2002年6月8～9日陕南大暴雨数值模拟研究

通过对2002年6月8～9日陕南大暴雨过程进行数值模拟, 模拟结果较好地复制了这次陕南大暴雨过程以及与之相联系的影响陕南地区中尺度对流系统的发生、发展过程.位涡分析结果表明, 低层正值位涡扰动的存在是暴雨发生发展的重要条件.冷空气是从中层侵入西北地区东部, 这样就形成了较强的对流不稳定层结, 有利于对流降水的发生. 大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小, 使秦岭东南坡和渭河河谷下游降水增加; 而秦岭使汉江河谷、秦岭南坡降水增加, 使秦岭山脉本身和陕北地区降水减少, 秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的.     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽螺旋度和水汽涡度收支应用分析

运用WRF模式对2009年8月发生在华北地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,按照性质的不同对模拟降水进行了研究,还进行了湿度场试验,最后利用模式输出结果对水汽螺旋度和水汽涡度收支进行了诊断分析。结果表明,数值模式比较合理地再现了本次暴雨天气过程。显式降水在模拟的总降水量中占了很大的比重,但是在暴雨爆发初期,积云降水起了重要作用。对流层中层的水汽饱和程度对模拟降水性质及降水量大小有重要影响,显式降水一般发生在空气饱和程度较高的区域,而位势不稳定则是诱发积云降水的主要原因。对流层中低层水汽螺旋度的强度变化在一定程度上代表了降水系统的强弱变化,其高值区与强降水落区在出现的时间和空间上都存在较好的一致性。水汽涡度收支对于水汽涡度及水汽螺旋度的变化具有很好的指示意义,可以作为预报降水的一个动力指标。     

山东春季一次罕见暴雨天气的湿位涡分析

应用湿位涡理论,对2003年4月发生在山东境内的一次罕见暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:这次暴雨产生在925hPa以下θe线陡立密集区附近,θe线陡立密集区附近对流稳定度较小,有利于湿斜压涡度发展;湿位涡在这次暴雨过程前期700hPa上ξMPV1<0,ξMPV2>0的演变,综合反映了暴雨区对流不稳定及斜压不稳定的增强;对流层高层高值湿位涡下传有利于位势不稳定能量的释放,使降水增幅,也是低涡东移发展为气旋的重要机制。     

广西前汛期锋前暖区暴雨过程的模拟与分析

利用中尺度数值模式MM5对2005年5月8-9日广西的暖区暴雨过程进行了数值模拟,并对暖区暴雨形成和发展的机制进行了分析研究.结果表明:高空急流稳定维持与低空急流持续加强是这次暖区暴雨发生发展的动力机制;在暖区暴雨形成与发展的过程中,低空各层自上而下均有急流核向东传播的现象;低空急流核以接力振荡的形式快速东传,而不是向北面的锋区运动,有利于暖区累积充沛的水汽和不稳定能量,造成不稳定能量和水汽在锋区和暖区的不均匀分布,也有利于有组织的对流活动在暖区反复生成和发展,从而导致了暖区不仅降雨量大,而且雨强比锋区降水强.     

“7·18”山东暴雨过程的数值模拟和诊断分析

文章采用区域大气模拟系统RMAS6．0对2007年7月18日发生在山东省的大暴雨过程进行了数值模拟,模式较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量。结合常规资料与卫星云图分析表明：这次暴雨过程具有中尺度对流系统（MCS）特征,是由几个中β尺度对流单体合并增强形成的。在高低空急流配合下,在低层产生高假相当位温,对流层中层冷空气的入侵,使不稳定能量累积,而对流层低层中尺度辐合线可能对这次暴雨过程的发生起了触发的作用。     

基于WRF模式的暴雨天气过程的数值模拟及诊断分析

利用新一代中尺度数值预报模式WRF2.2和1°×1°的NCEP气象再分析资料,对2009年9月17日发生在江苏南部地区覆盖沪宁高速公路的一次大暴雨天气过程进行了数值模拟。经AWMS（the automatic weather monitoring system）实测数据验证,此次天气过程的模拟效果较为理想。对模式输出的物理量进行诊断分析后发现：长江中下游地区的β中尺度低涡的发展、移动对暴雨过程中降水的加强和维持起着重要的作用;水汽辐合带在500hPa以下非常显著,在暴雨区形成了深厚的高湿环境,为暴雨的产生、加强和维系提供了重要的水汽条件;暴雨区内前期及降水过程中都存在较为强烈的垂直运动,且涡度场与散度场在垂直结构配置上一致,使得大气层结不稳定能量释放,形成了旺盛的对流天气;对流层中上层大气为中性层结,低层为位势不稳定,所以整层大气有对流发展,有利于暴雨的形成。     

河西西部一次大到暴雨过程诊断分析及数值模拟

利用实况降水资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和数值模拟结果,对2011年夏初河西走廊西部一次大到暴雨过程进行了分析。结果表明,这次暴雨过程的成因是"北高南低"的环流形势和南、北方暖湿空气与干冷空气交汇而形成的。此次过程水汽来源较多,为暴雨的发生提供了充分的水汽条件;暴雨发生前,大气能量有个积聚的过程,在暴雨发生时能量开始释放,最后到暴雨结束,能量释放完毕;暴雨发生时,降水落区上空整层均为上升气流,这种强上升运动不仅使暖湿空气辐合抬升,且在上升过程中释放潜热,加热大气,使垂直运动增强,形成正反馈;700 hPa Q矢量辐合区走向与雨区走向基本一致,出现降水区域的Q矢量辐合中心值要-3×10-15hPa-1·s-3,但Q矢量辐合强度与暴雨强度并没有较好的对应关系,这表明Q矢量的辐合区能较好的预报暴雨及较大降水的落区,但没有较好的预报出暴雨强度;通过数值模拟可知,实际降水大值中心基本上与模拟的大降水中心吻合,高分辨率的模拟结果能分析出此次降水过程影响系统的移动和发展,模拟的MCAPE和雷达反射率因子等物理量均对此次降水过程有较好的指示意义。     

河西西部一次大到暴雨过程诊断分析及数值模拟北大核心CSCD

利用实况降水资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和数值模拟结果,对2011年夏初河西走廊西部一次大到暴雨过程进行了分析。结果表明,这次暴雨过程的成因是"北高南低"的环流形势和南、北方暖湿空气与干冷空气交汇而形成的。此次过程水汽来源较多,为暴雨的发生提供了充分的水汽条件;暴雨发生前,大气能量有个积聚的过程,在暴雨发生时能量开始释放,最后到暴雨结束,能量释放完毕;暴雨发生时,降水落区上空整层均为上升气流,这种强上升运动不仅使暖湿空气辐合抬升,且在上升过程中释放潜热,加热大气,使垂直运动增强,形成正反馈;700 hPa Q矢量辐合区走向与雨区走向基本一致,出现降水区域的Q矢量辐合中心值要<-3×10-15hPa-1·s-3,但Q矢量辐合强度与暴雨强度并没有较好的对应关系,这表明Q矢量的辐合区能较好的预报暴雨及较大降水的落区,但没有较好的预报出暴雨强度;通过数值模拟可知,实际降水大值中心基本上与模拟的大降水中心吻合,高分辨率的模拟结果能分析出此次降水过程影响系统的移动和发展,模拟的MCAPE和雷达反射率因子等物理量均对此次降水过程有较好的指示意义。     

2009年10月海南岛一次秋季强降水过程分析

利用NCEP 1°×1°全球再分析资料和常规气象观测、多普勒雷达、中尺度数值模拟等资料,综合分析了2009年10月海南岛一次秋季暴雨过程,并对其物理量场进行诊断。结果表明,此次暴雨的发生、维持和消失主要与南海低压活动及其与冷空气相互作用密切相关。对流单体回波对降水量估测和降水落区有较好的指示意义,由于回波在海南岛东半部地区移动速度缓慢,产生"列车效应",导致海南岛东半部地区雨强增大,雨量增幅明显。暴雨带近地面流场中存在多个次级环流中心,为这次暴雨提供了增幅作用。暴雨过程中水汽通量、上升运动、不稳定能量和涡度等各物理量分布对暴雨落区均具有很好的指示意义。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

切比雪夫多项式在模式地形平滑中的应用研究

利用切比雪夫多项式展开滤波方法获得较为平滑的模式地形,并对2008年7月20～22日四川省一次大暴雨过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验讨论了地形对暴雨的影响作用以及平滑地形对GRAPES模式的适用性。结果表明,切比雪夫多项式展开滤波方案选取高阶截断项数,促使模式地形更为平滑,地形高度变化使得垂直速度发生变化,进而引起降水变化,上升运动强度增强(或减弱)引起该区域内雨强增强(或减弱)。2008年7月2～28日连续26天的试验表明,切比雪夫多项式展开滤波方案对GRAPES模式中的小雨和中雨预报有改善作用,对大雨和暴雨改善较小。总体来看,切比雪夫多项式在地形平滑中对降水预报有正的效果。     

秦岭山区近50 年降水差异及可能局地成因探讨

利用秦岭山区54个气象站50年以上日降水资料,分析了复杂地形下小区域降水变化差异,探讨了可能的局地成因,结果表明:(1)年均降水量总体为南高北低、西高东低,反映出秦岭阻挡作用和山谷东风回流影响;(2)近50年来区域年降水以减为主,9个增加站位于东部,夏季降水以增加为主,减少站集中在秦岭山上和区域西部,降水向夏季集中倾向明显;(3)日雨量小于5 mm的年雨量和雨日数减少趋势明显,雨量≥50 mm的年雨量和雨日数增加趋势明显,即小雨减少大雨增多;(4)降水变化的多个方面及其与海拔高度和经度对应关系的分析结果,反映出气溶胶抑制地形降水以及成冰作用恢复被抑制降水的作用,说明局地成因中气溶胶起了不可忽视作用;(5)地形作用和区域能量平衡也是重要局地成因.     

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性 ——以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性：（1）年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。（2）年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。（3）山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。（4）宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。（5）宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

一次热带低压伴随中尺度锋生的暴雨天气过程分析

利用地面观测资料和NCEP/FNL再分析资料,对福建省东北部2018年8月24—25日热带低压影响下的暴雨天气过程进行分析,以揭示中尺度锋生对局地强降水的作用。结果表明：此次暴雨天气过程具有降水集中、局地性强、强度大、持续时间长、存在2个明显降水阶段的特征。强降水过程伴随中尺度锋生现象,且在第二阶段明显强于第一阶段,为第二阶段强降水提供有利动热力条件。热带低压移动缓慢,降雨持续时间长,配合中纬度槽带来的弱冷空气,是此次极端降水的原因之一。2个降水阶段都有较好的水汽供应,第二降水阶段水汽通量弱于第一阶段,说明水汽供应不是造成2个阶段降水强度差异的主要原因。由于低层风速较大,地形抬升比水汽供应具有更重要的作用。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟，分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用，并设置了升降地形敏感性试验。结果表明：数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度，台风大风区明显不对称分布，台风登陆后第一、四象限过境山区，其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带，水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动，动力条件极好，水汽输送带由近地面向对流层低层延展，山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡，强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心，是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%～50%，地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料，对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区，主要为台风外围螺旋云系降水，19日白天至夜间是此次强降水主要时段，主要受台风和西风槽相互作用引起的，强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义，其强度大小影响降水的强弱程度，且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用，地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外，此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

台风“利奇马”引发山东极端暴雨的多尺度特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析、风廓线雷达、云顶亮温(black body temperature, TBB)及逐时自动气象站降雨量资料,对2019 年8 月10—13 日由台风“利奇马”引起山东极端暴雨的多尺度特征进行分析。结果表明：(1)此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽本体直接影响产生,其与冷空气密切相关。冷暖空气交汇有利于山东大部地区稳定性降水长时间持续发生。冷空气从低层侵入暖湿气流底部,形成冷垫,使得暖湿气流在冷垫上滑行,加大降水强度。(2)低空急流指数的变化提前1 h 预示了降水的出现及未来小时雨量的增减,其峰值出现预示着未来3 h 的强降雨时段,即对强降雨时段的出现和雨强大小有一定的预示性,低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。可以用于强降水的短时临近预报。(3)Q 矢量散度负值的强弱对于未来6 h 的雨强大小有较好的指示意义。(4)淄博西河镇出现全省最大降雨量与其朝向东北的喇叭口地形和对流层低层东北风倒灌有关。(5)TBB 场能较直观地反映强降水过程中降水的分布和强度。风廓线雷达超低空风场的变化对雨强大小和出现最大雨强的时段有着明显的指示意义。     

GWDO参数化在内蒙古东部地区一次暴雨天气的模拟分析

文章以2011年7月24—26日发生在内蒙古东部地区大兴安岭山脉西侧、宝格达山脉南部的一次大到暴雨天气为例,利用WRF3.3.1中尺度模式对这一过程进行数值模拟,探讨地形重力波拖曳(GWDO)参数化方案对山区暴雨的模拟能力,以及本次暴雨的发生机制。通过模拟结果与实况对比分析后得出:①模式中考虑了GWDO参数化方案较好地模拟了此次强降雨的中心位置和落区及强度,根据暴雨过程中大尺度环流形势及其演变状况,较好地得出切变线暴雨以及地形重力波拖曳能导致上升运动加强,并使得暴雨范围相对集中。而未考虑此方案的控制试验没能模拟出此次暴雨,其在中心位置和降水强度方面都与实况差别较大。②通过流场、涡度场等物理量场的对比分析,比较合理地模拟出了地形对气流的影响,从而使山区暴雨的模拟效果更接近于实况。     

2017年湖南一次极端降雨过程特征及成因分析

2017年6月22日-7月2日湖南出现了一次罕见的大范围持续暴雨、大暴雨过程，持续强降雨造成了重大人员伤亡和财产损失。本文利用地面常规探测资料、自动站资料和NCEP/NCAR再分析资料，对此次极端降雨过程的成因进行了分析。结果表明：（1）过程发生在单阻型稳定背景条件下，西太平洋副高较常年位置偏南，带状副高与北方冷涡对峙，导致了梅雨锋雨带在湖南摆动；（2）高低空急流加强了低层辐合高空辐散的动力作用，同时高能高湿激发了对流不稳定的产生，为大暴雨产生提供了动、热力条件；（3）水汽异常偏高，整层可降水量超过常年同期1-2个标准差，其大值区的演变与实际强降水区域对应较好；（4）湖南地形对降水有一定的增幅作用，地形坡度绝对值与降水量变化十分吻合，地形变化越剧烈降水强度越大，且在地形复杂的2个山峰之间区域通常对应着降水的峰值。