地面资料同化的飑线数值模拟及中尺度特征分析

为了揭示飑线的中尺度精细结构特征,针对2006年6月25日发生在河套地区的一次飑线天气过程,在分析其过程天气背景的基础上,使用WRF模式和三维变分资料同化技术,对此次飑线过程中的地面常规观测和自动气象站加密观测资料进行了同化试验.结果表明:同化地面观测资料可以有效地提高模式对飑线这样的强对流天气系统模拟效果,输出的高分辨率模式资料可以更加精细地刻画出中纬度飑线中尺度结构特征.     

2008年6月1日鄂西北飑线天气过程综合分析

利用NCEP 1°×1°6 h再分析资料以及常规观测资料、多普勒雷达资料等,采用天气学动力诊断分析方法,对2008年6月1日下午到傍晚发生在鄂西北十堰市的一次飑线天气过程进行了分析。结果表明：高空冷槽、低层切变线与地面冷锋是此次天气过程的影响系统;地面中尺度辐合线是此次强对流天气的触发机制,同时高层干冷空气侵入增强了空气柱的对流性不稳定层结,有利于强对流天气发生与发展;雷达产品资料较好地反映了飑线特征,飑线的风暴中心与强对流天气落区有很好的对应关系。     

一次华南强飑线过程的数值模拟分析

采用高分辨率中尺度数值模式WRF对2007年4月17日华南强飑线过程进行数值模拟,并利用数值模拟结果对强飑线过程进行诊断分析,探讨其触发和维持机制.结果表明,低层中尺度辐合线及切变线是本次飑线过程主要的触发系统和重要的维持机制之一,干侵入和对流性不稳定以及低空辐合高空辐散对飑线的发展和维持有着重要的作用.此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的β中尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力.     

一次低涡切变影响云南大雨过程分析

利用昆明 3830 /CC多普勒天气雷达观测资料 ,结合MICAPS客观分析资料 ,对 2 0 0 3年 9月 2日的一次大雨天气过程进行分析。结果表明 :在有利的低涡切变和地面冷锋环流背景和有利的热力、动力条件下 ,不断触发中尺度切变线和中尺度涡旋的生成和发展。中尺度切变线和中尺度涡旋是强对流生成和发展的动力 ,先后生成“人”字型回波、飑线和两个中尺度絮状回波团直接导致大雨天气过程 ,表现出了许多中尺度特征 ,零速度线的位置、变化和正、负速度相对位置的演变与中尺度天气系统的生成和发展密切相关。     

山东一次飑线过程的中尺度分析

2005年7月12日山东中西部地区发生了一次飑线天气过程.利用自动气象站、多普勒雷达及NCEP 1°×1°的逐6小时资料,从天气形势、垂直结构、地面中尺度场等角度分析了该飑线过程.结果表明:低涡后部的横槽转竖是这次飑线发生的大尺度环流背景,横槽转竖过程中引导高空冷空气下泻,形成上干下暖的不稳定层结,不稳定层结主要是通过高低空的温度差动效应来实现.与飑线相对应的是一支强盛的上升气流,飑线后部是下沉气流,具有较高动量的高空气流下沉至地面向外辐散,使得飑线后部地面辐散区中的风场大大加强.地面辐合带的走向和摆动对飑线移动有明显影响,辐合强度不断增强和范围不断扩大之后,天气也就愈激烈.地面低压区的移近、合并,有利于形成强对流发展的环境场.     

滇南飑线的发生环境及其多普勒雷达回波特征

通过对NCEP资料、常规气象资料和CIND3830-CC多普勒雷达观测资料的统计分析,归纳出滇南普洱市2004—2009年18次飑线发生前的天气形势及物理量场特征、飑线的时间分布特征、飑线的移动路径等。总结了飑线在多普勒雷达图上的基本结构、飑线中强对流单体的基本反射率特征、径向速度特征及天气对应关系,并分析飑线中回波单体的结构与灾害天气类型的对应关系、垂直液态水含量(VIL)的变化与飑线中冰雹的相关关系等。根据灾害类型和飑线中单体的结构将飑线分为5种类型,对飑线的短时临近预报有指导作用。     

河北唐山一次飑线过程的中尺度天气分析

利用常规观测资料、自动气象站资料及雷达资料,对2013年8月4日影响唐山的一次飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:500 hPa高空槽是产生这次飑线的主要影响系统,地面中尺度辐合线是这次过程的触发机制;对流层中层干冷空气入侵与低层暖湿气流的辐合增强了大气层结的不稳定;低层辐合、高层辐散进一步加强了垂直运动的发展;中低层垂直风切变则有利于飑线的发展、加强和维持。雷达回波图上可识别出中低空的中尺度辐合线、弓形回波、逆风区等中小尺度结构特征,对于此类强对流性天气的预报具有实际指示意义。     

东北冷涡过程中的飑线分析

利用哈尔滨站的飑线资料和常规高空、地面观测资料,对冷涡过程中的飑线从天气尺度环流背景、大尺度动力条件和中尺度天气系统等几个方面进行了分析。结果指出：①飑线发生在冷涡发展较强阶段,②飑线发生在冷涡浊温压场结构不对称性较强的锋区上,③层结不稳定、低层水汽输送与辐合、强烈的上升运动等是必要的天气尺度条件,④地面上有明显的中尺度系统,⑤飑线发生时天气尺度动能明显向中尺度系统转换。     

强对流天气的地面中尺度概念模式及其在临近预报中的应用

本文利用华东中尺度天气试验资料,分析了系统性雷暴过程中逐时地面物理量场的变化。结果表明,θse、div(?)场与雷暴活动关系密切;在其不同发展阶段,它们具有不同的中尺度扰动特征;这些特征对天气的短时变化有一定指示意义。在此基础上,我们概括出了华东地区强对流天气发展四个阶段的概念模式。所得结果对于认识这类中尺度扰动和临近预报是有益的。     

河北平原一次春季强对流天气分析

利用NCEP6小时一次1°×1°再分析资料、常规高空地面资料和自动站、FY-2C卫星云图及石家庄CINRAD/SA型多普勒雷达等资料,从天气形势、物理机制、雷达回波和云图演变特征、地形作用等方面入手,分析了河北平原一次春季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由垂直结构向前倾结构转变的过程中,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,飑线是此次强对流天气的直接影响系统;太行山地形和平原南部的中尺度辐合线,对飑线系统的触发、组织、移动具有重要作用,强对流区发生在地面中尺度辐合线南侧的偏南气流里。分析还发现,低层θse高能区、水汽通量大值区、强的辐合上升区和CAPE的高值区等物理量场都与强对流天气区有较好的对应关系。     

散度变化在中尺度对流系统分析预报中之应用

本文介绍了近年来国内外进行中尺度系统的分析和预报中,对风场的散度变化的研究和应用。提出中尺度散度扬的配置及变化与中尺度天气(如强天气和暴雨)有十分密切的关系,它往往能预示中尺度天气的出现。在此基础上,还介绍了利用散度方程某些特征项来研究未来中尺度散度扬的变化,从而达到定性地应用的目的。从近年来国内外的应用看,这种努力是成功的。     

江淮地区暖区飑线中尺度观测研究

本文依据地面、高空常规资料,华东中尺度天气试验加密资料,地面温、压、湿、风、降水自记及卫星、雷达资料,对1983年4月27日晚至28日晨的江淮地区暖区飑线进行分析,揭示了飑线的一些有意思的特征。分析表明,飑线经大别山东侧自西向东传播,接近低空西南风急流轴时,对流强度发生变化;飑线过境有短时增温、伴有降性阵水特征;飑线的地面气压由β尺度的飑前中低压、飑后中高压及紧随其后的对称中低压组成。由空间结构分析看到飑前有自近地层开始的暖湿入流,飑后有来自对流层中高层的下沉气流等特征。将其和热带及美国的中纬度飑线比较发现,这次暖区飑线的气压场、温度场、风场及天气分布与经典飑线有差异,与热带及美国中纬度飑线也有区别,我们认为这是副热带地区暖区飑线的特点。     

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

利用NCAR、NCEP和FSL/NOAA等共同研制的WRF中尺度数值模式,对2009年6月3日河南地区发生的一次飑线过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料对该次过程进行诊断分析。结果表明:WRF模式成功地再现了高低空环流形势演变及强对流的分布发展特征,高空冷涡后部冷空气南下,近地层较暖,形成了上冷下暖的位势不稳定层结及地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。强对流发生时,该地区出现的低空增温增湿、低空急流的爆发及低层急流核向东南快传、高空急流轴稳定在强对流天气发生地上空,对流有效位能积累和释放随时间的演变过程及垂直螺旋度大值中心等对此次强对流天气过程有较好的指示意义。     

一次华北飑线的阵风锋天气过程分析

利用常规气象观测资料、加密自动站观测资料和雷达探测等资料,对2013年8月4日晚上华北一次飑线的阵风锋引发的雷暴、大风等强对流天气的特征和成因进行了分析,结果表明:地面冷锋与前倾槽的配置构成了有利的大尺度环流背景,地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度辐合线,使得对流活动加剧,促使新的雷暴生成或加强。飑线成熟阶段具有明显的波动特征,并向右向发展。阵风锋首先产生于飑线的强雷暴群前,并随着飑线的增强而增强;阵风锋的维持主要依靠风暴持续的下沉气流,下沉气流减弱后阵风锋会随之减弱。飑线及阵风锋过境时均伴有气象要素的剧烈变化,在系统发展强盛时,阵风锋过境气象要素的变化幅度大于飑线的变化,其余时段则偏弱。飑线减弱以后,阵风锋还会维持一段时间,这需要加强系统的监测。     

一次长三角地区飑线过程的数值预报分析北大核心

2019年4月9日,长三角地区发生了一次罕见的长历时强飑线天气过程。在分析其天气形势背景和发展演变基础上,利用新一代华东区域数值模式对此次过程进行了预报分析,初步分析了其演变过程中的中尺度结构特征。结果表明,此次飑线发生在高空槽前、低层强烈辐合抬升天气背景下,强的垂直风切变、冷空气向南侵入与低层暖湿气流叠加建立了强的对流不稳定层结,是飑线发生发展和长时间维持的重要原因。数值模式成功模拟了飑线前部低层暖湿空气上升和后部中层干冷空气下沉这两支入流,以及飑线过境时边界层高度和大气可降水量迅速下降,地面中尺度冷池向东南方向的传播过程,冷池与对流风暴的移动速度基本一致,导致对流前部低层一直有风场的切变辐合抬升,有助于对流维持并发展。     

华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

采用WRF模式对华南飑线的升尺度增长过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为三个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究飑线升尺度增长过程中动能和位能的变化,以及三个尺度系统能量的相互转化。研究表明:动能的变化与飑线过程中各尺度系统的演变有较好的对应,β中小尺度对流的发展对应β中小尺度系统动能的变化,而在飑线升尺度增长过程中,α中尺度系统动能快速增长。在飑线发展过程中环境场通过位能向动能的转化使得β中小尺度对流快速发展加强,而β中尺度飑线的快速发展与合并加强导致了飑线的升尺度增长。在飑线的升尺度增长过程中,β中小尺度动能大量转化为α中尺度动能使得α中尺度飑线迅速增强,而环境场对飑线升尺度增长过程的直接影响较小。      

Simulations of the 14 July 1987 squall line using a fully compressible model

Abstract

Numerical simulations of the severe squall line of 14 July 1987 are discussed within the context of semi‐Lagrangian and semi‐implicit integrations. The fully compressible non‐hydrostatic Euler set of equations constitutes the basic dynamical framework of the numerical model. With elementary precipitation physics and with a generalized treatment of lateral boundary conditions, nested integrations simulate the observed structure of the squall line. The numerical solution and observations show a well organized precipitation system including a mesoscale fast‐propagating prefrontal squall line and a slow‐propagating system moving with the synoptic wave. The prefrontal squall line is seen to be a manifestation of the organization of an inertia‐gravity wave and has characteristics of a wave‐CISK mechanism. Owing to the interaction between the upper jet stream dynamics and moisture, the prefrontal perturbation is initiated locally and subsequently irradiates away from its point source. The high computational efficiency and the accuracy of the model emphasize its potential and demonstrate its value as an interesting tool for mesoscale modelling.