“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.     

长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水；高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。     

加热过程对热带气旋生成的数值试验

用Pielke等的中尺度两维原始方程数值模式研究海气相互作用和其它非绝热加热过程对热带气旋生成的作用。进行了7种数值试验,即:(1)只考虑无云情况下的辐射加热作用;(2)考虑辐射加热和不均匀的云量效应;(3)只考虑海气交界面上的潜热和感热通量;(4)大尺度凝结、对流调整、辐射和洋面上潜热感热输送;(5)积云对流凝结加热和云天辐射;(6)积云对流凝结加热和洋面上的潜热感热通量;和(7)积云对流凝结加热、洋面上的潜热、感热通量和云天辐射等全部加热过程。 结果表明:积云对流凝结加热对热带气旋的生成起最重要的作用,大尺度凝结加热和对流调整趋于使低压填塞,而洋面上的潜热、感热通量也起不可缺少的作用。     

1998年长江洪水大暴雨的卫星云图分析

利用GMS卫星的逐时红外云图做成了日、候、旬、月和季平均云图,在此基础上对1998年夏季长江中、上游洪水期间暴雨的云图特征进行了分析。结果表明,多日平均云图可以概括地揭示降水系统的主要特征。它不仅可展示天气尺度的暴雨云带,而且在日和候平均云图上也可以相当清楚地展示出云带内所包含的中尺度对流云团。旬、月和季平均云图表明,长江上游从6月中旬开始到8月中旬长达两个多月对流的频繁发生是“98洪水”长江上游洪峰多,中游高水位维持时间长的重要原因。候和日平均云图表明,降雨云带上频繁产生中α尺度暴雨云团造成了7月下旬长江中游连续出现特大暴雨。用每小时一次的红外云图作出的日平均云图与日雨量分布之间存在一定程度的对应关系显示出用日平均云顶黑体辐射温度(T_BB)来估算径流量的可能性。     

2009年7月20日山西省南部区域暴雨天气分析

利用常规气象资料以及卫星云图、自动站雨量等非常规气象观测资料,采取天气学诊断分析方法,对2009年7月20日出现在山西省南部的区域性暴雨天气过程进行了分析。结果表明：副热带高压向南摆动是造成此次区域性暴雨过程的天气尺度系统;700hPa和850hPa切变线是此次暴雨发生的主要影响系统;卫星云图能够较好地监测中尺度系统的发展及移向,同时中尺度系统的发展和移向与雨团的移动和自动站的雨量有较好的对应关系。     

暴雨中尺度环境场的总动能收支

利用一套分辨率较高的中尺度实验观测资料,对一次暴雨过程的中尺度环境场进行了总动能平衡的诊断研究,讨论了对流活跃和非活跃两个时期动能平衡过程的差异．结果表明,暴雨的能量过程很活跃,非地转运动的绝热耗损和动能的向外界辐散是暴雨过程的主要能汇,而次网格尺度向网格尺度的运动动能转换,是环境场动能的主要能源;暴雨区对流层高层的能量过程比低层活跃,高层急流对环境场动能平衡过程有很大作用．比较对流活跃和非活跃２个时次的动能平衡过程发现,暴雨过程的动能平衡与对流强度变化有联系,２个不同时段的动能平衡过程有差异,尤其在中层这种差异更明显．     

一次江淮暴雨的热量与水汽收支诊断分析

利用MM5中尺度模式对一次江淮地区的暴雨过程进行了数值模拟,应用模拟结果诊断分析了降水区热量和水汽收支的变化。结果发现：当有强对流发生并伴有强降水时,就会有强的视热源Q1和视水汽汇Q2出现,而强的Q1与Q2和强降水区基本是对应的。在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制;对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件。     

华南前汛期一次暴雨过程中的中尺度对流系统

通过对卫星云图观测到的MCS云团生消过程和实测降水资料的分析，发现1998年5月23—24日发生在华南的一次前汛期暴雨过程主要是由多个相继生消的MCS造成的。利用MM5模式成功地模拟出了其中两个主要MCS的发生发展。对模拟结果进行分析发现这两个MCS的发生发展是冷暖空气交汇的结果，MCS生成于暖空气而消亡于冷空气中。两个MCS的上升运动都非常强，最大辐散位于400hPa左右，垂直方向上表现为气旋性的涡柱，右侧低层有中尺度的低空急流，高空有强的西南风区。     

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.     

河南省焦作市一次局地强对流天气过程的分析

利用常规高空、地面资料和自动站资料、多普勒雷达资料等,从天气形势、物理机制、中尺度特征等方面入手,分析了河南省焦作市一次局地强对流天气的演变和成因．结果表明：这次强对流天气过程发生在高空槽后西北气流中,中高层干冷平流、低层暖湿平流的大气层结增强了对流不稳定的发展,地面中尺度辐合线是此次强对流天气的直接影响系统;CAPE的高值区与强对流天气区有较好的对应关系;多普勒雷达可以监测对流云团的发展和移动利用多普勒雷达资料能够提前预警强对流天气的发生．     

98.7暴雨中尺度系统发展的视涡源涡度变率诊断分析

利用 MM5输出的高分辨率资料和视涡源与总涡源诊断方程对“98.7”特大暴雨的涡度场、视涡源、总涡源进行了诊断分析 .结果揭示 :此次暴雨的发生和发展与其视涡源、总涡源的生成和发展直接相关 .正视涡源柱和总涡源柱的存在及强烈发展是强暴雨中尺度系统发生发展的主要动力机制 ,这种机制有利于突发性特大暴雨发生 .暴雨的落区基本处于视涡源、总涡源中心位置的下方 .因而 ,视涡源与总涡源的强度及所处的位置为雨强及落区的预报提供了参考依据     

1998年湖北大暴雨的中-β尺度对流系统数值模拟和可视化研究

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。     

闽中—次突发性局部大暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、加密自动气象站以及多普勒雷达资料,对2009年6月3日～4日出现在福建中部沿海地区的局部大暴雨进行了中尺度分析。结果表明：暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,高空槽、低涡切变线以及地面中尺度切变线是其主要影响系统;对流层中低层大量的水汽输送和对流有效位能的积累为大暴雨的形成提供了有利的环境条件,低层弱冷空气入侵使西南暖湿气流被迫抬升、地面中尺度切变线的形成是暴雨发生的触发机制。     

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。     

前汛期惠州市强降水气候突变及其环流特征分析

 惠州市地处气候年际变化显著的东亚季风区,近几十年来前汛期强降水事件频繁,尤其自20世纪90年代以来有很多暴雨灾害发生。为了客观地分析惠州前汛期强降水事件的异常情况,利用1967-2009年惠州市降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了前汛期惠州强降水的气候变化及其环流特征。结果表明：前汛期惠州市总降水量和暴雨量大,暴雨日数多;它们的年际变化一致,无明显趋势变化。但自1990年代中期至今,强降水异常有增多且强化的趋势。进一步对比惠州前汛期强降水异常事件突变前后的环流特征,强降水偏多（少）年,突变前后低纬地区均呈现偏南（东北）气流异常,而引起强降水偏多（少）年突变的环流形势差异,主要表现为突变后冷空气作用明显,低层北风分量增强;突变前后物理量的差异则主要表现为,突变后强降水偏多年高、低层散度梯度加大,垂直上升运动偏强,对流性不稳定加大,强降水偏少年上述物理量的变化相反;以上差异特征均导致突变后强降水偏多年更易引发或加剧强降水异常,强降水偏少年更不易于强降水的发生。     

局地分析预报系统在龙卷强对流天气分析中的应用

融合多种探测资料的局地分析预报系统(LAPS)能够提供包含中尺度信息的高分辨率中尺度分析场,利用LAPS资料同化分析场分析2009年6月5日发生在江苏徐州的一次冰雹、龙卷强对流天气的中尺度特征.分析结果表明,(1)对流发生时,大气处于不稳定状态.(2)动力不稳定条件,为强对流天气提供了能量;而充足的水汽条件,有利于强对流的维持.(3)低层辐合、高层辐散的配置有利于对流运动的产生和发展.(4)强对流发生时会伴随强烈的上升气流.(5)从可降水量和水或物分布可以很好的识别出降水区和冰雹发生区.应用结果表明,LAPS输出的各种物理量场对强对流天气系统有较好的解释应用能力,能清楚地反映强对流系统的中尺度特征.     

西南季风水汽输送对热带气旋Bilis降水影响分析和数值试验

以一个登陆强度并不强,但在内陆长久维持并引发大暴雨造成巨灾的热带气旋Bilis(0604)为研究对象,首先利用实测资料分析了Bilis造成中国南方大暴雨过程的环流形势和物理量场特征,指出西南季风和Bilis残留低压相互作用为本次大暴雨的发生提供了有利的水汽和动力条件;然后利用中尺度模式MM5模拟分析了西南季风强度和水汽输送变化对本次大暴雨过程的影响。结果表明,降水受西南季风自身强度影响不大,但对水汽输送多寡十分敏感,水汽减少将导致降水强度明显下降,外界水汽输送有助于Bilis雨带中强对流活动,使雨量加强。     

一次春季暴雨不稳定条件和对流触发机制的数值模拟研究

2003 年 4 月中旬发生在山东一带的中尺度对流系统引发了一次罕见的春季大暴雨。在不稳定的大尺度环境中,触发条件决定了对流系统在何时、何地发生。触发条件通常位于近地面层中,水平尺度也很小,常规资料无法揭示出来。为此,采用数值模拟和数值模拟敏感性试验并结合客观分析对它的发生机理进行了诊断。结果表明,此次暴雨是由 MCS（中尺度对流系统）的两次发展造成的。第 1 次是比较典型的华北 MCC（中尺度对流复合体）过程,它是由地形强迫抬升触发了初始对流。第 2 次初始对流是由午后的边界层辐合线触发的,从华北平原南下的浅薄冷空气也起了重要作用。另外,最大对流有效位能（MCAPE）对初始对流的发生位置有很好的指示意义。     

Spiral rainband in a numerically simulated tropical cyclone

Spiral rainband is a prominent structure of tropical cyclone. Though its forming mechanism, vortex Rossby wave theory, has been widely accepted in recent years,its internal structural features are still not well known. The spiral rainband in the severe tropical storm Kammuri (2002),which caused heavy rainfall in southeast China, is simulated using the mesoscale model MM5 (V3). Results show that the simulated spiral rainband propagates azimuthally at a speed close to that of vortex Rossby wave in theory, and is accompanied with energy dispersion in the radial direction. The structural features of simulated spiral rainband are analyzed with the high-resolution model output including the full physical process. Positive vorticity, ascending motion, horizontal momentum and so on are highly concentrated in the spiral rainband. The convergent moisture of spiral rainband comes mostly from the planetary boundary layer under 1 km.Airflow from the outside of spiral rainband is convective instability, which can provide instability energy for convection development. However, the atmospheric stratification in the inside of spiral rainband is neutral, implying that the instability energy has been released. There is a mesoscale strong wind band just near the spiral rainband in the outer side with a maximum wind speed exceeding 30 m/s, which results from the pressure force acceleration when the air flows into the spiral rainband along the gradient of pressure.     

福建省台风降雨的小时尺度响应特征

基于近5 a登陆福建沿海地区的台风最佳路径,采集台风登陆地区在台风登陆前后3 d(总计7 d)1 747个气象监测站的降雨时程数据.通过识别提取台风登陆区域的降雨特征,在小时时间尺度上,比较研究各登陆区域台风降雨雨型、累积降雨量时程响应特征、峰值降雨强度以及降雨的时间尺度特征.研究结论可为台风暴雨型滑坡灾变机理的数值模拟及模型实验提供重要借鉴,为东南沿海台风暴雨型滑坡的防灾减灾工作以及在更小时间尺度上进行滑坡灾害临滑预警提供理论基础.