中尺度模式和新一代天气雷达产品识别云降水方法

介绍一种结合中尺度模式产品和新一代天气雷达产品的云降水识别方法。首先利用中尺度模式(MM5)产品计算得到降水潜力区识别因子,分析降水潜力区。进一步结合新一代天气雷达产品,分析潜力区内云团的降水参数,确定有利于降水的云团。分析结果表明,潜力综合指标对未来可能出现的具有大量水资源的对流性系统具有指示意义,可以用于分析对流性系统的降水潜力;另一方面雷达降水等级是对实际对流云团水资源等级的划分。综合这两者进行降水潜力的分析判别,可以增强降水云的识别能力。

碘化银播撒对云和降水影响的中尺度数值模拟研究

通过在WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度天气数值模式中引入碘化银与云相互作用过程,建立了中尺度播撒碘化银数值模式。研究了碘化银播撒对于中尺度对流天气过程中云和降水的影响,研究了不同播撒部位、播撒时间和播撒剂量情况下碘化银的扩散、传输及其对云中水成物和降水量的影响。研究结果表明,碘化银在云中的扩散传输过程与播撒的位置有很大关系,在最大上升气流区播撒的碘化银能随着气流更快地扩散到云体上部过冷水含量丰富的区域,播撒在云上层入流区和云下层入流区的碘化银扩散到云中过冷水区需要时间更长,同时有大部分停留在云体边缘。碘化银能与云中过冷水相互作用,消耗过冷水使云中冰晶数浓度明显增加,从而使霰粒子转化减少,过冷水更多地转化为雪粒子,过冷水凝结释放出潜热使上升气流增强,促进了对流发展。由于雨水含量的增加,地面降水也出现增加。碘化银播撒率对地面降水量影响很大,当播撒率为0.6 g/s时,播撒对降水的影响时间超过4小时,增雨的效果更好。播撒率为0.1 g/s时增雨效果不明显,当播撒率为1.2 g/s时,对总降水可能出现抑止作用。对比碘化银播撒率为0.6 g/s时12小时地面增雨量,在云上层入流区播撒碘化银试验中,地面增雨量比对最大过冷水含量区的催化试验提高了48.7%,最大上升气流区播撒试验增雨效果最好,地面增雨量比在最大过冷水区域播撒提高了72.1%。

973“中国暴雨”项目成果在2003年汛期降水预报中发挥作用——中尺度暴雨数值预报模式系统准业务试验

"我国重大天气灾害形成机理及预测理论研究"经过几年的努力,在中尺度暴雨数值预报模式及三维变分同化系统研究方面都取得重大进展.项目在原LASG-REM模式基础上,改进和发展了一个适合我国地区特点的中尺度暴雨预报模式(AREM),并研制了一个常规、非常规资料三维变分同化系统.项目模式集成小组将三维变分同化系统与AREM模式集成为一个配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值模式预报系统,其目标为业务应用.经过研究小组成员的共同努力,建立了一套基于目前业务数据平台MICAPS/9210系统、完全自动化运行的包含三维变分的中尺度暴雨数值模式预报系统.

两种再分析资料和Nudging方法在WRF模式降水模拟中的适用性

采用Grid Nudging(GN)和Spectral Nudging(SN)方法,用再分析资料ERA5和FNL驱动中尺度数值天气预报模式(WRF),探究不同再分析资料和Nudging方法对降水模拟效果的改进效果及机理.对2021年3月15日中国南方地区降水过程设计6组试验进行数值模拟,分析不同试验方案对降水及相关物理量的影响.结果表明,WRF模式能较好地模拟出本次降水事件,进行Nudging驱动后显著提升了降水分布、降水中心落区和降水量的模拟效果.与观测数据综合对比,GN的模拟效果优于SN,尤其是使用ERA5资料结合GN模拟效果最佳,能够准确地模拟出发生在安徽省南部的降水中心以及超过33 mm/d的降水强度.模式结果与两个观测站点记录的降水发生时间和降水强度变化较为一致.GN方法使模式有效提高了西南低空急流的强度,校正了风向,对水汽通量和水汽通量散度的刻画更符合实际情况.

中尺度模式中各种湿物理过程的数值模拟

利用 PSU/NCAR的 MM5对 1 999年 6月下旬发生在江淮流域的梅雨锋暴雨进行数值模拟试验 ,研究 MM5中不同湿物理过程对 MM5模拟梅雨锋暴雨的影响。试验结果显示 :中尺度模式 MM5能一定程度再现一些观测的中尺度特征。对流参数化方案对网格格距的大小比较敏感 ;显式云物理方案考虑冰相后可明显改善模式对暴雨的模拟能力 ,尤其是采用 Reisner包含霰的混合相双变参数谱方案的双重嵌套网格对降水量的模拟取得较好的效果。

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式 ;针对人工影响天气业务特点 ,开发了模式预处理、后处理和产品服务系统 ;初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验 ,结果表明 :系统运行稳定 ,功能实用 ,对降水场和云场具有一定的预报能力 ;对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高 ;模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。

中尺度自忆模式在强降水预报中的应用

根据大气自忆性原理提出的回溯时间积分格式应用于中尺度格点模式MM5 ,构建了中尺度自忆模式SMM5并做了短期强降水预报的实验。结果表明 ,SMM5模式与MM5模式相比 ,由于使用了多个时刻的场资料 ,预报精度有了明显的提高 ,SMM 5预报的最大雨区的中心位置与降水量也比MM5更接近实际观测场。

中尺度数值预报模式MM_2和MM_4试验结果的对比分析

从１９９１年汛期开始，我们先后引进了中尺度数值模式ＭＭ２和ＭＭ４，并连续三年进行了定量降水预报试验。经对两模式试验结果的检验和对比分析表明，对大雨和暴雨这类灾害性天气，ＭＭ４的预报效果明显优于ＭＭ４。

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。

中尺度模式湿物理过程和物理初始化方法

文章评述了中尺度模式中湿物理过程 ,特别是显式云降水方案和物理初始化方法研究的最新动态 ,分析了显式云降水方案的优势和应用潜力。

关于发展人工影响天气数值模式的一些问题

人工影响天气的学科基础是中小尺度天气动力学与云降水物理学,需要将天气-动力-云降水物理耦合为一体。考虑到目前将天气动力学性质的基础数值模式用于人工影响天气中的问题,从数值模式动力方程、模式分辨率、云物理过程、数值求解方案、初边值条件等方面系统地探索了发展人工影响天气数值模式中一些需要重点解决、且不可忽视的特色问题,并举例对相关问题提出了解决思路和方法。期望提出的问题有助于构思更适合于人工影响天气数值模式,使数值模式功能真正向满足人工影响天气的要求靠近一步。

中尺度对流雨带飞机观测资料分析和数值模拟研究

本文使用MM5中尺度数值模式,采用不同分辨率(90、45、30和15km)相同的Reisner混合相微物理显示方案,及Betts-Miller和Grell的对流参数化方案,对2003年7月8日吉林省境内中尺度对流雨带天气过程进行了数值模拟试验。结果表明:不同尺度的天气系统,需要不同分辨率、不同参数化方案的中尺度模式进行模拟,提高模式的分辨率可以增强对含有对流的中小尺度天气系统的模拟和预报能力;模式的水平分辨率和对流参数化方案对模拟强降水中心有重要影响;当MM5模式分辨率提高时,模拟的细化给降水分布、降水强度带来一些改进,但主要雨区内也出现了一些虚假预报中心水平扩散;低层正涡度区,高层负涡度区的配合,对低层辐合上升运动有利、能促进对流发展;从散度场的分布特征看,低层850hPa的水平辐合区域强弱与降水的大小有密切关系,强水平辐合区与强降水区有很好的对应关系。因此,在MM5模式业务化时应该根据天气特点来选择模式分辨率和对流参数化方案,以使模拟结果更接近实况。

云降水物理与人工影响天气研究进展

2011年，云降水物理与人工影响天气研究主要在暖云数值模式研制及模拟、云物理过程对降水影响、冰雹物理过程、效果检验、南方冻雨的微物理过程以及华北气溶胶特征等方面取得如下研究成果。

夏季东天山中段一次强对流天气过程的数值模拟

利用常规气象观测资料、区域自动站观测资料和FY-2D卫星逐时TBB资料,采用WRF中尺度数值模式,对2011年夏季发生在东天山中段一次强对流天气过程进行数值模拟和诊断分析,研究了天山特殊地形对降水过程的动力结构、水汽输送和云降水微物理机制的影响。结果表明,西风气流东移时受东天山的阻挡,气流从东天山南北两侧绕流,北侧急流经博尔塔拉谷地越过北天山西段后,急流右侧气流反气旋转向形成北支气流;南侧急流遇吐鲁番地区反气旋系统阻挡而转向北进形成南支气流。两支气流受地形动力抬升在东天山中段北坡汇合,为此区域局地强对流降水的形成和发展提供动力条件,北支气流为主要的水汽供应源。高空西南气流引导的冰相云系与低层局地对流云在东天山中段北坡结合,分别持续提供冰晶和云水,促使云微物理过程发展旺盛,致使局地暴雨过程产生。

云微物理参数化方案对青藏高原一次对流云降水模拟的影响

利用WRF V3.9.1中尺度数值天气预报模式(mesoscale numerical weather forecast model,WRF)7种云微物理参数化方案,对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行数值模拟,对比分析不同云微物理参数化方案对降水、环流以及相关物理量模拟的影响。结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次对流云降水过程,但不同云微物理参数化方案对降水、环流场等物理量的模拟有明显影响。在降水落区方面,各方案模拟的雨区范围普遍偏大,仅Lin和CAMS方案较好地模拟出那曲中部的降水中心,而对于降水量,除WSM5、Morrison和New Thompson方案模拟值偏低外,其余方案模拟结果与实况值较为一致。此外,不同云微物理参数化方案模拟的降水日变化同样存在差异,大部分方案能够再现本次降水过程的前两次降水峰值,但均未能模拟出第3次降水峰值。对于大气环流和水热物理量场,各方案也可较好地再现其基本特征,但方案间的差异不可忽视。总体来说,Lin方案对本次高原对流云降水过程降水以及环流等相关物理量的模拟效果最佳。

青藏高原东北部区域性大到暴雨的诊断分析及数值模拟

利用NCEP时间间隔为6h的1°×1°的格点资料、常规探测资料和MM5V3.4版非静力中尺度模式对2003年7月29～30日高原东北部的区域性大到暴雨过程进行诊断分析和数值模拟,研究该过程的天气形势、物理量场配置和卫星云图的演变特征及复杂地形的影响。结果表明,南亚高压西部副型是高原东北部大到暴雨天气过程的主要流型,对大到暴雨预报有一定的指示意义。云系的叠置可为高原及邻近地区的暴雨预报提供重要的依据。MM5非静力中尺度模式对高原大到暴雨天气过程有一定的模拟能力,可为高原暴雨的进一步诊断分析提供高分辨率资料。高原大到暴雨过程的水汽初始源地,有直接水汽源和陆地水汽源。暴雨盛期,物理量场配置与平原地区不同。低层辐合和气旋性涡度的加强所产生的强上升运动是造成较大降水的原因,中低层出现θse的Ω型场是一种不稳定的层结,暴雨区出现在暖舌中。高原东北部的特殊河谷地形及叠加在高原大地形上的中尺度地形对冷暖空气的作用对暴雨过程至关重要,地形在其中的作用主要是动力性的。

桃林口水库灾害性天气预警系统的功能与特点

桃林口水库灾害性天气预警系统利用第五代区域（MM5）中尺度数值模式,以美国NCEP的GFS全球预报资料为背景场,提供预报时间段为0～48h的天气形势及多种物理量的精细预报,通过GIS技术及雨量分析算法,精确的计算各个降雨过程产生的面雨量和水量,可以计算出流域、整个地区及各个分区的降雨信息。还可以利用数值预报系统或国家气象部门的雨量预报数据计算未来24～48h各区域的面雨量和水量。在雷暴、降水、大风、大雾等重要天气预报中发挥作用。

粤北一次冰雹过程的特征与模式检验结果

利用FY2C/D/E/F卫星、雷达、地面站和探空站等观测资料,对2020年春季广东北部一次冰雹灾害天气过程物理变化特征进行了分析,并对云降水显示预报系统(CPEFS)预报结果进行检验评估。结果表明:CPEFS模式能较准确地预报该次广东冰雹天气过程,尤其对于云系的宏观特征与发展演变预报效果与实况较吻合,对于云系冷暖性质、垂直结构、0℃层高度的预报与实况接近,在云系位置、对流云生命期、云系发展旺盛程度的预报与实况有一定偏差。

美国国家气象中心预报台主要对流性过程预报方法

国家气象中心(NMC)预报台(FB)的气象工作者负责制做业务定量降水预报。这些人工预报利用了各种预报技术,其预报技术都是建立在观测和数值模式输出资料的主观分析和解释之上。总的来说,NMC 的人工定量降水预报方法在改进定量降水预报(QPF)模式方面是很成功的。