ISSN 1004-4965

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自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用

李斌 吴立广

李斌, 吴立广. 自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用[J]. 热带气象学报, 2019, 35(6): 789-800. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.071
引用本文: 李斌, 吴立广. 自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用[J]. 热带气象学报, 2019, 35(6): 789-800. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.071
Bin LI, Li-guang WU. APPLICATION OF AUTOMATIC METEOROLOGICAL STATION DATA IN THE SIMULATION OF A SQUALL LINE IN NORTH JIANGSU PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(6): 789-800. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.071
Citation: Bin LI, Li-guang WU. APPLICATION OF AUTOMATIC METEOROLOGICAL STATION DATA IN THE SIMULATION OF A SQUALL LINE IN NORTH JIANGSU PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(6): 789-800. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.071

自动气象站资料在模拟苏北一次飑线过程中的应用

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.071
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划(973计划) 2015CB452803

国家自然科学基金 41730961

国家自然科学基金 41675051

详细信息
    通讯作者:

    吴立广,男,美国,教授,博士,从事台风机理、气候变化对台风影响、台风灾害评估和台风预报研究。E-mail: liguang@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P445

APPLICATION OF AUTOMATIC METEOROLOGICAL STATION DATA IN THE SIMULATION OF A SQUALL LINE IN NORTH JIANGSU PROVINCE

  • 摘要: 为了研究自动气象站资料在模拟中国东部飑线过程中的影响,利用WRF模式模拟了2009年6月14日发生在苏北地区的一次飑线过程。首先设计了两个数值试验,两个试验都只用FNL资料作为初始场和边界条件,但是模拟开始时间分别为北京时间10时和08时,离观测的飑线过程开始时间分别有3 h和5 h。在10时开始的试验(控制试验)中,模拟飑线过程时间上有3~4 h延迟,空间上向东偏移了100 km左右,但是试验可模拟出与观测相似的飑线发展过程,即对流从山东省南部开始、飑线弓形回波在江苏北部成熟和在江苏南部消亡的过程。而在08时开始的试验中(对比试验),没有能够模拟出与观测相似飑线发展过程,降水范围和飑线水平尺度偏小,对流强度明显偏弱,时间上比控制试验更晚。分析发现,FNL资料中的相对湿度低于观测,通过增加低层水汽,可提高模拟效果,对流触发时间也与观测更加接近。在加入地面自动气象站资料的敏感性实验中,对流触发时间比控制试验提前1 h,可模拟出与观测相似的飑线发展过程。因此,低层水汽对这次飑线过程模拟具有重要影响,在飑线数值模拟中加入地面自动气象站加密观测资料可有效提高模拟能力。

     

  • 图  1  a.南京雷达站点所观测到的13、15、17和22时雷达回波(阴影)和受此次飑线过程影响的主要城市名称、位置;b.控制试验中模拟的3 km高度上17、19、21、23时和01时时刻雷达回波(阴影)和1 km高度上1 m/s的上升运动(等值线)。

    本次研究中的数值模拟区域,分别用D01、D02和D03标出。

    图  2  a.各站点观测的此次飑线过程1400—2200 BST的累积降水(单位:mm);b. a中怀远、蚌埠、滁州和镇江四个站点(方块)的10 min降水(柱状,单位:mm)和2 min平均风速(折线,单位:m/s),各站点颜色和柱状图、折线图的颜色相对应。

    图  3  a. 2009年6月14日14时FNL再分析资料显示的500 hPa位势高度(等值线,单位:m),风场(矢干,单位:m/s)和大气水汽含量大于24 kg/m2的分布(阴影,单位:kg/m2);b. 2009年6月14日14时对流发生位置的T-lnP图以及不同高度上的风场。

    图  4  OBS-Nudging技术路线

    图  5  CTL(a)和EXP-C(b)的飑线过程累积降水

    单位: mm。

    图  6  控制实验中飑线发展成熟期3 km高度上的水平结构

    阴影为雷达回波,矢量为风场(单位:m/s)。

    图  7  沿图 6黑线的飑线垂直结构

    a.阴影为雷达回波(单位:dBz),等值线为垂直运动(单位:m/s),流线为风场;b.阴影为扰动气压(单位:hPa),流线为风场,绿色等值线为降水率(单位:g/kg),黑色虚线为温度扰动场(单位:℃)。

    图  8  CTL中(a、b)和EXP-C中(c、d)对流触发时刻(a、c)和飑线成熟期(b、d)的雷达回波(阴影,单位:dBz)以及风场(矢量,单位m/s)

    图  9  a. EXP-C中的CAPE(单位:J/kg)减去CTL中CAPE的差值(阴影);b. EXP-C中0~3 km垂直风切变(单位:m/s)减去CTL中垂直切变的差值(阴影和矢量);c. EXP-C中在对流触发地区(a中的方框)区域平均的比湿(等值线,单位:g/kg)与温度(阴影,单位:℃)减去CTL中的差值随时间的变化。

    图  10  将CTL中的比湿(a)和温度(b)分别替换EXP-C中的气象参数之后的CAPE值与原来的差值(单位:J/kg);c.对流触发区域中观测站的相对湿度平均值(黑线,单位:%),各站点相对湿度变化范围(阴影,单位:%)随时间变化以及EXP-C中的相对湿度变化(红线,单位:%)。

    图  11  整层大气(a)和500 hPa以下的大气(b)中的相对湿度加上10%后模拟的飑线过程累积降水(阴影,单位:mm)

    图  12  1800 BST时刻EXP-S与EXP-C中距离地面2 m高度上的相对湿度的差值(阴影,单位:%)

    图  13  EXP-S中对流触发时刻(a)和飑线成熟期(b)的雷达回波(阴影)和水平风场(矢量,单位:m/s)

    图  14  沿上图黑线的飑线垂直结构

    阴影为雷达回波,红黑色等值线为垂直运动(单位:m/s),流线为风场,黑色等值线为温度异常场(单位:℃)。

    表  1  试验名称及设计

    试验名称试验内容
    CTL模拟时间从6月14日10时开始
    EXP-C模拟时间从6月14日08时开始
    EXP-S模拟时间从6月14日08时开始,加入观测站数据
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-03
  • 修回日期:  2019-09-18
  • 刊出日期:  2019-12-01

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