梅雨锋暴雨个例的中尺度数值模拟研究(Ι)——中α尺度双雨带

利用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ的中尺度数值模式ＭＭ５,取１９８１年６月２７日梅雨锋暴雨过程作为个例进行了数值模拟,模拟的降水结果同华东中尺度天气试验实测取得的该暴雨过程的稠密降水资料分析结果相比较,发现直到中β尺度程度上,两者的分布结构和演变过程等基本特征都是近于一致的．不论在观测分析中还是在模拟结果中,几乎与梅雨锋相平行,均出现了中α尺度（南、北）双雨带,它们均由数个中β尺度雨团组织和近乎东移所成,双雨带之间均具有些此强彼弱的演变特征．所有这些构成了梅雨锋雨区或暴雨主要的中尺度时空特征．     

2003年江淮连续梅雨暴雨过程的中尺度数值试验

为了分析天气研究及预报WRF(weather research and forecasting)模式对我国天气现象的适用性,利用WRF模式对2003年淮河汛期的3次梅雨锋暴雨过程进行了一组数值模拟试验,对3次天气过程模拟试验采用相同的参数设置,模拟区域根据实况降水落区作了相应设置.模拟结果分析表明,WRF模式能有效模拟我国梅雨锋暴雨的环流背景和天气形势,较好地反映影响暴雨的中尺度系统的发生和发展等特征,还可以较好地模拟出雨带的范围、位置和走向,对降水中心的模拟基本可用.     

一次梅雨锋中尺度暴雨的模拟试验

利用中尺度气象模式MM5对1998年6月23－26日梅雨锋中的一次中尺度暴雨过程中进行了二重网格双向嵌套全物理过程的模拟试验。控制试验模拟结果与实况比较吻合，对降水的模拟结果表明，选择合适的物理方案，MM5能很好地模拟出梅雨锋中尺度雨团的位置、强度及移动，对开展中尺度天气数值预报具有报导意义。对可分辨尺度降水物理方案和边界层方案的试验表明：就本个例而言，用简单冰相的参数化方案能较好地描述梅雨锋中的中尺度降水物理，其效果优于混合冰相；Blackadar高分辨率边界层方案效果优于MRF方案。     

"07.07"暴雨的数值模拟及回波分析

运用非静力中尺度模式MM5V3.7,对2007年7月7-8日的南京地区暴雨过程进行数值模拟并结合雷达资料进行分析。分析结果表明,高低空急流的配合有利于大暴雨的产生;高层的强辐散和低层的强辐合中心与降水有好的对应关系;在雷达回波图上梅雨锋降水回波区出现多条中尺度对流回波带。     

一次梅雨锋暴雨在不同物理过程下的模拟结果比较

本文研究对象为2005年7月江淮流域的一次梅雨锋暴雨,通过选择WRF模式中五组不同的微物理方案和积云参数化方案,进行两重网格嵌套模拟,并对模拟结果进行诊断分析。通过比较得出如下结论:Betts-Miller-Janjic方案与Ferrier(new Eta)微物理方案的组合最能模拟出降水雨带的方向、位置和雨量,其次是New-Kain-Fritsch和Ferrier(new Eta)方案的组合,而且细网格的模拟效果更好;积云参数化方案的选择比微物理方案的选择对降水模拟的影响大;当微物理方案相同时,Betts-Miller-Janjic方案比New-Kain-Fritsch方案在细网格模拟下更准确反映梅雨锋暴雨的热力结构和垂直运动的特征,对暴雨的落区有一定指示作用。     

梅雨湿度锋上中尺度对流云团生成和发展的波捕获机制

提出了一个适用于梅雨湿度锋上中尺度对流系统（MCS）生成和维持的惯性重力波捕获和增长机制,并通过对一个梅雨湿度锋上的含有线性波动-CISK（第二类条件不稳定）过程的惯性重力波系统进行数值模拟加以验证．结果显示：在梅雨锋湿度锋区上引入波动CISK机制,在弱稳定条件和弱不稳定条件下,随机扰动可以触发中尺度对流系统生成和发展;随机扰动中的小尺度波动随时间衰减,中尺度波动则在湿锋区中被捕获,并得以维持和发展,从而解释了在梅雨湿度锋区上常见的中尺度对流系统发生、发展的一个重要原因．     

一次梅雨锋暴雨在不同物理过程下的模拟结果比较

本文研究对象为2005年7月江淮流域的一次梅雨锋暴雨,通过选择WIKF模式中五组不同的微物理方案和积云参数化方案,进行两重网格嵌套模拟。并对模拟结果进行诊断分析。通过比较得出如下结论：Betts—Miller-Janjic方案与Ferrier（new Eta）微物理方案的组合最能模拟出降水雨带的方向、位置和雨量,其次是New—Kain—Fritsch和Ferrier（new Eta）方案的组合,而且细网格的模拟效果更好;积云参数化方案的选择比微物理方案的选择对降水模拟的影响大;当微物理方案相同时,Betrs—Miller-janjic方案比New—Kain—Fritsch方案在细网格模拟下更准确反映梅雨锋暴雨的热力结构和垂直运动的特征,对暴雨的落区有一定指示作用。     

北京一次暴雨过程数值模拟和诊断分析

2012年7月21日10:00-22日02:00,北京地区出现了一次历史上罕见的特大暴雨天气过程,对当地人民的生命财产造成了严重损失.采用新一代中尺度数值预报模式WRF V3.3.1对这次极端降水天气过程进行数值模拟研究,并运用模式输出结果对其发生、发展机制进行了研究.主要结论有:WRF模式能够较好地模拟出这次暴雨的落区、暴雨中心、24 h累积降水量等;此次强暴雨过程主要是由低空中β尺度涡旋造成的,即中β尺度涡旋随时间的演变决定降水落区及降水强度;最后利用相对螺旋度诊断了整个降水过程,结果显示相对螺旋度的变化对降水增强的临近预报具有明显指示意义.     

梅雨锋的天气尺度研究综述及其天气学定义

对几十年来国内外对天气尺度梅雨锋研究结果进行了综述,众多研究成果表明梅雨锋具有多样性的特点。由于众多研究者对梅雨锋的定义存在很大的差异,因此在综合国内外不同观点的基础上,给出了梅雨锋的天气学定义,即：梅雨锋具有一条数千公里长的横贯东亚和西太平洋地区的雨带;梅雨雨带随季风的进退而进退,梅雨锋是季风气团和其他气团之间的锋面;梅雨锋区是位于夏季风北侧的相当位温强梯度带。     

MM4模式和陕西春季降水模拟试验

介绍了有限区域的中尺度数值模拟ＭＭ４的结构,物理过程等,用ＭＭ４模式对陕西省春季透雨和暴雨过程进行模拟试验,证明了ＭＭ４模式在陕西春季大降水预报中的可用性。     

1998年湖北大暴雨的中—β尺度对流系统数值模拟和可视 …

用中尺度模式对１９９８－７－２０湖北大暴雨过程进行了数值试验,较好地再现了中β尺度暴雨系统的发展过程。利用大型可视化软件制作的中β尺度对流系统的虚拟图像直观地展现了中β尺度ＭＣＳ群发生发展的生命史过程、水物质分布的特点及其三维流场特征。     

2008年7月31日辽宁暴雨的中尺度分析

利用FNL客观分析资料,常规探空、地面观测以及卫星云图资料,结合滤波和物理量诊断方法对2008年7月31日辽宁一次大暴雨过程进行分析.结果表明:在高空500 hPa冷槽缓慢南下与西太平洋副热带高压北抬的有利大尺度环流场形势下,中尺度辐合系统在冷暖锋的暖区内形成发展是造成此次暴雨过程的直接原因,利用滤波方法可以很好地分离出中尺度系统.此次暴雨过程主要分为两个阶段,第一阶段降水过程基本发生在暖区内,而并非锋面上,第二阶段的雨带呈现东北—西南走向.暴雨发生发展过程中,大尺度环流和中尺度环流系统都对水汽的输送起促进作用,到暴雨消散期则都不利于水汽的供应.这也表示暴雨发展期间,中尺度环流系统对水汽输送有着重要的作用.     

"6·22"鄂东突发性大暴雨的观测分析和数值模拟

利用多种观测资料和中尺度数值模式输出资料,分析了一次中尺度对流系统造成的鄂东地区突发性大暴雨天气过程．结果表明：(1)鄂东中尺度暴雨团由-准东西向的中β尺度强降水窄带缓慢东移南压过程中形成,强降水窄带位于850hPa正涡度带上和冷式切变线西南暖湿气流一侧．(2)对流层中低层切变线提供天气尺度辐合,暖湿气流在辐合区气旋式旋转抬升至250hPa高度附近后辐散,并向南走在副高脊区下沉,构成一中α尺度垂直环流;对流层中上层干冷空气南侵下沉,与北进的暖湿空气对峙导致θse锋区的锋生,同时干冷的下沉气流与天气尺度辐合区的上升气流在锋区环绕逐渐形成另一中α尺度垂直次级环流,使θse锋区锋生加强,促使对流爆发形成暴雨．     

2003年淮河流域持续暴雨的云系特征及环境条件

用常规观测资料、NCEP分析资料与GOES-9卫星云图资料对2003年6月21日-7月22日淮河流域持续暴雨的降水概况、云系特征及大尺度环境条件与水汽来源进行了分析。从降水特征来看,持续暴雨可以划分为3个阶段,降水主要集中在第一阶段(6月21日-7月2日)。从云系特征来看,淮河流域为稳定维持的大尺度梅雨锋云系,在梅雨锋云系上有多个中尺度对流系统活动,红外亮温频率统计表明亮温低于-52℃的强对流是导致淮河流域强降水的重要天气系统。对6月21日-7月22日时段的卫星云图进行普查发现影响淮河流域的中尺度对流系统(MCS)共有34个,其中10个α中尺度对流系统(MαCS)和24个β中尺度对流系统(MβCS);大多数MCS在淮河流域及其邻近地区产生与消亡,并未发现直接来自青藏高原地区的MCS。从水汽来源来看,淮河流域对流层低层有3股水汽输送带,第1股气流为越赤道气流,水汽的输送作用最强;第2股气流来自南海地区,水汽的输送作用最弱;第3股气流来自菲律宾以东的热带太平洋地区。     

2003年淮河流域持续暴雨的云系特征及环境条件

用常规观测资料、NCEP分析资料与GOES-9卫星云图资料对2003年6月21日—7月22日淮河流域持续暴雨的降水概况、云系特征及大尺度环境条件与水汽来源进行了分析。从降水特征来看,持续暴雨可以划分为3个阶段,降水主要集中在第一阶段（6月21日—7月2日）。从云系特征来看,淮河流域为稳定维持的大尺度梅雨锋云系,在梅雨锋云系上有多个中尺度对流系统活动,红外亮温频率统计表明亮温低于-52℃的强对流是导致淮河流域强降水的重要天气系统。对6月21日—7月22日时段的卫星云图进行普查发现影响淮河流域的中尺度对流系统（MCS）共有34个,其中10个α中尺度对流系统（M-αCS）和24个β中尺度对流系统（M-βCS）;大多数MCS在淮河流域及其邻近地区产生与消亡,并未发现直接来自青藏高原地区的MCS。从水汽来源来看,淮河流域对流层低层有3股水汽输送带,第1股气流为越赤道气流,水汽的输送作用最强;第2股气流来自南海地区,水汽的输送作用最弱;第3股气流来自菲律宾以东的热带太平洋地区。     

一次梅雨锋强降水过程中云和降雨的结构特征

本文利用地面雨量计、天气雷达、FY-2C、CloudSat云廓线雷达等观测资料,对2007年7月7-8日发生在淮河流域的一次典型梅雨锋强降水过程中云和降雨的结构特征进行了综合分析。结果表明:此过程主要受准东西向低空切变线的影响,雨带略呈西北-东南向的带状分布形式,梅雨锋锋前强的上升运动有利于触发低层对流不稳定能量的释放,加强锋区的垂直环流。切变线上不断新生的对流单体,最终发展成为东西向贯通的梅雨锋云系,成熟期的梅雨锋云系由南向北依次平行分布着强对流性降水带、过渡带、层状降水区和宽广的非降水性云砧。梅雨锋云系发展的各个阶段,云体的垂直结构及水凝物的回波特征都有很大区别。     

一次梅雨锋强降水过程中云和降雨的结构特征

本文利用地面雨量计、天气雷达、FY-2C、CloudSat云廓线雷达等观测资料,对2007年7月7-8日发生在淮河流域的一次典型梅雨锋强降水过程中云和降雨的结构特征进行了综合分析。结果表明：此过程主要受准东西向低空切变线的影响,雨带略呈西北-东南向的带状分布形式,梅雨锋锋前强的上升运动有利于触发低层对流不稳定能量的释放,加强锋区的垂直环流。切变线上不断新生的对流单体,最终发展成为东西向贯通的梅雨锋云系,成熟期的梅雨锋云系由南向北依次平行分布着强对流性降水带、过渡带、层状降水区和宽广的非降水性云砧。梅雨锋云系发展的各个阶段,云体的垂直结构及水凝物的回波特征都有很大区别。     

一次特大暴雨天气的数值模拟试验研究

目的检验各非绝热物理过程参数化方案对模式输出结果的影响,进一步了解和认识MM5模式中不同积云对流参数化方案的性能、特点和适用范围,为合理选择使用模式中的物理过程参数化方案提供依据,提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。方法运用相互比较和试验分析的方法在不同模式分辨率下,对MM5V3模式中的不同物理过程参数化方案设计18种组合方案,进行比较试验和分析。结果主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感,但模拟的暴雨中心强度、范围、雨带走向随参数化方案的不同有较大变化,甚至出现虚假的强降水中心。各组合方案模拟的天气尺度系统水平环流结构差别较小,模拟的中尺度系统结构存在着较大差别,这种差别对定点、定量降水的准确预报产生影响。结论在实际预报中可根据初始气象场的分型特点选择较合适的组合方案启动数值预报模式,从而达到提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。     

采用WRF模式模拟风场分析中尺度暴雨

2005年6月9-10日江苏省中部发生了一次比较突兀的较强降水过程。采用一般常规资料不能清楚得显示其降水的中尺度特征,本文借助于最新的WRF中尺度模式对此次过程进行了数值模拟,暴雨落区及降水量与实况比较接近,说明模拟的效果是令人满意的。接着仅用得出的风场资料进行了分析,结果清楚得揭示了此次降水的中尺度特征,说明WRF模式能准确得模拟出中小尺度天气系统。本文采用的WRF模式参数设置对于模拟我国江淮地区夏季暴雨具有一定的参考价值。     

基于强降水分布特征的湖北省梅雨分类及讨论

利用1960～2014年湖北省50个气象站逐日降水资料,研究了本地区梅雨期气候特征,将梅雨年聚类为4类并探讨偏强年份2类梅雨的合理性.结果表明：湖北省梅雨入梅推迟,出梅提前,梅雨期长度缩短,雨强下降,强度减弱;梅雨期降水日数显著减少,强降水过程增加但区域性强降水过程减少.K聚类分析后发现Ⅱ类梅雨强度大于Ⅰ类梅雨,Ⅱ类梅雨期内暴雨、大暴雨及区域性暴雨多于Ⅰ类;Ⅱ类梅雨期雨带稳定少动,以区域性强降水为主,Ⅰ类梅雨期内6月雨带较为散乱,单点强降水为主,7月雨带与Ⅱ类相似.从两类梅雨期南海季风爆发时间、副高面积、强度及脊线环流因子结合梅雨期内灾损验证梅雨聚类合理,为湖北省梅雨诊断分析提供参考.