8.19华北暴雨模拟中微物理方案的对比试验

在中尺度模式多种物理过程中,微物理过程是一个非常关键的环节,其不仅直接影响降水预报,而且也影响模式的动力过程。微物理方案有明确的物理基础,但是在实际暴雨模拟中,究竟采取哪一种方案的结果更理想,需要深入比较,因为不同的微物理方案对降水模拟结果有着很大的差异。本文利用中尺度非静力模式WRF(V3.2.1版本),采用36km、12km和4km的格点分辨率,选用七种微物理方案,对2010年8月18～19日华北地区的暴雨过程进行了敏感性试验。从降水落区和强度方面对总降水的预报性能进行了对比,模拟结果表明:选用不同的微物理方案,可以不同程度地模拟这场暴雨的范围和强度,且选择合理的微物理方案对细网格(4km)嵌套的模拟也可以相应的提高,从而提高了暴雨模拟的分辨率,为暴雨中小尺度成因分析提供了参考。其中,水平分辨率为36km时,Lin方案模拟的雨带范围和降水强度与实况拟合的最好;水平分辨率为12km时,Thompson方案模拟的强降水位置、强度与实况最为接近;而水平分辨率为4km时,WSM6方案模拟的强降水位置、强度与实况拟合得较好。再结合垂直速度、涡度、散度和雨水混合比等基本物理量的诊断分析,可以更好地理解各微物理方案对降雨预报的影响,所得的结论对我国华北暴雨强降水预报和中尺度模式微物理过程在业务和研究方面有相当的参考价值。

2016年一次寒潮天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料、NECP/NCAR 1°×1°再分析资料和探空资料,应用天气学和动力气象学分析诊断方法,对2016年1月21—24日山西寒潮、大风和降雪过程的影响系统配置、冷空气移动路径和高低空环流形势演变进行了诊断分析,并对大风和降雪主要成因进行了分析。结果表明:此次寒潮过程属于"横槽型",500 h Pa上贝加尔湖东部的冷涡引导冷空气,沿西北偏西路径进入山西,以及地面冷高压南下是寒潮爆发的原因。850 h Pa存在强盛的冷平流,是产生寒潮天气的主要原因。但由于冷空气移动路径偏西,冷高压主体偏北,造成本次降温幅度只有个别站点突破历史极值。水汽条件较差,所以降水过程较弱;地面正负3 h变压差达10 h Pa,利于产生变压风,造成大风天气。

“8.19”华北区域暴雨的数值模拟与诊断分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.2和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年8月18—19日发生在华北地区的暴雨天气过程进行了数值模拟,基于模拟结果,着重分析产生此次暴雨的动力、热力条件以及中尺度天气系统之间的相互作用。结果表明,此次暴雨过程是在有利的高、中、低层系统配置下,由高空冷涡带动干冷空气南下,与副热带高压外围的暖湿气流在华北地区上空交汇而形成;高低空急流的适宜配置,产生了动力场的耦合作用,形成深厚、强烈的上升运动,是大暴雨发生发展的主要动力条件;低空急流是主要的水汽输送通道,水汽主要来自南海和孟加拉湾;暴雨强盛时期,650h Pa以下大气表现为对流不稳定,此时华北地区上空的K指数>35℃,强降水时段出现在K指数梯度明显增大的过程中;对流层高层的干冷空气不断侵入触发对流层低层不稳定能量释放,强降水发生在低层暖平流向上抬升、高空冷平流向下侵入的时段。

多个数值预报产品对山西3次强降水过程预报性能的对比分析

为更好地释用数值模式的预报产品,采用客观分析和ETS评分方法,运用T639-thin模式、ECMWF-thin模式、Japan_thin模式及NECP模式对2014年7月发生在山西的3次降水过程的预报性能进行了效果检验和对比分析。分析结果表明:4家模式对欧亚大陆中高纬环流形式以及地面系统的调整和演变均有较强的预报能力;4家数值模式预报产品基本能把握雨带的走向,但对强降水过程中降水强度的模拟与实况相比偏差较大,而且对强降水中心的预报稳定性也较差;对于ETS评分,NECP模式的评分在3次过程中均较高,并且不同数值模式的24 h时效预报效果要优于其他预报时效。总体来看,对于环流形式的演变,EC模式模拟效果是最好的,其次是NECP模式,T639模式和日本模式次之;对于降水量级以及落区的预报,NECP模式预报较准确,具有较高的参考价值,其次是EC模式,而T639模式和日本模式预报的稳定性较差。

近十年山西地区强降雪天气时空分布特征分析

利用山西地区2005—2014年109个全国气象观测站逐日小时降水量资料、自动站实况等资料,采用统计学方法,分析和研究山西地区强降雪天气的时空分布特征,为山西地区的强降雪天气预报预警提供参考依据。结果表明,降雪的年代际和月变化均呈双峰结构,2006年、2007年和2010年为波峰,年降水大于等于9次,年均降水为6.1次。山西地区强降雪一般出现在10月至次年4月,出现强降雪最多的月份为2月,其次为3月和11月。强降雪最早出现时间为10月下旬,最晚出现的时间是4月下旬,山西地区强降雪出现的日数总体上是东部和南部多,西部和北部少,山区多,盆地少。山西南部降雪次数最多,其次是中部,北部降雪次数最少,这与山西特殊的地形有密切关系。

动力因子对地形影响下的四川暴雨落区的诊断分析

本文分析了2010年7月16～18日地形作用下四川盆地的一次持续性暴雨过程,指出此次暴雨过程是在高低层系统配置较好的情况下发生的。并以NCEP资料为初值场对此次暴雨过程进行了数值模拟,结合实况对模拟结果进行对比分析。分析表明:模式对本次四川暴雨过程的模拟较为成功,能很好地再现此次暴雨的降水落区以及强降水中心。运用广义湿位温、广义对流涡度矢量垂直分量的垂直积分和质量垂直螺旋度对受大巴山脉影响的四川东北部的暴雨落区进行了诊断分析。分析指出,广义湿位温纬向平均的垂直剖面图上,等湿位温线的倒区域与四川东北部的强降水落区吻合较好,等湿位温线的倾斜程度以及湿位温异常的高度可以定性地指示降水的强弱;对广义湿位温从800 hPa到500 hPa垂直积分,用得到的湿位温的水平分布来指示东北部的暴雨落区效果较好;用改进垂直积分区间后的广义对流涡度矢量垂直分量比用传统的对流涡度矢量垂直分量来示踪四川东北部的暴雨落区效果更好;质量垂直螺旋度能有效刻画出四川东北部地区强降水系统的典型动力场垂直结构,因此与四川东北部的地面强降水具有很好的对应关系。

降水相态转换机制及积雪深度预报技术研究

利用2014—2017年山西省地面和高空气象观测资料、NCEP/NCAR FNL再分析资料、山西及周边地区多普勒天气雷达资料,对山西冬半年雨转雪过程进行归类与分析,探讨地面气温在降水相态转换中的作用,提取降水相态转换的前兆信息。针对降雪过程,统计分析降雪量和积雪深度增量的关系,总结提炼积雪深度预报指标。最后,选取气候特征相似的两次雨转雪过程进行对比分析,揭示降水相态转换的物理机制。结果表明:(1)山西省11月发生雨转雪的站次最多,其次为2月。地面气温作为降水相态变化的重要指标,其与气候和天气(如冷空气强度和路径)特征、地理位置等有关。(2)山西冬半年积雪深度增量与降雪量比值约0.68 cm·mm-1,且比值随着气温降低而增大,因此存在明显的时空差异。(3)在雨转雪的不同时段,随着对流层低层降温,冰雪层厚度在总云层的比例有所增加,且云中固态凝结物下落路径缩短,使得固态凝结物在下落过程中融化概率减小,造成相态变化。

2014年山西春播期暴雨天气过程分析

为了准确预报山西春播期暴雨天气,更好地为农服务,笔者根据天气学理论,利用常规探测资料、数值预报、多普勒雷达和FY-2E红外卫星等资料,对2014年5月9—11日的暴雨天气过程进行综合分析。结果表明:500 hPa"北涡南槽"和华北"东高西低"形势是此次暴雨的有利环流背景,低空切变线和850 hPa东南风急流是主要影响系统。中低层切变线激发的中低云系直接导致强降水的发生。地面辐合线提前1~2 h出现,对进行强降水的短时临近预报有明显的参考意义。东西两路冷空气的对峙,地面辐合线的停滞;高低空急流耦合,形成高空辐散、低空辐合的垂直结构,使得上升运动持续加强;前期地面最高温度持续升高、低层暖湿平流的持续输送,均是强降水长时间持续的重要原因。

基于WRF模式的大同地区风电场发电量预报技术研究

为了研究WRF模式在大同地区的风电预报能力,用WRF模式模拟2015-01、2015-04、2015-07、2015-10四个月大同地区风场,评估模拟效果,并根据模拟结果采用轮毂高度为80 m的V90-3.0 MW(50 Hz)型风机对该地区的风电量进行预报。结果表明,各月实况日平均风速和模拟日平均风速相关系数均大于等于0.58,模拟效果较好,其中2015-10达到了0.88,模拟效果最好;各月的有效风能密度比例均在93%以上,该地区的风能可利用率是非常高的,特别是在春季和秋季;利用WRF模式模拟的各月逐小时风场有偏差,但是模式具有模拟风速变化的能力,可用于制作风电量预报,指导风电场建设和运营。

近10年太原市雾霾时间分布特征及预报方法研究

利用太原市近10年雾霾观测资料,采用统计学方法,分析和研究太原市雾霾事件时间分布特征和天气预报方法发现,近10年中,雾与霾的年际变化趋势基本一致,雾出现的天数要远小于霾的天数;太原市霾日多发时间为夏季7月、秋季10月到次年的1月,雾多发时间为11月,雾霾日数的变化趋势具有明显的季节特征;霾的预报思路与雾具有相似之处,均需要稳定的天气形势和大气环流背景,二者最大区别在于湿度条件。