基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3Dvar(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36、12、4 km嵌套网格进行快速更新循环同化和不同的微物理及积云对流参数化方案对比试验,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了研究。结果表明,快速更新循环同化地面观测资料是影响模式降水落区预报准确性的关键因素,不同的微物理和积云对流参数化方案主要影响降水强度预报。采用不同的微物理参数化方案和积云对流参数化方案进行降水预报对比试验表明,LIN方案和WSM6(WRF Single-Moment 6-class)微物理参数化方案对降水预报均较好,LIN方案降水预报较WSM6方案略强。4 km网格预报使用K-F(Kain-Fritsch)积云对流参数化方案或不使用积云对流参数化方案,预报的降水均较好。4 km网格使用旧的K-F积云对流参数化方案,预报的近地层大气风场偏弱,导致大气动力抬升作用偏弱,从而造成模式降水预报偏弱。
2018年第14号台风“摩羯”对山东造成了大范围暴雨和大风天气,基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其Hybrid-3DVAR混合同化预报系统,对Hybrid-3DVAR不同集合协方差比例和不同航空气象数据转发(aircraft meteorological data relay,以下简称AMDAR)资料同化时间窗对台风“摩羯”预报的影响进行了数值研究。结果表明:加大集合协方差比例对台风“摩羯”路径预报有较大影响和改进;当全部取来自集合体的流依赖误差协方差时,预报的台风路径最好,降水预报也最接近实况;AMDAR资料同化对于台风路径和降水预报也有正的改进作用,但加大集合协方差比例到100%时对台风路径预报影响更大;不同资料同化时间窗会影响同化的AMDAR资料数量,从而影响台风降水精细化预报;45 min同化时间窗的要素预报误差最小,对台风造成的强降水精细特征预报最接近实况;不同资料同化时间窗主要影响台风降水预报落区分布,对台风路径预报影响相对较小。
2018年第14号台风“摩羯”8月14日北上影响山东期间,在台风东南侧鲁中以东地区出现了台风外围螺旋雨带,导致多地出现短时强降水。基于雷达、逐小时降水量、地面、探空、飞机报资料,并利用美国WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行数值试验,对螺旋雨带的特征及成因进行了研究。研究结果表明:外围螺旋雨带是由多条线状对流系统合并发展而成。台风外围螺旋雨带表现出较明显的前导层状(LS)降水线状中尺度对流系统(MCS)的特征,即线状MCS由多个对流单体组成,对流为后向发展,且存在多次较强线状MCS由侧面并入线状MCS的过程。强降水主要出现在线状对流系统成熟阶段。强降水水汽主要来自850 hPa以下台风周边的近地层大气。对流发生前,山东上空中低层受高温高湿热力不稳定大气控制,风随高度顺时针旋转,有利于对流系统发展。随着台风缓慢北上,500 hPa高空有冷空气向下侵入,在台风东南侧鲁中地区900 hPa以下出现西南风和偏南风、以及偏南风和东南风气流的局地辐合,辐合动力抬升触发不稳定大气能量释放,激发出多条局地线状对流系统。对流系统沿引导气流向北发展,西侧对流系统向北发展同时向东北方向移动,并与前部线状对流系统多次合并加强,逐渐形成细长的外围螺旋雨带。对流发生过程中上升气流明显强于下沉气流,在成熟阶段对流系统的前方低层出现干冷下沉气流,600 hPa以上高度的对流区随高空引导气流快速东移,对流系统迅速减弱。同化AMDAR飞机报资料可以改进WRF模式台风路径和风场预报,准确预报出对流系统的动力触发机制,从而准确预报出台风外围螺旋中尺度雨带的发生。
