湖南强对流天气特征统计分析与数值模拟研究

【摘要】：湖南的强对流天气主要有冰雹、雷雨大风、短时强降水、强雷暴等,具有很强的致灾性。进行强对流系统的统计分析和数值模拟技术研究可以为提高灾害性天气的预报、预警能力提供基础。本文通过对湖南天气系统的环流背景及强对流发生、发展过程等方面进行探讨,揭示了湖南强对流天气的气候特征和雷达回波特征。结果表明： (1)湖南冰雹的出现频率总的分布趋势是西北多,东南少,季节性明显,冰雹大多出现于春季,日变化也十分明显,多在午后至傍晚出现；雷达回波特征包括三体散射、钩状回波、有界弱回波和高VIL值。 (2)湖南雷雨大风出现的主要季节在盛夏,一天内以16时出现最多,持续时间一般为2min;冰雹在雷达回波图上的表现特征同样适用于雷雨大风,但雷雨大风还有其自己的另外一些特征,如弓形回波、线性回波、飑线、低层强风等。 (3)湖南短时强降水5月一般是山区大于湖区平原和丘陵,6月是北部大于南部；副高的北推对24h降水极值的分布和增强都有比较明显的影响；回波特征主要有大面积回波、并入型回波、列车效应型回波和合并型回波。 同时,本文利用美国Oklahoma大学风暴分析预测中心CAPS (the center for Analysis and Prediction of Storms)开发的中尺度ARPS(The Advanced Regional Prediction System)模式,通过对湖南强对流典型个例的雷达资料三维变分同化模拟试验,分析了该技术对湖南强对流天气的同化特点和模拟能力。结果表明： (1)对2009年3月21日飑线个例的单部多普勒天气雷达资料的三维变分同化结果表明,较之同化前的回波,同化后回波的位置和发展趋势与灾害发生地点更吻合,但是回波强度偏弱。在同化了径向风之后,风场发生了明显的变化,风力最大区域与强回波最强区域及其移动方向有了更好的对应关系。 (2)对2010年5月5日短时强降水个例的双多普勒天气雷达资料的三维变分同化结果表明,同化后雷达反射率强度不仅比同化前加强了,而且对落区有更好的指示作用；改善了风场中尺度结构的描述,使得模式初值包含了更丰富、更合理的中尺度信息。 (3)通过两个个例表明,加入两部雷达资料进行变分同化的结果要优于单部雷达,对回波强度和风场结构都有了很大的改进。表明同化的中尺度初始风场信息越多,初始场的质量越高,降水模拟效果越好。