地形重力波拖曳参数化对热带气旋强度和路径预报影响的研究

本文在GRAPES_TMM（Global/Regional Assimilation and Prediction System for Tropical Mesoscale Model）——中国南海台风模式版（面向南海和东南亚）中发展和引进了KA95（Kim and Arakawa,1995）地形重力波拖曳参数化方案（GWDO）,并对2012年主要的9个登陆台风进行了试验对比研究,考察了不同标准Richardson数（Ri_c）的GWDO试验对台风路径和强度预报的影响。结果表明,在引入地形重力波拖曳参数化过程后,模式对台风登陆时路径和强度的预报能力均要有提高,对台风预报时长越长,GWDO的影响也更为显著。对双台风“SAOLA”和“DAMREY”试验结果表明,GWDO对台风外围距台风中心150 km的对流层中下层风速减弱较为明显,减弱了GRAPES区域模式对台风强度预报偏强的现象,对台风强度长时间预报改善更为明显。不同标准Ri_c对重力波拖曳力的计算较为敏感,当Ri_c取1.0时,动能迅速的在低层被频散,能量无法有效地上传;Ri_c取0.25时,大部分的能量在中高层被频散。总的来说,Ri_c取0.75时对台风路径和强度预报改进更为显著,其结果可为业务预报提供指导意义。     

珠三角城市环境对对流降水影响的模拟研究

采用具有2 km分辨率的中尺度气象模式WRF及其耦合的单层城市冠层模式,以及Thompson云微物理方案,针对广州市附近发生的一次对流风暴过程,模拟研究了城市环境包括城市地表性质变化、城市空气污染可能引起的云粒子浓度增大现象对对流降水发展的影响问题.结果表明城市地表引起的热岛和干岛效应,可造成城市边界层高度升高,有利于城区附近辐合流场形成和不稳定能量增大.模拟结果显示,城市地表作用可在广州市南北各形成一个对流有效位能CAPE增大的辐合区,模拟对流降水回波起始发展于这些具有高不稳定能量的辐合区,并与观测雷达回波特征相一致,反映出城市地表对对流的起始发展及其发生位置有更直接作用.对流发展起来后,敏感试验反映出高云粒子浓度 (污染) 情形中有更多降水形成,降水增多可达20%以上.诊断分析发现降水增多与对流云中有更多雨水及过冷却云水形成有关系.增多的云水雨水通过相应的由于潜热释放增加引起的强上升运动被传送到较高层次,引起云中冻结过程及液态水和冰相物质之间的相互作用增强,从而导致更多冰相物质形成、降落地面降水增多.     

2004年南海夏季风的爆发及中南半岛陆面过程的可能影响 I： 诊断分析

南海夏季风的爆发受高原、海洋(海气相互作用)、冷空气和陆地(陆面过程或陆气相互作用)等多种因素的影响,其中中南半岛由于是连接南海夏季风和印度、孟加拉湾季风的关键区,而且孟加拉湾不仅是亚洲最早爆发夏季风的地区,又是副热带高压最早断裂的地区。因此它的陆面过程对南海夏季风的影响是不可忽视的。文章从2004年南海夏季风爆发前后的环流和降水分析其活动特征,并进一步研究中南半岛陆面过程对南海夏季风的爆发日期和强度的影响。2004年南海夏季风于5月19日爆发,利用NCEP再分析资料及地面站点降水资料对这次季风爆发前后的环流形势和降水分布进行分析,结果表明:强对流活动由孟加拉湾移到中南半岛,引起中南半岛的降水增大,导致陆面过程发生改变(包含土壤湿度,感热、潜热通量,向上长波辐射),最终使得中南半岛—南海之间的低层气温差出现符号逆转,为南海夏季风的爆发提供了必要的条件。此外,中南半岛—南海低层气温差同南海夏季风的活跃程度有密切的联系。通常负的温差出现后不久,南海夏季风即进入活跃期或非活跃期,正的温差出现之后则常常是南海夏季风的中断期。     

EFFECTS OF CONDENSATION HEATING AND SURFACE FLUXES ON THE DEVELOPMENT OF A SOUTH CHINA MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM (MCS)

A sensitive numerical simulation study is carried out to investigate the effects of condensation heating and surface fluxes on the development of a South China MCS that occurred during 23 – 24 May 1998. The results reveal the following: (1) Condensation heating plays an important role in the development of MCS. In every different stage, without condensation heating, MCS precipitation is significantly reduced, and quickly dissipates. (2) Condensation heating demonstrates most importantly during the early development stages of MCS vortex; as the vortex develops stronger, the condensation heating effects reduces. (3) By affecting the MCS development processes, condensation heating also influences the formation of MCS mesoscale environment structure features such as low-level jet (mLLJ), upper-level divergence. (4) By changing the antecedent environmental circulation, the surface fluxes also play an important role in the development of MCS. Because of the surface heating, pressure declines over the heavy rainfall and MCS happening regions, which results in the intensification of southerly flows from the ocean along the South China coastline areas, and leads to the enhancement of horizontal convergence and increase of vapor amount in the lower layer. All of these make the atmosphere more unstable and more favorable for the convection.     

SIMULATION STUDY ON CAUSES OF TROPICAL STORM FITOW (0114) HEAVY RAIN

With PSU/NCAR nonhydrostatic mesoscale model MM5, the rainfall process of tropical storm Fitow(0114) is simulated for 00:00 UTC 31 Aug. – 00:00 UTC 2 Sept. 2001. Mesoscale separation is performed on the results with the filtering scheme. Analyses show that the MM5 model well reproduced the position and intensity of heavy rain. Mesoscale characteristics of heavy rain were well represented in rainfall time scale, rainfall area, stream field and divergence at lower and upper levels. The interaction between inverted typhoon troughs and the mesoscale systems lead to heavy rain occurrence. The distribution of divergence fields at lower and upper levels can have a kind of indication for the rainfall. Heavy rains are closely associated with topography and land-sea distribution in South China. Weak instability is favorable to the generation of heavy rain.     

热带气旋背景条件下的城市效应与广州夏季雷暴

利用广州地区中尺度自动气象站观测网资料、广州雷达回波资料以及卫星TBB资料等, 分析了2005年8月初受热带气旋外围气流影响条件下广州地区“城市热岛”(UHI)的演变特征, 并主要对期间8月4日夜间和7日午后发生在广州城区的两次雷暴过程及其与UHI等城市效应的关系进行了研究. 结果发现两次雷暴的形成均与UHI相关, UHI引起局地气流发生辐合并引发对流发展, 对流降水发生的时间和位置均与UHI的演变及其相应的辐合区有良好对应关系, 对流易于在UHI发展较强的时段和位置上发生. 而且受城市的影响, 两次雷暴在移动经过广州城区时均得到了进一步发展, 最强的对流回波出现在中心城区上空, 降水也集中落在中心城区. 所有这些特征表明两次雷暴的形成和发展均与城市的影响有关.     

一次连续性暴雨天气过程的分析

1998年5月14～19日,受锋面低槽、切变线及高空槽的共同影响,广西南部及广东中西部部分地区出现了暴雨～大暴雨过程。暴雨中心各时段分布不同,有明显的局地性。表15月14～19目逐日24小时最大雨量（mm）和次大雨量点从表1可看到,在相似的天气形势下,暴雨落区有很大的不同,这是天气预报中的一个难点。本文对这次连续性暴雨过程进行了分析,并计算了有关的物理量。1天气形势分析1．1500hPa形势分析13日20时,副高588线位于桂林以北,华南沿海一带盛行西南气流。随着原位于河套地区的低压槽东移南下,副高强度逐渐减弱。14日20时588线已退…     

热带风暴Fitow(0114)暴雨的中尺度特征及成因分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟,采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离,分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因.结果表明:MM5模式对Fitow登陆过程的降水模拟较成功,暴雨的落区和强度与实况比较一致.Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显.正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生,而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义.华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系.弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件.     

THE INFLUENCE OF CLOUD PARAMETERIZATION ADJUSTMENT USING REFLECTIVITY OF DOPPLER ON NOWCASTING WITH GRAPES MODEL

In this study, we attempted to improve the nowcasting of GRAPES model by adjusting the model initial field through modifying the cloud water, rain water and vapor as well as revising vapor-following rain water. The results show that the model nowcasting is improved when only the cloud water and rain water are adjusted or all of the cloud water, rain water and vapor are adjusted in the initial field. The forecasting of the former （latter） approach during 0-3 （0-6） hours is significantly improved. Furthermore, for the forecast for 0-3 hours, the latter approach is better than the former. Compared with the forecasting results for which the vapor of the model initial field is adjusted by the background vapor with those by the revised vapor, the nowcasting of the revised vapor is much better than that of background vapor. Analysis of the reasons indicated that when the vapor is adjusted in the model initial field, especially when the saturated vapor is considered, the forecasting of the vapor field is significantly affected. The changed vapor field influences the circulation, which in turn improves the model forecasting of radar reflectivity and rainfall.     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.