一次暴雨过程的数值模拟分析

利用中尺度数值模式MM5模拟产品和CINRAD／SC多普勒天气雷达资料，对2005年9月20日一次鲁南地区大范围的切变线暴雨过程进行分析，表明，稳定的大尺度环流背景下的纬向切变线是产生暴雨的天气尺度系统，切变线上多个中小尺度气旋性涡旋使降水强度增大，造成局部特大暴雨；对流层中低层稳定维持的西南气流为强降水提供了水汽和不稳定能量，并造成大气层结对流性不稳定，也使降水得以持续；强降水区上空存在正涡度柱、散度柱、上升运动柱，涡度和上升运动柱中在高、低层各存在一个大值中心，散度场低空辐合高空辐散明显，当低层上升运动中心降低到850hPa以下和涡度、散度柱发生倾斜时，雨强则迅速减小。     

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24～25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程.利用模式输出的高分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析.模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征.中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因.暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧.在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一.暴雨区与强烈上升运动区,正涡度区相对应.     

“98.7”暴雨β中尺度低涡生成发展结构演变:双向四重嵌套网格模拟

用非静力中尺度模式MM5.V3全物理湿过程和双向四重嵌套网格技术及四维资料同化分析张弛方法,对1998年7月20～22日(简称"98.7")鄂东武汉沿江地区特大暴雨进行了36 h数值模拟,结果大大改进了原二重和三重嵌套网格的模拟,特别是水平分辨率为2 km的嵌套子域D04能更正确地模拟出暴雨的落区及雨强中心,进而揭示了强暴雨β中尺度系统发生和发展的结构及演变. 其主要结果包括(1)β中尺度切变线在鄂东沿江低空强烈发展及辐合中心的出现与其β中尺度低涡的形成和发展直接关联.(2)β中尺度切变线强烈发展的垂直结构强辐合层和强辐散层复式迭置并与强上升运动耦合发展;强涡度层和强位涡度层与强辐合层互伴发展;低空湿位温中心与中空饱和水汽带共存.(3)β中尺度低涡生成的垂直结构散度和上升运动均呈双支柱状发展;涡度和位涡度均呈单支柱状发展;高湿能柱呈双支耦合发展,水汽通道呈阶梯斜升状.(4)β中尺度低涡发展的垂直结构V字型散度柱和上升运动柱互耦发展;涡度和位涡度呈双支柱状;双支高湿能柱强烈发展,阶梯斜升水汽通道变宽增厚.至此低涡发展达最强,其结构具有典型性.模拟结果还指出,发展时空分辨率更高的多重嵌套网格模拟技术和应用四维资料同化方法,将有助于更细致的了解β中尺度强对流系统发生和发展的结构及其演变,并能进一步提高对暴雨落区及雨强的预报水平.     

“6.29”淮河暴雨过程β-中尺度系统结构特征的数值模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所LASG研制的AREM中尺度暴雨数值预报模式, 对2003年6月29—30日发生在淮河流域的一次大暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明:随着西太平洋副热带高压加强, 低空急流迅速向北推进, 加强了其北侧的风速梯度和气旋性切变, 使涡度场发生了强烈变化, 强正涡度柱的发展导致了低层β-中尺度低压和气旋的新生; 而对流层中高层β-中尺度高压的发展所引起的地转偏差使得β-中尺度高压附近的风场发生明显变化, 并导致β-中尺度强辐散中心强烈发展, 最终造成强烈的上升运动。强上升运动出现在低层θ_se强锋区的南侧。     

梅雨锋上三类暴雨特征的数值模拟比较研究

中国暴雨的地域性、时间性特征明显,尤其是暴雨多发区--长江流域,沿江不同地段暴雨成因各异.为综合研究长江不同地域暴雨特征和形成规律,利用我国新一代暴雨数值模式AREM对梅雨锋东端(116°E以东)初生气旋类暴雨、β中尺度深对流类暴雨和梅雨锋西端"北槽南涡"类暴雨的典型个例进行了数值模拟.通过诊断分析和比较研究,初步揭示了三类暴雨在结构和形成机制等方面的主要差异.结果表明:(1)梅雨锋上生成并发展的α中尺度气旋是造成梅雨锋东端初生气旋类暴雨的系统.强盛时,系统的垂直上升运动伸展不高,正涡度柱、辐合层以及最大加热和增湿均位于中低层.(2)β中尺度深对流类暴雨发生时梅雨锋区的南北温差很小.在低空辐合风场作用下,强位势不稳定能量的释放导致了β中尺度深对流系统的发生与发展.强盛时,系统的正涡度柱和上升运动柱贯穿对流层,深厚的辐合层达到了中层,最大加热出现在中高层.(3)"北槽南涡"类暴雨是在青藏高原大地形作用下高低空系统有利配置的结果."北槽南涡"的天气系统配置有利于低层辐合的加强和位势不稳定能量的释放,使低层涡旋向中高层强烈发展.强盛时,系统的正涡度柱贯穿对流层,积云对流发展强烈,最强上升运动和最大加热层都位于中层.     

"03.7"江苏大暴雨凝结潜热的数值模拟

运用美国中尺度数值模式(MM5)对2003年7月4~5日江苏省中部的大暴雨过程进行了有无降水凝结潜热加热的数值模拟研究。模拟结果表明,凝结潜热释放能使高层负涡度和低层正涡度强烈发展,形成地面至500 hPa深厚的正涡度柱;使高层辐散、低层辐合和垂直上升运动显著增大一个量级;能诱发低空中尺度涡旋发生发展;使降水量增幅一个量级。凝结潜热释放是暴雨发生和雨量增幅的一种重要物理机制。     

一次特大暴雨过程的诊断分析

利用NCEP再分析资料、常规资料对2006年7月2日河南中部特大暴雨过程进行诊断分析,结果表明:深厚的湿层和不稳定层结在强降水发生前已形成;在高低空出现的正负涡度柱、散度柱互耦配置和强烈的垂直上升运动,导致不稳定能量快速释放,产生了此次特大暴雨.强降水期湿Q矢量散度负值中心达到最强,与暴雨区对应.     

云南一次切变线上中尺度低涡扰动的结构分析

利用η中尺度数值模式模拟的时空高分辨输出、常规资料、GMS红外云图及TBB资料，对2002年6月25日切变线上中-α尺度低涡扰动的结构、形成过程及冷空气来源进行研究，结果表明，低涡环流的尺度属于中-α尺度，持续时间7小时左右，低涡成熟阶段，700hPa正涡度中心与低涡环流中心相重合，低空急流及强辐合中心位于低涡的东南象限；低涡环流由三股气流构成；低涡区上空存在超强散度柱、倾斜涡柱、深厚的上升运动区及特强垂直上升运动，超强散度柱与特强垂直上升运动互耦，强辐合、辐散中心发生在南、北风辐合、辐散且有强的υ分量垂直梯度处，低层正涡度中心的上方，存在一负涡度中心；最大的水汽辐合位于700hPa及550hPa；低涡区冷空气来自500hPa的滇缅高压；大暴雨中心位于低涡中心的东侧。     

三场暴雨中湿位涡的中尺度分析

利用中尺度数值预报模式 MM5v3.6,对发生在山东境内的三场不同影响系统的暴雨天气过程进行了数值模拟,并应用湿位涡理论,对这三场暴雨过程进行了诊断分析.结果表明这三场暴雨都产生在θse 陡峭密集区附近,θse 面的陡立易导致湿斜压涡度的发展,有利于上升运动的显著增长;暴雨的发展与湿位涡有很好的联系,暴雨主要出现在 850 hPa 的 MPV1 负值区和MPV2 正值区等值线密集区附近,降水中心位于 MPV1 负值中心前部对流不稳定区中.     

西南地区东部一次大暴雨的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5V3 5对2007年5月23-25日发生在贵州的一次大暴雨过程进行48 h的数值模拟研究,并结合天气形势、雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行分析.结果表明:模式较成功地模拟了这次强降水过程,模拟出了暴雨的强度、位置以及随时间的变化.导致这次大暴雨发生的主要影响系统是中尺度低涡,它的稳定维持是暴雨产生的主要原因.中尺度系统的发展、增强、减弱,主要由低层的正涡度产生.高层辐散、低层辐合、强烈的垂直上升运动是大暴雨天气维持和发展的可能机制之一,强降水与强烈的上升运动区和正涡度区有很好的对应关系.     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究I·2001年5月印缅槽维持期间云南暴雨及其中尺度特征

2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC~6月2日1200 UTC的暴雨过程最强。本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析。结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的。云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生。2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生。3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关。4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助。雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切。5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定。6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾。     

2011年梅汛期影响江苏两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料及加密自动站资料对2011年梅汛期江苏省6月17-18日和7月11-13日2次典型的大暴雨天气过程进行对比分析.结果表明:2种不同类型大暴雨的影响系统不同、动力热力机制不同:“617”过程为江淮切变线大暴雨,切变线南侧的强劲西南低空急流输送了充足的水汽和能量,低层强冷空气活动触发了强暴雨;“711”过程为热带低压倒槽大暴雨,中低层弱冷空气垂直叠加在倒槽东侧偏南低空急流携带的海上暖湿空气上,构成了产生暴雨并持续的不稳定条件.垂直螺旋度上负下正的配置及非地转垂直环流上升支为两次暴雨提供了良好的动力抬升机制.暴雨发生在能量锋区南侧、湿位涡正压项零等值线靠近负值区一侧.位势不稳定度由强变弱,能量开始释放,预示暴雨即将开始.     

Four-dimensional variational data assimilation experiments for a heavy rain case during the 2002 IOP in China

A heavy rainfall event along the mei-yu front during 22-23 June 2002 was chosen for this study. To assess the impact of the routine and additional IOP (intensive observation period) radiosonde observations on the mesoscale heavy rainfall forecast, a series of four-dimensional variational (4DVAR) data assimilation and model simulation experiments was conducted using nonhydrostatic mesoscale model MM5 and the MM5 4DVAR system. The effects of the intensive observations in the different areas on the heavy rainfall forecast were also investigated. The results showed that improvement of the forecast skill for mesoscale heavy rainfall intensity was possible from the assimilation of the IOP radiosonde observations. However,the impact of the IOP observations on the forecast of the rainfall pattern was not significant. Initial conditions obtained through the 4DVAR experiments with a 12-h assimilation window were capable of improving the 24-h forecast. The simulated results after the assimilation showed that it would be best to perform the intensive radiosonde observations in the upstream of the rainfall area and in the moisture passageway area at the same time. Initial conditions created by the 4DVAR led to the low-level moisture convergence over the rainfall area, enhanced frontogenesis and upward motion within the mei-yu front,and intensified middle- and high-level unstable stratification in front of the mei-yu front. Consequently,the heavy rainfall forecast was improved.     

"98.7"特大暴雨低涡的螺旋度和动能诊断分析

“98．7”特大暴雨过程与700hPa低涡切变线的强烈发展以及丰沛的水汽和强垂直运动密切相关。螺旋度的诊断结果揭示,与强暴雨区和切变线低涡相应的是一对符号相反而又紧邻的螺旋度带。它们的垂直结构是一对符号相反而又互伴的螺旋度柱;螺旋度及其诸分量的量级是相同的。这表明,垂直运动的水平切变和水平速度的垂直切变以及水平速度的水平切变对螺旋度有相同大小的员献,也意味着强垂直运动和低空急流对暴雨的发生和发展极其重要。动能的诊断结果显示。强动能区与暴雨区和低涡切变线有很好的对应关系,在中、低空的强动能中心也正是强降雨中心;动能最强的700hPa也是低涡切变线发展最强的层面。强动能及其强梯度区和强螺旋度区基本一致。表明强动能及其强梯度对螺旋度变率及其通量有重要贡献。     

长江中下游一次非典型梅雨锋中尺度暴雨过程的分析研究

利用T10 6物理分析资料、地面与高空加密观测资料和TBB资料对 2 0 0 1年汛期一次非典型的梅雨锋中尺度暴雨过程进行天气学和动力学诊断分析 ,并与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨过程作一些比较。首先分析了该次暴雨过程的大尺度背景场 ,发现与 1998年典型的梅雨锋形势不同的是 ,5 0 0hPa环流形势表现为贝加尔湖地区是阻塞高压 (阻高 ) ,南海季风涌形式不明显 ,南亚高压位置偏东南 ,高空辐散气流较弱。接着对该暴雨系统的结构进行诊断分析 ,揭示了该非典型梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构 ,包括各物理量如涡度、散度、假相当位温、水汽的通量以及湿位涡等的结构特征。分析表明 ,总体来说 ,该次暴雨过程的强度要比 1998年典型的梅雨锋暴雨要弱 ,相应的各物理量的三维结构与 1998年典型的梅雨锋中尺度暴雨系统的三维结构相比有明显差异。     

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”（1614）登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF（V3.9）对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能（假相当位温、比湿）锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带（正位涡带）、雨带（位于高湿静力能区）南侧低湿静力能带（即湿静力能锋区）,对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。     

NUMERICAL SIMULATION OF CLOUD MICROPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LANDFALL TYPHOON KROSA

In this study,the super typhoon KROSA(2007)was simulated using a mesoscale numerical model Global and Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES)with a two-moment mixed-phase microphysics scheme.Local rainfall observations,radar and satellite data were also used to analyze the precipitation structure and microphysical features.It was shown that low-level jets and unstable temperature stratification provided this precipitation process with favorable weather condition.Heavy rainfall centers were located in the north and east part of KROSA with the maxima of 6-hourly total rainfall during the simulation more than 100 mm.The quantities of column solid water and column liquid water were generally equivalent,indicating the important role of ice phase in precipitation formation.Results of CloudSat showed that strong convection occurred in the eyewall around the cyclonic center.According to the simulation results,heavy precipitation in the northeast part of the typhoon was mainly triggered by convective clouds,accompanied by the strongest updraft under the melting level.In the southwest part of KROSA,precipitation intensity was rather homogeneous.The ascending center occurred in high-level cold clouds,favoring the formation and growth of ice particles.     

台风远距离影响下的大暴雨对流涡度矢量分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料和卫星云图资料,对2010年7月16-19日台风远距离影响下的川陕大暴雨天气过程从对流涡度矢量进行诊断分析.结果表明:高θε区位于西南涡偏南侧暖湿气流端,大暴雨区即位于此处;大暴雨中心等θε线随高度近于垂直分布,θε高值区呈“漏斗”状结构,从低层到对流层顶均为90％的相对湿度.东北—西南向的倾斜高空急流加强了急流入口区右侧的高层辐散,造成大暴雨区强而深厚的垂直上升运动.强降水中心低层为东南风,中层为西南风,高层为西北风,对流不稳定性很大;西风分量u在中层垂直切变较大,南风分量v在中高层垂直切变较大.大暴雨出现在对流涡度矢量(CVV)垂直分量和气柱云水量二者大值重合区.     

高空急流与中纬度系统影响下台风暴雨的研究现状

我国暴雨天气中，台风是最强的Bao雨天气系统，当台风外围系统与西风槽相互作用时往往发生暴雨突然增幅现象，造成了严重灾害，以往大量的研究表明；台风和中纬度系统相互作用引起的远离台风的北段暴雨大多发生在西南风高空急流区的右后方，高空急流有明显的非纬向特征，而且暴雨增幅与高空急流的非纬向增强有关，对有关高空急流与中纬度系统影响下台风暴雨的研究进行了综述，并且对进一步深入研究提出了建议。     

湖南一次强降水天气过程分析

综合运用常规、非常规加密观测资料、风云卫星资料和1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料,对2019年主汛期湖南一次强降雨过程进行分析及成因探讨。结果表明:此次降雨过程影响系统复杂多变,由暖区暴雨、中层冷平流入侵暴雨、锋面暴雨组成,冷空气入侵时降雨效率最高,小时雨强与累计降雨达到最强;副高明显偏强,较历年同期偏西24个经度,其边缘多短波槽活动,高空冷涡活动明显,冷涡与冷槽同位相叠加,槽底往南发展至30°N以南,其后部偏北气流引导冷空气渗透南下与副高边缘西南气流交绥,是持续强降水的大尺度环流背景;中小尺度系统活动频繁,多个中尺度对流复合体(MCC)发展合并,直接造成暴雨天气;雷达回波图可看出低质心降水的特征,降雨效率高;强降水发生时散度场空间分布和垂直速度对应较好,强上升中心与无辐散层相对明显。