淮河流域东北部一次异常特大暴雨的数值模拟研究Ⅰ：结果检验和β中尺度对流系统的特征分析

在2000年12号台风(Prapiroon)影响期间,其外围对淮河流域东北部造成了一次罕见的特大暴雨,暴雨中心响水24h降水量达到800mm。文中所用的模式是俄克拉荷马大学风暴分析和预测中心研制的一个三维非静力可压缩数值区域预报模式ARPS(V5.2)。采用了3层单向嵌套网格,Domain1中心取为(27.5°N,117.5°E),格距45km,格点数为75×75;Do-main2中心取为(31.5°N,119.5°E),格距15km,格点数为140×140;Domain3中心取为(33.5°N,119.5°E),格距5km,格点数为180×180;垂直方向分为35层,垂直格距为625m。所利用的资料为:2000年8月29—31日每日4个时次(00、06、12、18时)1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料及713雷达资料、GMS-5红外云图、探空报、地面加密资料。物理过程选用简单冰相方案,Kain和Fritsch积云参数化方案。对逐时的卫星云图、713雷达图像进行数值反演,结合探空资料反演出暴雨中深对流系统的水汽三维分布情况,通过三维同化系统ADAS处理,同化初始场和侧边界条件,再用ARPS模式进行数值积分,从8月29日08时开始到31日08时结束,积分48h。并结合雷达资料、红外云图、探空报、地面加密资料等对数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:ARPS较好地模拟了在台风移动的左前方、在高空槽与副高之间出现的中尺度强暴雨区,模拟降水区及暴雨中心位置与实况较为一致。利用模拟大气中的水物质模拟了雷达回波,与实际雷达回波进行了对比分析,揭示了该过程中β中尺度对流系统的演变特征,4条对流带的交汇点在响水附近。并将模式模拟的T-lgp图与实际T-lgp图进行了对比分析,揭示了该次暴雨过程的不稳定性。持续的高空风垂直切变为对流系统的发展提供动能,造成对流系统斜压发展,有利于降水集中在某一固定的地点。由于模拟结果与实况较为接近,因此可以利用模拟结果作为对该暴雨过程作进一步研究的基础。

中国短时强对流天气的若干环境参数特征分析

利用中国2005-2009年2 000多个国家级气象观测站雨量资料和2002-2011年部分探空站探空资料,研究了中国短时强降水、强冰雹、雷暴大风以及混合型强对流天气的环境参数特征,通过环境参数特征的对比分析,将上述四种强对流天气加以区分,并对所选取的探空数据和环境参数进行了分类和对比分析,结果表明:(1)通过T-logp图温湿曲线形态、500～700hPa和850～500hPa温差、0℃、-20℃层和平衡层高度、地面和1.5km高度的露点温度、1.5km高度温度露点差、对流有效位能和0～6km垂直风切变等区分上述四种类型强对流天气的环境背景;(2)纯粹短时强降水天气(包括I、II型)与强冰雹天气、雷暴大风天气环境参数的区别比较显著,前者与后两者相比主要表现在较小的700～500hPa和850～500hPa温差,弱的垂直风切变,较高的0℃层、-20℃层和平衡层高度,较大的地面和地面以上1.5km处的露点温度,其中短时强降水I型(占了纯粹短时强降水的大多数)以其整层较高的相对湿度与其他类型强对流的环境背景差异最为明显;(3)混合型强天气与强冰雹天气、雷暴大风天气在T-logp图温湿曲线形态、对流有效位能及0～6km垂直风切变诸方面特征相似,表现为对流层中层存在明显干层、较大的对流有效位能和0～6km垂直风切变,但在相对较高的平衡层高度、较高地面和地面以上1.5km处露点温度及较小的850～500hPa温差等方面与纯粹短时强降水更为接近。

西北干旱区夏半年深厚的混合层与干旱气候形成

为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地干旱气候形成的影响,我们利用张掖和民勤站夏季及相关月的实测探空资料及T-logP图解法,首先计算了该两地逐日ML厚度,然后分析并讨论了它的时空间变化特征、与干湿天气气候的关系,以及夏半年的深厚ML对加剧当地干旱气候的影响。结果表明:(1)河西中东部ML厚度的年变化及地区差异明显。冬季最浅薄,夏半年深厚(特别是5、6月),4月及10月分别是ML急剧增厚及变薄的过渡期;同时,更靠近西北干旱区中心的河西西部及北部的ML更深厚。(2)夏季干(湿)天气通过加强(减弱)地气间的感热交换和干对流,而明显影响当地的ML厚度。平均而言,以高温日最深厚,干日次之,小雨日再次之,而中强雨日最浅薄。干年夏季的ML厚度平均比湿年的对应值增厚300 m左右。夏季典型干日的ML厚度比雨日厚3000 m,典型干日的ML厚度昼亱变化不大。(3)反过来夏半年深厚的ML也通过增加雨滴蒸发损耗,减少了干旱区的降水,加剧了当地干旱的程度,因此夏半年深厚的ML也是形成干旱气候背景的成因之一。

沈阳地区强对流天气潜势预报环境参数特征分析

利用常规探空观测和WRF分析场等资料,分析了2005—2014年沈阳地区强对流天气的气候背景特征、演变规律及日变化特征等,将强对流天气划分为冰雹、雷暴大风(≥17.2 m·s-1)、短时强降水(≥20 mm·h-1)和混合型4种类型;并分析探空资料在强对流天气潜势预报中的作用,着重探讨14时(02时)探空资料对沈阳地区强对流天气短时临近潜势预报的作用。结果表明:2005—2014年沈阳地区4种强对流天气中,以短时强降水天气发生次数最多,其次为雷暴大风天气,冰雹天气的发生次数最少,多数强对流天气发生在午后至傍晚。由合成T-Log P图的温湿廓线可知,沈阳地区短时强降水天气发生时中低层存在显著湿区,与雷暴大风和冰雹为主的强对流天气温湿廓线明显不同,多数合成T-Log P图的显著特点为中层大气干燥。冰雹型强对流天气的0℃层和-20℃层高度明显低于其他强对流天气类型的高度;冰雹型强对流天气T700-T500和T850-T500显著大于短时强降水型及雷暴大风型强对流天气,且T850-T500的指示意义更好;4种强对流天气类型平均SI均出现了正值,说明SI失去了不稳定性的指示意义;短时强降水天气的K指数明显高于冰雹天气;雷暴大风天气发生时对流有效位能明显小于其他强对流天气类型。可见,WRF中尺度模式中的T-Log P预报图对沈阳地区强对流天气的预报具有一定的指导意义。

关于冰雹的融化层高度

冰雹尤其是强冰雹预报的重要参数之一是冰雹融化层到地面的高度。长期以来国外英文文献上一直都将湿球温度0℃层(Wet Blub Zero,WBZ)作为冰雹融化层的近似高度,但这一事实一直没有引起国内预报人员和部分研究人员(包括作者在内)的足够注意。以至于一直到现在,国内绝大多数预报人员仍然将干球温度0℃层(Dry Blub Zero,DBZ)作为冰雹融化层的近似高度,这是一个错误。在WBZ和DBZ之间和上下一定范围内存在明显干空气(即温度露点差较大)时,二者高度会有明显的差距。本文主要阐明冰雹融化层的高度应该采用湿球温度0℃层(WBZ)高度而不是干球温度0℃层(DBZ)高度,说明了当对流层尤其对流层中层存在明显干层时,由于蒸发冷却引起的水膜再冻结会有利于大冰雹落地,而此时的冰雹融化层也就是湿球温度0℃层(WBZ)的高度明显低于干球温度0℃层(DBZ)的高度。文中给出了如何根据探空资料的T-logp图确定湿球温度垂直廓线进而确定湿球温度0℃层(WBZ)高度的方法。最后给出两个对比鲜明的例子,进一步说明对流层中层明显干层存在与否对冰雹融化层高度的影响,以及冰雹融化层高度的高低是决定冰雹大小甚至降雹与否的主要因子之一。

甘肃短时强降水天气若干环境参数特征分析

利用甘肃省2005-2013年81个气象站逐时降水量、2012-2013年全省区域站雨量及部分探空资料,分析甘肃省短时强降水天气地域分布及环境参数特征,结果表明∶(1)甘肃省短时强降水天气全省均有出现,但主要出现在河东地区,以庆阳北部和陇南居多。(2)合成T-Log P图上各站低层有暖平流、高层有冷平流;平凉(20∶00)、武都(08∶00、20∶00)温湿曲线呈明显"漏斗"状。(3)短时强降水出现时,K指数、SI指数、CAPE、CIN、各特殊层的高度、静力稳定度及各层的温度露点差在不同区域均表现出不同的特征。上述结果为短时强降水的短时或短期潜势预报可提供参考。

2012年2月23日一次冰雹过程的中尺度特征分析

本文利用常规和非常规资料对2012年2月23日发生在闽北的一次冰雹过程进行中尺度特征分析。结果表明：这次冰雹过程是由高架雷暴引起的；高空前倾槽、低层切变线是影响这次强对流天气的主要影响系统，干冷空气入侵触发了不稳定能量的释放。同其他雷暴相比高架雷暴在近地层一直存在逆温层，并且逆温层是因为地面冷锋已过境而高空中低层强回暖造成的，逆温层之上有强的西南暖湿气流辐合和强垂直风切变，强的辐合上升运动发生在逆温层之上。

一次冰雹天气过程的中小尺度系统特征分析

本文利用常规和非常规气象资料，从天气形势、物理量场、卫星云图和多普勒天气雷达资料，分析2006年5B8日发生在闽北的一次冰雹天气过程，结果表明此次强对流天气是在有利的高低空环流作用下，江淮流域的MCC东移加上高空弱冷空气的南下触发不稳定能量的释放；强的垂直风切变、低层的低空急流辐合、近地层的暖式切变和地面的低压环流引起强的垂直上升运动，为这次强对流的发生提供了动力抬升条件；同时通过对卫星云图扣雷达回波资料的分析，认为这次强对流天气是由具有中气旋特征的超级单体风暴造成。

营口地区一次局地暴雨过程诊断分析

本文运用自动站实况资料、Micaps欧洲数值预报资料、卫星资料、营口雷达资料对此次过程进行研究,旨在提高营口局地暴雨的预报能力。本文先进行前期实况定性分析预测,再结合数值预报产品进行具体预报,其间运用T-logP图、雷达资料和卫星资料分析预报对流系统,最后进行预报检验,将实况与预报进行对比,分析成因。

高分辨率数值探空资料在呼和浩特地区暴雨预报中的应用分析

利用BJ-RUCV2.0数值模拟资料、呼和浩特站观测资料,借助2013年7月14—15日呼和浩特地区暴雨过程,对比了数值和观测两类探空资料的参量差异,分析了数值探空资料的预报性能,结果表明:(1)就露点温度预报而言,提前12h起报的数值探空预报效果更好,但每个起报时刻的数值资料都对整层大气预报略偏湿;(2)提前12h起报的数值探空资料所反映的逆温层位置和厚度最接近实况资料,对温度预报效果最好;(3)与观测探空资料相比,数值探空资料的不稳定能量偏强,这将导致模拟降水出现时间比实况要提前;(4)在对短时临近预报有指示意义的12h预报时效内,CAPE值08时起报的误差较小,K指数20时起报的预报误差较小。

潜江市2017年6月30日~7月1日强对流天气过程分析

利用MICAPS形势场及物理量场资料、卫星云图、雷达产品等对潜江市2017年6月30日~7月1日暴雨天气过程进行分析,结果表明:潜江这次降水过程的最强降水时段为6日30日16时至20时;30日08时,湖北中部低涡系统的高低空位置基本重合,配合南侧较强的西南暖湿急流,产生强的垂直上升运动,有利于水汽的抬升;云图上,潜江处于带状云系的上风侧边缘地带,有利于短时强降水的发生;雷达图上,团状的强回波东西向发展,形成带状的强回波,有利于强降水的产生;物理量诊断分析可知,水汽充沛,不稳定能量高,中低层有水汽辐合中心,有利于触发强对流;T-logP图显示的温湿层结分布特征、不稳定能量条件以及垂直风切变特征,有利于强对流天气的发生。

莆田市两场短时强降水的物理量对比分析

利用NECP数据、常规观测资料及自动站资料全面分析了2013年6月莆田地区出现的两次短时强降水过程的环流背景、物理量条件和t-logp图,结果表明:两次短时强降水具有不同的天气背景,降水前热力结构不同是造成两次短时强降水过程性质不同的最重要原因;两场降水的物理量在上下层配置和强度上有所差异;加密观测期间t-logp图对预报短时强降水有很好的指导价值。