山西多次暴雨过程微物理方案敏感性试验

为了能够使中尺度数值模式更精确预报暴雨天气过程,为提高暴雨短期预报业务能力,利用常规地面和高空观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2011年山西汛期的5次暴雨个例分别进行分析和多次数值模拟试验研究。结果表明：2011年山西5次暴雨过程形势各异,总体看来分为2种类型：冷云降水和暖云降水。冷云降水微物理参数化方案采用WSM6方案和Thompson方案模拟效果较好;暖云降水微物理参数化方案采用Kessler暖雨方案模拟效果较好。     

2015年7月29—31日山东地区强降水过程的诊断分析与数值模拟

[目的]为深入探讨山东地区夏季强降水的原因和机理,给暴雨模拟及预报分析提供有价值的参考,[方法]利用常规观测资料和WRF模式对2015年7月29—31日山东地区一次典型强降水过程进行诊断分析和数值模拟。[结果]结果表明：(1)此次过程是由东移的西风槽和低层的切变、低涡共同作用造成的,系统的位置及移动路径与降雨区的位置及移动非常一致。(2)WRF模式能较好的模拟出此次过程的天气形势,雨带的位置和范围与实际情况基本一致。(3)分析850 hPa水汽通量和水汽通量散度垂直剖面,可见两个水汽来源,西南急流左侧有切变和低涡,强的低层辐合配合较大的水汽通量,存在强烈的水汽辐合,大量水汽持续辐合上升,为此次大暴雨提供了充足的水汽。[结论]此次过程是山东省汛期比较典型的强降水天气,高低空系统配置和不稳定条件非常有利于强对流天气的发展。WRF模式高时空分辨率的模拟结果弥补了常规观测资料和再分析资料时空分辨率方面的限制,有助于更好地分析和理解此次强降水过程。     

中哈边境迁飞蝗虫降落的天气过程分析——以1999年塔城地区为例

为明确中哈边境迁飞蝗虫降落过程的气象背景,选择中哈边境塔城地区蝗虫迁飞为害最严重的1999年为例,基于当年迁飞蝗虫降落时间、地点及为害程度等数据,利用中尺度气象预报与研究(weather research and forecasting,WRF)模式模拟塔城地区迁飞蝗虫降落的天气变化。结果表明,垂直速度达到0.22 m/s的下沉气流、风速为3 m/s以上的东南风向、降雨和低于19℃的温度胁迫是影响1999年7月10日中哈边境迁飞蝗虫降落的主要气象因素;统计当年迁入蝗虫降落事件,发现下沉气流、风向切变、降雨和低温在蝗虫降落过程中出现的频次占总迁入蝗虫降落事件的70%、50%、30%和10%,其中下沉气流和风向切变是影响蝗虫降落的主导因子。表明利用WRF模式可准确预测迁飞蝗虫跨境为害降落区域的天气过程。     

柴达木盆地暴雨过程的数值模拟

利用WRF模式,采用两重嵌套的设计方案模拟柴达木盆地地区的2007 ～2010年期间发生的3次重大降水过程,将柴达木盆地地区2007年6月17 ～20日、2008年7月29～30日、2010年5月30 ～31日3次降雨过程的模拟结果进行综合分析.结果表明,柴达木盆地地区各站24h降雨量的模拟值和观测值相比,东部降雨量模拟值偏多,西部降雨量模拟值接近或偏少,芒涯、冷湖、小灶火、格尔木四站24h降雨量平均分别略多0.5、1.7、0.7、1.2mm,大柴旦24h降雨量平均偏少1.2mm,诺木洪、德令哈、都兰、乌兰、天峻各站24h降雨量分别偏多3.0、2.5、2.7、3.0、3.5mm.     

基于WRF模式的短期风速预报研究

使用WRF模式对黑龙江省东部地区2009年7月～2010年6月期间的风速进行预报研究,并与测风塔70 m实测风速比较,分析模式的预报性能和误差大小。结果表明,测风塔实测年平均风速5.0 m/s,预报年平均风速为6.1 m/s,相关系数高达0.71,WRF模式能够很好地预报出风速的变化趋势;WRF模式准确地反映出实际风速的月变化趋势,除1月外,各月预报值均大于实测值,5和9月误差较大;预报风速与实测风速在各时刻相关性非常高,相关系数均在0.60以上,相对误差与均方根误差均是夜间大、白天小;WRF模式预报的主导风向与实测一致,但数值略小,对年风向频率具有较好的预报效果。     

华北地区一次积层混合云降水过程的数值模拟分析

利用新一代非静力平衡中尺度数值模式WRF模拟,从动力、热力机制和微物理过程等方面分析了2009年4月30日08:00～5月2日02:00发生在华北地区的一次积层混合云降水过程。结果表明,水汽辐合主要是由西南暖湿气流提供,且西南暖湿气流区域的大气层结始终处于对流不稳定状态,为华北地区对流的发展提供了热力机构基础,而均匀上升气流场中的波动导致了对流云镶嵌其中;降水云系中冷云降水机制与暖云降水机制共存,主要降水由对流云提供,而播撒-供应机制可能是导致此次积层混合云降水的主要原因。     

WRF数值预报模式气象资料的同化处理与对比分析

应用WRF中尺度数值预报模式及其同化模块（WRFDA）对常规观测资料和青岛市气象台多普勒气象雷达资料进行同化试验。以山东半岛2009年7月8日夜间一次暴雨天气过程为例。首先,以7月8日00：00（文中所有时间均为国际时间）NCEP再分析资料为初始场,对00：00的常规观测资料进行同化,积分36 h;其次,将上述试验积分12 h后对7月8日12：00的常规观测资料和多普勒雷达资料进行循环同化试验,并积分24 h。将以上同化后得到的初始场结果和数值预报场结果分别进行对比分析,结果表明：常规观测数据的同化对初始场各层的风、温度、水汽等要素均有影响,但对雨水混合比影响较小;多普勒雷达资料的同化,使初始场的对流层中低层水汽增加,高层水汽减少,并且使中低层雨水混合比增大;多普勒雷达资料对初始场各层的风均有明显影响。多普勒雷达资料对初始场的调整比常规观测资料大一个量级以上,同时同化上述2种数据后显示,风、水汽、雨水混合比结果明显趋近于单独同化雷达数据的结果。以00：00为初始场同时同化常规观测资料并积分36 h的结果,对较大范围的强降水落区的修正效果最好：同化前降水中心位置和降水量与实际观测结果比较相差较大;同化后降水中心和降水量都与实况比较接近,但模式没有模拟出青岛地区小范围的暴雨天气。同化12：00雷达资料后,模式模拟的青岛地区的降水落区与降水量均与实况接近。试验结果说明,同化常规观测资料对中尺度环流形势有较好的改善,能较好地模拟出大范围的降水落区,但对小尺度的系统模拟效果较差;同化多普勒雷达资料对中小尺度强对流天气的模拟效果较好,但仅适用于短时临近预报;而循环同化可以将两者的优点相结合,综合利用2种资料能改善模拟效果,增加预报结论的可靠性。     

“7．18”山东暴雨过程分析III：WRF模式边界层参数化方案对物理量场的影响

[目的]分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中物理量场的影响。[方法]利用WRF模式3.4版本,选取不同边界层参数化方案对"7.18"山东暴雨过程进行敏感性试验,分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中垂直速度场、水汽通量散度场、相对湿度、对流有效位能和边界层高度等物理量场的影响。[结果]不同的边界层参数化方案对于暴雨过程中垂直速度场的空间分布及其中心强度具有显著的影响,从而使得降水中心的分布和强度发生变化。尽管不同边界层参数化方案模拟得到的水汽通量散度在水平分布与实际结果具有较好的一致性,但其在垂直分布、中心位置及其强度上存在明显的差异。不同边界层参数化方案引起的边界层高度和对流有效位能的差异与其引起的降水分布差异直接相关。[结论]WRF模式中不同边界层参数化方案对暴雨过程中不同物理量场模拟效果的影响较大,选择合适的边界层参数化方案能显著提高对物理量场的模拟效果。     

基于WRF模式的新疆巴音布鲁克盆地强降雨天气数值模拟效果分析

为了验证中尺度数值模式WRF中参数化方案对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地天气模拟的适用性,以寻找对该区域天气模拟WRF模式中最优参数化方案组合。利用WRF模式对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地2场强降水过程进行数值模拟,选取2种不同的边界层参数化方案(YSU,MYJ),2种不同的云动力参数化方案(GrellFreitas,Grell-3),3种不同的云微物理参数化方案(Lin,WSM6,Thompson),3种不同的长短辐射参数化组合方案(New Goddard/New Goddard,Dudhia/RRTM,GFDL/GFDL),组成36种参数化方案组合。模式模拟采用双层嵌套的方式,其中内层嵌套区域为4 km精度,对中天山地带巴音布鲁克盆地进行数值模拟。同时,借助气象部门的自动站观测资料,与小时降雨量、空气温度、10 m风速、表面大气压强等边界层结构特征进行了比较分析,评估不同参数化方案的模拟差异。得出最优参数化方案组合:陆面参数化方案为YSU方案,云动力方案为Grell-Freitas方案,云微物理方案为WSM6,长波辐射和短波辐射参数化方案为Duhia/RRTM。各边界层参数化方案组合均能够模拟出降雨趋势变化特征,但最优参数化方案组合模拟结果与实际观测结果仍然存在一些差异。     

一次低温天气过程的数值模拟与诊断

利用WRF模式对2009年1月23～25日出现的覆盖沪宁高速公路的一次低温天气过程进行了数值模拟。结果表明,江苏处于西北气流的风场中,北方冷空气源源不断地输送至此,使江苏大幅度降温;苏南大部分地区存在较强的冷平流,沪宁高速公路沿线均被冷平流控制,温度平流为低温的形成、发展及维持提供了一个相对稳定的热力背景;对流层低层几乎没有垂直运动,绝热冷却项不是造成此次低温天气的主要原因;模拟区域内高低层水汽含量较低,且近地层风速较小,上下层空气热量交换不显著,此形势有利于夜间辐射降温;研究地段内的向下长波辐射较弱,地面吸收的热量少,使江苏维持低温天气。