇区水流运动进行深入研究,分析了交汇区域分离区、剪切层、流速场及螺旋度的变化特性。研究结果表明:长江与嘉陵江交汇的水流分离区形状受地形影响明显,随着水位的增加向右岸移动,剪切层整体呈一个扭曲的曲面;干支流原有的环流在交汇之后重新汇合,左岸未出现明显的环流,右岸逆时针的环流有减弱趋势,交汇区域纵向流速呈现高速与低速带分布特征。此外,长江和嘉陵江在交汇口下游螺旋度呈现左侧为负、右侧为正的对称分布,水流结构表现出逐渐形成双螺旋流的趋势,其中左侧的螺旋流逆时针运动,右侧的螺旋流顺时针运动。     

登陆台风变性过程的物理机制分析

0509号台风“Matsa”和0712号台风“Wipha”,均在中国大陆发生变性成为温带气旋。但前者变性后再度加强,后者变性后减弱消亡。用日本JRA25再分析资料,对其变性过程对比分析。表明：“Matsa”和“Wipha”均是在登陆后北上与中高纬西风槽相互作用的过程中,受到冷空气入侵后变性,从垂直对称分布演变为倾斜的非对称分布,且在北上过程中与中纬度高空锋区作用,但“Matsa”中心嵌入中纬度高空锋区,有再加强过程;而“Wipha”仅外围环流与锋区接触,中心未进入锋区,无再加强过程。通过对大气稳定度和垂直螺旋度等进一步分析表明：“Matsa”变性过程是系统性冷空气的南侵,而Wipha的变性只有弱冷空气的入侵;台风中心所在的垂直涡度ζ_p的增长大值区是否落在△θ_e<0的大气对流性不稳定的区域内,对台风变性后是否再加强有一定影响。此外,垂直螺旋度的高低空配置及正涡度柱与上升运动的相互配合是使台风变性加强的重要因素。     

水平螺旋度在沙尘暴预报中的应用

为了更准确地预报中国北方沙尘暴的强度和范围,应用2002—2010年3—6月逐日08和20时高空流场资料、高空图资料和地面每3 h的天气图资料,计算近地面至500 hPa的水平螺旋度。结果表明,螺旋度负值中心值越大,辐合上升运动越强,风速越大,对应沙尘暴的强度就越强。螺旋度负值中心常常在河西走廊附近最强,沙尘暴发生在螺旋度负值中心附近或下游。在沙尘关键区(40°—48°N,84°—120°E)当出现螺旋度≤-600 m2/s2的负值中心时,6 h内该区或其下游将产生能见度低于500 m的强沙尘暴,螺旋度负值中心与下游沙尘暴发生区有良好的对应关系。通过对中国北方区域性强沙尘暴典型个例、甘肃省河西走廊东部沙尘天气的对比分析,螺旋度有较强的日变化,白天强于夜间,对冬春季中国北方干旱区的冷锋型沙尘暴天气有较强的预报能力。     

夏季安徽槽前形势下龙卷和非龙卷型强对流天气的环境条件对比研究

利用NCEP再分析资料,对安徽省夏季高空槽前形势下两类强对流天气各5次个例的环流特征、热力和动力条件进行了对比分析。结果表明：以大风、短时强降水天气为主的非龙卷类表现为高空的低槽比较深厚,而龙卷的产生多是由于较浅的短波槽引起的,并且低层有西南急流存在,导致较强的垂直风切变。通过比较热力和动力物理量平均场的分布特征发现：在槽前形势下水汽条件都比较好,夏季整层大气可降水量平均在55mm以上,但出现龙卷时中低层的垂直风切变非常强,龙卷类0-1km垂直风切变大约是非龙卷类的3倍。由于存在较强的垂直风切变,龙卷类低层的风暴相对螺旋度也强于非龙卷类。从动力和热力条件综合来看,出现龙卷时的对流有效位能并不是很大,但能量螺旋度很大,即风暴相对螺旋度上差异更加明显。因此在预报槽前类龙卷天气时,应重点关注环境风场的垂直切变和风暴相对螺旋度。     

2005年6月18-12日浙南持续性梅雨锋暴雨过程诊断分析

利用NCEP1°×1°的6h再分析资料、常规观测资料和逐小时加密雨量资料,对2005年6月18-22日浙江省中南部地区出现的一次持续性梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次持续性梅雨锋暴雨过程是在两槽一脊的大环流形势下,由中低层切变、西南涡和冷空气共同影响造成的;过程具有明显的中尺度特征,12个中尺度雨团的持续生成东移导致了暴雨的发生。正涡度大值中心值的强度和中尺度雨团的强弱以及暴雨落区有较好的对应关系;垂直速度以及垂直螺旋度的强弱和中尺度雨团的强度变化一致。急流核的出现导致水汽辐合明显加强．从暴雨区和急流核的位置配置来看,暴雨区出现在急流核的左侧。     

地面资料在侦测暴雨天气过程中的应用

利用地面常规观测资料和自动站加密温度资料以及卫星云图资料,分析了2005年7月6—7日和7月9—10日发生在江淮流域及其附近的两次暴雨过程的地面要素分布特征,发现强降水带分布在非锋性斜压带和斜压槽附近。然后利用NCEP再分析资料,用第二类热成风螺旋度和非地转湿矢量诊断解释了非锋性斜压带和斜压槽产生强降水的动力机制,结果表明在地面非锋性斜压带和斜压槽处易发生锋生和斜压现象,从而诱发强降水。