云娜台风加强及特大暴雨过程的多普勒速度场特征研究

浙江省温州市CINRAD-SA雷达站因其较好的地理位置,详细探测了在有效观测范围内云娜台风发展、演变、近海加强加速、登陆及西行衰亡的全部过程。利用其获取的强度场与速度场资料,结合台风定位资料及自动站雨量资料,分析了台风加强及特大暴雨时段的多普勒雷达强度场、速度场特征,发现多普勒雷达能捕捉到远距离台风的加强信息。这次台风造成了浙江省多场暴雨过程,多普勒速度场资料揭示了在台风这一暖心低压的背景下,高空西南急流的脉动、高空辐散的加强、台风北侧弱冷空气的触发与特大暴雨的良好对应关系。     

台风韦帕的数值模拟和诊断分析

本文采用WRF中尺度数值模式,以NCEP再分析资料作为初始场和侧边界,对0713号台风韦帕登陆过程进行数值模拟,结果表明该模式能很好的模拟处理台风路径和暴雨落区,并进行相对螺旋度分析,结果表明相对螺旋度对降雨的预报有很好的指示作用。     

同化QuikSCAT资料对台风Vongfong(2002)数值模拟的影响

利用四维同化技术和中尺度数值模式MM5相结合对南海台风Vongfong(2002)的登陆过程进行了模拟,分析表明:同化Qu ikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近。而台风的强度变化、降水量和降水分布的模拟与对流参数化方案有密切的关系,其中以Betts-M iller湿对流调整型方案最为合适。HFT试验模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与实况一致。且试验结果较好地重现了Vongfong的一些异常特征,如路径突然折向北、移速先慢后快、近海强度加强、降雨量大、强暴雨中心落在台风西北侧等。利用非常规资料改善模式初始场,有逼真的物理过程,可以提高对台风登陆过程的预报。     

TRMM卫星LIS闪电资料在数值模式中的应用

利用热带降雨测量卫星（TRMM）上闪电成像仪（LIS）和测雨雷达（PR）资料,得到了LIS闪电发生率与PR对流降水之间的统计关系。将由LIS闪电数据反演的对流降水等资料,连续同化加入到改进的区域预报模式（ARPS）的初始场中,对江淮流域暴雨进行模拟,结果显示暴雨的中心位置和强度预报都得到了明显的改善。     

"98·7"特大暴雨降水资料的四维变分同化研究

1998年7月21日00UTC～22日00UTC,湖北省的武汉-黄石地区发生了特大暴雨,其中黄石市24 h降水量达276 mm.文中应用四维变分资料同化方法,研究了初值对这次暴雨过程数值模拟的影响.通过对6 h同化窗口内339个站点逐小时观测降水的变分同化,MM5伴随模式得到了一个与模式相协调并且在热力和动力上都接近于自然强降水发生的初始场,使用该初始场模拟的武汉-黄石地区的24 h降水量超过了220 mm.在同化降水观测资料的同时加入了湿度观测资料后,在一定程度上约束了模式的水汽场,防止了同化窗口内模式初始场越过最佳逼近,从而使降水模拟的TS评分得到进一步提高.     

多普勒雷达资料在数值模式中的应用

本文利用ARPS模式的3DVAR系统和综合云分析系统,成功地将多普勒雷达径向风资料和雷达回波资料加入模式中,分析雷达资料在数值模式短时预报中的作用。通过模拟"718"济南特大暴雨过程,得到如下结论:(1)雷达径向风资料对初始风场调整显著,使其出现明显中尺度特征,积分1h后,对水汽场也有一定的调节作用,但不够显著;(2)雷达反射率资料对初始水汽场调整明显,对定量降水预报和降水落区有很大改进,积分1h后,风场的中尺度特征显著。(3)同化雷达资料的两个试验虽然都与实况略有偏差,但都比非同化雷达资料的试验好。     

模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验.采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响.模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感.湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制.     

三维变分映射资料同化技术在台风数值模拟上的应用实验

台风移动路径及登陆是台风预报中的关键问题,提高台风初始分析场质量是改进台风数值预报效果的重要途径之一．文中首先对目前国际上占优势的变分资料同化方法：三维变分资料同化（3DVar）、四维变分资料同化（4DVar）和作者近年提出的三维变分映射资料同化方法（3DVM）的理论进行了简单的比较分析;然后基于MM5-4DVar的系统构建了MM5-3DVM系统;最后以9914号台风Dan为例,利用该系统设计了17组同化卫星AMSU-A反演的温度和风场资料及人造涡旋海平面气压场资料的数值实验,初步探讨3DVM技术对提高台风初始场质量的有效性．与4DVar的对照实验表明：通过文中3DVM系统得到的初始台风结构相对更合理,更能改善台风的模拟,特别是路径预报．敏感性研究表明：初始涡旋的大小、同化时间窗口的长短和信息量的强弱对台风路径和强度变化的敏感性,3DVM比4DVar技术更为稳定．特别地,3DVM利用历史资料只需低廉的计算代价进行初始化,这是符合业务预报需求的．     

2006号台风"米克拉"过程数值模式预报检验分析

受2020年第6号台风"米克拉"影响,福建南部出现了12级以上阵风和暴雨局部大暴雨天气.该文利用模式预报与地面气象站实况资料,采用平均绝对误差、准确率、空报率和漏报率等统计量对模式产品进行检验评估.结果表明,副热带高压强度变化影响台风移动路径,副高加强西伸对台风西移有指示意义.3h极大风预报误差最小的是GFS模式,整体...     

全球区域同化预报系统在台风移动与登陆预报中应用

全球区域同化预报系统为中国新一代数值天气预报模式.使用全球区域同化预报系统模式产品和常规观测资料,模拟预报了2005年4个登陆强台风,得到全球区域同化预报系统模式对于台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面的预报能力的初步评价,为应用全球区域同化预报系统模式进行台风天气预报和分析以及对于模式的进一步改进提供一些有意义的依据.结果显示,全球区域同化预报系统模式预报的台风路径24 h平均距离误差小于150 km,48 h平均距离误差小于200 km.模式预报台风强度偏弱,原因在于模式的初始场对台风强度的描述远低于实况,下一步需要改造模式初始场.     

The formation process and cloud physical characteristics for a typical downburstproducing thunderstorm in Beijing

The formation process and characteristics of cloud physical structure of a severe thunderstorm accompanied with strong wind on 23 August, 2001 in Beijing was studied using PSU/NCAR mesoscale model (MM5)coupling with a severe storm model with hail-bin microphysics. The results show that the specific topography and distribution features of cold/warm current in the Beijing region played prominent roles in forming, developing and maintaining the severe storm. Due to solar radiation heating and topographic lifting, the convective cells were easily formed when the westerly airflow passed over high mountainous regions in Beijing. The warm and wet air entered the cloud from its frontage and enhanced the convection, and formed a large amount of graupel/hail particles at the middle and upper portion of the clouds. The precipitation was primarily formed due to melting of graupel/hail particles. The strong downdraft was mainly produced by negative buoyancy due to loading,melting of graupel/hail particles as well as evaporative cooling of rain water. The divergent airflow induced by the strong downdraft led to the disastrous burst winds at the surface and also forced lifting of warm and wet airflow in the moving direction of the storm and formed new clouds that further promoted and maintained the storm development.     

温湿层结对雷暴云起电过程及闪电活动的影响

为了探究环境温湿配置对雷暴云微物理、电过程及闪电的影响,本文利用法国三维非静力中尺度数值模式Meso-NH,通过改变该模式初始各层的环境温度和相对湿度,对南京地区雷暴云云微物理过程及闪电活动的发生情况进行了模拟。研究发现:大气低层、中低层环境温度和湿度的改变对雷暴云中对流强度,电场强度及分布,4种水成物粒子(雨、冰晶、雪、霰)的分布及其所带电荷量和总闪电数造成了较大影响;在低层和中低层增湿对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于增温;在中层和中高层,降温对雷暴云及闪电发生的增强效果要好于降湿。结果表明,对低层、中低层大气环境温湿层结的影响能显著地改变雷暴云的云微物理过程,影响起电和放电,并剧烈地改变闪电活动的强度。     

北京“721”特大暴雨云微物理特征分析

利用非静力中尺度模式WRFV3.2,结合LAPS数据融合系统同化多源观测资料,较好地模拟出了北京"721"特大暴雨的降水演变过程。在此基础上,分析了暖区及冷锋降水阶段的云微物理特征差异。研究表明:暖区降水阶段水物质中雪和雨水的含量明显高于冷锋阶段;水汽大量凝结为云水,进而被雪收集,是雪含量较高的主要原因;霰融化为雨水和雨水蒸发为水汽的正负反馈双重作用下,导致暖区阶段雨水含量明显高于冷锋阶段。     

层状云微物理结构演变特征的个例研究

在人工增雨作业的同时,利用机载粒子测量系统对一次降水云系的探测资料进行了深入分析,给出了云和降水的宏微观结构演变特性,研究表明：（１）层状云中的中小尺度降水云区,是造成地面降水分布不均匀的物理原因;（２）云滴浓度与平均直径之间呈负相关关系;（３）支滴谱的垂直分布是典型的３种类型;（４）层状云微结构在水平方向上的起伏较大,存在４种不同类型。     

Contribution of cloud condensate to surface rainfall process

Contribution of cloud condensate to surface rainfall processes is investigated in a life span of tropical convection based on hourly data from a two-dimensional cloud resolving simulation. The model is forced by the large-scale vertical velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from tropical ocean global atmosphere coupled ocean-atmosphere response experiment (TOGA COARE). The results show that during the genesis, development, and decay of tropical convection, calculations with water vapor overestimate surface rain rate, and cloud condensate plays an important role in correcting overestimation in surface rain rates. The analysis is carried out in deep convective clouds and anvil clouds during the development of tropical convection. The surface rain rates calculated with water vapor in deep convective clouds and anvil clouds have similar magnitudes, the large surface rain rate appears in deep convective clouds due to the consumption of water hydrometeors whereas the small surface rain rate occurs in anvil clouds because of the gain of ice hydrometeors. Further analysis of the grid data shows that the surface rain rates calculated with water vapor and with cloud condensate are negatively correlated with the correlation coefficient of -0.85, and the surface rain rate calculated with cloud condensate is mainly contributed to the water hydrometeors in the tropical deep convective regime.     

Methane drizzle on Titan

Saturn's moon Titan shows landscapes with fluvial features suggestive of hydrology based on liquid methane. Recent efforts in understanding Titan's methane hydrological cycle have focused on occasional cloud outbursts near the south pole or cloud streaks at southern mid-latitudes and the mechanisms of their formation. It is not known, however, if the clouds produce rain or if there are also non-convective clouds, as predicted by several models. Here we show that the in situ data on the methane concentration and temperature profile in Titan's troposphere point to the presence of layered optically thin stratiform clouds. The data indicate an upper methane ice cloud and a lower, barely visible, liquid methane-nitrogen cloud, with a gap in between. The lower, liquid, cloud produces drizzle that reaches the surface. These non-convective methane clouds are quasi-permanent features supported by the global atmospheric circulation, indicating that methane precipitation occurs wherever there is slow upward motion. This drizzle is a persistent component of Titan's methane hydrological cycle and, by wetting the surface on a global scale, plays an active role in the surface geology of Titan.     

相似路径台风风暴潮过程对比

基于MIKE 21模型和Holland台风风场模型,构建了1909号利奇马和0509号麦莎2次相似路径台风期间的风场和气压场,并模拟了相应的风暴潮过程。结果表明：台风中心附近增水变化显著,浙江东北部海域在台风登陆期间的增水更大;受台风强度影响,台风利奇马期间增水高值区更大,部分海域2次台风期间最大增水差值接近1.0 m;潮致欧拉余流速度较大值主要分布在100 m水深以浅的海域,量值超过20 cm/s,江苏沿海、台湾东北部海域存在欧拉余环流;台风利奇马期间近海斯托克斯余流值普遍小于麦莎期间;斯托克斯余流项对台风期间长江口、浙闽等近海浅水区短期物质输运过程起一定主导作用。用EMD方法和Hillbert变换分析了典型站点风暴潮位的特征,发现站点IMF1模态和天文潮位较吻合;水深和IMF3模态的最大功率谱密度呈现出较高的相关性,并且随着水深的增加,IMF3模态的最大功率谱密度逐步变大。     

地面湿度对雷暴云电过程影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

0505号台风"海棠"灾害的初步诊断研究

0505号台风“海棠”(Haitang)是一个范围广、强度大、路径复杂的台风,在其生命史的各个阶段表现出不同的特征。该台风具有很强的破坏力,使我国许多地区遭受严重灾害。在对台风灾害和环流背景分析的基础上,利用Q矢量和螺旋度等诊断方法,对该台风在浙闽地区造成强降雨的成因作了初步的研究。研究表明,台风外围螺旋云带、台风密蔽云造成台湾省和大陆东南部地区强降雨,其外围东南急流中的云团也引发了强降雨,而台风减弱后的残留低压与西风带系统相互作用在华北区产生了强对流天气和强降雨。通过对该台风登陆前后Q矢量辐合辐散情况的诊断可用来判断当时的垂直运动分布,而对螺旋度的分析,发现该台风的螺旋雨带在低层相对螺旋度场上反映为正的大值中心。