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对流天气临近预报技术的发展与研究进展 总被引：9，自引：9，他引：30
目前，临近预报技术主要包括雷暴识别追踪和外推预报技术、数值预报技术以及以分析观测资料为主的概念模型预报技术等。其中，识别追踪和外推预报技术主要以雷达资料为基础，在这方面，交叉相关外推和回波特征追踪识别外推是比较成熟的技术，已经用于许多的临近预报业务系统中，其缺陷是预报时效较短，准确率也不是很高。随着精细数值天气预报技术和计算机技术的发展，利用多普勒天气雷达资料和其它中小尺度观测资料进行数值模式初始化，来预报雷暴的发生、发展和消亡已经成为一个研究的热点，该技术发展很快但还不成熟。概念模型预报技术主要是通过综合分析多种中小尺度观测资料，包括雷达和气象卫星资料等，在此基础上建立雷暴发生、发展和消亡的概念模型，特别是边界层辐合线和强对流的密切关系等，再结合数值模式分析预报和其它外推技术的结果，然后建立雷暴临近预报的专家系统，其不但可以获取雷暴和对流降水移动、发展的信息，还可以预报它们的生成和消亡。检验和定性评估也表明，将多种资料和技术集于一体的概念模型专家系统，其临近预报的准确率最高，时效也最长，是临近预报技术未来发展的主要趋势之一。NCAR的Auto-Nowcaster系统是雷暴临近预报概念模型专家系统的一个典型代表。 相似文献
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利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响.雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合并加强为“右移”超级单体而后又分裂为多单体的风暴过程.在超级单体形成到发展成熟阶段,风暴前方中低层环境垂直风切变逐渐加强,为超级单体中稳定旋转上升气流和中气旋的形成创造了重要条件.模拟的风矢端图也指示出,风暴前方的低层环境风随高度存在显著的顺时针切变,有利于超级单体风暴的持续发展和右移.与风暴相伴随的冷池以及冷池出流(阵风锋)与低层环境风场的辐合均不断增强,风暴前沿的气流上升明显,低层暖湿空气在强的风切变作用下旋转上升进入风暴内,使得超级单体得以维持和加强.在超级单体消散分裂为多单体阶段,模拟的热动力特征均不利于其进一步发展.此时,中低层切变明显减弱,风矢端图具有明显的有利于多单体风暴发展的“直线型”特征.低层扰动温度显示冷池进一步增强并明显扩展,其扩展速度快于风暴的发展移动速度,冷池前沿伸展到风暴前面.低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,并开始“脱离”风暴前沿.风暴前方的辐合上升也明显减弱.基于模拟结果计算了与超级单体发展密切相关的风暴相对环境螺旋度(SREH)、风暴整体理查森数(SBRN)和风暴强度(SS).结果显示,在超级单体形成和发展成熟阶段,SREH＞ 150 m2/s2,SBRN＜ 45,SS＞0.4,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SREH＜ 150 m2/s2,SBRN＞45,SS＜0.4.上述结果与前人研究结论基本一致,反映出模拟的SREH、SBRN和SS对该超级单体风暴过程具有明显指示意义. 相似文献
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北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析 总被引：7，自引：7，他引：15
分析了2006年6月24日北京地区一次罕见的瞬时极大风速超过32 m.s-1的雷暴大风事件。多普勒天气雷达观测表明,此次强雷暴大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关。后侧入流急流促使飑线回波带南段快速移动并与其前面的新生单体合并加强形成弓形回波。深厚的中气旋、低层径向速度辐合和高层辐散等在构成弓形回波的强对流单体形成过程中起了重要的作用。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风直接由构成弓形回波的一个强对流单体内的下击暴流导致。使用微波辐射计和风廓线仪的观测资料揭示了上述强风暴发生的环境条件,即高的对流有效位能值、中等强度的风垂直切变,以及风切变的分布特征为飑线等的产生提供了有利条件。下沉对流有效位能和对流层低层环境大气温度直减率明显增加并接近干绝热,这对即将到来的下击暴流具有指示意义。 相似文献
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低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟 总被引：6，自引：6，他引：10
利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。 相似文献
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利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对4部新一代多普勒天气雷达探测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了2009年8月1日发生在北京地区的一次短生命史、突发性增强风暴的低层动力和热力影响机制。此次风暴过程处于弱天气尺度背景和弱层结背景下,冷池和低层环境风场相互作用是造成山上对流风暴增强传播下山的关键机制,而风暴的短生命史和平原地区上空弱风垂直切变环境有关:在对流风暴产生的初期,由于平原地区局地热力、动力场分布的差异,在平原地区西部近地面形成冷池结构,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播。在此机制下,导致在冷池东南边缘附近形成辐合中心、较强的低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心,有助于风暴传播下山。在风暴临近山边阶段,平原地区原有冷池的“绕流”等机制仍然有助于形成有利于主体风暴传播下山增强的近地面辐合中心、强低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心等环境。此外,随着山上风暴降水产生若干冷池,由于风暴形成的阵风锋抬升作用以及新生冷池与老冷池的逐渐发展并相互靠近,使冷池之间暖空气不断抬升,在冷池之间低层形成较强的辐合中心、全螺旋度大值中心。并且,由于冷池边缘的热力场分布不均匀,同样在冷池边缘形成较大扰动气压和扰动温度,增大了垂直加速度,在冷池之间中高层形成上升气流区,这些机制使北部风暴重新增强和新生风暴产生的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,合并组织成带状回波。风暴在平原传播阶段,带状回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统特征。但是,由于此时平原地区处于弱风垂直切变环境,此时冷池强于低层风垂直切变,即冷池产生的负涡度大于低层风垂直切变产生的正涡度,因此,冷池前沿的上升气流向后倾斜并导致阵风锋逐渐离开主体风暴,不利于沿着出流边界形成新的对流单体,从而不利于维持对流风暴系统的发展传播。随后,阵风锋和前方东南气流交汇,形成新的孤立单体。并且,基于模拟结果计算了与对流系统发展密切相关的全螺旋度、风垂直切变。结果显示,风垂直切变(尤其是0—3 km)和全螺旋度与风暴发生和传播位置及强度相关性较高,反映出模拟量对带状回波风暴过程具有较好的指示意义。 相似文献
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基于雷达资料4DVar的低层热动力反演系统及其在北京奥运期间的初步应用分析 总被引：5，自引：5，他引：6
在变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)中,通过对雷达资料的质量控制和预处理、云尺度模式的暖雨参数化方案、中尺度初猜场的插值分析方法、循环同化的冷启动和热启动中尺度背景场的计算方案等进行改进,实现了VDRAS对低层动力和热力场的分析反演及其在北京奥运期间的实时应用.改进后的VDRAS利用四维变分(4DVar)同化技术和一个包含简化暖雨参数化方案的云尺度模式,对北京和天津2部S波段天气雷达资料进行12 min间隔的快速更新循环同化分析,反演与对流风暴生消发展密切相关的低层热动力三维结构,包括水平风场、垂直速度、辐合辐散、扰动温度、扰动温度梯度等,以及它们的时间增量.通过对北京奥运期间2个风暴个例的实时反演结果的分析表明,VDRAS反演的动力场能够反映低层的水平辐合、垂直抬升、风暴出流及它们的变化特征,而热力场则能够反映与风暴相伴随的冷池结构及其变化、阵风锋的相对位置及强弱.VDRAS的反演结果符合风暴发展传播与冷池、阵风锋、辐合抬升之间关系的概念模型.利用边界层风廓线雷达、地面自动站及地基微波辐射仪的观测资料,对VDRAS实时反演结果的初步统计检验表明,反演的风场和温度场与观测比较接近,风场能够反映出与风暴密切相关的低层风的垂直切变特征,温度场则能够反映出由于风暴过程所导致的地面温度的剧烈变化.与风廓线观测相比,反演的低层风速偏弱,偏差和均方根误差分别在-1.5 m/s和2.5 m/s以内,而风向的偏差和均方根误差分别在20°和45°以内.与地基微波辐射仪观测相比,反演的低层温度偏低,偏差和均方根误差分别在-1.9℃和2.8℃以内. 相似文献
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利用常规探空资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对2013年3月19日夜里到20日凌晨发生在湖南中南部和广东北部的一次区域性雷暴大风天气进行了分析，发现本次强对流天气过程的天气尺度背景是北支高压脊的崩溃和南支槽的建立，槽前出现较强的低空急流和切变线并在湖南中南部和广东北部形成了上干冷下暖湿的温湿配置结构下发生并强烈发展的；地面自动站观测显示北风侵入到前期露点温度较高的贵州黄平地区并形成风向辐合触发了对流，之后对流单体东移进入前期地面辐合线和露点锋相配合，同时500 hPa极为干冷的湖南中部偏南地区不断发展加强成对流带；雷达观测显示19日夜里在湖南西部不断出现对流单体并在其东移南下过程中最终形成飑线结构，该飑线中存在多个超级单体；通过多普勒天气雷达的中气旋产品与雷暴大风出现时间对应比较发现：大多数由中气旋引发的雷暴大风，在雷暴大风出现前2~3个体扫，其中气旋底高不断下降至2 km左右或以下，且在雷暴大风出现前1~2个体扫，中气旋的最强切变高度显著下降至中气旋底高位置附近；通过风廓线雷达数据与雷暴大风出现时间对应比较发现：底层大气折射率结构常数(C2n)大幅度的跃升通常在雷暴大风出现前10~15 min左右出现，其对雷暴大风的出现可能具有一定的指示意义。基于雷达资料快速更新四维变分同化（RR4DVar）分析系统，利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达资料和区域（约700个）自动站资料对2013年7月30—31日京津冀地区一次飑线系统在移动过程中系统不同部位的热动力结构及其环境场时空演变特征进行了分析。结果表明，这次飑线过程是在有利的天气尺度背景形势下发生发展的。飑线形成初期，其中段和南段前部有强的暖湿空气辐合上升运动，并受到强的中层垂直风切变的影响，且在飑线中南段两侧水平正负涡度近似平衡，这种环境下，十分有利于飑线中南段的组织发展。而北段前部受弱的中层垂直风切变及辐散下沉运动影响，不利于北段系统有组织的发展；随着飑线移动下山，中段和南段前部在较强的中层垂直风切变控制下，出现强的暖湿空气辐合上升运动，且存在偏南暖湿气流稳定输送到系统上升运动区中，这对飑线系统中段和南段自身对流单体新生及高度组织化极为有利。随着飑线演变为弓形回波，中段环境场仍维持强的中层垂直风切变且位于冷池出流边界的控制之下，由于地形强迫效应，有利于弓形回波前沿低空偏南暖湿气流的辐合上升，是飑线下山迅速增强并发展成弓形回波，且稳定维持的主要原因。 相似文献
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利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对京津冀地区4部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了弱天气系统强迫下两次发生在北京地区对流风暴的低层动力和热力影响机制.这两次风暴过程处于弱天气系统强迫和弱层结背景下,局地冷池和环境风场的相互配合是造成山上对流风暴是否能够顺利传播下山的关键机制.起初,两个个例平原局地热、动力不均衡形成平原冷池,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播配置.在此机制下,导致在冷池东南边缘形成较强的辐合上升、垂直风切变和螺旋度.在6月26日个例中,由于冷池强度较强且位置偏南,因此阻断了东南暖湿气流向山区的输送,形成由平原至山区的辐散区使得山区的对流风暴不断减弱.但是,随着已经消散的对流风暴下沉气流,覆盖至冷池边缘东南气流上空形成了较强的风切变和垂直螺旋度,进而促使在冷池边缘形成新的对流风暴.而且,在新对流风暴生成后,由于平原地区整体切变强度较弱,因此形成了冷池扩张强度大于对流风暴传播速度的态势.这种配置会切断暖湿入流,从而导致对流风暴快速消亡.对于8月1日个例,冷池位置偏北,因而不受冷池阻挡作用的偏南风在山脚形成较强的辐合上升,同时与下山的偏西风形成明显辐合上升区,有利于山区对流风暴的不断增强;进而,受此影响,山上风暴降水产生若干冷池,新生冷池和原有冷池的相互挤压,在迫使中、北部风暴增强的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,最终合并组织成带状对流系统.同时,北部冷池边缘形成的辐合带也为对流风暴向山下传播提供有利条件,而回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展.低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统的热动力特征.但是由于此时平原地区处于弱切变环境中,风切变强度不能与冷池出流强度相平衡,同样冷池扩展将领先于对流风暴移动,切断东南暖湿入流,导致原有风暴快速减弱.在文章的最后,基于观测和模拟结果,对比分析这两个个例,初步得出了与对流风暴传播下山发展演变密切相关的低层热、动力配置概念模型. 相似文献
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高分辨率WRF三维变分同化在北京地区降水预报中的应用 总被引：4，自引：4，他引：9
为迎接2008年北京奥运会,改进北京地区的天气预报,建立了一个基于三重嵌套区域(27/9/3 km)的WRF三维变分同化(WRFVar)和WRF模式的高分辨率快速更新循环同化预报(Rapid-Up-date Cycle)系统,并针对2006年8月1日发生在北京地区的强对流天气进行了一系列数值试验,结果表明:高分辨率的快速更新循环系统很好地预报出了此次强降水过程;在WRF三维变分同化里调节背景场误差和观测误差,提高了降水预报的效果;插值得出的3 km背景场误差可以作为一个合理的近似在3 km分辨率的WRFVar中使用,用户可以不必积累高分辨率的预报场去计算背景场误差,从而节省大量计算资源。3 h频次的RUC已经能满足预报要求,更高频次(1 h)的RUC并没有导致预报的进一步提高。 相似文献