城市冠层模式在GRAPES模式中的应用

在GRAPES中尺度模式中耦合了城市冠层模式(Urban Canopy Model,简写为UCM),并选择珠江三角洲(简称"珠三角")地区2011年7月10日夜间强降水过程和2012年8月19日的高温个例,考察了GRAPES中尺度模式与城市冠层模式耦合在珠三角地区的模拟效果,分别设置了两组试验,在GRAPES模式中耦合和未耦合城市冠层模式(UCM和noUCM)。结果发现,UCM对强降水中心和降水落区的模拟都较noUCM有明显的改善,从降水的四个评估指数(命中率、反命中率、威胁指数及偏差)也可以看出,UCM的结果较noUCM有了较明显的提高,尤其是命中率和威胁指数;对2 m高度的温度和地表热通量而言,两组试验的日间温度和热通量差异较大,中心城区UCM模拟的温度较noUCM高2~4℃,最大差值达5~6℃,热通量差异基本在150 W/m~2,而在夜间,两组试验模拟的温度和热通量差异减小,温度差值基本在0.5~1.0℃之内,热通量差异一般在10 W/m~2左右。两组试验对降水模拟差异的主要原因是UCM模拟出了降水前期地面强的辐合区及相应的温度高值区,对流层低层较大范围的垂直上升运动和辐合上升,对流层中层的暖湿中心及地面较大的CAPE值(达2 000~3 000 J/kg),而noUCM的模拟偏弱或是未能模拟出来。从另外高温个例观测与模式模拟的对比结果来看,UCM模拟的近地面气温、风速、感热通量、向下短波辐射通量和向上长波辐射通量与观测的误差减小,但感热通量与向下短波辐射通量与观测存在一定差距。     

对流天气系统自动站雨量资料同化对降雨预报的影响

利用GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统)三维变分同化系统,针对对流天气系统特点,用改进的郭晓岚对流参数化方案作为观测算子,同化广东省自动站记录的对流天气系统的雨量资料,并且与同化探空资料进行了比较.在雨带有明显改进的区域,分别同化这两种资料都可以调整大气低层水汽辐合增加(或辐散),对流层中下层增暖增湿(或变冷变干),从而增加(或减少)降水,表明降水的同化方案对初始场的调整在一定     

城市化对珠江三角洲强雷暴天气的可能影响

通过对2004年8月11日午后发生在珠江三角洲地区的一次强雷暴天气的高分辨数值模拟，研究了城市化发展可能对雷暴活动的影响问题，主要考察了与城市土地利用类型改变相关的“城市热岛”的形成和演变特征，城区粗糙度增大可能引起的低层辐合的增强过程，及其与雷暴发展强度变化的关系。结果表明:模拟的雷暴发展和演变过程与这一地区城市化的发展有密切的联系。引进了更加真实的关于珠江三角洲地区的土地利用类型资料之后，耦合了陆面模式Noah LSM的MM5模式可以更加成功地模拟出强雷暴天气的发展和演变过程。雷暴系统移经主要城市区后在珠江口西岸的增强过程与这一地区“城市热岛”的效应有关。中午时热岛开始形成于广州城区的上空，之后向南移动，范围扩大。另外，城区粗糙度增大引起的低层辐合增强可能在雷暴发展和演变过程中也起到了作用。模拟的与城市影响有关的低层辐合主要位于500 m以下的近地面层，开始时形成于城市的上风方向，并在下风方向增强， 由此引起的强烈上升运动有利于新的对流的启动和发展，促使雷暴强度增强。     

袭击湛江市热带气旋的谱分析

利用近３５ａ登陆湛江市热带气旋的年频数和湛江市年平均气温两个时间序列,用连续功率谱和交叉谱方法,分析了袭击湛江市热带气旋的活动特点,得出了一些有意义的结论     

THE FORMATION AND DEVELOPMENT OF A MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM WITH HEAVY RAINFALL ALONG SOUTH CHINA COASTAL AREA

Observational analysis shows that a Mesoscale Convective System (MCS) occurred on May 13- 14 2004 along the coastal area in South China. The MCS initiated among the southwesterly flows within a west-east orientation low-level shear line. Associated with the system, in its subsequent development stages, no distinct vortex circulation developed in low-level. Instead, a cyclonic flow disturbance was observed in the mid-troposphere. How the convection starts to develop and evolve into a MCS? With observational analysis and numerical simulation, the problem has been studied. The high-resolution MM5 simulation shows that topographic convergence along the coastal line and the nearby mountains in western South China plays an important role to initiate the MCS convection. Once the convection occurs, due to the condensation heating, a cooperative interaction between the preexisting mid-level disturbance and convection is created,which may greatly affect the MCS development during periods when the system continues moving eastward.Compared to some typical MCS that happen in Southern China, which are usually accompanied with upward development of cyclonic vorticity, the development and evolution of the investigated MCS shows distinguishing features. In this article, the physical mechanisms responsible for the intensification of mid- level disturbance are discussed, and a viewpoint to interpret the effects of mid-level disturbance on the MCS organizational development is proposed.     

台风“凡亚比”登陆过程中暴雨MCSs演变及形成机理

利用大尺度和TBB资料得出1011号台风“凡亚比”环流背景中出现连续性暴雨的大尺度环境概况和主要MCSs活动情况,发现高低空辐散辐合配置的动力结构及强烈的垂直上升运动和丰富的水汽,为暴雨的发生和持续提供了有利的动力和水汽条件;连续性暴雨过程中主要有三个MCSs活动,其中9月20—21日的MCSs持续时间最长、强度最大、暴雨最强。因此,通过观测资料讨论了该MCSs发展演变的特征及基于大尺度资料和中尺度数值模拟结果探讨了其发展演变的机制。结果发现,该MCSs形成、发展、成熟至减弱阶段都处在台风的外围环流中,其中心位于台风移动方向约300~350 km处的左前方;从大尺度资料的分析可见,上升运动加强,水汽输送充足,垂直风切变明显增大,不稳定能量的稳定累积及中低层西侧干冷空气的侵入有利于MCSs组织发展。进一步从中尺度数值模拟结果发现,MCSs东、西及北侧的温湿梯度相向发展形成的能量锋区为MCSs的组织发展提供了环境条件和能量,该能量锋区形成于东西两侧温度和湿度梯度的差异,东侧受热带低压登陆降水引起降温增湿,而西侧和北侧受台风外围偏西气流和青藏高原热源共同作用增温减湿。此外,西侧中层干冷空气的侵入也有利于该锋区的存在和维持,更有利于MCSs的发展。正涡度的增长和0~6 km垂直风切变大值区的配合,为MCSs的形成发展提供了有利的动力条件。      

用多普勒雷达资料调整GRAPES模式云参数对短临预报的影响

利用华南一次强降水过程,通过雷达回波反演的云雨水及模式背景场的水汽和根据雨水修订的水汽场对GRAPES模式初始场通过Nuding技术进行调整,试图改善模式的临近预报。模拟结果对比发现,模式初始场通过Nudging技术只订正云水、雨水及水汽场2种情形,对模式雷达回波的临近预报效果都有一定的改善,其中前者对0～3 h的临近预报效果改善明显,而后者对0～6 h的预报效果都有所改善,且后者前3 h的改善效果优于前者。对比模式初始场通过Nuding技术订正修订前后的水汽场的预报效果发现,修订后的水汽场的临近预报效果优于修订前的,尤其4～6 h的差异较明显。分析原因发现,模式初始场中水汽场的修订,尤其是饱和水汽的修订,对模式预报的水汽场有明显影响,从而影响到了环流场,改善了模式的雷达回波和降水的预报。      

AMSU-A温度反演及其对南海热带低压暖心的分析

采用NOAA极轨卫星先进微波探测器AMSU-A L1B的观测资料,经过卫星天线模式校正和临边调整,然后采用线性回归及水平方向上逐步订正法得到水平分辨率0.5 °×0.5 °垂直方向1 000 ~ 0.1 hPa共40层的反演温度资料。通过个例分析发现,反演的温度资料可以揭示热带气旋暖心的细致结构。之后,选取了由中高层向下(“自上而下”)发展而来的发展和不发展的南海热带低压,对这些热带低压暖心结构的演变进行了对比分析。结果表明:由中高层向下发展而来的南海热带低压,都有暖心结构从中高层向下发展到近海面的过程;发展的南海热带低压在暖心向下发展到近海面时,高层暖心突然增强,使得热带低压的暖心在高层和低层同时出现显著增强;而不发展的南海热带低压的暖心结构并没有出现这种现象。因此,通过监测热带低压暖心结构的变化,可能对判别热带低压是否发展有一定的帮助。      

华南沿海一次暴雨中尺度对流系统的形成和发展过程

应用观测分析和数值模拟方法研究了2004年5月13～14日发生在华南西部沿海的一次暴雨中尺度对流系统（MCS）。结果发现：MCS开始发生在低层切变线南侧的偏南气流中，强盛时其水平范围达中口尺度，生命史近10个小时。在MCS的形成和发展过程中，低层的涡旋环流不明显，但其上空对流层中层500hPa上有流场的扰动与之对应。观测分析及数值模拟结果均表明沿海地形引起的辐合在对流的启动中有重要的影响。而对流发展起来后，由于凝结加热的作用，中层的扰动得到加强和发展，主要表现为涡度的增大，气旋性环流在500hPa高度附近表现最为明显，并在MCS东移发展的过程中起着重要的组织作用。MCS在有利地形触发作用下发生。并通过对流层中层扰动组织发展的过程，有别于华南其它一些暴雨过程常伴有低层涡旋系统向上发展的形式，有其独特的特征。还对中层扰动的增强过程和物理机制进行了分析，并提出了一个用于解释中层扰动对MCS组织发展影响的观点。     

华南前汛期MCS的活动特征及组织发展形式

利用卫星云图Tbb资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,按照Jirak对中尺度对流系统(MCS)的分类方法,将华南MCS分为MCC(中尺度对流复合体)、PECS(线状或长条状MCS)、MβCCS和MβECS(即β尺度的MCC和β尺度的PECS)4种类型,对华南前汛期MCS的时空变化特征、发生发展的组织形式和天气学背景进行了分析。结果表明:PECS是华南地区MCS的主要发展形式。4—6月MCS的发生个数逐月增多。MCS的日变化呈单峰型,主要集中于下午到上半夜形成,傍晚到半夜之间发展成熟。但具体到不同的4种类型,其日变化特征有一定差异。MCS活动分布特征与地形没有明显对应关系,全区都可有PECS发生。MCS主要以东移为主,其次的移动方向4种不同类型分别略有不同。MCS的发生发展有3种主要天气形势:500 hPa槽前西南风场型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅰ型;500 hPa西北风场型、850 hPa切变线型和地面低槽配合的Ⅱ型;500 hPa西风槽过境型、850 hPa切变线南侧的西南风场型和地面低槽配合的Ⅲ型。孤立发展和合并增长是华南MCS的主要组织发展形式。