2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现：本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。     

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明：此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。     

2014年宁波一次典型海陆风雷暴过程探析

用Micaps,地面自动站加密资料,新一代多普勒天气雷达资料和GFS 0.5°×0.5°再分析资料以及中尺度WRF模式输出资料对2014夏季发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了分析总结,得出:宁波新一代多普勒雷达反射率回波出现弱窄带回波时,对应边界层辐合线海风锋,在有利天气形势背景下易诱发强对流的发生发展。此次强雷雨过程是在有利天气背景条件下发生的,强对流发生在局地层结不稳定和较好的水汽条件下;利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;海风锋本身有一辐合抬升区,辐合上升运动的加强为雷暴的发生提供了有利的动力条件,从而触发了该地区不稳定能量的强烈释放,促使了雷暴的新生发展。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

渤海湾海风锋触发雷暴的观测和模拟分析

利用天津多普勒天气雷达观测资料和中尺度数值模式,对比分析了2007年8月13日海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征。结果表明,数值模拟和多普勒天气雷达观测海风锋起始生消时间、形态特征和位置基本吻合。数值模拟能够更清晰地显示海风锋的物理量特征,也能反映出海风锋前端是东南风和东北风交汇的辐合带,在850 hPa以下向内陆推进过程中呈气温降低和湿度增加的特点,并逐渐形成增厚的热内边界层。从水汽和温度的水平分布来看,海风锋前端为温度和湿度等值线的密集区,海风锋背后为冷湿气团。另外,虽然未能模拟出阵风锋的细线回波,但模拟出阵风锋为干冷气流。雷暴四周均存在低层辐散下沉气流,只是雷暴主体前部阵风锋的辐散气流较强,而多普勒天气雷达仅能观测雷暴主体前部的阵风锋。多普勒天气雷达探测海风锋与阵风锋碰撞后,在碰撞交叉处形成雷暴天气,数值模拟揭示了碰撞交叉处形成雷暴天气的物理量特征,即:有明显的垂直运动和散度特征;广义理查逊数的分布特征也较显著,其厚度在1.0 km左右,CAPE值明显增加。     

天津地区城市热岛环流与海风环流相互作用的研究

利用中尺度数值模式（TJ WRF）模拟资料及天津加密自动气象站资料等,选取几个典型天气过程（城区附近局地强雷暴天气过程、受海风影响明显的无天气过程）个例,分析研究天津城市热岛环流与海风环流的空间结构特征及相互作用;重点对城市热岛环流与海风环流相互作用触发局地强雷暴的机制进行分析。结果表明：城市热岛环流的伸展高度基本在800 hPa 附近、空间范围约为20 km、环流内有弱的辐合上升;海风环流的伸展高度在800~750 hPa、空间范围40~60 km,海风环流前沿海风锋的伸展高度为950~900 hPa,垂直上升速度平均为0.2 m·s-1 ,略强于城市热岛环流。海风环流对城市热岛环流有明显消弱作用,城市热岛环流对海风环流有一定的阻挡作用,其阻挡的程度与城市热岛环流强度有关。随海风环流向内陆推进,海风环流与城市热岛环流相遇出现叠加,叠加后的辐合上升运动明显加强,最大上升速度可达0.6 m·s-1,并在不稳定天气形势条件下能触发局地强雷暴天气的出现。     

天津地区080625强对流天气过程的分析

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,利用NCEP/NCAR再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料对2008年6月25日天津的强对流降水过程进行研究,然后利用WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式对该次强对流降水过程进行数值模拟和诊断分析。结果表明：中尺度露点锋是该次强对流降水的重要机制,其对应的低层气流辐合所形成的强烈上升运动及相对应的强烈发展的对流云团,是此次天津强对流降水的直接影响系统;对流有效位能等参数的变化非常好地反映出此次强降水天气的发生和发展特征;较大的相对螺旋度与此次强对流天气的发生对应也较好。由此认为,中尺度露点锋锋生的动力学、热力学过程是此次强对流降水天气发生发展的重要机制。     

2014年5月17日广东强对流天气过程分析

利用常规资料及WRF模式对2014年5月17日出现在广东省的强对流天气过程进行了天气尺度背景和中尺度分析,并对此次强对流天气过程范围大、生命史较长的机制进行了分析。结果表明,WRF模式可以较好地模拟出此次强对流天气过程,可有效地用于强对流天气预警预报;此次强对流过程天气尺度背景属于典型的高空槽配合、切变线配合地面锋面,850 h Pa切变线配合地面锋面共同作用触发了强对流天气发生;环境场强的垂直风切变、强对流雷暴内部有组织的垂直上升和下沉运动是此次强对流天气维持较长生命史的主要原因。     

一次海风锋触发的强对流天气分析

利用自动气象站、多普勒天气雷达等各种观测资料,分析了2009年6月5日江苏出现的罕见大范围强对流天气,同时利用WRFV3模式对这次海风锋的发生、发展过程进行了模拟。结果表明,由于地面加热不均和海陆温湿差异导致的变形场锋生所形成的海风锋,是造成这次强对流天气过程的主要中尺度激发和强化系统。对流云团进入锋区后在切变线的辐合作用下发展,并随平均风向向前传播。海风锋在雷暴高压下沉出流的推动下,移动路径偏离主回波,在移动过程中其后部不仅激发出对流单体,还组织新的MCS发展。海风锋起到了加强和触发强对流天气的作用,对流单体进入海风锋后发展剧烈,垂直速度和低层辐合明显加大。另外,在有利的温湿条件下,雷暴高压的出流能加强海风锋的上升气流。     

MM5和WRF模拟东北冷涡雷暴天气过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料驱动中尺度天气模式MM5和WRF,模拟2005年4月6日辽宁强雷暴降水天气过程。结果表明:MM5和WRF模拟雷暴发生的天气系统结构相似,但对于降水量模拟,WRF模式模拟的结果与实况更为接近。分析其天气系统结构表明,降水过程中来自不同地区的冷暖空气交汇和来自不同地区云团的汇合造成了此次强雷暴天气的发生。     

渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

太湖地区湖陆风对雷暴过程影响的数值模拟

利用耦合了NOAH陆面模式的WRF中尺度数值模式,对2010年8月18日发生在太湖地区的一次强雷暴过程进行数值模拟,并将模拟结果与实况进行对比。结果表明:模式能较合理地模拟出雷暴演变过程及近地面要素变化。此次雷暴天气过程发生在湖风发展强盛时期,雷暴沿东岸湖风与背景风形成的辐合线发展。通过两个敏感性试验,研究了太湖地区湖陆风对雷暴过程的影响。湖风锋对雷暴过程起触发和增强作用,湖风锋的阻挡和抬升作用导致此次雷暴的产生。在湖风锋前缘形成的初始对流进一步发展加强为雷暴,发展成熟的雷暴低层出流又与湖风作用形成新的雷暴,湖风的辐合为对流云的发展提供水汽和能量。在雷暴的形成发展过程中,感热通量输送可改变大气边界层结构,使低层不稳定能量较易释放,潜热释放加强上升和下沉气流,使边界层湿度增大,对流进一步发展增强。     

一次海风锋天气过程分析与数值模拟

利用NCEP再分析资料、自动气象站观测数据、多普勒天气雷达反射率因子和WRF模式,对2015年5月24日午后,海南岛东北部出现的一次较强的海风锋降水天气进行过程分析和数值模拟。结果表明:强降水发生期间,海南岛处于副热带高压边缘,中低层水汽来源充沛,降水前后K指数变化明显;两支分别来自海口海岸线向东南移动与来自文昌海岸线向西北移动的海风锋的发展、增强与移动,是导致本次降水的主要原因。另外,中部山区小尺度的地形辐合有利于过程期间海风锋的加强与发展;WRF模式的模拟结果说明,海风锋发展最旺盛的时候,锋面高度达约1000 m,宽度约0.15个经度;海风锋垂直环流圈的建立伴随着地面降水的加强;地面降水减弱时,海风锋环流圈逐渐消失。     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

海风雷暴的观测分析和数值模拟研究进展

沿海地区经济相对繁荣,城市化水平较高,对天气和气候的依赖性强,突发性强对流天气所造成的灾害也会更加严重;同时沿海地区的强对流天气又与海风环流密切相关,因此沿海地区海风雷暴的研究受到了日益广泛的关注,成为了气象学和大气科学中的重要研究对象。在过去的半个多世纪中,海风雷暴的观测和模拟研究取得了大量的研究成果。本文通过对这些研究工作进行回顾和总结,系统地分析了国内外的研究现状,重点讨论了海风雷暴的结构和特征、发展演变过程、触发机制及其预报预警。最后对海风雷暴未来的研究方向进行了探讨,提出了一些有待于研究或需深入研究的问题,以利于今后更好的开展有关海风雷暴的工作,加深对其发生发展规律的认识,提高预报预警水平。     

城市下垫面对渤海湾海风锋特征影响的一次数值试验

海风锋与沿海强对流天气密切相关,而城市化发展对沿海地区下垫面的改变会对海风锋特征产生影响。鉴于此,本文利用耦合了新一代城市物理方案UCP-BEM(Urban Canopy Parameterization-Building Energy Model)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展数值试验分析了城市下垫面对渤海湾海风锋特征的影响。结果显示:城市下垫面高粗糙度对低层海风风速的明显削弱造成海风锋往内陆推进距离稍减,低层辐合和上升运动减弱;城市下垫面较大的向上感热通量和较小的向上水汽通量以及高粗糙度对海风的削弱的共同作用造成冷湿海风对低层大气的降温和增湿幅度减弱;高粗糙度的城市下垫面对海风环流的摩擦力效应使得海风得到抬升,这导致了冷湿海风对低层大气的降温和增湿的垂直范围得到提升;受这些结果影响,海风锋背后低层有效位能减小,但垂直分布范围扩大,从而造成对流抑制高值区抬升,同时海风锋背后的静力不稳定区变厚,其上面的动力不稳定区则变薄,但不稳定区总厚度基本不变。     

日照沿海海陆风的气候特点及其对天气的影响

使用近海海温资料和莒县站、日照站气象资料,用对比分析的方法分析了日照地区沿海海陆风的气候特征及对当地天气的影响。发现海陆风明显的季节变化和日变化对当地气温、降水、湿度及天空状况等气象要素的空间和时间分布影响显著。海风强盛季节的午后和陆风强盛季节的早上,沿海的温度梯度常具有海风锋和海岸锋的特征,使沿海地区低云和雷暴天气明显增多,降水分布具有明显的海陆风和地形影响特征。     

宁波地区海-陆下垫面差异对雷暴过程影响的数值模拟

利用耦合Noah陆面过程的WRF模式对2009年6月5日傍晚发生在宁波地区的一次雷暴过程进行数值模拟,通过改变下垫面覆盖类型的敏感性试验,探讨了海洋和陆地下垫面对雷暴过程的影响。结果表明,WRF模式能够较合理地模拟出雷暴的发生、发展过程。雷暴发生前期,由于海-陆强烈的热力差异,海风特征明显,海风引起的抬升运动触发了雷暴,海风形成的强辐合区对应雷暴过程累积降水量的大值区。当研究区域全部被替换成陆地后,地表的粗糙度增大,在研究区域东部由于摩擦辐合加强,产生了强烈的上升运动,多个发展旺盛的对流单体在上升运动区生成,使雷暴产生的降水区域东扩、降水量增大、雷暴维持时间延长。当研究区域所有陆地被替换成水体后,白天地表通量减小,大气边界层中湍流运动减弱,边界层高度降低,大气层结变得稳定,不利于对流发展。     

Numerical simulation of sea and bay breezes in a weak shear environment

Summary A numerical mesoscale model (COAMPS) is used to study some of the features associated with the evolution of the kinematic, thermodynamic, and physical structure of the Alabama sea and bay breeze circulations and convections in weak shear environments based on five cases from Medlin and Croft (1998). The general and expected features and evolution of sea and bay breeze circulations are captured by the model simulations, including horizontal and vertical wind shifts, thermal contrast between land and water surface, vertical stability over water and land, return currents and moisture increase. The relationship of the circulations to specific synoptic flow regimes and local physiographic features was investigated. The sea breeze triggered convective cells are confirmed to have a preferred location according to the flow regime and local conditions. This result can assist the forecasters in understanding the anticipated convective cell initiation and development on a given day as related to sea and bay breeze cells as well as improve the short-term forecast accuracy of the location of thunderstorm initiation based on routine observations and subsequent convective activity. If local NWS office model a selective subset of cases then they can better visualize and forecast those cases operationally.