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。     

迭代法在低纬高原地区多普勒天气雷达测量降水中的应用

 利用昆明多普勒天气雷达资料,采用迭代订正方法对强降水和大范围中等强度降水引起雷达信号的衰减情形进行了订正研究,同时对比分析了衰减订正前后的雷达测量降水与自动雨量站逐小时累计的雨量资料.结果表明:在低纬高原地区雷达测量降水中,强降水和大面积中等强度的降水情况下需要考虑降水对雷达信号的衰减影响;使用迭代法对雷达衰减订正的效果比较好,其订正后的雷达反射率明显高于雷达直接探测的反射率,最大的订正差值超过了9dBz;降水粒子的温度对多普勒天气雷达反射率订正结果也有比较显著影响;订正后雷达测量的降水更接近于自动雨量站的观测值.     

LAPS同化MTSAT-2水汽资料在一次中尺度大暴雨模拟中的应用

中尺度分析系统LAPS(local analysis and prediction system)在国内已业务化多年,可以融合多种国内观测资料;但是针对卫星资料的融合应用研究还不够充分。为此,实现了LAPS融合MTSAT-2卫星资料的接口;并结合WRF模式,选取2014年7月24~25日发生在江苏及附近地区的一次强降水过程进行模拟。通过对比LAPS系统融合MTSAT-2卫星资料前后的物理量场的差异,以及经WRF模式预报的降水量差异,分析基于LAPS系统同化MTSAT-2资料对暴雨预报的作用。结果表明,LAPS融合MTSAT-2卫星资料后对地面相对湿度场和降水区域分布均有明显改善作用。利用多种评分方法对24 h累计降水进行检验,发现同化MTSAT-2资料对大雨及以上量级降水的预报改善作用明显,特别是对大暴雨级别的降水预报效果改善最为显著。     

循环同化C波段雷达资料模拟贺兰山地区一次暴雨过程

利用宁夏气象站资料和银川站多普勒雷达资料,对2017年6月4-5日贺兰山地区一次暴雨过程进行数值模拟和同化试验,对比分析不同雷达资料同化窗对初始场及暴雨强降水时段的降水量和落区分布的影响.结果表明,同化雷达资料后加强了初始场中500 hPa“东高西低”的环流形势,700 hPa东南急流的强度和范围明显增强. TS评分结果相比控制试验, 6 h循环同化试验RAD6模拟的降水量仅对10 mm降水阈值的模拟效果有改进; 12 h循环同化试验RAD12的结果对10、 25和50mm降水阈值的评分均有显著提高.循环同化12 h雷达反射率因子后模拟的云水、雨水含量更大,假相当位温逆温区的水平范围更广,层结不稳定性显著增大,强降水时段雷达反射率因子与雷达观测实况有较好的一致性, 700 hPa正涡度带的分布与雨带位置更加一致.     

“苗柏”登陆后福建东部降水特征及成因分析

针对1702号台风"苗柏"在广东省登陆减弱后福建东部沿海的强降水,利用物理量、常规资料、卫星云图、多普勒雷达、风廓线雷达等多源资料进行分析,并综合模式降水预报结果,探讨此类天气过程的特征和预报着眼点。通过大尺度背景流场和探空资料揭示了此次湿对流天气过程的成因,结果表明,不稳定的气层在低空急流快速发展形成的动力强迫下,激发出了此次对流天气,结合卫星云图、雷达、风廓线和上游地区天气实况可以提高临近预报质量。     

C波段雷达快速循环同化技术在宁夏降水天气预报中的应用

介绍了宁夏C波段雷达快速循环同化技术及其在2018年夏季降水预报中的应用效果。快速循环同化技术主要基于天气研究预报(weather research and forecasting,WRF)模式,通过对C波段多普勒雷达资料进行去除奇异点、地物遮挡、谱宽检查、退模糊等质量控制,利用三维变分同化、动力降尺度及冷暖启动方法,实现了C波段多普勒天气雷达观测数据的逐小时快速循环同化分析,可逐时滚动输出未来12 h逐小时间隔、水平分辨率3 km的降水、气温、风向风速、相对湿度、物理量场等格点预报产品以及雷达回波产品。通过在2018年宁夏降水预报中的应用分析发现,加入雷达资料同化后的WRF模式降水预报能力有明显提升,可为宁夏降水天气智能网格预报特别是暴雨的短临预报预警提供技术支撑。     

IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报的试验研究

对2014年6月26日到6月28日发生在江淮地区的一次暴雨过程,运用中尺度预报模式WRF以及同化系统WRFDA同化ATOVS(包括AMSUA、MHS、HIRS4)和IASI(CO2吸收波段)亮温资料,对比不同卫星资料同化对此次暴雨过程预报影响,评价IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报效果。结果表明,相比ATOVS资料同化,IASI资料同化对温度、湿度等气象要素的调整更明显。在24 h和12 h累计降水量模拟上,同化IASI资料对降水范围和降水强度的模拟与实况最为接近。在同化ATOVS试验中加入IASI资料后,降水模拟效果改进不大,说明同化资料的种类越多,相应累计误差越大,对降水模拟改进越不明显。     

WRF模式在云南一次强降水过程中的应用

利用WRF数值模式,针对云南省一次强降水过程进行的数值试验,得到几个有意义的结论:①WRF模式的三维变分同化系统能反映地转平衡等多变量之间的相互关系.②在此次强降水过程试验中,同化系统能把雷达反演风场中低空急流信息有效地引入模式初始场,并按照同化模型进行增量空间分配,有助于增强降水区的水汽输送,改善模式较强量级降水的预报漏报率.③多个时次雷达资料的同化对降水预报的改善更加突出,具有高时空分辨率特性的雷达资料同化在提高客观预报质量方面有着较好的应用前景.     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

东亚及其周边海域的一年大气再分析资料试验与评估

目前东亚及其周边海域还无公开的高分辨率区域再分析资料,但对该地区的高分辨率区域再分析的需求日益增长.该文使用天气研究与预报模式(WRF)和格点统计插值(GSI)同化系统搭建东亚区域再分析系统(EARS),并用三维变分和部分循环同化的方式研制一年再分析试验数据;进而使用气象信息综合分析处理系统(MICAPS)的站点观测资料、欧洲中期天气预报中心再分析5(ERA5)的全球再分析资料、热带降水测量任务(TRMM)的降水资料对一年试验数据进行初步评估.评估结果表明:一年再分析试验数据能较好地表征大气状况,其模拟效果接近甚至优于ERA5;在500hPa层面上,EARS与ERA5所得结果在环流分布上基本一致,但对青藏高原及印度季风区的模拟效果则有差异;在降水评估中,EARS与TRMM的降水分布和强降水中心均能较好地对应.     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

WRF模式微物理方案对强降水预报的影响

本文利用新一代中尺度非静力模式WRF(V2.1.2版本),采用单向两重嵌套方案,粗细网格距分别为12km、4km,对我国江淮流域2003年7月4日～5日一次典型强降水天气过程进行微物理方案的敏感性试验。从降水落区、降水中心位置和强度方面对总降水预报性能进行了对比,同时结合卫星资料、地面自动站雨量等非常规观测资料,对比分析了模拟的滁州地区降水随时间的变化及1小时降水率的空间分布,研究不同分辨率下模式微物理方案对强降水预报的影响。所得的结论对于我国夏季强降水预报和中尺度模式微物理过程在业务和研究方面有一定的参考价值。     

GSI同化GPS可降水量对四川盆地不同类型降水模拟影响

 选取四川盆地金沙江下游对流性降水个例（记为CR_2013）和稳定性降水个例（记为SR_2015），利用格点统计插值分析系统（GSI）同化全球定位系统（GPS）大气可降水量（PWV）资料，并结合天气研究与预报模式（WRF）对2次不同类型降水过程的初始场和模拟降水进行同化效果对比分析。结果表明，降水发生前，四川盆地已有较多水汽积聚，水汽分布东多西少，2个降水个例的强降水中心分别位于南侧和北侧的GPS水汽梯度带上。同化GPSPWV资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场和风场也有不同程度的改善。控制实验的降水大小和分布总体都与实况较相似，但存在局部模拟偏强的情况。同化GPS-PWV对降水模拟的改进作用明显：CR_2013模拟的强降水中心范围与实况更接近，而SR_2015则明显减弱了虚假降水中心的强度和范围。降水调整最显著的区域与实况降水中心一致，都在GPS水汽梯度带上。同化GPS-PWV能持续影响模拟的累积降水，对流性降水调整幅度要高于稳定性降水。     

"98·7"武汉暴雨模拟中的三维变分资料同化研究

1998年7月20～21日,在湖北省武汉市发生了一场特大暴雨,24h降水量达286mm.利用一个三维变分资料同化系统及常规探空和地面观测资料,对这次特大暴雨进行了同化模拟研究.该系统有效地同化了温、湿、风观测资料,所得最优分析结果十分有利于强降水的产生.与第五代PSU/NCAR中尺度模式的控制试验模拟的24h2.5mm的降水量相比,新方案模拟的24h降水量达109mm,而且模拟的降水落区和降水起始时间也都有较大的改进.     

2010—2012年河南省驻马店市短历时强降水的形成原因及物理模型的建立

针对驻马店2010—2012年出现的54次短历时强降水过程,研究了其时空分布特征、天气背景和环境条件,从形成机制上将其分为暖区对流系统和锋面对流系统两类,同时对短历时强降水的天气雷达产品如反射率因子、径向速度场、垂直积分液态含水量、风暴跟踪信息等特征进行了详细的分析,并以此建立短历时强降水的物理模型;对预报中的失误之处进行反查,整理出了此类天气的天气模型和预报思路,为以后准确预报短历时强降水天气提供科学借鉴.     

台风"莫拉菲"致梧州暴雨成因分析

本文通过常规资料和自动站资料,卫星云图和多勒雷达资料,对2009年7月19-20日我市出现的大部地区大雨到暴雨,局部大暴雨天气过程的成因深入分析,更好地研判台风的活动和演变对梧州产生强降水天气的影响,为今后台风暴雨预报积累一定的经验.     

三门峡市2012年7月4日短时暴雨过程诊断分析

基于常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和三门峡多普勒天气雷达资料,对2012年7月4日三门峡暴雨的环境条件、散度涡度场和中小尺度特征等进行了分析.结果表明:大暴雨过程中低层辐合高层辐散,促进气旋式涡度增加,上升运动增强;反之亦然.中层波动使得中低层辐合和中高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动.西南暖湿气流北上受弱冷空气阻挡在三门峡地区堆积,为暴雨提供水汽和能量.南下的弱冷空气与辐合线和低层切变线组成强有力的触发抬升机制.暴雨期间多普勒天气雷达反射率因子、径向速度和风廓线产品,跟踪暴雨前后垂直方向风的变化和辐合系统,在强降水的临近预报中有较高的参考价值.     

应用雨滴谱对天气雷达Z-R关系订正的研究

介绍了天气雷达定量降水估测系统的原理,雨滴谱仪订正雷达定量估测降水算法,通过分析2次台风过程及1次强降水过程,对比传统降水估测与雨滴谱仪联合天气雷达降水估测效果。结果表明,在强降水区域,雨滴谱仪联合天气雷达实时订正Z-R关系法降水估测具有明显改善传统固定Z-R关系法强降水低估的作用,在弱降水区域,雨滴谱仪组网联合天气雷达实时Z-R关系法降水估测同传统固定Z-R关系法效果相当,没有明显改善。     

赣东一次对流性暴雨成因及漏报原因分析

利用自动加密观测资料和雷达云图等资料对2016年6月29日赣东对流性暴雨成因和漏报原因进行了分析,结果表明:这是一次典型的低层急流配合垂直抽吸作用使副热带高压边缘产生强降水过程,露点锋上激发出对流性降水是此次过程最主要原因。另外,强降水落区与发展旺盛的中尺度对流云团、强雷达反射率因子的强度和中气旋有较好的对应关系。此外漏报主要原因是对低空急流核和高空辐散的分析得不够深入,对误差较大的模式预报未进行不断的订正,以及对中尺度物理量资料和雷达卫星云图资料等未能充分使用。     

驻马店2012年盛夏期间一次区域暴雨的成因分析

2012年8月20—21日驻马店市出现了一次区域暴雨,局部大暴雨天气过程.这次降水过程的特点是降水范围广、短时间强度大.从天气图、数值预报产品、稳定度、雷达产品等方面对这次降水过程进行成因分析,从而得出了对大暴雨预报的一些有意义的结论:暴雨的产生前要有强烈的垂直上升运动;深厚的湿云层为这次暴雨过程提供了充足的水汽条件;地面弱冷空气所致低层的偏东到东北急流为这次降水的持续提供了有利的条件.低层形成了较强的垂直切变,增强了辐合上升运动,为这次强降水提供了触发机制.新一代天气雷达监测资料分析表明,强降水天气的基本反射率强度≥45 d Bz的高度一般集中在较低的层次;暴雨要维持较长的降水时间需要一系列降水回波或多单体风暴中的不同单体连续不断经过同一个地方,或者不同移向的降水回波交叉经过同一地方,形成降水的汇集地.