一次飑线过程中雷达回波的组织结构变化及成因分析

利用ARPS模式的3DVAR系统同化多部实况雷达反射率资料得到初始场,再利用WRF模式对2013年7月4—5日发生在江淮地区的一次飑线过程进行数值模拟,研究了此次过程中雷达回波强度变化的原因。模拟及实况观测均发现本次飑线从东西带状结构经1 h左右演变成东北-西南向的多条带状弱回波结构。分析发现,在变化初期阶段,东西向带状回波的南侧平行出现多个对流单体,北侧的带状回波衰减形成的偏冷出流与低层西南暖湿气流持续交汇,激发对流单体新生并入主对流带后,又使对流带由最初较长的准东西向变为短的东北-西南向回波;在变化中后期阶段,中低层切变加强引起强的涡层出现,进而引发涡层不稳定,使切变线上的小扰动增多导致回波中的小对流单体增多,无法组织成为强回波带,回波带变得松散,同时涡层不稳定以及回波的减弱导致降水变得更不均匀。      

2011年5月11日内蒙古地区强沙尘暴天气过程分析

基于1°×1°NCEP资料、常规气象观测资料及地面加密观测资料,对2011年5月11日发生在锡林郭勒盟地区的强沙尘暴过程进行天气学分析和诊断,得出如下结论:(1)此次强沙尘暴过程特点是落区集中、强度大、强沙尘暴持续时间长、沙尘暴区与大风区(6级以上)非常一致。冷涡及强锋区、蒙古气旋和冷锋是触发这次强沙尘暴天气过程的重要天气系统,此次强沙尘暴天气过程则属于蒙古气旋和冷锋共同作用引起的类型;(2)高空急流左中和左后方的辐合区,及左前侧的高空辐散区均出现了沙尘暴,下沉只在动量下传中起到了重要作用。垂直螺旋度在东移的过程中正值中心与强沙尘暴区域对应较好,且具有典型的上负下正的垂直结构,构成了低空强辐合、高空强辐散的深厚上升运动区,这样螺旋度垂直分布是十分有利于沙尘暴发展的一种形式;(3)在沙尘暴发生前,具有不稳定特征。沙尘天气开始时,等位温线几乎垂直于横坐标,表明此时大气层结非常接近绝热状态(中性层结),由于中性层结能够减小抬升所需的能量,因而有利于干对流的产生。     

WRF3.1微物理参数化方案对两例暴雨的集合预报试验及可预报性分析

采用WRFV3.1.1数值模式,选取模式中的10个微物理过程参数化方案构造10个集合预报成员,分别对2008年6月9—10日江淮地区暴雨与2008年6月6—7日华南地区暴雨进行集合预报试验,并进一步讨论了这两例暴雨的可预报性差异。结果表明:各参数化方案在暴雨的模拟中所表现出来的优势是相对的,但微物理过程集合预报在两例暴雨中都取得稳定且优异的模拟效果;通过比较两例暴雨的ETS(Equitable threat score)评分距平发现,华南暴雨在各个量级上的ETS评分距平都大于江淮暴雨,且华南暴雨集合成员之间的ETS评分差别也较大;大多数集合成员的模式误差在初始12 h增长最快,其后将减慢或者降低。对各成员的均方根误差(σ)距平分析表明,华南暴雨的σ距平增长相对较快且成员之间差别较大。因此从模式误差增长的角度来说,华南暴雨的可预报性低于江淮暴雨。     

WRF中地形重力波参数化方案在一次华南暖区暴雨形成机制分析中的应用

华南地形复杂多变,局地强对流天气频繁发生又难于预报。要准确模拟华南地区的降水情况必须考虑地形的影响。以发生在云雾山东南侧一次暖区暴雨过程为例,探讨中尺度WRFV3.1版本中新增加的地形重力波拖曳（GWDO）参数化方案对山区暴雨的模拟能力,以及本次暴雨的形成机制。数值试验利用2008年6月5日00:00至2008年6月6日12：00的每6 h一次的NCEP分析资料（水平分辨率为1°×1°）积分36 h对发生在云雾山东南侧暴雨过程进行模拟,通过与实况对比分析后得出：①模式中考虑了GWDO参数化方案的敏感性试验较好地模拟了广东阳江地区强降水的中心和强度,再现了暴雨过程中大尺度环流形势及其演变状况,成功地复制了中尺度低涡的位置及移向,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。②GWDO参数化方案的引入有效地减少由地形引起的对流层中层纬向风的偏差,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。③由试验得出,地形重力波拖曳可以使能量在中层辐散,导致垂直上升运动加强并使降水加强和降水的范围相对集中,是本次特大暴雨产生的主要原因。     

沙尘暴天气的高空急流统计特征及动力学分析

利用M icaps常规资料,对2000—2004年30~50°N之间的沙尘暴日与高空急流的关系进行了统计,把与沙尘暴相伴的高空急流分为2类:单急流型和双急流型;沙尘暴多发生在高空西南和西北急流的左侧及其右后方,与西北 西南型高空双急流相伴的沙尘暴多出现在西北急流中心的左前方和西南急流中心的左后方以及西北急流中心的右前方和西南急流中心的左后方。还对沙尘暴典型个例的风场结构的垂直分布、环流场的垂直结构等进行了动力学分析,结果表明:影响沙尘暴的高空急流有单急流、双急流、甚至三急流;一般北支高空急流高度较低,中心多在300 hPa,南支高空急流高度一般在200 hPa,中心风速多大于北支急流,北支急流多随高度升高向南倾斜,南支急流随高度的升高向北倾斜,单急流型沙尘暴多发生于北支急流下沉支的南侧,双急流型沙尘暴发生于双急流合并下沉支的下方;不论是上升气流还是下沉气流均有可能产生沙尘暴:低层辐合、高层辐散导致的抽吸作用,可在近地层形成大风和沙尘暴,强的下沉气流可导致高层动量有效下传有利于沙尘暴的产生;在南、北支高空急流之间往往会形成一支环流促进沙尘暴的形成,所以不仅是北支急流,南支急流也对沙尘暴的发生和发展产生作用。     

一次梅雨期暴雨与中层锋生、β中尺度小高压的关系

利用实况资料和中尺度WRF模式对2007年7月9—10日一次江淮梅雨期暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明,此次过程中,在雨带的北部有β中尺度小高压的维持及破坏过程。在小高压维持时,暴雨相对较小,被破坏时,降水加强,同时中层有明显的锋生过程。β中尺度高压产生与消失的原因与高空急流的非地转质量调整有关。小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持,但其南部的偏东气流,没有为暴雨提供较强的辐合场,且阻挡了北方的冷空气南下,因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时,使得北方的动量直接指向暴雨区,有利于辐合上升运动的加强,从而强降水发展加强。最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出,暴雨时,中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。通过湿位涡的计算发现其对低层锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。     

重力波与低纬高原地区Mβ CSs地域特征的关系

利用MM5（V3.6）模式对2003年6月低纬高原地区一次大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验,从重力波的角度研究低纬高原地区MβCSs生命史较短这一地域特征形成的原因。分析表明,大气稳定层结利于重力波的产生和传播,重力波的传播导致MβCSs的能量向两侧快速频散,使得成熟的MβCSs主体强度减弱,两侧有新的MβCSs生成并发展,中心降水也迅速减弱。地形敏感性试验表明,低纬高原地形使得大气在不稳定能量积累以后很快释放触发强降水,大气随即转化为稳定层结,利于重力波的快速传播和MβCSs主体能量的迅速频散,使得低纬高原地区触发暴雨的MβCSs生命史较短,引发的降水具有突发性强、历时短的特征。     

2008年6月20—21日一次β中尺度切变线、低涡降水机制研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟2008年6月20-21日江淮一次β中尺度切变线、低涡降水过程。分析发现：低层大尺度的0．5×10 -6m2·S-1·K·kg-1的大值位涡为切变线暴雨提供了背景场,在其南部边缘,低层的切变辐合及云水形成的非绝热加热,导致了正位涡的增长,使低层正涡度加大引起降水加强。低层的正位涡通过上升运动向上传递,导致了高层位涡正异常,高层位涡的正异常又可导致低层的气旋性涡度进一步加大并使降水加大;β中尺度低涡的生成与大别山地形关系不大,主要是由对流层高层正位涡异常引起,但是低涡的维持及降水与大别山的地形坡度密切相关,当地形平坦时,不利于低涡维持和降水加强,当具有大别山的地形坡度时,不论山脉的高低都有利于低涡维持和降水加强。     

1958～2000年6月连续性暴雨的特征分析

利用1958～2000年6月的43年间我国长江以南各站的逐日降水资料,对连续性暴雨过程进行了区域划分和统计,并以此为依据作了初步的分析.分析发现6月份我国南方暴雨发生频繁,且华南、江南可同时有连续性暴雨过程存在,并得出了我国6月份连续性暴雨的基本特征以及年代际的变化规律,认为1990年代以后连续性暴雨增加明显.最后以1994、1998、2005年6月发生我国南方的连续性暴雨为例,初步探讨了连续性暴雨中华南、江南双雨带发展的基本规律和形成机制,指出产生连续性暴雨的大尺度背景场与南亚高压和高空急流的稳定维持有关.     

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。