2010年前汛期末华南西部和东部暴雨对比分析

2010年前汛期末期中国华南出现暴雨过程,暴雨在华南西部与东部有不同影响,利用NCEP再分析资料和常规观测资料,分析此次暴雨特征与机理。结果表明:对中国华南地区整体而言,暴雨期间高层受南亚高压东南伸弱脊辐散区影响;中层副热带高压西伸脊先东退、后西伸;暴雨区位于低层相当位温锋区南侧、气流辐合;边界层偏南风急流形成后暴雨发生。分区而言,华南西部两次出现各持续1 d的多站点暴雨时期;每次暴雨站数明显增加,较之前低层能量大、中低层层结不稳定且整层大气可降水量大;两个多站点暴雨日期之间边界层中尺度偏南风急流有两次明显减弱,低层水汽辐合与上升运动发生明显中断。华南东部多站点暴雨只出现一次但持续3 d,虽然在暴雨前期3个指数条件均没有西部两次暴雨前期好,但是连续3 d多站点暴雨期间较大尺度偏南风边界层急流基本维持,低层水汽辐合与上升运动没有发生明显中断,导致了东部暴雨站点多、强度大及持续时间长。因此,对于华南前汛期暖区暴雨而言,边界层偏南风急流的生消活动与水平尺度均较重要。     

川西高原东坡地形对流暴雨的研究

利用地面常规雨量站和探空资料以及NCEP 1°(纬度)×1 °(经度)再分析资料,对2004～2010年川西高原东坡地形过渡带的12次暴雨过程进行了分析,研究了高原东坡地形对流暴雨发生发展过程中的天气背景和环境场特征,并对高原东坡地形在对流暴雨形成中的作用进行了初步诊断,在此基础上利用WRF中尺度数值模式和地形上游探空12次暴雨过程的平均垂直廓线在模式真实地形下开展理想数值试验,验证了观测诊断分析的推断.结果发现:高原低值系统移入盆地是地形对流暴雨发生发展的天气背景条件.随着高原低值系统移入盆地上空,盆地低层气流从西南(偏南)气流逐渐发展成东南(偏东)气流,它的出现是地形对流暴雨形成的重要原因.地形对流暴雨发生发展过程中,盆地大气柱含有充足的水汽,存在明显的对流有效位能(CAPE).CAPE存在着明显的日变化,它在14:00(北京时间,下同)至20:00的峰值位相有利于地形对流暴雨的形成和发展.低层东南(偏东)气流的地形费劳德数略小于1,气流遇到高原东坡地形后爬坡和阻滞绕流同时存在,它在地形缓冲带的爬升和向南绕流形成的气旋性切变皆有利于对流暴雨的启动和发展.最后归纳总结了川西高原东坡地形过渡带对流暴雨形成的物理概念模型.     

2013年“苏力”台风西行登陆引发闽南大暴雨成因的模拟研究

利用中尺度数值模式对2013 年7 月13~14 日“苏力”台风引发福建南部大暴雨的天气过程进行了数值模拟、诊断分析和敏感性试验。结果发现：台风环流内强的正差动涡度平流和强的低层暖平流叠置是台风对流暴雨形成的有利大尺度强迫环境。台风登陆后移动旋转过程中,其风场、假相当位温场（θ_se）、水汽场、对流有效位能（CAPE）、对流不稳定度的空间结构及其正相对涡度、辐合区随着台风旋转在不断发生变化,台风环流内高θ_se 和高比湿气团的影响、带有CAPE 气流的输入、低层气流汇合或风速辐合、对流不稳定以及局地地形强迫等共同作用是闽南大暴雨发生的主要原因,强降水区主要位于环境风垂直切变的下游和左侧。此西移经台湾北侧的台风个例中,台湾地形可能主要通过改变台风环流内降水及其非绝热加热分布,进而影响台风的结构和移动路径,最终影响台风暴雨的强度和落区。闽南局地地形在台风大暴雨的形成中起到了一定的增幅作用,海陆摩擦差异造成的风速辐合在台风移近到登陆阶段对台风北侧偏东气流内降水具有不可忽视的增幅作用。     

华南前汛期一次大暴雨过程的扰动位涡反演与数值研究

利用NCEP 1°×1° 6h再分析资料、位涡反演和数值试验方法,分离与不同物理过程有关的扰动位涡进行反演诊断．在此基础上移除模式初始场中包含的与不同物理过程有关的扰动位涡反演的平衡场进行敏感性试验．对2006年5月21—22日一次热带扰动系统北上在广东珠江三角洲地区引发的大暴雨天气过程进行了探讨。结果发现：对流层中低层与潜热释放有关的正扰动位涡是影响热带扰动形成、维持及发展的主要因子之一;与潜热释放无关的扰动位涡对副热带高压的形成和维持有重要作用,影响热带扰动系统的移动路径;边界层内的扰动位涡有利于南海热带洋面北上气旋性扰动的发生、发展与维持;中高层扰动位涡对气旋性扰动系统的直接影响很小;下边界扰动位温不利于气旋性扰动系统的形成、维持与发展。数值敏感性试验表明,初始场中包含的与不同物理过程有关的扰动位涡在暴雨数值模拟中有重要作用,它们不同程度地影响热带扰动的强度、活动路径的模拟．并影响暴雨强度和落区;与非绝热物理过程有关的扰动位涡很大程度上影响暴雨强度,而与非绝热物理过程无关的扰动位涡很大程度上决定暴雨落区。     

一次西南涡引发暴雨的地闪特征

利用高频次多普勒雷达回波资料、闪电定位仪及区域自动站资料,对2011年6月9日湖北暴雨过程的闪电特征进行分析。结果表明：MCS不同生命阶段地闪所处位置不同,正、负闪同时跃增到峰值是MCS成熟阶段的标志之一,地闪密集区和MCS中移速较快的强回波位置基本吻合,MCS强回波区域出现正、负闪和45-55 dBz回波后部区域对应较好,强降水发生在MCS成熟后趋于消亡阶段。     

降水资料同化在梅雨锋特大暴雨个例模拟中的应用研究

利用暴雨数值预报模式AREM,以2009年6月29日发生在长江中下游地区的一次梅雨锋特大暴雨过程为例,以NCEP预报场为背景场,首先开展了不同化任何资料(无同化试验)以及分别利用GRAPES-3DVAR同化系统和局地分析预报系统(LAPS)同化地面、探空资料的3组数值试验,然后进一步开展了降水资料一维变分同化方法在GRAPES-3DVAR同化系统及LAPS系统中二次同化的效果研究,结果表明:(1)采用GRAPES-3DVAR系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果不如无同化试验结果;而采用LAPS资料同化系统同化地面、探空资料的数值试验,其降水预报效果优于无同化试验结果,即就本个例而言,GRAPES-3DVAR同化系统对背景场的修正为负效果,LAPS同化系统对背景场的修正为正效果。(2)降水资料1DVAR方法在GRAPES-3DVAR同化系统中的应用,对物理量场有重要影响,使雨带上空变得更暖更湿,天气系统的配置更利于降水发生,中尺度系统的演变更有利于模拟出与实况更加接近的雨带位置、强度、中尺度结构特征,因而极大地改善了降水模拟效果,其模拟的1、6、24h累积降水量位置、强度、中尺度结构特征都有较明显改善。(3)降水资料1DVAR方法在LAPS系统中的应用同样改善了降水预报效果,使雨带落区位置更加接近实况。     

强风暴个例电荷结构及云闪放电差异的数值模拟

利用耦合电过程的冰粒子分档模式对长春地区两个降雹型和非降雹型强风暴个例的闪电特征进行了模拟和对比分析。结果表明,在雷暴云的初始发展期,由于上升气流较弱,两者电荷分布相似,均表现为弱的正偶极结构。随着云体不断发展,两者电荷分布开始表现出差异:降雹型个例中的上升气流较强,风切变较大,过冷水能被携带到较高的高度,冰相粒子也能被带到较高处或在较高处继续增长,使得不同区域均存在冰相粒子含量中心。因此,冰相粒子的发生范围不同、环境参数不同及荷电符号不同的非感应起电过程,形成多个电荷中心,电荷结构易出现多层分布。在不同的发展时期电荷结构均呈现出不同的形态,放电既可能在上升气流区触发,也可能在气流辐散区触发。相对而言,非降雹型个例中的上升气流较弱,风切变较小,冰相粒子的分布较规则,非感应起电过程较均匀,从而导致电荷分布始终较均匀。不同发展时期的电荷结构都相对有规则,满足放电条件的位置具有一定的相似性。     

宜昌峡口区夏季暴雨天气分型及多普勒雷达特征

利用区域雷达拼图产品,结合探空、地面常规观测资料,对2010—2012年6—7月湖北宜昌峡口区暴雨的天气形势进行分型,并分析不同天气型下雷达回波演变的典型特征,可建立5种雷达回波暴雨概念模型,即副高边缘Ⅰ型、副高边缘Ⅱ型、低槽东移型、低涡暖切型和低压型。(1)副高边缘型中,副热带高压北抬至湖北境内,雷达回波带呈东西向或东北—西南向分布。I型中,宜昌南侧和北侧生成的强回波逐渐向宜昌峡口区汇合。Ⅱ型中,主要受强回波东移影响。(2)低槽东移型中,副热带高压位于长江以南,雷达回波带呈东北—西南走向,强回波也呈东北—西南向东移影响宜昌峡口区。(3)低涡暖切型中,副热带高压偏南偏弱。雷达回波带呈准东西走向,强回波较少出现。(4)低压型中,低层西南或华南存在低压横槽(倒槽),受闭合低压东北侧气流影响,强回波相继向西北方向移动。(5)副高边缘型和低槽东移型中,强回波的回波顶高和垂直累积液态水含量较高。     

华中区域模式三维变分中夏季背景误差协方差统计与对比试验

利用2012年6月12日—8月31日华中区域中尺度业务数值预报模式(WRF)一日两次的预报结果,采用NMC方法对背景误差协方差(B)进行了统计,得到了基于华中区域业务模式框架、分辨率和区域地理特征的夏季背景误差协方差矩阵的回归系数、特征向量、特征值以及特征长度尺度,并对模式三重嵌套各区域B的统计结构特征进行了对比,结果表明不同区域B的统计结构特征差异明显,表明B与模式区域地理特征和分辨率等关系密切。为探讨不同B对模式预报的影响,采用WRF模式自带的通用B矩阵(CV3-B)及本文统计得到的本地化B矩阵两种方案对2013年6—8月进行了批量试验和统计检验,结果表明:采用本地化B后,24 h小雨、中雨、大雨和48 h中雨、大雨、暴雨降水预报TS评分皆有所提高。850 h Pa风、温度及2 m温度等要素场预报的均方根误差减小,但500 h Pa高度场均方根误差略有加大。暴雨个例的分析表明:不同B方案,对初值影响非常显著,本地化B方案分析的初值场更趋合理,因而改进了降水预报。     

“7·22”长江中游暴雨中尺度系统的数值模拟与分析

利用中尺度暴雨模式较成功地模拟了2002年7月22～23日发生在长江中游的暴雨中尺度天气系统，结合地面加密和常规观测资料对暴雨中尺度天气系统进行了较为详细的分析。结果表明：(1)大别山西侧的暴雨由中α尺度切变线上中β尺度低涡造成，湘鄂交界地带的暴雨由切变线上气旋性扰动造成。(2)高空槽前的正涡度平流为暴雨中尺度系统形成提供了启动机制：在正涡度平流的作用下，对流层中低层降压产生变压风辐合造成上升运动，低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发形成局地对流产生暴雨。