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物理初值化与短时强对流降水数值模拟研究

气象科学 2010年第4期30卷 452-459页

作者：李耀东余政暴冬玲刘健文北京航空气象研究所北京100085 九江市气象台江西九江332000

ADAS(ARPS Data Assim ilation System)云综合分析采用的是一种物理初值化技术。本文以ARPS(Advanced Regional Pred iction System)云综合分析为基础,设计了一组非常规资料的应用试验,应用ARPS模式对一次典型的短时强降水个例进行了数... 详细信息

ADAS(ARPS Data Assim ilation System)云综合分析采用的是一种物理初值化技术。本文以ARPS(Advanced Regional Pred iction System)云综合分析为基础,设计了一组非常规资料的应用试验,应用ARPS模式对一次典型的短时强降水个例进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在ADAS云分析中引入雷达及卫星资料可对湿度场的水平、垂直结构有一定的调整,改善了与对流降水有重要关系的高湿区的分析;(2)引入雷达和卫星资料的云综合分析,可以明显改善强降水发生时间相对迟缓以及模拟前期降水量偏少和降水覆盖面积偏小的现象,使模拟降水场与实际观测较为接近;(3)物理初值化能有效提取非常规资料中的云微物理信息,提高了模式初值质量,从而明显改善模式对强对流降水系统的短时模拟效果。

关键词：强对流降水物理初值化数值模拟

2008-2010年大理风廓线雷达资料与本地强对流降水天气的关系

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2008-2010年大理风廓线雷达资料与本地强对流降水天气的关系

作者：陈红玉云南大学

学位级别：硕士

本文在应用大理国家气候观象台的风廓线雷达资料分析研究本地强对流降水天气与风廓线雷达资料响应关系的基础上,结合GPS/MET水汽探测资料和NCEP/NCAP再分析资料研究强对流降水形成的大气物理量（湿度、对流参数等）诊断特征,为开展多种... 详细信息

本文在应用大理国家气候观象台的风廓线雷达资料分析研究本地强对流降水天气与风廓线雷达资料响应关系的基础上,结合GPS/MET水汽探测资料和NCEP/NCAP再分析资料研究强对流降水形成的大气物理量（湿度、对流参数等）诊断特征,为开展多种非常规探测资料在强对流天气中的应用及对流天气预警预报和防灾减灾服务奠定基础。结果表明：信噪比在对流层低层和对流层中层表现较为明显,而在对流层高层则出现的概率极小;越临近降水,无论对流层低层还是对流层中层,同一信噪比的特征反映都越明显,表明越临近降水对流越旺盛。垂直速度在对流层低层和对流层中层反映更为明显,随着降水的临近,对流层低层-6m/s、对流层中层-4m/s的垂直速度的特征反映越明显,同量值垂直速度的准确率增加。没有低空急流也能产生强对流降水,低空急流是强降水产生的充分条件但不是充要条件。切变在对流层低层表现最为明显,随着高度增加切变数明显减少。总之,不管是信噪比还是垂直速度,都是在降水前1小时各层量值增大（或减小）的特征更为明显,降水时最明显。强对流降水通常发生在大气可降水量（PWV）较丰富的大气中,强对流降水发生前,PWV突然增大,且增幅≥2mm/h。强对流降水的发生具有明显的中低层潮湿的特点,垂直结构上存在中低层相对湿度较大、中高层逐渐变干的特点。在大约500hPa以下相对湿度为85-95%,500hPa以上相对湿度随高度减小,小于50%。中低层较大的相对湿度以及较厚的湿层为强对流降水的产生提供充沛的水汽条件。风廓线雷达对于高层相对湿度较大或整层相对湿度都较大的大气,其特征反映更明显;而对于高层较干的大气,风廓线雷达探测到的高层资料特征不明显。而强对流降水的水汽主要来自中低层的湿层,因此尽管风廓线雷达探测到的高层资料特征不明显,但同样可以产生强对流降水。强对流降水的发生需要一定的对流有效位能,只有足够的对流有效位能,才能促进强对流的发展,形成强降水。虽然不同的天气背景强降水发生的对流有效位能条件不太一致,但总体说来,CAPE≥***-1是强对流降水产生的有利条件。但降水的强度并非与CAPE值大小相对应,CAPE值过大反而不利于高降水效率的产生。强对流降水的发生不仅需要小的抬升指数,还需要抬升指数随时空具有一定的变化幅度。一般发生在LI≤-1.5℃、△LI≥1.5℃的区域内。抬升指数负值越小,表示大气层结越不稳定,出现对流天气的可能性越大;而抬升指数随时空的变幅越大,则表示大气的性质变化越大,且负变幅越小,表明大气往不稳定方面转化的越多,越有利于发生强对流降水。强对流降水发生在700hPa垂直速度由正转为负,大气从下沉运动转为上升运动的区域内;垂直结构上,强对流降水发生在中低层负的垂直速度区内。当垂直运动的强度较强时,风廓线雷达资料特征反映明显,对强降水的指示意义也非常明了,而当垂直运动的强度较弱时,风廓线雷达资料特征反映不明显：而中低层为下沉运动时,不利于强降水的产生。

关键词：强对流降水风廓线雷达特征信噪比垂直速度物理量诊断

安徽省一次强对流降水过程闪电资料同化数值模拟试验

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气象与环境科学 2021年第6期44卷 30-39页

作者：刘辉章昊字俣丞麦立王京景李志国网安徽省电力有限公司合肥230000 中国科学院大气物理研究所北京100029 安徽继远软件有限公司合肥230000

利用闪电定位资料、安徽电网地面微气象观测资料、探空资料和WRF中尺度数值模式及其3DVAR资料同化系统,对2020年6月15日安徽地区一次强对流降水过程进行同化模拟,分别设计了由闪电、地面和探空资料组成的同化对比试验,分析了闪电资料同... 详细信息

利用闪电定位资料、安徽电网地面微气象观测资料、探空资料和WRF中尺度数值模式及其3DVAR资料同化系统,对2020年6月15日安徽地区一次强对流降水过程进行同化模拟,分别设计了由闪电、地面和探空资料组成的同化对比试验,分析了闪电资料同化对模式初值及24 h累积降水预报的改进能力。结果表明:单独同化闪电资料对模式初始场的相对湿度及24 h降水模拟有一定程度的改进,但改进效果不如同化地面和探空资料的明显;在地面探空资料同化的基础上增加闪电资料同化,能进一步改善模式的初始场,使其更加接近再分析场,并在逐6 h积分过程中,能更好地模拟出对流降水有关的物理量变化及强降雨带的位置,提高了24 h累积降水的模拟能力,对中雨以上量级的降水模拟效果提升尤为明显。另外,增加闪电资料同化,能明显地减少降水模拟的均方根误差。

关键词： WRF中尺度数值模式强对流降水闪电资料同化相对湿度 24 h累积降水均方根误差

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朝阳地区强对流降水回波分析

辽宁气象 2003年第2期 12-13页

作者：李学军杨雷王昊朝阳市气象局朝阳122000 盘山县气象局盘山124102

论述了朝阳地区不同天气背景下 ,强对流降水回波特征、形状、时间变化。

关键词：对流性天气雷达回波变化特征短时预报朝阳地区强对流降水

内蒙古通辽市2011年7月15—16日强对流降水过程分析

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畜牧与饲料科学 2012年第1期33卷 4-5页

作者：祁雁文陈云飞李莉内蒙古通辽市气象局内蒙古通辽028000

利用常规气象资料、卫星云图及数值预报产品等资料对2011年7月15—16日内蒙古通辽市出现的一次强对流降水天气过程进行了分析,结果表明,有利的大尺度环流、充沛的水汽条件、高空急流的存在、低空水汽的辐合、强的上升运动及不稳定能量... 详细信息

利用常规气象资料、卫星云图及数值预报产品等资料对2011年7月15—16日内蒙古通辽市出现的一次强对流降水天气过程进行了分析,结果表明,有利的大尺度环流、充沛的水汽条件、高空急流的存在、低空水汽的辐合、强的上升运动及不稳定能量的作用,是激发该次对流降水极为有利的因素。如果能通过对该次降水过程的总结,得出一些经验和指标,并应用于今后的预报工作当中,为今后的强对流降水预报提供参考依据,将会对提高预报准确率起到至关重要的作用。

关键词：东北冷涡低压倒槽切变暖湿气流高空急流强对流降水

用GPS水汽监测资料分析一次强对流性降水过程

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气象科学 2013年第5期33卷 492-499页

作者：张振东魏鸣王皓南京信息工程大学大气物理与大气环境重点实验室南京210044

用江苏省地基GPS水汽监测系统得到的大气可降水量(PWV)资料,对江苏地区2009年夏季一次强对流性天气产生的降水过程进行了综合分析,分析了各时段GPS-PWV的变化特征和水汽的输送特点,并利用WRF中尺度数值模式对此次过程进行了数值模拟。... 详细信息

用江苏省地基GPS水汽监测系统得到的大气可降水量(PWV)资料,对江苏地区2009年夏季一次强对流性天气产生的降水过程进行了综合分析,分析了各时段GPS-PWV的变化特征和水汽的输送特点,并利用WRF中尺度数值模式对此次过程进行了数值模拟。结果表明:GPSPWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时地反映大气中水汽的时空变化。通过对数值模式结果进行分析后,发现强盛的水汽输入及辐合上升、中高层弱冷空气的侵入活动、低层西南气流加强、对流不稳定层加剧等多种因素的共同作用是造成此次中小尺度对流性降水的主要原因。GPS-PWV提供的精确水汽变化结合数值模式所模拟出的动力、热力条件对于强对流性暴雨预报和降水区域判定具有较好的参照意义。

关键词：卫星云图 GPS PwV 强对流降水 WRF模拟

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天津地区080625强对流天气过程的分析

大气科学学报 2011年第6期34卷 688-696页

作者：王坚红张楠苗春生寿绍文南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,利用NCEP/NCAR再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料对2008年6月25日天津的强对流降水过程进行研究,然后利用WRF(weather research and forecasting)... 详细信息

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,利用NCEP/NCAR再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料对2008年6月25日天津的强对流降水过程进行研究,然后利用WRF(weather research and forecasting)中尺度数值模式对该次强对流降水过程进行数值模拟和诊断分析。结果表明:中尺度露点锋是该次强对流降水的重要机制,其对应的低层气流辐合所形成的强烈上升运动及相对应的强烈发展的对流云团,是此次天津强对流降水的直接影响系统;对流有效位能等参数的变化非常好地反映出此次强降水天气的发生和发展特征;较大的相对螺旋度与此次强对流天气的发生对应也较好。由此认为,中尺度露点锋锋生的动力学、热力学过程是此次强对流降水天气发生发展的重要机制。

关键词：强对流降水 WRF模式对流有效位能螺旋度中尺度露点锋

夏季东天山中段一次强对流天气过程的数值模拟

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大气科学学报 2017年第5期40卷 663-674页

作者：连钰杨军朱莉莉申双和李梦婕南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 云南省气象台云南昆明650034 南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044

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... 详细信息

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。

关键词：强对流降水 WRF中尺度模式数值模拟云降水微物理机制

长生命史冷涡影响下天津持续多次的强对流天气的环流背景及个例模拟试验

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长生命史冷涡影响下天津持续多次的强对流天气的环流背景及个例模...

作者：张楠南京信息工程大学

学位级别：硕士

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,本文首先利用NCEP再分析资料和Micaps的常规资料对2008年6月22日——7月1日发生在天津地区的强对流降水过程进行了初步分析,结果表明：(1)蒙古冷... 详细信息

强对流降水是天津地区重要的灾害性天气,为了研究该类天气发生发展的动力学、热力学机制,本文首先利用NCEP再分析资料和Micaps的常规资料对2008年6月22日——7月1日发生在天津地区的强对流降水过程进行了初步分析,结果表明：(1)蒙古冷涡稳定维持并不断分裂冷空气南下,使天津形成了上冷下暖的不稳定层结,触发了强对流天气的发生。(2)高低空急流相互耦合,激发了次级环流,提供了有利的水汽和上升运动条件,非常有利于强对流降水的发生和持续,同时,高低空存在较强的垂直切变,也促进了强降水的发生发展。(3)天津地区强降水一般都伴随着垂直上升运动的发生发展。垂直上升运动发生在涡度场由负值转向正值,以及散度场为高层辐散区,低层辐合区的情况下。(4)在强对流频发的9天里,水汽借助中心位于胶东半岛的反气旋西北侧的西南气流源源不断地向天津地区输送;(5)天津9天平均处于高温高湿状态,为强对流天气的发生积累了足够的能量。伴随着冷涡后部不断分裂冷空气南下,触发了多次强对流天气的发生。(6)温度平流和V分量(即南北风分量)可以较好地反映中高层冷空气侵入的情况,通过分析,此9天对流性天气与冷涡分裂的冷空气有直接关系。在环流背景分析的基础上,本文还运用WRF中尺度数值模式对6月25日那次过程进行了数值模拟,在模拟结果与实况基本吻合的情况下,利用模式输出的时空分辨率较高的资料,分析了此次强对流天气过程的特征,并对其发生和发展的条件、演变规律及动力机制做出了解释,模拟的结果表明：(1)在强降水发生时刻,低空西南干暖急流与北方的湿冷气流相遇形成露点锋,为此次强对流天气过程提供了一个很有利的触发条件,它的分布特征对强对流云团以及暴雨的发生区域起着至关重要的作用。(2)不稳定能量的累积和释放,在此次强对流降水的发生发展过程中起到了非常重要的作用。(3)螺旋度对强降水落区有较强的预报能力,分析同时显示螺旋度对1小时内的降水预报有一定的指示意义。(4)对湿Q矢量的分析表明,700 hPa湿Q矢量散度场辐合区的存在、位置及强度与强对流降水的产生、落区及强度具有较好的对应关系;非地转湿Q矢量分量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,强对流降水位于次级环流的上升支附近。(5)此次强降水区的移动和发展与高低层等熵面的位涡和流场密切相关,在垂直方向上,天津北部地区代表冷空气的正位涡异常区由对流层高层向南向下侵入,使天津中部地区中低层发生正位涡异常,然后在垂直方向上伸展,从而,正位涡异常与上升运动形成正反馈,促进强降水的发展。(6)湿位涡是表征大气稳定度的一个很好的物理量,MPV在降水对应的各个时次始终维持着低层为负值,对应着不稳定区;高层为正值,对应着稳定区的分布。通过对MPV1和MPV2的分析,在此次强对流过程中,既有惯性不稳定和对流不稳定的作用,又有湿斜压不稳定的作用。最后对这次强对流降水过程做了地形敏感性试验,结果表明地形对气流的辐合,垂直上升运动,以及相当位温的分布都有一定的作用,从而影响强对流天气发生的强度和位置。

关键词：强对流降水冷空气 WRF 中尺度露点锋敏感性试验