TRAMS_RUC_1 km模式初始场和侧边界方案的改进研究

本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面，对水平网格距为1 km的华南区域短时临近预报模式（TRAMS_RUC_1 km: Tropical Region Assimilation Model for South China Sea_The Rapid Update Cycle_1 km）中的初始场和侧边界方案进行改进研究。首先选择一次华南飑线个例进行敏感性试验，研究结果表明:（1）提高初始场和侧边界的垂直分辨率以后，模式对飑线内部中小尺度对流系统引起的强降水中心的模拟结果明显更加接近实况，而增加中低层的垂直分辨率对预报的改进起到了主要作用。（2）将模式侧边界时间更新频率从6 h一次提高到1 h一次以后，模式侧边界要素场的逐小时剧烈变化信息可以比较完整的保留下来。在使用高时间分辨率的侧边界条件进行模拟时，粤西沿海地区的水汽辐合明显加强，这对原来模式预报飑线移速偏慢现象会有改善作用。（3）当模式侧边界条件具有较高的时空分辨率时，进一步补充垂直速度和云微物理变量的侧边界条件对于飑线模拟结果的影响并不明显。总的来说，提高初始场和侧边界的垂直分辨率以及增加侧边界更新的时间分辨率，对于区域高分辨率模式对这次华南飑线预报效果的改进具有重要意义，而忽略垂直速度和云微物理量的侧边界条件则是一种可以接受的简化。在个例研究的基础上，利用改进后的初、边界条件进行为期一个月（2019年4月份）的批量试验，评估结果表明新方案对于逐小时降水空间分布和日变化特征的模拟均有明显改善。     

广东高空槽后暴雨的多尺度天气特征及概念模型

2010年5月6—7日广东出现了罕见的高空槽后大暴雨过程。利用华南区域气象观测站、加密自动站和NCEP分析资料等,从大尺度环流背景、天气系统特征和雷达回波特征等方面进行分析,并利用局地经向环流模式和尺度分析技术诊断探讨其可能形成机制。结果表明,南亚高压西移配合高空急流北退为大暴雨的发生提供高层辐散条件。在前倾槽形势下(500 hPa高空槽移出广东、低层切变线和地面冷锋仍在南岭附近),低层暖湿不稳定配合高空槽后干冷空气的下传,对广东上空不稳定能量释放起到增强作用,强降水主要发生在锋区南侧。数值诊断结果进一步表明,激发暴雨过程的主要物理因子为潜热加热和温度平流。潜热加热是暴雨的正贡献和反馈最直接因子,而北方冷空气一方面通过温度平流直接激发广东地区的上升运动,同时通过促进水汽辐合抬升区南移并释放潜热,是暴雨过程的重要触发机制。此外,空间滤波分析表明,弱冷空气越过南岭后扩散南下和形成的中小尺度天气系统对强降水落区和增幅起关键作用,暴雨业务预报对此类弱冷空气在地形作用下扩散南下的影响需要更加关注。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF THE RE-INTENSIFICATION OF HIGOS IN SOUTHERN CHINA AFTER LANDFALL

The NCEP Global Data Assimilation System analysis of grid data, satellite products of Naval Research Laboratory, conventional meteorological data and observations of automatic weather stations in Guangdong province were used together with environmental conditions, atmospheric circulation, and physical characteristics to diagnose the cause and mechanism of the intensification of tropical cyclone Higos in Southern China. The results showed that favorable environmental conditions of high temperature, humidity of the underlying surface, strong upper divergence, weak vertical wind shear, and the persistence of a southwest jet stream beside the southern Higos were the necessary ingredients that contributed to the maintenance of intensity and re-intensification of Higos. The sinking intrusion of cold air from the lower troposphere was the critical condition for its intensification over land. The frontal genesis caused by weak cold air increased the lower tropospheric convergence and updraft, and the condensation latent heat released by heavy rains promoted convergence. From this positive feedback process, Higos obtained an increasing of positive vorticity and re-intensified over land. The re-intensification was due not only to the build-up of wind and the reduction of pressure but also to the simultaneous warm-up of its warm core.     

南海季风槽影响下热带气旋暴雨增幅的研究

使用NASA的热带测雨卫星TRMM资料、常规气象观测降水资料、NCAR/NCEP-2再分析资料及NCEP全球数据同化系统(GDAS)资料,分析研究南海季风槽伴随热带气旋登陆华南而导致热带气旋暴雨强烈增幅的事实,并根据观测事实提出季风槽伴随热带气旋登陆华南的定义.结果表明:(1)南海季风槽伴随热带气旋登陆导致热带气旋降水强烈增幅的天气现象发生在盛夏季节;(2)环流背景表现为副热带高压带状西伸,稳定控制华中一带;同时,西南季风活跃,南海季风槽位于南海北部之时;(3)热带气旋登陆后的填塞消亡时间因为季风槽的伴随而大大延长,热带气旋云系有再生、加强和扩展现象;(4)伴随登陆的季风槽对热带气旋暴雨无论是空间,时间,还是强度上均有强烈增幅作用,热带气旋暴雨在季风槽南侧延伸,尺度可达1500～2500km.     

英德市重度秋冬连旱特征

利用1960-2007年英德市的逐日降水资料,分析了英德市重度秋冬连旱的变化特征。结果表明,英德市重度秋冬连旱具有明显的阶段连续性的特点;且有趋于严重的变化趋势,20世纪60—80年代变化较为缓和,80～90年代有一个明显增大的变化过程,特别是最近几年干旱灾害越发明显。进一步分析表明,英德市重度秋冬连旱与登陆影响的热带气旋降水、西太平洋副热带高压的强度和英德降水的季节分布不均匀密切相关。     

南海北部风浪特征的计算

探讨南海北部海域风浪成长时有效波高与风速、风时、风区之间的关系,同时分析了5种风浪要素的推算方法,探讨其在南海北部海域的适用性。结果表明：1）在南海北部,风速和风时呈现线性增长的关系,风速越大,风浪从过度状态成长到充分成长状态所需风时就越长;风速大小和风区长度之间满足平方关系,风速越大,风浪充分成长所需风区长度就越长。2）在南海北部,有效波高的大小与风速的大小、风时的长短、风区的长度3者密切相关。3）SMB方法、W ilson IV方法和青岛方法,在计算南海北部的风浪关系中体现出了一定的稳定性和适应性。     

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

面向资料同化的S波段双偏振雷达质量控制

双偏振雷达是强对流天气分析和云微物理研究的重要探测设备,将多普勒天气雷达升级为双偏振雷达是我国未来几年强对流天气监测发展建设的重点计划,而双偏振雷达资料质量控制是其中的关键技术问题。针对国内首批业务布建的广东省S波段双偏振雷达网研发建立了一套完整的质量控制技术方案,除了重点解决非气象回波外,还考虑了非标准波束遮挡和径向高频脉动问题。在飑线、暴雨和台风3类华南季风区强天气个例的应用表明,基于模糊逻辑的水凝物分类、偏振量（零滞后互相关系数、信噪比和比差分相位）阈值检查和杂波剔除能有效剔除非气象回波,抑制异常传播波束导致的虚假回波;线性内插较好地弥补了非标准波束遮挡带来的观测缝隙;中值滤波和滑动平均既过滤了偏振观测量在雷达径向的高频脉动,又保留了主要的偏振雷达观测特征。质量控制后的气象回波约占有效观测（反射率因子大于-30 dBZ）的40%,其偏振量取值分别为反射率因子大于5 dBZ、零滞后互相关系数大于0.8和差分反射率为-0.2~4 dB。     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

5?23广东特大暴雨过程特点及数值诊断分析

利用NCEP再分析资料与常规观测数据,对2009年5月23日广东出现的强度大、强降水时间长和落区集中的特大暴雨过程的环流特征及影响系统进行诊断分析。分析结果显示,季风扰动沿着稳定副高西侧气流北上从而影响珠江口及粤西沿海地区;高层辐散为暴雨提供有利的背景场。无论在时间上还是空间上,主要影响系统低空急流和季风扰动都与特大暴雨有密切关系。利用局地经向环流线性诊断模式对过程进行模拟,定量诊断结果表明,在17个物理因子当中,潜热加热在整个暴雨过程中起最重要的作用,而与西风带系统有关的高纬冷平流则间接地做出一定贡献。