一次暴雪天气的数值模拟及诊断分析

采用MM5中尺度数值模式对河南省2006年1月18-19日的暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料.对此次降雪的水汽条件、温度条件、不稳定条件、风场等进行了分析.结果表明:中低层水汽的辐合作用是暴雪天气发生的必不可少的条件;河南省上空逆温层的上界对应西南气流,下界对应东北气流,这种流场配置对降雪最有利;高低空急流的稳定维持使高低空急流产生两个独立的次级环流,在高空急流出口区,间接环流的北部形成辐合上升气流,十分有利于降水天气的发生发展;总螺旋度的变化对降雪的强度变化有一定的指示意义;对湿位涡这一物理量的分析发现,与暴雨过程中起主导地位的MPVl不同,MPV2在这次降雪过程中作用大于MPVl.     

2008年初江苏暴雪天气的模拟分析

利用常规探测资料,分析2008年1月27—28日淮河以南的区域性暴雪天气过程发现:暴雪发生在巴尔喀什湖阻塞高压东侧不断补充南下的冷空气与低空的西南急流输送的暖湿空气相结合的背景条件下,中低层的气旋式环流及其东侧的暖式切变线是暴雪天气的主要影响系统。PSU/NCAR非静力原始方程中尺度模式MM5V3.6较好地模拟了暴雪过程。高分辨率的数值模拟资料显示:水汽通量散度和垂直运动的特征揭示了700 hPa以上的中层的大气运动是暴雪发生的关键;整层的气温均在0℃以下,为降雪提供了充分的气温条件。通过对位涡、湿位涡的诊断发现,冷空气由中层自北向南向低层楔入,导致暖湿气流加强了的垂直运动沿冷空气垫倾斜上升产生对称不稳定,中尺度的对称不稳定是这次暴雪天气的物理机制。     

暴雪数值模拟研究进展

简要回顾目前国内外暴雪数值模拟研究的方法和成果,认为近年来众多学者在暴雪研究中,主要采用数值模拟诊断分析和敏感性试验对比分析方法取得了显著成果,其科研进展主要包括环境场因素、触发因素、中小尺度特征和微物理特征。但由于暴雪成因的复杂性和特殊性,其发生发展的宏观、微观物理机制还有待深入研究。     

“0703”东北暴雪成因的数值模拟研究

利用常规观测资料以及中尺度数值模式MM5V3.7的模拟结果,对2007年3月3-5日东北地区罕见暴雪过程成因进行了分析.结果表明:高低空垂直切变明显和高层辐散与低层辐合相配置导致的强上升运动,以及中低层深厚的正涡度产生和维持是强暴雪形成的动力机制;干冷空气侵入是产生暴雪的触发因素;北上低涡东侧的偏南气流携带来自东海和南海两个源地的充沛水汽直抵东北地区,是产生东北暴雪的重要原因之一.     

一次局地性暴雪的数值模拟及分析

采用WRF中尺度数值模式,对2005年12月6-7日发生在威海北部沿海的一次暴雪天气进行数值模拟分析,结果表明:WRF数值模式能够较好的模拟出冷流降雪的发生、发展状况,同时发现低层风向的连续波动是产生胶东半岛北部暴雪的主要动力原因,同时较大的海陆温差和胶东半岛北部有利的地形也是发生这次冷流降雪的不可缺少的原因.     

2004年末黄淮暴雪的特点分析和数值模拟

利用多普勒天气雷达资料和中尺度数值模式模拟分析了2004年12月20日夜里起到22日黄淮出现的大范围暴雪天气过程。发现黄淮地区暴雪天气形成的原因和特点明显不同于梅雨锋暴雨。多普勒雷达探测资料可以很好地反映这场暴雪的特点:对流高度不高,平均高度3~4km左右,最高不超过8km。在强降雪时近地面925hPa附近伴有很强的超低空急流,东北偏东风,风速达12~14m·s-1。高低空垂直切变明显,有很强的斜压性。高分辨率的中尺度数值模式可以很好地模拟出这次过程的演变和特点。     

大连地区一次区域暴雪的特征分析和数值模拟

利用多普勒雷达资料和GTS1型数字式探空仪探测资料,分析了2006年2月6～7日大连地区暴雪过程的回波演变和要素分布特征。结果表明,降雪期间,多普勒雷达显示为20～25 dBz的层状云,回波高度不超过3 km,对流层中下层的高空冷暖平流是产生强降雪的主要原因。采用中尺度非静力模式MM5对暴雪过程进行了数值模拟,模式较好地模拟了这次过程强降雪中心的强度、位置及强降雪的变化时间。这次降雪的主要影响系统是高空槽和地面华北气旋。诊断分析了强降雪的动力和热力特征及降雪期间的中尺度特征和云物理过程。高空槽前的西南暖湿气流提供了有利的水汽条件,高空辐散和低层辐合相叠置及高空正涡度的下传,有利于垂直上升运动的加强和地面华北气旋的发展。降雪前的增暖增湿与北方冷空气的楔入使大连位于sθe能量锋区和水汽辐合区内,有利于强降雪的产生。中尺度气旋性涡旋系统的形成和发展是强降雪产生和维持的有利因素,中尺度系统维持时间相对短暂。降雪期间,云中水成物的相态分布与温度密切相关,这次降雪过程只有气、固两相粒子作用。冰相粒子主要维持在600～300 hPa,其下部与雪区相对应。冰相粒子发展加强,地面降雪增大;冰相粒子减弱消失,降雪减小停止。     

黑龙江省春季一次区域暴雪过程的数值模拟与诊断分析

利用常规观测资料和NCEP资料以及WRFV2.0模式模拟的结果,对2009年3月21～23日黑龙江省中南部地区的大到暴雪过程进行了分析.结果表明:WRF模式对这次大到暴雪的区域进行了很好的模拟.进一步对模式输出的物理量进行了仔细的分析发现:中低层的西南气流为此次区域暴雪提供了充足的水汽;总螺旋度的变化对降雪的强度变化有一定的指示意义:在这次降雪过程中,MPV2的作用大于MPV1,说明条件性对称不稳定加强,有利于暴雪的形成.     

天山北坡一次大雾天气的数值模拟分析

利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料和WRF4.0中尺度数值模式,对2019年12月8—15日新疆天山北坡出现的一次持续性大雾天气的成因进行分析。结果表明：此次大雾天气出现在500 hPa新疆脊控制、850 hPa暖中心维持、地面蒙古冷高压影响的环流背景下。雾开始和维持阶段,地面1 200 m存在逆温强度为0.9℃/100 m的强逆温层,为大雾的形成和维持提供了静力稳定条件;大雾一般出现在辐射降温最明显的傍晚前后;大雾天气出现后2 m气温和地面温度温差始终维持在5℃左右,地、气温差使地面积雪一直升华,为大雾天气持续提供了充足的水汽条件;近地层大气一直存在2.0 m/s以下的微风,形成的湍流维持了雾滴悬浮的平衡状态。当逆温层中上层出现6～10 m/s偏东风时,雾层厚度增加;中上层风速过大或地面～600 m风向一致时,雾减弱或消散。     

北京一次冬季回流暴雪天气过程的数值分析

回流天气是华北地区冬、春、秋季节产生降雨（雪）的主要天气类型,预报员常常因对回流天气系统结构特征认识不足和诊断失误而导致预报的失败,是降雨（雪）预报的难点和重点。利用北京地区高分辨率快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC）对2010年1月2—3日一次典型的回流暴雪天气过程进行模拟,分析数值模式的模拟能力,研究各层主要影响系统结构特征及形成暴雪的关键性条件,探讨典型回流暴雪天气过程的形成机理。主要结论为：数值模式对此次暴雪过程的近地面回流冷空气、中低层低值系统及变化特征、主要降雪时段和降雪量模拟效果较好,对降雪落区的模拟存在一定偏差。低层回流偏东风遇到地形后引起垂直运动主要在低层800 hPa以下,所产生的降雪量不大,而其与上游850～700 hPa低涡系统发展东移其前部的上升运动汇合所形成的大范围、深厚、强烈的上升运动是产生明显降雪的关键性条件。上游低涡系统前部西南暖湿气流相对应的大湿度区移近是产生较强降雪的重要条件。持续的低层回流冷空气湿度较大,对于低层大气起到水汽输送的作用。回流冷空气使低层大气维持长时间的水汽输送并与其上层东移的大湿度区相结合,增加湿层厚度,有利于降雪持续而形成较强降雪。降雪开始时间和降雪强度的变化与对流层中下转偏南风的时间和偏南风风速增大有关。     

2003年华北初雪的数值模拟和诊断分析

采用中国气象科学研究院数值预报中心自主开发的GRAPES全球数值模式 ,对2 0 0 3年 1 1月 6～ 7日华北地区首次大到暴雪过程进行了数值模拟试验 ,并利用模式输出的物理量场对降雪过程作了天气动力学诊断分析发现 :GRAPES全球数值模式能够较好地模拟出高低空环流形势场特征和主要影响天气系统 ,雨雪区的范围、走向及大到暴雪的落区 ,加进云图同化资料后对强降水模拟效果明显优于未加云图资料的模拟 ,但对于 2 5mm及以上降水区预报范围偏大出现空报。该模式能够提供较为准确的高分辨率的诊断分析资料。     

华北秋季大暴雨的天气分析与数值模拟

利用常规资料和MM5模拟结果分析了2003年10月10—12日华北地区大暴雨物理成因。分析表明,高层稳定持续的经向环流是大暴雨产生的大环流背景。低空暖切变线和低空急流的直接影响,以及西南涡的加强和日本海高压的阻挡起了重要作用。强烈的上升运动、能量的积累和充沛的水汽输送是大暴雨发生的必要条件。对流层中下层偏南急流、低层的偏东气流和高空的西南急流提供了充足的水汽和能量输送。强涡度柱与强散度区、强上升运动与饱和气柱的互耦,是大暴雨产生的重要机制。强冷空气与强暖湿空气在切变线附近长时间对峙,使大降水持续。这些是形成这次华北地区秋季大暴雨的重要原因。     

一次山东半岛强冷流暴雪过程的数值模拟和诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,应用WRF中尺度数值模式对山东半岛2008年12月4—6日的冷流暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料,对此次冷流暴雪的特征及其产生的物理机制进行了分析。结果表明,这次暴雪产生在西北气流、较大海气温差的背景条件下,一定的海气温差是冷流暴雪的重要指标;冷流暴雪产生在较强垂直上升运动区的相当位温高值区附近;水汽输送方向为西北—东南向,水汽辐合层比较浅薄且范围狭窄;降雪分布具有明显的南少北多的特征;850 hPa湿Q矢量散度场辐合区的存在、位置及强度与暴雪的产生、落区及强度具有较好的对应关系;湿Q矢量分量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雪位于次级环流的上升支附近。     

甘肃东部一次暴雪过程的诊断分析和数值模拟

应用NCEP1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料以及RUC模式高分辨资料,对2013年2月17日甘肃河东暴雪天气从天气实况、环流特征、水汽条件、动力条件及西北区域RUC模式输出的模拟结论进行了诊断分析。结果表明：高空冷槽、700 hPa低涡、地面冷锋是这次暴雪的主要影响系统;降雪前期,低层正涡度增强,低层辐合、高层辐散是暴雪发生的动力机制;降雪前期,由于低涡辐合作用,700 hPa高度以下,湿度猛增,为降雪提供了充沛的水汽条件;降雪中心和政上空有θse密集强能量锋区;西北区域RUC模式模拟的24 h内降水量范围、落区、量级与实况一致,模拟的地面风速偏大。     

“0911”华北暴雪的数值模拟及云微物理特征分析

采用国家气象中心的T639全球格点资料,利用中尺度数值模式WRF对2009年11月9—11日发生在华北地区的强降雪过程进行数值模拟,模拟结果显示：WRF模式可以较好地模拟出此次强降雪过程降水雨雪带的分布。诊断分析结果进一步表明,700 hPa西南低空急流对水汽的输送使得华北地区成为很强的湿度区,为强降雪的发生提供了充足的水汽条件。由于低空辐合,高空辐散,导致上升运动加强以及低层正涡度中心的产生和维持,由此产生的垂直方向上水汽凝结是此次暴雪的形成机制。借助新型卫星CloudSat的星载云廓线雷达（CPR）资料对比分析模拟的雪水和冰水含量表明,在中纬地区（39.9°N、11 7.3°E～33.7°N、115.5°E）,分布形态与卫星观测的冰水含量对应相似,但量级比卫星观测偏小,而在低纬度（30.6°N、114.6°E～24.2°N、112.7°E）模式对冰水含量则完全没有模拟出来。     

“070304”东北特大暴雪的分析

对2007年3月3—6日东北地区百年不遇的暴雪及暴雨过程进行了天气学背景分析,并对非地转湿Q矢量的贡献、降水相态变化的条件进行了分析。结果表明：范围广、强度强的偏南急流不仅是水汽的强劲输送带,而且是低层锋区和低值系统加强、移动的必要条件;次级环流的强迫作用在暴雨发生发展中起重要作用,其强弱与降水强度有直接关系。云系的高低与下落过程中的层结状态、低层锋区位置一定程度上决定了地面降水的相态。深厚强锋区、北上江淮气旋、低空急流、非地转湿Q矢量辐合上升支的强弱和位置与降水的强度、落区关系密切。     

广西致洪暴雨的影响系统及暴雨落区分析

以“94.6”、“94.7”和“98.6”这几次引发广西特大洪涝灾害的致洪暴雨过程为研究对象 ,对其环流形势和影响系统的特征进行分析 ,研究致洪暴雨与环流形势和影响系统的关系 ,暴雨落区与影响系统的关系     

2011年初湖南暴雪过程的成因和数值模拟分析

利用多种观测资料及NCEP再分析资料,对2011年1月1720日湖南一次大范围暴雪过程进行了诊断分析,并使用WRF模式对其云微物理特征及降水相态转换机制进行数值模拟,旨在探讨本次强雨雪过程降水相态变化和暴雪形成及其发展成因。结果表明：乌拉尔山前部南下的冷空气与来自孟加拉湾及南海的暖湿气流在湖南长时间交汇产生锋生强迫,在静止锋区上界形成强辐合上升运动,是湖南大范围暴雪天气持续的主要原因;强烈的上升运动和持续的水汽辐合为本次暴雪过程提供了动力、水汽条件,“冷空气楔”上爬升的暖湿气流维持时间较长,是持续性大范围暴雪产生的重要热力条件;WRF模式能较好地模拟降雪量级及强降雪落区。雪粒子的产生和发展不仅与液水比含量大小有关,还与其上空冰晶的含量及分布密切相关,雪的凝华增长、冰晶向雪的自动转化和雨水与雪碰并成雪可能是本次降雪发生、发展最主要的物理过程,冰雪粒子大值中心及强上升运动区对预报强降雪带位置有较好的指示作用。     

2003年春季江淮一次暴雪过程的模拟研究

采用NCEP全球再分析资料和常规地面、高空观测资料，利用非静力中尺度数值模式MM5（V3．6）对2003年2月江淮地区暴雪过程进行了数值模拟。结果表明，MM5能够较好地模拟出地面及中低空大、中尺度环流系统，能够成功模拟出暴雪中尺度低涡的发生、发展及结构演变；低空西南急流与暴雪有着密切关系，对暴雪天气预报有很好的指导作用；对涡度场、散度场和垂直速度场的诊断表明，运动场和热力场的相互配置及耦合关系非常有利于暴雪切变线的发展及暴雪形成与维持。还利用模拟雷达反射率因子检验了模拟的正确性。对温度场的分析可知。降水性质与700hPa、850hPa温度平流有直接关系。