应用三维冰雹云模式制作河北省11地市冰雹预报

应用中国科学院大气物理研究所发展的完全弹性三维冰雹云模式,使用河北省内三个探空站(张家口、北京、邢台)的探空资料,制作了河北省冰雹区域客观预报。在此基础上,应用MM5中尺度模式的预报资料制作河北省11地市的冰雹预报。预报结果表明,该方法对冰雹等强对流天气的预报具有一定的参考价值和指导作用。

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气过程的数值模拟研究

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84%,9%,4%;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.

呼和浩特地区一次冰雹天气的三维冰雹云模拟分析

文章利用三维冰雹云模式对呼和浩特地区一次冰雹天气进行模拟。结果表明:一是云水、雨水比含水量高值区可以反映出冰雹的生成位置,云水、雨水、雪水比含水量快速减小可以反映出冰雹云已经发展旺盛。霰粒子快速增长转变为冰雹,为冰雹云发展强盛贡献了主要力量;总含水量增长促使了冰雹云的发展变强。二是冰雹云生成前期及初期,在7km高空有强的风速辐散促进地面的辐合上升;冰雹云发展强盛时,强劲的上升气流促使7km高度的风速由辐散转为辐合。三维冰雹云模拟结果可为呼和浩特地区冰雹天气的预报提供参考意见。

强雷暴云中电荷多层分布与形成过程的三维数值模拟研究

通过建立云物理耦合电过程的冰粒子分档模式,对北京一次强雷暴天气的云中空间电荷结构分布、形成机制及放电过程进行了模拟分析研究。结果表明:(1)云水含量主要通过感应起电来影响云水、霰粒子之间的电荷转移,然后再影响空间电荷分布。而包含了雨水后的液水含量主要通过非感应起电在不同含水量条件下的起电机制影响霰粒子同雪粒子(或冰晶)碰撞后转移电荷的极性与大小,从而影响空间电荷结构。(2)微物理过程的不均匀性将导致水成物含水量源汇项的不均匀性。而这种不均匀性首先会使得水成物在不同垂直剖面上的分布也不均匀,从而使得感应、非感应起电变得更复杂。源汇项的不均匀性还会导致水成物之间因质量转移而产生的电荷转移也不均匀。(3)强的上升气流将冰相物携带到较高处,从而使得水成物间发生电荷转移的高度也比较高。雪粒子在强上升气流上部及两侧区域出现多个含量中心,霰粒子含量分布相对均匀,而质量中心向背风侧倾斜。因此,非感应起电过程主要发生在背风侧的辐散区域,从而导致空间电荷也主要分布在该区域。强上升气流使得冰相水成物在不同区域出现含量中心,使得同一冰相物在不同区域携带不同电荷(尤其是在强风暴的成熟期),从而使得空间电荷易于出现多层结构。(4)由于放电会改变空间电荷结构,放电通道中的感应电荷会重新分配到各个水成物表面,所以在微物理过程和动力过程等作用下,在水成物质量转移过程中发生的电荷转移将会更加复杂,从而使得空间电荷浓度分布更加复杂。但是该作用的重要性还需要进一步的研究。以上因子均是造成空间电荷多层分布的重要原因。

强雷暴个例云内闪电与上升气流及液水含量关系的三维数值模拟

利用建立的三维闪电数值模式,模拟研究了北京2001年8月23日一次强雷暴发展过程中的云内闪电通道特征及其与上升气流和液水含量(LWC)之间的关系。结果发现:在强雷暴发展过程中,由于雪晶往往在上升气流相对较弱及LWC较低的地方形成、发展,与霰粒子之间的非感应起电过程首先发生在这些区域,然后发生电荷分离。因此,云内闪电往往在上升气流较弱和LWC相对较低的区域触发。闪电触发后,上行先导延伸区域的LWC较小,而下行先导延伸区的LWC取决于强风暴云发展的阶段。强风暴成熟期发生的闪电,下行先导可以延伸到较大LWC区,而无法延伸到LWC最大区。强雷暴衰退期发生的闪电,下行先导可以延伸到LWC最大区。

多波长雷达识别冰雹的数值研究

利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹云模式，详细地讨论了云雨衰减作用和云中各粒子共存于同一空间给多波长雷达识别冰雹带来的影响。在实际工作中，分析多波长雷达的回波时，这些讨论结果对分析和理解云降水过程有帮助。另外，本工作能为改装多波长雷达提供有益的理论参考。

河南省冰雹短期预报方法研究

利用1999—2010年共45个冰雹日个例(全省同一天有≥2站出现冰雹),分析冰雹日高低空、地面形势特征和降雹落区,发现降雹与500 h Pa环流形势关系密切。因此依据冰雹日08时500 h Pa高空形势及对流层低层的特点,将河南省冰雹天气形势划分为西北气流型、东北冷涡型、华北冷涡型及低槽型4个天气类型,并依据不同的天气类型给出可能发生冰雹的大致落区。由于冰雹的形成除有利的天气形势背景条件外,还必须具备低层水汽辐合、大气不稳定层结、触发机制3个基本条件,因此本文进一步对河南省冰雹日当日500 h Pa低槽低涡位置、地面冷锋位置、地面温度、露点温度、探空资料等进行分月统计,获得冰雹预报的判别指标。基于以上条件,引进中国科学院大气物理研究所研发的完全弹性三维冰雹云模式,依据河南省内及周边的共7个探空站资料制作河南省的区域客观预报。通过4个月的业务应用,发现利用micaps实时资料并结合三维冰雹云模式来预报河南省的冰雹天气,空报率较高,漏报率较低,提高了冰雹的预报时效,为重点防雹作业区争取到了充分的作业准备时间。

一次冰雹过程成雹机理的数值模拟

采用中国科学院大气物理研究所建立并发展的完全弹性三维对流云数值模式,模拟了2006年8月14日发生在湖北省保康县地区的一次冰雹天气过程,并结合多普勒雷达探测资料和实时观测资料,分析了本次冰雹天气的雷达回波中心强度,中心回波高度,云顶高度,流场结构及上下层配置,含水量场等宏微观物理量的分布及其演变。另外,模拟分析了冰雹,冰晶,雪等粒子形成的微物理过程。

一次东北冷涡降水过程的数值模拟研究

应用中国科学院大气物理所设计开发的三维冰雹云 (IAP)模式 ,使用 2 0 0 2年 7月 1 2日 2 0时沈阳探空资料 ,对当日降水过程进行模拟研究。结果表明 ,这是 1次以冰相过程为主的冷云降水过程 ,前期云中对流较强 ,降水以冰雹为主 ;后期对流减弱 ,持续降雨。低层风切变和气旋存在是产生持续降雨的主要条件 ;微物理过程中 ,霰粒子的融化是降雨的主要因素 。

强风暴电过程对霰粒子含量和谱分布影响的数值模拟研究

利用建立的耦合电过程三维冰粒子分档模式(通过引入电场力来考虑电场对粒子的影响),模拟研究了北京一次强雷暴发展过程中电过程对霰粒子含量、数浓度的影响。结果发现:(1)相对小的霰粒子含量受电过程直接影响较大,这种影响累积后,会对相对较大的霰粒子含量产生间接作用。在冰雹发展的初期和成熟期的部分阶段,电场对霰粒子最大含量所处空间位置基本没有影响。而在冰雹发展的成熟期向衰败期过渡时的部分时刻,电场对其稍有影响。在霰粒子最大含量处,直径相对较大的霰粒子决定着总的霰粒子含量。(2)总体来说,直径较小的霰粒子数浓度受电场影响较大,直径较大的霰粒子数浓度受电场影响较小。由于霰粒子含量中心大直径粒子较多,而其受电场的影响相对较小,并且该处电场也小于电场极值,故其最大含量受电场影响相对较小。所以,在此次个例的模拟过程中,霰粒子最大含量的时变曲线变化很小。(3)考虑电过程情况下,在霰粒子数浓度最大处,小直径霰粒子数浓度要么增加,要么略微减少,而大直径霰粒子要么进档增长受阻,要么数浓度减少。对不同直径的霰粒子来说,电过程既有可能使其数浓度增加,又有可能使其数浓度减少。当电场较大时,电过程对小直径霰粒子的影响比较直接,而对大直径霰粒子的影响相对间接;当电场较小时,电过程对霰粒子的谱分布影响相对较小。