基于WRF模式热带气旋对西南低涡暴雨作用数值试验研究

基于WRF模式,利用发生在远距离“天鹅”台风作用下的西南低涡暴雨个例,通过修改台风动力风场,分析了不同数值试验中西南低涡降水系统对台风系统的响应。结果表明：在“天鹅”台风作用下,增强了水汽和不稳定能量的输送,导致了长时间强降水的发生;不同的台风动力风场作用下,西南低涡的移动路径具有明显的不同,降水也具有明显的区域性局地差异;在增强（减弱）台风倒槽动力风场环流作用下,低涡系统中心偏西（东）偏北（南）,相应地,低空急流输送带偏东（西）,进而导致中低层水汽和不稳定能量输送偏东（西）,以及中低层辐合带空间位置偏东（西）,进而对区域性降水空间位置产生影响,导致了降水区域局地性差异,表明远距离台风对西南低涡环流系统具有重要影响     

不同边界层方案对一次西南涡暴雨过程模拟的对比试验

利用WRF中尺度预报模式（V3.7.1版本）采用6种边界层参数化方案（YSU、MYJ、ACM2、MYNN2.5、BouLac、QNSE），对2015年8月16日~19日一次西南低涡强降水过程进行数值试验，对比分析了不同边界层方案对西南涡特征、降水及边界层物理量场等模拟的影响。结果表明：6种边界层方案对西南涡路径、强度及降水的模拟具有明显的影响，其中ACM2方案对低涡移动路径和降水的模拟效果最好。不同边界层方案模拟的位势高度和风场、相对涡度、垂直速度和相当位温的分布具有显著的差异，YSU和QNSE方案模拟的西南低涡中心的正涡度柱可从对流层低层伸展到200 hPa，ACM2方案模拟的相对涡度与实况最接近。6种方案均较好地模拟出了边界层高度、地表感热和潜热通量的日变化特征，其中QNSE方案模拟的边界层高度和地表热通量的值最大，而ACM2模拟的值较小，这可能与QNSE方案考虑了湍流与波的共同作用等更为细致的物理过程有关。可见，不同边界层方案对西南涡暴雨过程中不同物理量场的模拟有着较大的影响，选择合适的边界层方案能提高对西南涡天气过程的预报准确率。 关键词： 参数化方案；西南低涡；降水；边界层结构；数值模拟     

闽西北一次暴雨过程分析

本文利用NCEP/NCAR再分析资料、地面、高空常规观测资料,研究了闽西北一次暴雨过程的天气学成因、触发及维持机制。本次暴雨发生在稳定的西太副高暖湿气流与西风带小槽干冷空气交汇的背景下,低层西南急流提供大量水汽并降低了层结稳定度,切变线上的低涡活动触发了暴雨。高空急流带来的高层辐散和低层切变线引起的辐合耦合,产生强烈上升运动,使得暖湿气流抬升凝结成雨。由300h Pa与850h Pa散度差分析,发现其与暴雨的落区和时间有很好的对应关系。不稳定能量分析表明,暴雨发生前,闽西北出现一条假相当位温高能舌,暴雨发生后,随着不稳定能量的释放,高能舌也减弱。     

长江上游流域大洪水天气分型特征分析

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为:巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明:3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。     

安徽省热对流短时强降水的判别与特征分析

对安徽省2008~2012年5~9月的降水以及气温、地温、日照等要素进行了统计分析,发现午后降水频率明显高于其它时次,在对降水及其他要素进行分类统计的基础上,提出了基于降水特征、午后13时地温、午后13时地温和早上08时的地温差、日照时数的热对流短时强降水的判别方法。基于融合了多重观测资料的LAPS再分析系统得到的中尺度再分析场资料,对2008~2011年5~9月热对流局地强降水进行了比湿、回波、稳定度和能量指标特征统计分析,并对一个典型个例的降水特征、降水成因进行了具体分析,总结了此类降水过程在降水特征、天气形势、湿度条件、大气层结稳定度的特点:维持时间短、强度大,范围小,地面温度高,午后和早上的地温差明显,降水发生前大气不稳定能量较强,中低层风场切变辐合明显。     

廊坊市短时强降水特征分析

利用廊坊市2006~2010年自动站逐时降水量资料、necp再分析资料、micaps资料,根据气象学原理分析了廊坊市短时强降水的时空特征和强度变化特点,短时强降水发生时伴随的其他强对流天气、短时强降水发生的主要天气形势、短时强降水与物理量场之间的关系。结果表明:廊坊市短时强降水年发生次数的多年平均值为13d,大部分降水日和降水站次出现在主汛期,高峰期在7月下旬~8月上旬;每天的12时、17时、23时前后是短时强降水的高发时段。一天中平均分钟降水量有两个大的峰值,一个出现在凌晨1~2时,一个出现在午后的13时。影响短时强降水的天气系统有低涡、西来槽、地面倒槽、地面冷锋、副高边缘西风急流、局地强对流天气等;短时强降水一般都伴随雷暴的发生,有时还会出现大风、冰雹、飚线等强对流天气;在短时强降水发生前,螺旋度、水汽通量散度、相对湿度、假相当位温等物理量与短时强降水中心有很好的对应关系;短时强降水出现站次、降水强度均是南部大于北部地区,短时强降水出现的最早时间也是南部较早。     

长江上游中小洪水天气学机理分析及致洪特征

基于1981~2012年长江上游128个中小洪水历史个例及NCEP/NCAR再分析资料,采用普查及天气学分型方法,建立了纬向型、经向型、偏东气流型以及两高之间型4种致洪降水天气学概念模型,研究了各天气型致洪降水发生机理及相应中小洪水特征。得到以下结论:纬向型中高纬环流相对平直多波动,伴有明显冷平流南下,地面锋面位置略偏北。该类型强降水过程多,强度大,持续时间长,对应中小洪水多为双峰或多峰型,平均洪峰流量、过程增幅最强,洪水过程时间也最长。经向型环流中高纬贝加尔湖和东北地区为深厚低槽,中低层常伴有暖式切变线或低涡发展,中上层急流出口处的辐散以及冷平流四类型中最强。该类型雨带多呈东北-西南走向,中小洪水一般以单峰为主,其洪峰流量及过程增幅均较大,造成的洪水涨水较快,过程时间最短。纬向和经向型均为全流域降水型,但在金沙江北部、岷沱江、嘉陵江以及宜宾-宜昌常出现较高频次的60 mm以上较强面雨量。偏东气流型副高与热带气旋外围环流汇合北进,其强降水前后冷暖平流变化不明显,受地形强迫抬升影响,最易产生准静止型、团状、突发性强降水。该类型中小洪水以单峰为主,涨水快,洪峰流量及过程增幅均最小,强降水主要分布在嘉陵江和岷沱江两大流域。两高之间型多为"鞍"型场的环流配置,青藏高压与副高在流域上空形成南北向切变线,其动力和水汽条件均较弱。该类型降水强度较弱,稳定少动,累积降水量较大,洪水以单峰为主,双峰偶有发生,其洪峰流量、过程增幅均较大,洪水过程时间较长,强降水多位于岷沱江、嘉陵江和宜宾-重庆中部流域。     

24个CMIP5模式对长江流域模拟能力评估

根据1961~2005年长江流域气象站点的实测月降水量和气温数据,采用第5期全球耦合模式比较计划CMIP5(the Fifth Phase of Coupled Model Intercomparison Project)中24个全球气候模式(GCM)的模拟结果,通过计算模拟变量和观测变量平均值的相对误差、归一化的均方根误差、时间和空间相关系数,采用M-K趋势分析方法,分别选用在长江流域模拟气温和降水较好的5个模式进行集合平均,从时间的演变规律和空间的分布特征两方面,检验该模式集合对长江流域模拟气温和降水的能力。研究结果表明:各个模式模拟气温的能力要明显好于模拟降水的能力,但模拟气温较好的模式模拟降水的能力并不一定突出;模式集合的结果表明:在时间尺度上,模式集合平均结果与观测值拟合程度较好,且模式集合的结果振荡幅度较观测值小;在空间尺度上,模式集合的空间分布趋势与观测值大致相同,说明采用的模式集合结果用于预估未来长江流域降水的时空分布特征和演变规律是可行的。     

台风“梅花”影响山东的降水落区及路径特征分析

本文利用高空观测资料、地面观测资料、NCEP/NCAR全球再分析资料、加密自动站资料、FY-2E卫星云图资料、雷达等资料对2011年第9号台风"梅花"影响山东的降水落区和路径特征进行了分析。结果表明:台风引起的降水分布与水汽通量辐合区、相对湿度大值区、上升运动对应较好。在台风北上过程的中后期,暴雨落区与台风当时的位置和干冷空气的强度有关。台风的对称性对降水的影响较大。此次台风"梅花"生命史长,路径不确定性大。高空引导气流和副高位置和强度的变化对台风路径的预报是一个重要的参考指标。与某些台风影响山东形成远距离暴雨的预报相比,台风"梅花"降水的预报难度更大,要更多的依赖卫星云图、雷达、加密自动站等资料的综合运用,发挥短时临近预报的作用。     

湘中地区2010年5月两次暴雨过程的雷达特征对比分析

2010年5月5~6日和5月12~13日，湘中发生了两次区域性暴雨。运用了自动站降水资料、多普勒天气雷达基本反射率和基本径向速度资料以及NCEP提供的FNL资料，分析了这两次暴雨的雷达回波特征，并从水汽和地形两方面分析了两次暴雨的影响因素。结果表明：两次暴雨的环流形势场不同。 “100506”暴雨强降水回波呈带状自西南向东北扫过娄底，而“100513”暴雨强降水回波呈块状自西往东范围逐渐加强；两次暴雨都有逆风区存在，逆风区的范围和强度对应着强降水的范围与强度。两次暴雨水汽主要来自孟加拉湾和南海，“100506”暴雨发生在切变线附近；“100513”暴雨发生在切边线南侧的辐合区内。娄底西部、北部、中部山地的阻挡和抬升作用以及冷暖气流交汇也是暴雨产生的重要原因之一     

淮河流域近50年降水异常及其大尺度环流特征

根据国家气象中心整编的全国714站月平均降水量资料，运用REOF分析、Morlet小波分析、差值分析等方法，通过对淮河流域代表站点的选取，分析了1960～2009年淮河流域降水的趋势变化特征、周期特征，以及多雨、少雨年的大气环流异常特征。结果表明：（1）淮河流域年降水总量呈缓慢增长趋势，20世纪80年代初期由负距平转为正距平。冬季和夏季降水量呈显著增长趋势，春季和秋季降水量呈显著减少趋势，80年代前期为降水变化的转折期；(2)淮河流域夏季降水存在准3 a的显著振荡周期和准10 a的次显著振荡周期，同时在60～90年代还存在准6 a振荡周期；（3）淮河流域多雨年，500 hPa经向风偏强且范围广，850 hPa上从孟加拉湾经南海向华东地区的水汽输送明显偏强，在江苏、安徽地区有水汽的正涡度辐合区；少雨年，经向风偏弱，华东地区方向的水汽输送明显减弱；（4）多雨年与少雨年的500 hPa风场差值场、高度场差值场分析表明，多雨年贝加尔湖西部和鄂霍次克海地区阻塞高压活动频繁，东北冷涡异常活跃，副高偏强，3者共同作用使得降水偏多。500 hPa温度场差值场分析表明，多雨年中国东部、华北和东北地区冷空气偏强，同时南方大部分地区暖空气也偏强，冷暖空气共同作用使降水偏多     

基于TRMM卫星资料揭示的长江流域梅雨季节降水日变化

利用1998~2013年热带测雨卫星TRMM 3B42降水率资料以及NCEP/CFSR温度场、气压场和风场等再分析格点资料等,从气候学角度揭示了长江流域梅雨季节降水和对流的日变化特征,探讨了典型和非典型梅雨锋年降水日变化差异,分析了大气环境场要素的日变化特征及其对降水和对流日变化影响。结果表明:(1)强降水在夜间发生在长江上游,白天发生在长江中下游。降水日变化特征显著,长江上游、盆地以东的中游以及中下游的沿江以南地区降水日峰值分别出现在午夜、清晨08时以及傍晚17时。沿江以北地区降水表现出半日循环,具有08时和17时两个峰值,午后峰值明显强于清晨。(2)长江中游地区降水日位相较上游地区延迟约6 h,下游地区日位相进一步向后推移,同时下游地区降水强度和范围明显强于上游,降水日较差也更明显。(3)典型梅雨锋年和近15年梅雨季节平均的降水日变化分布特征较为一致,非典型梅雨锋年较前两者日峰值出现时间明显提前。(4)短时强降水和深对流有较好的对应关系,白天高发区位于长江下游,夜间位于上游。(5)大气温压场在梅雨锋两侧显著的日变化差异使梅雨锋强度和结构在昼夜形成了差异,并使低层风场的辐合位置产生了日变化,这些大气环境场的日变化最终导致了梅雨期对流和降水的日变化。     

金沙江中下游流域面雨量特征分析

利用2000~2012年金沙江中下游流域56个国家气象观测站逐日08~08时降水资料，采用算术平均法计算得到金沙江中下游5个子流域逐日面雨量，对金沙江中下游及5个子流域面雨量的时空分布特征进行了分析，重点分析了强降水日面雨量的季节分布、频次分布、等级分布、极值分布等统计特征。结果表明:金沙江中下游降水的时空变化特征明显，年平均面雨量为812 mm，夏季降水最多，秋季次之，冬季最少，且秋雨多于春雨；5~10月为降雨集中期，降水总量占年平均降水的91%；5个子流域平均每年出现日面雨量≥20 mm的强降水29.5次，且夏季最多，秋季次之；华弹 屏山段出现强降水的频次最高，横江流域次之，雅砻江下游最少，但横江流域最易出现强降水极大值；华弹 屏山和横江流域同时发生强降水的频率最高，占流域性强降水总次数的521%，在开展金沙江中下游流域面雨量预报时要特别加以关注     

高原夏季西风异常年500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国降水的关系

利用NCEP/NCAR日平均再分析资料及中国596个测站日降水资料，采用带通滤波、小波功率谱、合成分析、相关分析等方法对青藏高原夏季西风异常年500 hPa纬向风季节内振荡特征及其与我国降水和大气环流的关系进行了分析，结果表明：青藏高原夏季500 hPa纬向风季节内振荡以40～60 d周期为主；该季节内振荡在高原西风异常年份表现出异常的传播特征；且高原西风增强年份，我国30°N~40°N范围内的低频降水与高原低频纬向风几乎为同位相，30°N以南地区的低频降水与高原低频纬向风几乎为反位相，东北地区的低频降水落后于高原低频纬向风约1/4位相；高原西风减弱年份，江淮以北的我国北方大部分地区低频降水与高原低频纬向风几乎同位相，江淮地区的低频降水落后于高原低频纬向风约1/4位相。低频降水与低频环流有较好的配置关系     

1959～2008年湖北省暴雨的气候变化特征

利用湖北省17个气象站1959~2008年逐日降水资料，采用克里格插值法、线性趋势、累计距平、滑动平均及Mann Kendall、复Morlet小波函数等方法分析湖北省暴雨的空间分布规律和时间演变特征。结果表明：湖北省存在以鄂东南和鄂东北为两个暴雨高值高频中心、鄂西北为低值低频中心的多中心分布特征，整体呈现出从东南向西北递减的地域分布，且大暴雨高频区、特大暴雨多发区和暴雨极大值区均出现在鄂东地区。时间演变趋势上，近50年来湖北省暴雨日数呈弱的增长趋势，暴雨量经历了偏少 偏少 偏多 偏多 偏少的年代际变化过程，异常暴雨年中暴雨日数偏多年较偏少年出现的频率高，全省暴雨日数和暴雨量在1978年发生突变，且存在9 a和5 a的周期振荡，而各分区暴雨日数均表现出显著地8~10 a的年代际周期特征     

云南不同量级降雨下的降雨侵蚀力特征分析

为研究云南省及5个子区域年降雨侵蚀力和各量级降雨侵蚀力的时空变化特征,基于云南120个站点近43a逐日降水资料,利用Man-Kendall趋势检验、Morlet连续复小波变换分析等方法进行系统分析。结果表明:各区域大雨侵蚀力在年降雨侵蚀力中起主导作用;年内各月降雨侵蚀力滇西北基本以大雨侵蚀力为主,其余区域干季以中雨侵蚀力为主,雨季以大雨侵蚀力为主;各量级降雨侵蚀力表现出降雨量级越大,季节性越强,集中程度越高的特征;各区域中雨侵蚀力相对变化呈减少趋势,其余量级降雨侵蚀力变化趋势以减居多;暴雨侵蚀力相对变化程度最强,大雨和中雨侵蚀力相对较缓;滇西北年降雨侵蚀力、大雨和中雨侵蚀力以9a左右时间尺度为主震荡周期,其余区域主震荡周期多为18~21a左右,暴雨侵蚀力主震荡周期在各区域存在一定差异。     

长江中下游深秋季节一次MCC过程的成因

利用常规观测资料、NCEP再分析资料以及FY2C云图资料等，对2009年11月9日长江中下游地区深秋季节1次MCC过程发生发展进行了成因分析。结果表明：此次MCC发生在大尺度地面暖倒槽之中，500hPa低槽东移、850hPa低涡发展东移、边界层冷空气南下形成的弱冷锋等天气系统的配合为其发生提供了有利环境条件；MCC发生在对流层中层低能舌与低层高能舌重叠的对流不稳定区；高层辐散、低层辐合以及强涡度柱和散度柱的耦合成为MCC发展维持的主要动力机制；MMC的发展成熟阶段，对流层中低层始终维持不稳定层结状态，且随着降水增强，出现湿中性垂直运动特征；MCC成熟期其中心区风向随高度一致顺转，风速切变较强，具有超级单体风暴结构特征