2008年残奥会一次预报失败天气个例的数值模拟不确定性研究

2008年9月14日一个飑线袭击北京, 城区发生了短时雷雨和大风天气, 而当时的天气预报失败。利用WRF (weather research and forecasting)模式和ARPS (advanced regional prediction system)模式的资料分析系统ADAS (ARPS data analysis system), 研究了模式水平分辨率, 不同观测资料(风云2C卫星资料、MICAPS数据、GTS (global telecommunication system)数据)同化所产生的初始场对这次飑线过程模拟的敏感性。结果表明, 15 km模式分辨率不能模拟出北京的降雨过程, 而5 km水平分辨率模式均能模拟出北京的降雨过程, 只是降雨落区和强度有所不同。不用资料同化的对照试验不能模拟出城区主要降水区。使用资料同化系统ADAS后, 降水落区均有改善。MICAPS资料中河套地区一个探空站的加入, 使得初值中河套地区的东北风比控制试验强, 模拟的飑线比控制试验偏南, 和实况更加接近。     

0509号台风“麦莎”外围飑线的数值模拟

本文首先使用Doppler雷达资料,对0509号台风"麦莎"登陆前螺旋雨带外围分离出的台前飑线进行了分析,接着利用WRF模式对台前飑线进行了数值模拟,模拟结果显示:WRF模式较成功的模拟出了台前飑线的活动,利用数值模拟结果对台前飑线的水平和垂直结构特征进行了初步分析得出台风登陆前飑线区为强的风速和风向切变区,物理量场上有明显的飑线特征;在飑线生成前先有风速切变,后有风向切变,在台风强度和台风中心附近风速较差的模拟状态下仍可模拟出飑线,因此认为本次台前飑线的形成与台风中心强度关系不大,与台风外围环境流场关系较大。     

2007年4月23日广东飑线的移动和地面中尺度结构特征分析

基于观测和分析, 研究了2007年4月23日发生在广东的一次飑线的移动预报因子和地面中尺度结构特征。结果表明, 该飑线的移动与1000~500 hPa等厚度线的走向以及飑线前部的低空垂直风切变方向基本一致。同时该飑线的移动方向还可通过Corfidi矢量法, 由低空急流的反向矢量和850~300 hPa层间的平均风速矢量合成得到。该飑线具有显著的地面中尺度结构特征, 其中包括地面风场的辐合辐散线以及飑前中尺度低压、雷暴高压和尾流低压等。飑线前部有很强的辐合, 对应强降水区有很强的辐散, 后部也有明显的辐合, 雷暴高压处在辐散中心附近, 尾流低压则处于飑线后部辐合线之后。另外, 还将该飑线的移动和地面中尺度特征与美国的飑线做了对比分析。     

2007年4月23日广东飑线的移动和地面中尺度结构特征分析

基于观测和分析,研究了2007年4月23日发生在广东的一次飑线的移动预报因子和地面中尺度结构特征。结果表明,该飑线的移动与1000~500 hPa等厚度线的走向以及飑线前部的低空垂直风切变方向基本一致。同时该飑线的移动方向还可通过Corfidi矢量法,由低空急流的反向矢量和850~300 hPa层间的平均风速矢量合成得到。该飑线具有显著的地面中尺度结构特征,其中包括地面风场的辐合辐散线以及飑前中尺度低压、雷暴高压和尾流低压等。飑线前部有很强的辐合,对应强降水区有很强的辐散,后部也有明显的辐合,雷暴高压处在辐散中心附近,尾流低压则处于飑线后部辐合线之后。另外,还将该飑线的移动和地面中尺度特征与美国的飑线做了对比分析。     

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

2003年04月12日江西、福建交界处发生一次飑线过程,该飑线过程造成了雷暴、冰雹和大风等强烈天气．本文使用NCEP1°×1°逐6h分析资料及卫星、雷达观测资料对这次飑线过程发生的大尺度背景进行了分析,之后本文使用Advanced Research WRF（ARW）2．2对该过程进行了模拟,并利用模拟结果对飑线系统的演变过程、近地层结构、对流层结构进行了分析,结果表明：1）本次飑线发生于大尺度鞍型场中,它是在冷锋、切变线、低空西南急流、高空西风急流以及中尺度对流复合体等系统共同作用下生成,从位涡角度看,它是高空正的湿位涡移至低层斜压不稳定的冷锋上所诱生的一次强对流过程;2）位于江西、福建交接处的武夷山地形对本次飑线的形成、移动和发展有较大影响,敏感试验表明若将武夷山地形高度减至一半则无法生成飑线系统,但对流单体依然能够生成;3）近地层风场表明本次飑线过程主要为南北向气流的辐合,东西向气流的辐合较小,温度场和海平面气压场上则可以清晰的看出冷空气丘和中高（低）压结构,冷空气丘的存在对风场有明显的加速作用,风速在飑锋处达到最大,且飑锋出流与飑线系统的移速和方向较为匹配,这是本次飑线过程维持和发展的主要因子;4）对流层结构的分析则显示,本次飑线介于前部层云降水飑线（LS）和平行层云降水飑线（PS）之间,其移动方向上（纬向）的垂直结构类似于Front—Fed LS（FFLS）结构,垂直于其移动方向（经向）的垂直结构则与典型的尾部层云降水飑线（TS）结构一致．     

江苏一次飑线初生的诊断分析与数值模拟

为研究飑线初生的原因,利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料、探空资料、多普勒雷达资料和数值模拟等手段,对2009年6月14日发生在江苏的一次飑线天气过程进行了详细分析。南京站及其上游的阜阳、安庆等站的温度-对数压力图揭示了对流层顶强降温的垂直结构有利于强对流天气的形成。通过分析NECP的物理量分布,发现江苏地区在飑线初生和发展中有较大的温度梯度、充沛的水汽输送和强辐合上升运动,飑线回波的初生具有典型特征。天气研究与预报(WRF)模式的模拟发现,起转延迟(spin-up)阶段之后,模式较好地模拟了飑线的初生发展。研究结果为深入认识飑线初生机理并改进预警提供了参考依据。     

一次强飑线天气过程的雷达回波特征分析

应用常规天气资料、自动站和强天气监测数据、WebGIS雷达回波拼图等资料,采用统计对比分析和特征提取方法,对2017年5月11日江西强飑线天气过程进行分析,结果表明:"511"强飑线过程是由500 h Pa高空小槽引导、低空切变和低空急流等多因素共同作用下产生的。江西飑线回波系统多数是由省外产生且有规律移入的带状回波系统,具有4个不同阶段的回波特征。超级单体风暴常伴有雷雨大风、短时强降水、冰雹等强对流天气,往往发生在飑线回波带的前方暖区中。弓形回波带由一个个对流回波核组成,回波长度往往超过100 km。雷雨大风发生在弓形回波的前沿,而最强的雷雨大风发生在弓形回波的顶部"逗点"头部,也就是回波移速较快向前突出的部位。     

一次江淮飑线天气过程的边界层湍流输送特征

为了充分了解飑线冷池、湍流动能及湍流输送的特征,利用中尺度天气预报数值模式,对2014年7月12日江淮地区的一次飑线过程进行了数值模拟,分析其边界层冷池、湍流动能和湍流输送特征。结果表明:飑线处于发展期时冷池作用较小,随着飑线系统的增强,冷池作用逐渐显著,对环境风的阻碍作用加强,其前沿辐合加强,有利于触发新对流;飑线发生前,浮力项为边界层湍流动能的主要产生项,湍能随高度减小;飑线系统过境时,切变项为主要湍能源,在边界层高层时较大;飑线对流前的晴空区域内,边界层湍流运动向下输送动量,补充边界层摩擦损耗;飑线强对流影响的区域内,近地层湍流运动向上输送动量,减弱了大风的影响;向上较大的潜热、感热通量增强低层的大气不稳定性,有利于强对流系统的发生发展。分析表明,边界层湍流输送与飑线系统的演变过程密切相关。     

飑线回波结构与环境风垂直切变的关系

为研究春季和夏季的环境风垂直切变对飑线结构的影响,结合雷达、卫星及探空资料,重点分析了2014年7月27日浙江宁波地区飑线过程的天气背景和不稳定能量垂直结构特征,揭示了产生飑线天气的先兆信息。为进一步研究飑线的回波结构与环境风垂直切变的关系,利用雷达回波的垂直剖面图,对比分析了20140727飑线与20140319台州飑线个例的垂直结构,发现在浙江地区,春季飑线强回波主体有向环境风方向倾斜的趋势;而夏季个例强回波主体无倾斜。暖空气入流上升后的出流方向受高空环境风的影响,春季高空风强,风速垂直切变大,入流上升后在风暴高层向前部出流,类似于中纬度引导型飑线的结构;夏季高空风弱,风速垂直切变小,入流气流上升后向风暴高层的后部出流,类似于热带传播型飑线的结构。为了改进飑线的临近预报水平,计算了20140727飑线的径向散度场。结合回波强度和速度分析飑线的辐合区,可以更准确地预测强对流的位置,揭示回波的生消演变。研究结果有助于深入理解飑线回波结构与环境风垂直切变的关系。     

贺兰山东麓一次飑线过程演变特征分析

2020-06-17午后，在贺兰山东麓出现一次飑线天气过程，宁夏中北部及内蒙古乌海市等地出现了雷电、大风和短时强降水等强对流天气.基于多普勒雷达资料、卫星云图、闪电定位仪监测数据及地面常规气象观测资料，结合地形对该次飑线过程的发生发展机制进行分析.结果表明，在飑线过境期间，地面气象要素出现剧烈变化，并伴有明显的雷暴、闪电现象.飑线经过沙湖时，湖面蒸发水汽的垂直输送促进了飑线系统的进一步发展，在沙湖附近出现的最大降水中心、闪电强中心与降水中心吻合.在该过程前期，宁夏中北部及周边地区的大气层结不稳定，且午后的近地面辐射增温进一步加剧不稳定层结，当中高纬度冷空气沿脊东移南下时，在内蒙古阿拉善盟境内与暖气团交汇，诱发飑线形成.高低空对应的温压场不对称，系统配置呈现前倾结构，低层暖平流、高层冷平流的配置以及强的垂直风切变对该次飑线的生成与发展有利.贺兰山地形和沙湖水面对该次飑线系统起到增幅和能量补充作用.飑线系统在东移过程中，由于中低层气流受贺兰山脉地形抬升，垂直运动进一步增强，促进了飑线系统的发展.从雷达回波和卫星云图演变看，飑线系统翻山后得到明显加强；在东移经过沙湖时，又得到了湖面水汽和热能...     

特殊地形下对WRF模式积云参数化的研究应用

以发生在地形复杂的四川地区2012年07月03日暴雨为个例,从环流形势、水汽通量和云微物理量3方面具体研究WRFV3.3版本模式7种积云方案对暴雨模拟的效果,结果表明:BMJ方案和KF方案模拟降水效果好于GD和G3D方案,TS评分表明BMJ方案和KF方案得分要远远高于其它方案,GD和G3d方案得分最低.云水混合比与雨水混合比的含量高低直接影响模式预报降水量强度,高层大气模拟值的大小对降水量预报起着主要作用.除KF方案以外,其它积云方案模拟的云水混合比发展要早于雨水混合比,随后两者几乎同步发展,云水混合比和雨水混合比值迅速增长后,降水落区和降水范围迅速扩大.最终结果表明在四川地区利用WRF模拟暴雨,积云参数化方案考虑使用KF和BMJ方案,不使用GD和G3d方案.     

“20030816”云南暴雨过程的中尺度分析

 应用天气图、卫星云图TBB资料和多普勒雷达回波资料,分析了云南2003年8月16日的暴雨天气过程.结果表明:这次暴雨过程时空分布具有明显的中尺度特征,大尺度天气形势为中尺度系统的形成和发展提供了有利的环流背景、不稳定条件、能量条件和动力条件;在卫星云图上切变线云系在西南移过程中发展形成飑线,其上诱发产生的3个中-α尺度云团和1个中-β尺度的云团直接造成了强降水;在多普勒雷达上偏东风和偏西风之间的中-β尺度的切变线和逆风区对中-α尺度飑线的形成和发展起着重要作用,还诱发产生出了超级单体和中气旋,中-α尺度飑线导致了这次暴雨天气过程.     

高山雷达对低纬高原飑线的分析研究

 利用云南德宏新一代天气雷达飑线资料,同时结合另5次飑线个例,对比国内外一些研究成果,初步得出低纬高原飑线天气的一些中尺度指标.以德宏2006年7月17日飑线过程为例,分析了回波强度、回波速度场、气流的分布、地面风速等特点.结果表明:高低空急流是产生飑线灾害天气的重要因素;雷达强回波的中心强度、顶高等参数与天气过程存在较好的对应关系,可作为临近趋势预报的指标;按伯努里方程Δp/ρ=ΔV²/2可较好地估计地面风速,但需考虑地形影响和飑线方向的影响.结合雷达反演降水和德宏高密度雨量站资料,可看出飑线的强降水区域几乎都是其后部稳定的25～40dBz左右的稳定层状云回波造成的.     

基于79 GHz车载雷达的大气环境传播特性研究

针对79 GHz 频带雷达在雾气、降雨、降雪等不同天气条件下雷达性能下降的问题, 研究了基于79 GHz频带车载雷达的传播特性。评价了包括大气因素、降水(雾气、降雨、降雪)以及沙尘对该频段的影响, 并仿真分析了该频带在不同环境条件下对车载雷达性能的影响。结果表明, 不同天气条件对该频段雷达具有一定的衰
减作用, 同时降雨对79 GHz 车载雷达具有较大的影响。该研究对开发和利用79 GHz 频带, 并为该频带进一步应用于智能交通系统提供了理论根据。     

雷达估测降水模拟史灌河流域径流

运用雷达联合少量雨量计方法估测流域面雨量,结合GAME/HUBEX国际合作项目1998年加强观测期在史灌河流域获取的水文观测资料和TOPMODEL进行降水径流模拟,并与稠密雨量计站网测量的面雨量进行流域出口流量模拟的对比试验.在1500小时时间序列的比较试验表明,雷达估测面雨量和雨量计测量的面雨量都能较好地模拟每小时流域出口蒋集的出流量,数值试验还表明,雷达估测面雨量在某一时段上的均值误差作为一个指标可以较好地反映其应用于降水径流模拟时的精度;总雨量和强降水的估测精度是雷达估测面雨量能否用于径流模拟的关键.     

基于粒子系统的实时降雨模型

本文基于粒子系统的基本原理分析井提出了实用的自然降雨模型和雨粒子的属性。用直线作为雨粒子的形状、用雨粒子组实现降雨的连续补充,模拟雨滴下落过程中受到的重力作用,并结合两种简化的风场模型,从而更加完善了降雨模型。最后改进了水波的快速模拟算法。     

相似廓线法在星载雷达陆面衰减订正中的应用

针对星载雷达陆面衰减订正存在的困难, 提出相似廓线订正方法。利用洋面雷达测得的雷达等效反射率因子廓线(简称降水廓线) Z_m和经表面参考技术(SRT)订正后的降水廓线Z_e建立相似廓线库, 通过匹配雷达在洋面和陆面测得的降水廓线, 对陆面降水廓线的地表路径积分总衰减(PIAs)进行估值。借助2018年GPMCO 2A-Ku数据产品中洋面降水资料进行检验, 结果表明相似廓线法与SRT技术的订正结果具有较好的一致性, 对于容许相对偏差40%的相似廓线库, 匹配成功的降水廓线中, 两种方法的PIAs相对偏差小于40%的廓线比例依次为对流云降水 88.8%, 无亮带层状云降水98.9%, 含亮带层状云降水98.9%, 显示该方法有效。借助2014—2018年GPM-CO 2A-Ku数据产品中陆面降水资料进行对比, 结果表明相似廓线法的陆面应用效果与洋面差异较大, 与陆面SRT技术应用效果差的结论相一致。     

宁夏一次大到暴雨过程成因分析

利用地面、高空常规观测资料、数值预报物理量场以及卫星、雷达、自动站等资料,综合分析了2009年8月18日发生在宁夏的全区性大到暴雨过程．分析表明,台风“环高”的生成发展与西太平洋副高（简称副高）之间的相互作用,形成了有利宁夏降水的“东高西低”的环流形势,在副高东退过程中宁夏出现明显降水．500hPa短波槽和700hPa低涡是造成降水的天气系统．降水期间,中低层有明显的水汽和不稳定能量输送,且存在层结不稳定条件;云图中有多个中小尺度对流云团先后影响;雷达回波图上,此次降水过程表现为混合性降水,强降水由多个强度35～40dBz的强回波块影响造成,出现强降水的站点附近有“逆风区”或明显的气流辐合区存在,有明显的中小尺度上升运动,在雷达反演的风廓线可分析出“低层暖平流,高层冷平流”的配置．