中尺度分析系统LAPS应用雷达资料的个例研究

武汉暴雨所引进国际先进的中尺度分析系统LAPS, 经成功本地移植后, 该系统能融合华中区域多种非常规观测资料, 提供包含丰富中尺度信息的高分辨率中尺度分析场。针对一次梅雨期强降水过程, 利用LAPS系统进行中尺度分析, 通过对比该系统融合多普勒雷达资料前后各种物理量场的差异, 研究了多普勒雷达资料在该系统中的作用。结果表明, LAPS融合雷达径向风后, 对风场的改善比较明显, 能揭示流场的中尺度信息。融合多种资料后的LAPS中尺度分析场比NCEP再分析场更接近实况, 能清楚地反映中尺度特征, 可作为分析此次强降水过程发生\, 发展的工具。融合雷达资料反射率后, LAPS云分析能提供与实况接近的较细致的云信息, 有利于了解暴雨过程中云参数的演变, 同时也为数值模式热启动提供条件。     

华北平原回流天气综合形势特征分析

随着探测手段的发展,越来越多的探测资料可以提供给数值天气预报.为了更有效地将这些不同格式的探测资料融合同化为常规物理量,为预报员提供更加直观的中尺度分析场以及为数值模式提供包含丰富中尺度信息的初始场,引进美国的局地分析预报系统LAPS(Local Analysis and Prediction System).介绍了该系统处理资料的原理、方法.初步试验结果表明,对LAPS系统的局地化比较成功,可以融合T213或NCEP、多普勒雷达、云导风、探空及自动站等多种资料,为预报员提供更好的预报依据.     

2010年春季陕西中南部一次暴雪和雷暴天气的触发条件及中尺度分析

运用常规气象资料和FY-2C卫星云图TBB(云顶亮温)、多普勒雷达、NCEP等资料,对2010年4月13日晚到14日上午陕西中部暴雪以及陕南雷暴天气的特点、环境场条件和中尺度系统的演变进行对比分析。结果表明:强高空锋区和青藏高原东移的低槽是造成陕西关中北部暴雪及陕南南部雷暴的影响系统;700hPa西南风急流输送的水汽和不稳定能量,横切变上较强的风速、风向辐合产生强的上升运动是产生暴雪和雷暴的动力条件;动力强迫作用在这次雷暴、暴雪过程中起到重要作用,与高空锋区、高空急流及低空急流相联系的次级环流上升支是这次雷暴的触发机制之一;过程前期低层被冷空气控制,存在较明显的锋面逆温,逆温层之上的气块绝热上升获得浮力导致雷暴,说明这次过程存在着高架雷暴;暴雪过程存在着中尺度的地面辐合线,陕南南部雷暴天气是中-β尺度对流云团造成的。     

2007年济南“7.18”大暴雨的持续拉长状对流系统研究

利用常规观测、中尺度自动站、卫星和雷达等资料,分析了2007年7月18-19日造成华北南部强降水的持续拉长状对流系统(Permanent elongated convective system,简称PECS)的发生和发展过程.结果表明:持续拉长状对流系统的发生发展与低层来自东北方向冷空气和正在减弱的中尺度对流复合体尾部的向外气流有关.云图分析表明:这次持续拉长状对流系统先后南10个对流单体复合而成,其中2个α中尺度的对流单体复合时造成了济南市北部的商河县强降水,并且强降水发生在持续拉长状对流系统发展阶段,位于持续拉长状对流系统的后部,与低于201 K的冷云盖相对应;当对流单体复合时,在可见光云图上出现云线(即飑锋).并且在窄小的云线中又包含4个γ中尺度的对流单体,其中一个产生高达13 km的降水回波;当云线出现时,地面冷锋后部出现γ中尺度雷暴高压,随后逐渐发展成为α中尺度的雷暴群,降水产生在雷暴高压前和冷锋后.济南市强降水过程则是由合并后的对流单体内部的2个强度不同的上冲云顶合并成一个更强的上冲云顶时造成的.雷达同波分析进一步显示,这次持续拉长状对流系统降水回波表现出后部扩建类和同波交叉类的特征,其中商河县的降水由主冷空气涌产生,而济南市强降水可能与主冷空气涌与次冷空气涌合并所形成的2个β中尺度和1个γ中尺度的多单体雷暴有关.     

华中区域LAPS中尺度分析场的检验与评估

本文利用LAPS融合地面观测资料、探空资料、雷达资料形成中尺度分析场,将该分析场与实况降水、雷达同波、TBB图进行对比,发现LAPS分析场具有中尺度系统的描述能力.设计了融合不同观测资料的试验方案并计算了各种试验方案的均方根误差,定量对比分析了各种资料在LAPS系统中的作用,结果表明LAPS融合所有观测资料后得到的分析...     

云南一次秋季雷暴过程的闪电特征及形成条件分析

利用NCEP/NCAR资料、雷达回波、卫星云图和闪电定位系统等新一代探测资料对2010年9月21-23日的云南雷暴过程进行了分析.结果表明,西移的热带低压“凡亚比”为这次雷暴云团发展提供了热带偏东风辐合及低层暖(300～302 K)、中层湿(相对湿度≥80％)等有利环流背景条件.中尺度雷暴云团负闪电占主导地位,发展阶段云顶亮温下降,均为负闪电,负闪电频数高达1 245次·(30min)-1;从成熟阶段到消散阶段,云顶亮温逐渐上升,负闪电逐渐减少,有少量的正闪电出现并逐渐增加.另外,雷暴云团结构和闪电空间分布不均匀,具有前部为主对流区而后部为云砧或高云的结构特征,云顶亮温前部较后部低且梯度大.密集负闪电主要出现在云顶亮温≤-60℃附近和前部大的云顶亮温梯度区,稀疏正闪电分散在密集负闪电后部和云团中部.多普勒天气雷达显示,雷暴云团前部云区表现为具有不均匀结构的中尺度带状回波,后部云区属于无回波区;密集负闪电主要出现在带状回波上强度≥40 dBz和顶高≥10 km的强回波区内及中尺度不均匀风场附近,且回波强度越强、顶高越高,负闪电越密集;发展后期稀疏的正闪电分散在强回波的后部边缘或者后部弱的对流回波和层状云回波上.     

风云静止卫星资料在一次暴雨云分析中的应用

基于LAPS系统和WRF模式,开展卫星、雷达、探空、地面等多源观测资料融合同化对暴雨过程云结构和模式模拟效果分析研究。介绍了卫星等观测资料在LAPS云分析和湿度分析中的应用方法,根据融合同化观测资料种类设计数值试验方案,研究我国风云卫星资料在LAPS云分析系统中的作用。结果表明,风云静止卫星图像资料的融合可明显改善暴雨过程LAPS云顶高度及总云量等二维云结构分析,并订正中高层及云顶的云量、云水、云冰、云分类等三维云结构的垂直分布,可描述暴雨过程三维云结构的发展演变特征。融合雷达回波资料可调整中低层三维云结构,并分析出雨水和雪等水物质参数。LAPS系统融合同化的观测资料越多,湿度场误差越小,可改进模式对强降水区的模拟,提高降水TS评分。     

卫星云图在局地强雷暴天气预报中的应用

1.前言局地强雷暴天气(尤其是龙卷风)的出现要有一定的气象条件。将卫星云图资料和常规资料配合应用,能更好地分析出局地强雷暴出现的条件。从卫星云图可以直观地看出局地强雷暴生成的动力学条件和引起局地强雷暴生成的一些天气图尺度或中尺度系统。极地轨道卫星的可见光、红外云图和地球静止卫星云图可提供以下一些有关局地强雷暴生成的资料:     

LAPS在冰雹云模拟中的应用

LAPS是中国气象局武汉暴雨研究所引进的中尺度分析系统,能融合区域内多种非常规观测资料,提供高分辨率中尺度分析场。该文对探空资料和LAPS分析场两种初始场的大气层结和环境风场信息进行了比较,并应用探空资料和不同时次的降雹点的LAPS分析场作为三维对流云模式的初始场对2008年7月27日、28日湖北西部山区冰雹天气过程进行数值模拟,并将模拟结果与观测实况进行了对比分析,最后对27日降雹过程应用临近降雹时次的LAPS分析场作为云模式初始场模拟的回波、风场和垂直速度等特征进行了分析,以探讨LAPS用于云数值模式的适用性、优越性以及冰雹云发生发展特点。结果表明: LAPS输出场用于云模式初始场进行冰雹云数值模拟具有时空上的优势,能更好地模拟出午后局地降雹,可以弥补探空资料作为云模式初始场的不足,应用临近时次的LAPS分析场作为云模式初始场的数值模拟能体现出冰雹云发展过程中多次增强等细节,有利于人工防雹作业预警和催化方案的确定。     

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

强对流降水云团的云图特征分析

对1992～1994年夏季四川、湖北、河南3省333个地面雨量站2万多个雨量观测数据以及与之相应的4千余幅GMS-4红外数字云图资料的分析结果表明，云顶温度、温度梯度、云团的膨胀、穿透性云顶的存在、云体相对于云团中心的偏离量与云的降水强度有着明显的对应关系。在不同的地区，这种对应关系有所不同。     

Application of a Three-dimensional Variational Method for Radar Reflectivity Data Correction in a Mudslide-inducing Rainstorm Simulation

Various types of radars with different horizontal and vertical detection ranges are deployed in China, particularly over complex terrain where radar blind zones are common. In this study, a new variational method is developed to correct threedimensional radar reflectivity data based on hourly ground precipitation observations. The aim of this method is to improve the quality of observations of various types of radar and effectively assimilate operational Doppler radar observations. A mudslide-inducing local rainstorm is simulated by the WRF model with assimilation of radar reflectivity and radial velocity data using LAPS(Local Analysis and Prediction System). Experiments with different radar data assimilated by LAPS are performed. It is found that when radar reflectivity data are corrected using this variational method and assimilated by LAPS,the atmospheric conditions and cloud physics processes are reasonably described. The temporal evolution of radar reflectivity corrected by the variational method corresponds well to observed rainfall. It can better describe the cloud water distribution over the rainfall area and improve the cloud water analysis results over the central rainfall region. The LAPS cloud analysis system can update cloud microphysical variables and represent the hydrometeors associated with strong convective activities over the rainfall area well. Model performance is improved and the simulation of the dynamical processes and moisture transport is more consistent with observation.     

基于FY-4卫星资料分析暴雨云系特征

本文利用FY-4气象卫星单通道云图和多通道组合，以2019年7月28日四川省眉山市的一次暴雨过程为例，分析暴雨云系的演变和微观物理性质等特征，结果表明:此次暴雨过程中出现两次对流云团的合并，云团的合并造成了暴雨区域和强度增大，属于多个对流云团多次合并，暴雨云团中有强烈的大尺度垂直上升运动，整层大气水汽充足，为强降雨提供了较好的水汽输送和动力条件。多通道RGB合成图能以色彩的形式有针对性地突出对流系统、冷暖气团、云粒子相态等属性，造成此次暴雨过程的对流云团主要为伴随强烈上升气流的由冰粒子组成的高层积雨云。FY-4气象卫星在暴雨等强对流天气监测中有着重要的作用，补充了常规天气资料分析的不足，为短时天气预报提供一种思路。      

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

台风麦莎与赤道穿透对流云团的初步比较分析

利用TRMM卫星的测雨雷达、微波成像仪、可见光和红外扫描仪资料详细分析比较了麦莎台风和位于南海南部的赤道穿透对流云团(EPCC)的云高以及降水结构特征.首先,对热带地区对流层到平流层的过渡带(TTL)以及进入TTL的穿透对流云团进行了阐述和定义.然后,分析对比了赤道穿透对流云团和台风麦莎不同生命史阶段的云高、降水结构特征,分析对比结果表明:(1)在强降水区:麦莎台风和EPCC的云顶上部均出现了冰粒子散射现象,但EPCC的散射强度强,微波亮温值均低于180 K,并且其雷达云高和红外云顶亮温云高相差较大、云顶亮温曲线平缓.(2)EPCC的深对流数量四分比、穿透对流数量百分比、尤其是穿透对流数量占深对流数量比,都比麦莎台风各阶段的高;在麦莎台风和EPCC(10-20 km)云体中大部分云高集中在10-12 km,但EPCC(10-20 km)的云高谱相对具有连续性、相对较宽.(3)麦莎台风以层云降水为主,对总降水量的贡献中也是从云降水贡献大,但是EPCC中却是对流性降水的贡献大,且EPCC对流降水与层云降水的像素数量比值和降水量比值也比麦莎台风的3个时次都高.(4)EPCC的降水廓线深度无论是从云降水还是对流降水都比麦莎台风深,层云廓线深度达11 km,对流廓线深度达18 km.另外,从EPCC的穿透对流数量百分比比麦莎台风多,层云、对流降水廓线比麦莎台风深这几方面,一定程度上说明了EPCC的局部垂直对流强度比麦莎台风强.     

A CONVECTIVE RAINFALL ESTIMATE TECHNIQUE DEVELOPED BY NSMC OF CHINA*

In order to reveal the relation between strong convective cloud characteristics and rainfall rate,over 20000 hourly raingauge data from 333 weather stations and the corresponding 4000 convective cloud infrared images of GMS-4 during the period of 1992-1994 in Henan,Hubei and Sichuan Provinces were studied.The results show that cloud top temperature,temperature gradient,the growth of cloud,overshooting top and the normalized distance between a cloud covering pixels and the cluster center have certain relations to cloud precipitation.These relations can vary with different geographical regions.Based on the study above,a convective rainfall estimation technique was developed by the scientists in National Satellite Meteorological Center of China.Its average error is 30% for daily precipitation with a correlation coefficient of 0.69.     

一次中小尺度强降水火箭增雨作业效果评估

分析了2003年7月23夜间至24日,衡水市受副热带高压外围强西南气流及弱冷空气共同作用下出现的一次小尺度强雷雨天气。介绍了实施火箭人工催化增雨作业情况,在作业同时进行了雨量、雨滴谱、雷达和闪电定位观测,利用常规天气图资料、雷达观测资料、闪电定位仪和雨滴谱、雨量等观测资料,对此次天气过程进行了分析,并采用作业区和非作业区对比的方法,就增雨效果从雨量、雨滴谱及秩和检验(Wilcoxon氏法)等方面进行了效果分析,结果显示:在局地强对流云系含水量丰沛,云顶高度高,云层温度低,过冷水区浓厚,同时垂直风切变有利于AgI粒子的结晶和扩散时,作业时机宜选择在降雨初期云中能量聚集尚未释放时,可进一步提高增雨作业效果。     

一次中尺度强降水天气过程分析

利用常规观测资料、卫星云图、自动站气象观测资料和多普勒雷达等资料,对2011年6月16日玉林市南部一次中尺度强降水过程进行天气动力学和中尺度分析,结果表明：这次暴雨是在有利的大尺度环流背景下．通过中尺度系统激发而产生的。高空低槽和低空切变辐合是强降水产生的前提条件,中尺度对流云团强烈发展是强降水产生的直接原因;分析红外...     

On the linkage between changes in cloud cover and precipitation extremes over Central India

In this study, linkage between changing characteristics of precipitation extremes and cloud covers over Central India is explored during summer monsoon period using Satellite data (1998–2015). This is a first attempt to relate the changes in cloud cover to the changes in precipitation extremes. Non-rainy cirrus clouds are excluded from this study. Results show that heavy rainfall (≥ 60 mm/day) is associated with cold cloud tops (Tb≤220 K) while moderate rainfall (<60 mm/day and ≥20 mm) occurs mostly with middle clouds (Tb>220 K and ≤245 K). Low level clouds (Tb> 245 K) are responsible for light rainfall (<20 mm/day). Increases in top 20%, 10%, 5% and 1% heavy precipitation relate well with the increases in very deep convective, deep convective and convective cloud cover. Among these relations, increase in top 5% heavy precipitation relates best with increase in very deep convective cloud cover. Decrease in bottom 30% low precipitation relates with decrease in low level cloud cover. The results reported in this study fit into the framework of how weather extremes respond to climate change.     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θ_se锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。