2022年 第38卷 第5期
2022, 38(5): 621-630.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.056
摘要:
基于WRF模式，采用4层嵌套方案，选取3种积云参数化方案和7种微物理方案组成21种组合，对清江流域2016—2018年6—10月6次典型降雨事件进行数值预报，结合CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源融合降水产品，采用TS评分和FSS评分，分析不同分辨率和云微物理方案的降雨预报效果；基于较优组合方案的WRF模式与WRF-Hydro水文模式耦合进行径流模拟，分析WRF模式在水文模拟中的应用效果。结果表明：3 km和1 km分辨率对降雨中心位置及强度预报的差别不大，对降雨落区都有较好的预报能力；在积云参数化方案中，KF方案和BMJ方案的降雨预报效果优于GF方案；在微物理方案中，WSM3、WSM5、WSM6、Thompson方案的预报结果与融合数据有较好的一致性；基于较优组合方案BMJ_WSM3，将WRF模式与WRF-Hydro模式耦合，耦合模式能较好地模拟洪水过程，径流模拟相关系数都在0.67以上，且NSE最高可达0.79。
基于WRF模式，采用4层嵌套方案，选取3种积云参数化方案和7种微物理方案组成21种组合，对清江流域2016—2018年6—10月6次典型降雨事件进行数值预报，结合CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源融合降水产品，采用TS评分和FSS评分，分析不同分辨率和云微物理方案的降雨预报效果；基于较优组合方案的WRF模式与WRF-Hydro水文模式耦合进行径流模拟，分析WRF模式在水文模拟中的应用效果。结果表明：3 km和1 km分辨率对降雨中心位置及强度预报的差别不大，对降雨落区都有较好的预报能力；在积云参数化方案中，KF方案和BMJ方案的降雨预报效果优于GF方案；在微物理方案中，WSM3、WSM5、WSM6、Thompson方案的预报结果与融合数据有较好的一致性；基于较优组合方案BMJ_WSM3，将WRF模式与WRF-Hydro模式耦合，耦合模式能较好地模拟洪水过程，径流模拟相关系数都在0.67以上，且NSE最高可达0.79。
2022, 38(5): 631-640.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.057
摘要:
使用CMA-GD模式及云分析系统，引入云南C波段多普勒雷达反射率因子资料，对2019年7月9日过程进行模拟试验，分析引入反射率资料对模式初始场和降水过程预报的影响。（1）引入反射率后，云中和底部的云量有所增加。水汽在900~200 hPa有大范围增加，能有效地调整降水区域的水汽分布。对模式顶层温度的调整较大，而对风场的影响较小。（2）引入反射率后，对3 h内降水强度及落区有较大改善，4~6 h的预报有所改善，7 h以后改善不明显。（3）引入反射率资料后，1~4 h大气可降水量增量较明显，5~9 h增量较前4 h明显减小。（4）在河口上空云水和水汽在950~400 hPa增加，霰、云冰和云雪在600~400 hPa增加，雨滴在1 000~500 hPa增加。水凝物增加，有利于河口站降水的发生。
使用CMA-GD模式及云分析系统，引入云南C波段多普勒雷达反射率因子资料，对2019年7月9日过程进行模拟试验，分析引入反射率资料对模式初始场和降水过程预报的影响。（1）引入反射率后，云中和底部的云量有所增加。水汽在900~200 hPa有大范围增加，能有效地调整降水区域的水汽分布。对模式顶层温度的调整较大，而对风场的影响较小。（2）引入反射率后，对3 h内降水强度及落区有较大改善，4~6 h的预报有所改善，7 h以后改善不明显。（3）引入反射率资料后，1~4 h大气可降水量增量较明显，5~9 h增量较前4 h明显减小。（4）在河口上空云水和水汽在950~400 hPa增加，霰、云冰和云雪在600~400 hPa增加，雨滴在1 000~500 hPa增加。水凝物增加，有利于河口站降水的发生。
2022, 38(5): 641-650.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.058
摘要:
利用2010—2019年广东区域自动站逐时雨量定义短时强降水日，采用500 hPa和700 hPa广东区域日平均垂直速度来客观衡量天气尺度强迫，并对年均和强/弱天气尺度强迫下的短时强降水进行时空分布特征分析，结果表明：广东区域的短时强降水主要发生在4—9月，发生频次具有准双峰的日变化；粤西是短时强降水最频发区；茂名山区的短时强降水主要发生在白天，弱天气尺度强迫下占比达80%以上；频发次中心位于珠江三角洲，持续1小时以上的短时强降水占该地发生频次75%。强天气尺度强迫下短时强降水4—6月最多，弱天气尺度强迫下则7月达到峰值。弱天气尺度强迫下，仅历时1小时的短时强降水在粤北河源-梅州北部山区、粤东莲花山脉附近有次中心；历时2小时及以上的相对集中在粤西、珠江三角洲北部和粤东惠州-汕尾一带；3月肇庆-云浮和珠江口附近弱天气尺度个例占比高；7月粤北占比高；早晨07时在粤西阳江沿海有孤立的高频中心。
利用2010—2019年广东区域自动站逐时雨量定义短时强降水日，采用500 hPa和700 hPa广东区域日平均垂直速度来客观衡量天气尺度强迫，并对年均和强/弱天气尺度强迫下的短时强降水进行时空分布特征分析，结果表明：广东区域的短时强降水主要发生在4—9月，发生频次具有准双峰的日变化；粤西是短时强降水最频发区；茂名山区的短时强降水主要发生在白天，弱天气尺度强迫下占比达80%以上；频发次中心位于珠江三角洲，持续1小时以上的短时强降水占该地发生频次75%。强天气尺度强迫下短时强降水4—6月最多，弱天气尺度强迫下则7月达到峰值。弱天气尺度强迫下，仅历时1小时的短时强降水在粤北河源-梅州北部山区、粤东莲花山脉附近有次中心；历时2小时及以上的相对集中在粤西、珠江三角洲北部和粤东惠州-汕尾一带；3月肇庆-云浮和珠江口附近弱天气尺度个例占比高；7月粤北占比高；早晨07时在粤西阳江沿海有孤立的高频中心。
2022, 38(5): 651-661.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.059
摘要:
基于2008—2019年我国台风县(区)灾情的直接经济损失数据，根据经济损失率将台风灾害经济损失风险分为五类，考虑台风灾害的致灾因子和孕灾环境因子共选取10个解释变量，采用五种经典的机器学习算法，包括支持向量机(Support Vector Machine，SVM)、随机森林(Random Forest，RF)、AdaBoost、XGBoost(Extreme Gradient Boosting Machine)和LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)，分别构建台风灾害经济损失风险评估模型，选出准确率最高的模型，应用于经典台风过程并进行检验评估。结果表明：基于RF算法的台风灾害经济损失风险模型的准确率最高；利用RF、XGBoost、LightGBM、AdaBoost和SVM算法构建模型的准确率依次为0.69、0.63、0.62、0.45和0.41。选择RF算法构建的台风灾害经济损失风险模型的解释变量表明，致灾因子是最主要的解释变量，其中，降雨导致损失的重要性超过风速。该模型在训练集和测试集上对风险分类的TS评分为0.55和0.51，但对每种风险类别的辨别能力存在差异，对于最低风险和最高风险的分类效果较好，对于较高风险和中等风险的分类能力不足。利用该模型对2017年第13号台风“天鸽”的经济损失进行检验评估，评估结果与实际台风灾害经济损失的风险等级较一致，各风险等级的准确率均达到0.7以上，TS评分在0.58以上，空报率和漏报率分别在0.31和0.25以下。
基于2008—2019年我国台风县(区)灾情的直接经济损失数据，根据经济损失率将台风灾害经济损失风险分为五类，考虑台风灾害的致灾因子和孕灾环境因子共选取10个解释变量，采用五种经典的机器学习算法，包括支持向量机(Support Vector Machine，SVM)、随机森林(Random Forest，RF)、AdaBoost、XGBoost(Extreme Gradient Boosting Machine)和LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)，分别构建台风灾害经济损失风险评估模型，选出准确率最高的模型，应用于经典台风过程并进行检验评估。结果表明：基于RF算法的台风灾害经济损失风险模型的准确率最高；利用RF、XGBoost、LightGBM、AdaBoost和SVM算法构建模型的准确率依次为0.69、0.63、0.62、0.45和0.41。选择RF算法构建的台风灾害经济损失风险模型的解释变量表明，致灾因子是最主要的解释变量，其中，降雨导致损失的重要性超过风速。该模型在训练集和测试集上对风险分类的TS评分为0.55和0.51，但对每种风险类别的辨别能力存在差异，对于最低风险和最高风险的分类效果较好，对于较高风险和中等风险的分类能力不足。利用该模型对2017年第13号台风“天鸽”的经济损失进行检验评估，评估结果与实际台风灾害经济损失的风险等级较一致，各风险等级的准确率均达到0.7以上，TS评分在0.58以上，空报率和漏报率分别在0.31和0.25以下。
2022, 38(5): 662-670.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.060
摘要:
分别从质量控制级别、有效数据完整率、是否均一等方面考虑，选取安徽省51个气象站1981—2020年逐日10 min最大风速和2006—2020年逐日极大风速资料，基于最大风速资料应用阵风系数法构建1981—2005年极大风速，得到1981—2020年极大风速的长时间序列数据；对风速资料进行拟合适度检验，估算了安徽省不同重现期最大风速和极大风速的时间变化以及空间分布，并对极大风速序列延长前后重现期估算情况进行了对比。结果表明：(1) 利用阵风系数法构建的极大风速数据可信，可为因缺少长时间序列的极大风速观测而无法进行50年或者更长重现期估算提供参考；(2) 1981—2020年安徽省历年最大风速强度为12.38 m/s，极大风速强度为20.55 m/s，均为皖南低矮山区的风速值较低，沿江西部及江淮之间中部处于相对大值区；(3) 30年重现期最大风速为12.09~27.23 m/s，50年为12.64~29.01 m/s，均是石台站最小，桐城站最大；30年重现期的极大风速为23.51~39.56 m/s，50年为24.58~41.93 m/s，均为池州站最小，桐城站最大；(4) 短期的观测资料会降低重现期估算结果的可靠性。
分别从质量控制级别、有效数据完整率、是否均一等方面考虑，选取安徽省51个气象站1981—2020年逐日10 min最大风速和2006—2020年逐日极大风速资料，基于最大风速资料应用阵风系数法构建1981—2005年极大风速，得到1981—2020年极大风速的长时间序列数据；对风速资料进行拟合适度检验，估算了安徽省不同重现期最大风速和极大风速的时间变化以及空间分布，并对极大风速序列延长前后重现期估算情况进行了对比。结果表明：(1) 利用阵风系数法构建的极大风速数据可信，可为因缺少长时间序列的极大风速观测而无法进行50年或者更长重现期估算提供参考；(2) 1981—2020年安徽省历年最大风速强度为12.38 m/s，极大风速强度为20.55 m/s，均为皖南低矮山区的风速值较低，沿江西部及江淮之间中部处于相对大值区；(3) 30年重现期最大风速为12.09~27.23 m/s，50年为12.64~29.01 m/s，均是石台站最小，桐城站最大；30年重现期的极大风速为23.51~39.56 m/s，50年为24.58~41.93 m/s，均为池州站最小，桐城站最大；(4) 短期的观测资料会降低重现期估算结果的可靠性。
2022, 38(5): 671-679.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.061
摘要:
利用NCEP FNL分析资料及南京多普勒雷达观测，借助WRF模式，对2017年8月19日发生在长江中下游地区的一次中尺度对流系统(MCS)进行模拟和诊断分析。此次MCS组织模态PS(Parallel Stratiform)型和TS(Trailing Stratiform)型共存，开始为带状结构，最后演变为强弓状飑线。气旋切变和低空急流是此次过程的重要影响系统，而午后强烈发展的地面锋触发了此次强对流。在垂直风切变和冷池共同作用下，西侧初始对流发展为PS型模态，东侧发展为TS型模态。由于PS型模态的中低层垂直风切变发生转向，导致其消散。TS型模态附近冷池和垂直风切变相配合，且在后向入流(Rear Inflow Jets，RIJ)作用下发展成为强弓状飑线；RIJ受中低层涡旋对影响而发展增强，其中气旋式涡旋主要由涡度方程中拉伸项决定，而反气旋式涡旋则主要由倾侧项决定。
利用NCEP FNL分析资料及南京多普勒雷达观测，借助WRF模式，对2017年8月19日发生在长江中下游地区的一次中尺度对流系统(MCS)进行模拟和诊断分析。此次MCS组织模态PS(Parallel Stratiform)型和TS(Trailing Stratiform)型共存，开始为带状结构，最后演变为强弓状飑线。气旋切变和低空急流是此次过程的重要影响系统，而午后强烈发展的地面锋触发了此次强对流。在垂直风切变和冷池共同作用下，西侧初始对流发展为PS型模态，东侧发展为TS型模态。由于PS型模态的中低层垂直风切变发生转向，导致其消散。TS型模态附近冷池和垂直风切变相配合，且在后向入流(Rear Inflow Jets，RIJ)作用下发展成为强弓状飑线；RIJ受中低层涡旋对影响而发展增强，其中气旋式涡旋主要由涡度方程中拉伸项决定，而反气旋式涡旋则主要由倾侧项决定。
2022, 38(5): 680-693.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.062
摘要:
2021年7月16—17日，在大尺度鞍型背景场中长江中下游地区生成了准静止的β中尺度低涡系统，造成苏皖地区出现局地特大暴雨及雷暴大风天气。欧洲中心（EC）控制预报对低涡位置的描述较实况明显偏北，由此在降水预报中也呈现出较大偏差，给预报决策带来较大误导。采用EC控制和集合预报产品，并基于“预报挑战度（MFC）”和“可预报性演变指数（PHDX）”等客观方法对低涡及降水预报不确定性进行分析，并在此基础上探讨模式偏差成因，得到以下结论：（1）对流层低层低涡东侧西南气流和东南气流的辐合以及低空急流的水平涡度输送是低涡发展的主要动力因素，而低涡东侧和南侧降水的潜热释放则构成低涡发展的热力因素；（2）EC控制预报不同起报时次均出现低涡位置偏北及雨带预报偏北现象，其集合预报产品离散度无法覆盖实况降水，揭示了此次过程的低可预报性，MFC和PHDX则能够客观指示此次过程低可预报性；（3）前期模式对低涡南侧西南气流南风分量预报偏大及对东侧辐合区刻画偏北造成前期东段降水偏北，而后在潜热释放、低空急流与低涡正反馈机制影响下，偏北的降水区造成低涡进一步预报偏北，最终导致整个时段预报较观测呈现巨大差异。
2021年7月16—17日，在大尺度鞍型背景场中长江中下游地区生成了准静止的β中尺度低涡系统，造成苏皖地区出现局地特大暴雨及雷暴大风天气。欧洲中心（EC）控制预报对低涡位置的描述较实况明显偏北，由此在降水预报中也呈现出较大偏差，给预报决策带来较大误导。采用EC控制和集合预报产品，并基于“预报挑战度（MFC）”和“可预报性演变指数（PHDX）”等客观方法对低涡及降水预报不确定性进行分析，并在此基础上探讨模式偏差成因，得到以下结论：（1）对流层低层低涡东侧西南气流和东南气流的辐合以及低空急流的水平涡度输送是低涡发展的主要动力因素，而低涡东侧和南侧降水的潜热释放则构成低涡发展的热力因素；（2）EC控制预报不同起报时次均出现低涡位置偏北及雨带预报偏北现象，其集合预报产品离散度无法覆盖实况降水，揭示了此次过程的低可预报性，MFC和PHDX则能够客观指示此次过程低可预报性；（3）前期模式对低涡南侧西南气流南风分量预报偏大及对东侧辐合区刻画偏北造成前期东段降水偏北，而后在潜热释放、低空急流与低涡正反馈机制影响下，偏北的降水区造成低涡进一步预报偏北，最终导致整个时段预报较观测呈现巨大差异。
2022, 38(5): 694-703.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.063
摘要:
利用DEM高程数据和2008—2020年重庆地区ADTD闪电定位资料，研究了重庆地区复杂地形影响下的地闪活动特征。结果表明：（1）重庆地区地闪活动空间分布具有明显的区域性差异，且与地形及海拔高度密切相关，整体表现为自西向东，由盆地、丘陵到高山山地区域地闪活动逐渐减弱，正地闪占比逐渐增大的特征；（2）重庆地区地闪活动年际变化分布不均，月变化呈单峰型，7月为峰值，主要集中在4—9月，占全年的96.3%，日变化呈双峰型，夜间峰值集中在00:00—04:00，白天峰值集中在14:00—18:00，08:00—12:00为地闪活动最弱时段；（3）地闪活动月、季节尺度变化主要受大尺度天气系统支配，地形及海拔高度对地闪活动影响主要体现在日变化的显著差异上，在海拔1 000 m以下的盆地、丘陵和低山区域，夜间地闪频数明显多于白天，具有夜间主导型特征，海拔1 000 m以上的高山山地区域，白天地闪频数多于夜间，具有白天主导型特征，海拔高度越高，闪电越易出现在白天；（4）正地闪强度明显大于负地闪，地形及海拔高度变化对地闪强度影响不明显。
利用DEM高程数据和2008—2020年重庆地区ADTD闪电定位资料，研究了重庆地区复杂地形影响下的地闪活动特征。结果表明：（1）重庆地区地闪活动空间分布具有明显的区域性差异，且与地形及海拔高度密切相关，整体表现为自西向东，由盆地、丘陵到高山山地区域地闪活动逐渐减弱，正地闪占比逐渐增大的特征；（2）重庆地区地闪活动年际变化分布不均，月变化呈单峰型，7月为峰值，主要集中在4—9月，占全年的96.3%，日变化呈双峰型，夜间峰值集中在00:00—04:00，白天峰值集中在14:00—18:00，08:00—12:00为地闪活动最弱时段；（3）地闪活动月、季节尺度变化主要受大尺度天气系统支配，地形及海拔高度对地闪活动影响主要体现在日变化的显著差异上，在海拔1 000 m以下的盆地、丘陵和低山区域，夜间地闪频数明显多于白天，具有夜间主导型特征，海拔1 000 m以上的高山山地区域，白天地闪频数多于夜间，具有白天主导型特征，海拔高度越高，闪电越易出现在白天；（4）正地闪强度明显大于负地闪，地形及海拔高度变化对地闪强度影响不明显。
2022, 38(5): 704-714.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.064
摘要:
云微物理过程是影响台风降水数值模拟的关键过程。利用华东中尺度模式系统，选取Thompson与CLR两种微物理参数化方案对台风“利奇马”进行数值模拟，对比观测、卫星资料，评估两个微物理参数化方案对台风模拟的影响，结果表明：相比于Thompson方案，CLR方案对台风“利奇马”的模拟在登陆后的路径、强度、降水明显更接近观测；Thompson方案在距离台风中心约100 km形成较强的螺旋雨带，而CLR方案在距离台风中心150 km左右的位置形成了较弱的螺旋雨带。进一步的分析表明，CLR方案模拟出的外围雨带距离台风中心的距离更远，是由于CLR方案中冰、霰等冰相态水凝物下落速度更小，更有可能被推送到距离台风中心更远的位置，从而形成不同的雨带分布。
云微物理过程是影响台风降水数值模拟的关键过程。利用华东中尺度模式系统，选取Thompson与CLR两种微物理参数化方案对台风“利奇马”进行数值模拟，对比观测、卫星资料，评估两个微物理参数化方案对台风模拟的影响，结果表明：相比于Thompson方案，CLR方案对台风“利奇马”的模拟在登陆后的路径、强度、降水明显更接近观测；Thompson方案在距离台风中心约100 km形成较强的螺旋雨带，而CLR方案在距离台风中心150 km左右的位置形成了较弱的螺旋雨带。进一步的分析表明，CLR方案模拟出的外围雨带距离台风中心的距离更远，是由于CLR方案中冰、霰等冰相态水凝物下落速度更小，更有可能被推送到距离台风中心更远的位置，从而形成不同的雨带分布。
2022, 38(5): 715-730.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.065
摘要:
通道选择是红外高光谱探测资料同化的关键技术。为了最大限度提取红外高光谱探测资料观测信息，减少模式在青藏高原等常规观测稀少地区的初始场的误差，不同区域需要选取不同通道进行同化。基于信号自由度的通道选择方法提出一种面向资料同化的红外高光谱资料的局地综合通道选择方案，该方案综合考虑了局地的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、仪器通道的雅克比函数、权重函数和其他影响红外高光谱模拟和同化的因素。针对CMA_GFS（原GRAPES_GFS）全球背景误差协方差，在高原和海洋两个典型区域对FY-3D/HIRAS红外高光谱资料的温度通道进行局地综合通道选择，并通过一维变分同化评估了局地综合通道选择方案对分析场的影响。结果表明，高原和海洋两个典型区域的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、模式垂直分层以及各通道的雅克比函数和权重函数均有明显的差异，选出的敏感通道也明显不同，相比较在其他区域选择出的通道，在对应地区选择的通道能够显著提高红外高光谱资料的同化效果。
通道选择是红外高光谱探测资料同化的关键技术。为了最大限度提取红外高光谱探测资料观测信息，减少模式在青藏高原等常规观测稀少地区的初始场的误差，不同区域需要选取不同通道进行同化。基于信号自由度的通道选择方法提出一种面向资料同化的红外高光谱资料的局地综合通道选择方案，该方案综合考虑了局地的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、仪器通道的雅克比函数、权重函数和其他影响红外高光谱模拟和同化的因素。针对CMA_GFS（原GRAPES_GFS）全球背景误差协方差，在高原和海洋两个典型区域对FY-3D/HIRAS红外高光谱资料的温度通道进行局地综合通道选择，并通过一维变分同化评估了局地综合通道选择方案对分析场的影响。结果表明，高原和海洋两个典型区域的大气温度垂直分布特征、背景误差协方差、模式垂直分层以及各通道的雅克比函数和权重函数均有明显的差异，选出的敏感通道也明显不同，相比较在其他区域选择出的通道，在对应地区选择的通道能够显著提高红外高光谱资料的同化效果。
2022, 38(5): 731-739.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.066
摘要:
台风的发展维持受制于自身(内部结构)及与下垫面间的通量传输过程，利用台风“利奇马”登陆前后的涡动相关仪观测数据，分析台风过境前后地面要素变化及动量通量特征。分析结果表明：台风过境期间，地面气象要素在短时间内出现急剧的变化，动量通量在台风登陆过程中显示出“三峰”的结构，对应的摩擦速度随风速的变化以10 m/s为分界线，低风速下呈现明显的正相关性，高风速时则慢慢转为持平甚至回落；能谱分析中，峰值主要存在于0.000 2 Hz和0.06 Hz的位置上，另有一位于0.001 Hz外的较弱峰值；能量贡献上，大尺度系统占据主导作用，但中尺度对流系统与湍流尺度运动在能量贡献中同样不可忽视。
台风的发展维持受制于自身(内部结构)及与下垫面间的通量传输过程，利用台风“利奇马”登陆前后的涡动相关仪观测数据，分析台风过境前后地面要素变化及动量通量特征。分析结果表明：台风过境期间，地面气象要素在短时间内出现急剧的变化，动量通量在台风登陆过程中显示出“三峰”的结构，对应的摩擦速度随风速的变化以10 m/s为分界线，低风速下呈现明显的正相关性，高风速时则慢慢转为持平甚至回落；能谱分析中，峰值主要存在于0.000 2 Hz和0.06 Hz的位置上，另有一位于0.001 Hz外的较弱峰值；能量贡献上，大尺度系统占据主导作用，但中尺度对流系统与湍流尺度运动在能量贡献中同样不可忽视。
2022, 38(5): 740-753.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.069
摘要:
基于中尺度WRF模式，研究了无背景气流环境假设条件下理想热带气旋中低层大气多尺度涡旋运动的发展演变特征。精确的尺度分离是基于傅里叶变换实现的，且原始涡度场被划分为三个尺度范围：系统尺度(大于150 km)、中间尺度(50~150 km)、对流尺度(小于50 km)。研究结果表明：热带气旋的非轴对称本质主要是由于中间尺度和对流尺度上的运动造成的，且中间尺度涡度演变特征与热带气旋增强的阶段性有很好的对应关系，尤其是其快速增强阶段；全尺度涡度收支特征主要表现为两两抵消效应：STR/HAD和TIL/VAD，且前者的净贡献明显强于后者；系统尺度涡度收支特征与全尺度基本一致，但中间尺度涡度收支表现出明显不同特征：积分70 h之前，各收支项均表现出了与系统尺度相反的贡献，之后，各收支项的符号转变与系统尺度相同，但收支项净贡献明显大于系统尺度。总的来说，水平分辨率5 km下模拟的理想热带气旋的快速增强主要与中间尺度上STR/HAD净贡献的快速增长有关。此外，进一步研究了特定时段中间尺度涡度收支项的空间演变，结果表明：在热带气旋增强阶段，各收支项均在涡旋内核的轴对称化中有不可忽视的作用，且TIL在中心负涡度异常衰退、最终变为正涡度过程中起主导作用。
基于中尺度WRF模式，研究了无背景气流环境假设条件下理想热带气旋中低层大气多尺度涡旋运动的发展演变特征。精确的尺度分离是基于傅里叶变换实现的，且原始涡度场被划分为三个尺度范围：系统尺度(大于150 km)、中间尺度(50~150 km)、对流尺度(小于50 km)。研究结果表明：热带气旋的非轴对称本质主要是由于中间尺度和对流尺度上的运动造成的，且中间尺度涡度演变特征与热带气旋增强的阶段性有很好的对应关系，尤其是其快速增强阶段；全尺度涡度收支特征主要表现为两两抵消效应：STR/HAD和TIL/VAD，且前者的净贡献明显强于后者；系统尺度涡度收支特征与全尺度基本一致，但中间尺度涡度收支表现出明显不同特征：积分70 h之前，各收支项均表现出了与系统尺度相反的贡献，之后，各收支项的符号转变与系统尺度相同，但收支项净贡献明显大于系统尺度。总的来说，水平分辨率5 km下模拟的理想热带气旋的快速增强主要与中间尺度上STR/HAD净贡献的快速增长有关。此外，进一步研究了特定时段中间尺度涡度收支项的空间演变，结果表明：在热带气旋增强阶段，各收支项均在涡旋内核的轴对称化中有不可忽视的作用，且TIL在中心负涡度异常衰退、最终变为正涡度过程中起主导作用。
2022, 38(5): 754-764.
doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.070
摘要:
利用自动站观测资料、多普勒雷达资料、ERA5 0.25 °×0.25 °再分析资料及WRF数值模拟资料，对2018年5月19—20日发生在重庆武陵山区一次暖区暴雨过程中尺度环境条件及中小尺度对流系统演变、触发和维持机制等进行分析。结果表明：（1）此次过程无明显冷空气强迫，斜压性弱，边界层高温高湿，对流层中下层存在明显条件不稳定层结；（2）石桥强降水中小尺度对流系统演变主要有3个阶段：分散对流组织成东西向带状对流、带状对流断裂后雨团准静止维持、东北-西南向带状对流快速重建；（3）沿武陵山脉分布的边界层辐合线触发雷暴发生，强回波单体沿辐合线移动和加强，形成“列车效应”；（4）石桥东部山顶雷暴冷池出流下山，与环境暖湿气流和地形作用共同维持石桥强降水；（5）山区地形对降水有重要影响，近地面偏东风与石桥西部山体相互作用形成局地气旋性小涡旋触发降水，而受到石桥东部山体阻挡作用，地形性涡旋移速变慢，利于强降水维持。
利用自动站观测资料、多普勒雷达资料、ERA5 0.25 °×0.25 °再分析资料及WRF数值模拟资料，对2018年5月19—20日发生在重庆武陵山区一次暖区暴雨过程中尺度环境条件及中小尺度对流系统演变、触发和维持机制等进行分析。结果表明：（1）此次过程无明显冷空气强迫，斜压性弱，边界层高温高湿，对流层中下层存在明显条件不稳定层结；（2）石桥强降水中小尺度对流系统演变主要有3个阶段：分散对流组织成东西向带状对流、带状对流断裂后雨团准静止维持、东北-西南向带状对流快速重建；（3）沿武陵山脉分布的边界层辐合线触发雷暴发生，强回波单体沿辐合线移动和加强，形成“列车效应”；（4）石桥东部山顶雷暴冷池出流下山，与环境暖湿气流和地形作用共同维持石桥强降水；（5）山区地形对降水有重要影响，近地面偏东风与石桥西部山体相互作用形成局地气旋性小涡旋触发降水，而受到石桥东部山体阻挡作用，地形性涡旋移速变慢，利于强降水维持。
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