基于LAPS的上海市中尺度天气分析和同化技术研究

【摘要】：中尺度对流性天气是一种突发性强的灾害性天气。因此,在天气预报业务特别是短时、临近预报工作中,预报员需要一种能快速处理、融合来自不同时空精度和观测平台的大量数据的技术平台；而LAPS作为一种能融合多种观测数据的局地分析预报系统,己被不少国家、地区成功移植使用。本研究在上海市气象局LAPS系统研究工作基础上,以长三角地区为计算区域,开展LAPS系统对多种数据的融合检验以及上海城市效应对局地对流性天气的影响分析,并重点进行了LAPS在上海局地对流性天气中尺度分析中的应用研究。主要研究结果如下： (1)融合检验结果表明,LAPS融合地面、探空数据对于三维风场的改善效果明显,能表现更多的中小尺度扰动信息。LAPS对多普勒雷达的经向风数据具有一定的融合能力,多部雷达数据的融合效果明显优于单部的融合。基于雷达拼图,比较LAPS分析风场与1°×1°的NCEP再分析风场,前者与雷达回波的对应较好。 (2)独特的“临海依湖”特征,对上海夏季热岛、海陆风(湖陆风)和水汽输送都有明显影响,并进一步影响中尺度对流天气的发生、发展。主要表现为低层湖风(偏西风)和海风(偏东风)形成弱辐合并维持,提供了一定的触发机制；而其携带的太湖和东海的充沛水汽,弥补了上海干岛效应对水汽供应的不足。同时,弱的环境风场下较明显的热岛中心(热岛强度约为2℃)和高能区(CAPE3500J/kg)为对流提供了有利的热力条件。 (3)2010年夏季上海两次强对流天气过程的中小尺度特征分析表明,中低层700hPa附近的切变、辐合配合显著流线,提供了动力抬升机制并触发不稳定能量；旧单体的出流阵风锋易激发新单体。 (4)上海中尺度对流天气形成阶段的主要特征为中层以下为正涡度、辐合运动和垂直风速切变大值区,底层不稳定能量快速增加；最大上升速度和无辐散层发展至高层。成熟阶段的主要特征为辐合区发展至200hPa左右的高层,上升气流在中层垂直风切变和下沉气流共同作用下倾斜,而使得下沉拖曳作用减弱。消亡阶段的主要特征为中低层正涡度区、辐合区迅速缩小,垂直风切变减弱；单体底部被下沉气流控制,垂直环流结构被破坏。 (5)分析表明,LAPS三维风场配合雷达反射率因子场、地面热力学参数场(CAPE、K指数等)对对流单体类型、强度和生命史长短的判断有较好参考价值。并在此基础上,从动力、热力和水汽输送三个方面提出了基于LAPS的上海中尺度天气分析辅助方案。