一次高原地区强降水过程的对流可分辨尺度集合预报评估

利用FNL(Final Reanalysis Data)、ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料和GPM(Global Precipitation Measurement)全球逐半小时降水数据,选取我国西南高原地区一次强降水过程,研究了对流尺度集合预报中两种初始扰动方法BGM(Breeding Growth Mode)和LBGM法(Local Breeding Growth Mode)对复杂地形强降水的预报能力。基于对象诊断的MODE(Method for Object-Based Diagnostic Evaluation)方法评估了模式对降水对象的位置、结构、强度的模拟能力,并与TS(Threat Score)等评分方法进行对比分析,综合评估模式预报性能,表明:(1)基于BGM和LBGM法生成初始扰动的集合预报系统BGM-EPS和LBGM-EPS,集合平均预报对24 h各个量级降水评分均优于控制预报,且暴雨的TS评分LBGM-EPS优于BGM-EPS;(2)整体上,WRF模式能够较好捕获降水对象,尤其是对于高原山地复杂地形的降水预报效果很好,LBGM-EPS在降水目标的整体相似度表现上优于BGM-EPS,且从扰动总能量随预报时间的演变中能看出LBGM较BGM扰动总能量更大,更能代表预报误差的增长,突出LBGM方法在对流尺度集合预报中表示强对流能力的优势;(3)与传统TS评分等检验方法相比,MODE法更能反映降水预报的空间位置信息,在卷积半径和降水阈值相同情况下,基于LBGM方法的集合平均预报识别降水对象的效果更佳。

“八步教学法”在大气物理学课程中的应用

文章基于大气物理学课程的教学现状,结合军校学员的课堂教学特点,以“四化”教学理念为指导,以启发式教学为抓手,设计并提出了“八步教学法”,同时结合具体的教学案例阐述该教学法在大气物理学课程教学过程中的应用,以期为其他相关课程教学模式改革提供借鉴。

2000年7月西南涡暴雨过程的分析和数值模拟

对2000年7月1～8日西南涡暴雨过程进行了大尺度分析,并利用中尺度暴雨模式MRM1对这次过程进行了数值模拟,结果表明,这次西南涡暴雨过程分为两个阶段,分别对应着两次冷空气南下。暖切变线的南北摆动是发生大暴雨的一个重要原因,而西南急流核的向北传播导致雨区向北传播。模式成功地模拟出了中-α尺度的低涡、切变线,沿暖切变线的强烈倾斜上升气流、中尺度正涡度以及水汽通量散度辐合柱状结构,这些对暴雨的发生提供了动力和水汽条件;而沿低空急流轴的狭长暖湿舌,其北部的干冷区构成的南北向能量锋区,以及较强的中低空不稳定层结是这次暴雨持续发生的重要条件。

台风倒槽内β中尺度低涡及特大暴雨的数值模拟

对 2 0 0 1年 7月 6～ 7日上海嘉定特大暴雨及β中尺度低涡进行大、中尺度分析 ,认为特大暴雨是在西太平洋副热带高压的西北侧、北部西风槽与南部台风倒槽相连的形势下形成的。利用改进的区域 η坐标模式 (REM)对这一过程进行了数值模拟 ,发现降水先于 β中尺度低涡形成 ,强降水是在“风速偶”之间的强辐合作用下触发的。探讨了“风速偶”特别是弱风中心形成的原因。根据模式输出的高时空分辨率物理量场对 β中尺度低涡与特大暴雨的形成进行分析 ,探讨了它们形成的机制 ,结果表明 β中尺度低涡的形成是由于强降水使气柱增暖加强了低空原有的正涡度的情况下形成的 ,低涡与降水存在正反馈机制 。

中尺度暴雨模式MRM1简介及预报效果检验

介绍了近年来我们所研制的中尺度暴雨模式 MRM1的基本情况及特点 ,以及对 1 998年 ,1 999年和2 0 0 1年 6月、7月的降水集中时段进行的逐日降水预报试验及效果检验 ,并和美国著名中尺度模式 MM5进行了同一时段降水预报检验的比较。结果表明 ,它是目前国内较好的中尺度暴雨预报模式 ,在暴雨预报方面较 MM5也有一定优越性。

1998年7月21日武汉特大暴雨的数值模拟

利用 16层中尺度 η坐标模式对 1998年 7月 2 1日武汉特大暴雨进行了数值模拟 ,结果表明 :本次暴雨过程具有较强的中尺度特征 ,暴雨区上空中、低层近东西向的切变线及其强烈的辐合是暴雨产生的触发机制 。

模式水平分辨率提高对一段大暴雨预报结果的影响

使用中尺度暴雨模式MRM1-不等距21层细致边界层η坐标模式，分别采用36km和18km的水平分辨率对1998年6月12日～7月31日造成长江流域特大洪水的暴雨进行数值模拟，结果表明：当把模式水平分辨率提高到18km后，暴雨及其以下降水量等级的预报TS评分与36km的相当，但大暴雨预报效果明显提高，降水分布具有明显集中的趋势，暴雨、大暴雨中心也明显向实况降雨中心靠拢。对1998年6月12～21日10个个例的数值模拟表明，水平分辨率由36km提高到18km后，网格尺度降水量占总降水量的比例由平均14．1％提高到27．5％，而次网格尺度降水量的比例由85．9％下降到72．5％；对1998年6月19日造成闽浙大暴雨的天气系统模拟对比分析表明，模式提高分辨率后，能够较好地模拟出造成大暴雨的中-β尺度低涡及其中尺度特征，预报暴雨及大暴雨的雨区有了明显的局地性，更接近实况暴雨及大暴雨的雨区。

2010年6月中下旬南方暴雨过程变形场作用分析

利用常规原始报文资料,采用基于Lanczos窗口滤波器的合成分析方法,对2010年6月13—27日的形势场、物理量进行合成分析,计算并分析了低空合成风场的总变形。结果表明:500 hPa大陆中、高纬地区存在一"Ω"形类阻塞高压,西北冷空气从其东部源源不断向长江及以南地区输送,与副热带高压西北侧的西南暖湿气流在我国南方地区交汇。700、850 hPa大陆高压与西太平洋副热带高压之间形成的鞍型场,位于长江以南地区,鞍型场鞍点附近及其东部膨胀轴是暴雨发生的主要区域。在南方地区上空200 hPa西北气流辐散产生的抽吸作用,对这次长时间、高强度的降水起了重要作用。发生在鞍型场和切变线上的低空中尺度气旋,是造成暴雨的重要天气系统。鞍型场膨胀轴附近,总变形最大,其位置、走向均与雨带基本一致,有利于锋生和中尺度气旋形成。低空冷暖气流交汇区域形成低空强θse梯度,在垂直剖面图上,等θse线呈现十分倾斜状态,该区域强θse水平梯度与低空总变形、正涡度区一致,可能是特大暴雨发生的重要因素。

地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响

利用中尺度η坐标模式对1998年7月21～22日鄂东特大暴雨过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验,分析了地形对鞍型场和低空急流的影响,概括了鄂东地区β中尺度低涡及特大暴雨形成的概念模型。结果表明,在全地形的情况下,降水和实况接近,700 hPa鞍型场稳定维持,鞍型场位置和实况接近,鄂东地区的β中尺度低涡形成于鞍型场中性点附近;而无地形试验模拟降水量偏小、降水开始时间偏迟,河套地区高压和西南涡偏北,造成700 hPa鞍型场偏北,鄂东地区无法形成β中尺度低涡。青藏高原地形对其北部及南部气流的阻滞、绕流作用以及侧边界的摩擦作用对河套地区高压和西南涡的形成和维持有重要作用。积分时间越长,地形的作用越明显。在全地形试验中,汉口南侧中尺度低空西南风急流的加强是β中尺度低涡形成的重要因素,当加强的西南中尺度急流传播到(或形成于)鞍型场中性点附近时,其左侧容易形成β中尺度低涡,并在合适的热力条件下得到发展。

倾斜涡度发展与β中尺度低涡

利用中尺度暴雨模式MRM1,对1998年7月21、22日湖北黄石的β中尺度低涡及特大暴雨进行数值模拟,采用湿位涡守恒原理对模式输出的高时空分辨率物理量场进行分析。结果表明,β中尺度低涡是在低层θe水平梯度加大,θe等值线变得更加倾斜、近似陡立而发生SVD的情况下产生的。pm1在本次特大暴雨过程中是主要的,大大超过pm2,低层对流稳定度绝对值的迅速减小造成垂直涡度的急剧增大,从而形成β中尺度低涡。因此,θe等值线变得陡立可能是气旋性涡度激烈发展导致对流性特大暴雨形成的一个重要原因。

中尺度暴雨模式MRM1对华南暴雨预报试验

利用中尺度暴雨模式MRM 1对 2 0 0 1年 6、7月华南的暴雨进行数值预报试验 ,初始场采用T10 6谱模式的预报场作初估场 ,海表温度采用 1982～ 2 0 0 1年的候平均海温 ,试验结果表明 :模式对两个月的 1、10、2 5、5 0、10 0mm降水平均TS值分别达到 0 .6 2 9、0 .35 8、0 .2 38、0 .16 0、0 .0 6 3,两个月中的主要降水过程预报效果较好 ,特别是 7月几次台风暴雨过程。

江西一次强风暴过程的敏感性试验

利用中尺度η坐标模式对2003年4月12日江西的一次风暴过程进行了数值模拟,并采用因子分离方法对中尺度地形、地表状态、太阳辐射对降水及风暴的影响进行敏感性试验.结果表明,模式对这次风暴过程的模拟较为成功,模拟的降水及雨带变化都与实况相近,模拟的低空中尺度气旋与TBB云团的形成、演变也比较对应.这次风暴过程对江西弋阳影响较大,弋阳的风暴过程是在近地面切变线上强辐合的动力抬升作用下,上升气流穿过近地面较薄稳定层进入中低层的不稳定层而加强,并与从中高层穿越中层相对干冷区的空气在一个倾斜面内交汇而形成的.中低空θse线在弋阳附近上空由准水平变成近乎垂直状态,对流稳定度急剧变化,造成倾斜涡度强烈发展,对低层中-β尺度气旋的形成起到十分重要的作用.敏感性试验表明,当在没有中尺度地形和太阳辐射,以及改变地表状态的情况下,降水和地面中尺度气旋显著减弱.三个因子不仅单独对降水和地面中尺度气旋及地面气温有重要影响,而且存在相互作用,相对来说,地表状态及其和太阳辐射的相互作用对弋阳的降水有更大的贡献,采用因子分离方法可以很好地判断各个因子及其相互作用对降水的强度和位置的影响.

一个涡旋与变形场的相互作用指数

为了分析涡旋在变形场中的短期强度、移动路径和速度的变化,提出了一个涡旋与变形场的相互作用指数VDI(interaction index of vortex and deformation field),采用基于Lanczos窗口函数的数字滤波合成分析方法,分析了2001年8月5、6日造成上海特大暴雨的热带低压(TD)过程的背景形势场及TD和VDI的关系。结果表明:强大的西太平洋副热带高压断裂,在华东沿海形成鞍型场,TD进入鞍型场后与其发生相互作用而加强。VDI值越大,越有利于TD的发展,TD将向VDI大值区移动,VDI的中心位置可以作为TD未来短期移动方向的指示。

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式(MM5)为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明:模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云对流参数化方案时,Betts-Miller方案占显著优势;模式粗、细网格采用不同的积云对流参数化方案进行组合,可以改进模式降水预报,对于60km/20km的二重嵌套网格来说,Anthens-Kuo and Betts-Miller或者Kain-Fritsch and Betts-Miller组合具有一定的优势.在此基础上,积云对流参数化方案与不同微物理过程组合可以进一步改进梅雨锋暴雨的预报,不同组合方案预报降水的中心位置和强度各不相同.另外,暴雨的分布、中心位置和强度对边界层参数化方案的选用表现出一定的敏感性.

地形对两湖气旋发展影响的数值试验

本文运用中尺度η坐标暴雨模式,并采用常规报文资料获得初始场,运用包络地形方法获得模式所需的地形资料,对1999年5月16日-17日两湖气旋个例进行了数值模拟和敏感性试验。结果表明,该模式对两湖气旋的发生发展有较强的模拟能力,对两湖气旋过程的降水场和形势场的模拟较好,模式对暴雨有较强的模拟能力。敏感性试验表明两湖地区中尺度地形对两湖气旋的生成、发展有重要作用。

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率 η坐标模式 ,以一个实际飑线个例的常规资料为初值 ,通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线 ,进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验。结果表明 :飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能 ,小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却 ,而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动 ,起着胚胎和组织积云对流的作用。这样大、中。

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8—10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明:该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,TS评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。

沿海地区大气透过率的特征分析

利用 LOWTRAN 7大气辐射计算模式 ,对 2个红外通道分别选取不同的模式大气进行计算 ,得到了各种模式大气的大气透过率。利用沿海地区的历史资料初步分析了沿海区域模式大气 ,计算了沿海地区的大气透过率 ,并讨论了整体、细致边界层方案的模式计算值 ,得出一些有意义的结论。

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明:本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。

高分辨率η模式暴雨个例的数值模拟

本文运用高分辨率 η坐标模式 ,并采用常规报文资料获得初始场 ,运用包络地形方法获得模式所需的地形资料 ,对 1993— 1997年 5— 8月主要暴雨个例进行了数值模拟 ,结果表明 ,该模式对降水场、形势场的模拟较好 ,TS评分较高 。