中尺度天气

气象学术语

中尺度天气按成因大致分为两类，一类由大尺度内部不稳定激发生成，如锋生、飑线等，基本不受下垫面强迫而产生，较少在固定区域；另一类由下垫面热力或机械强迫作用而产生，如海陆风、山谷风等，其控制因子固定或呈周期性变化，可在大尺度系统较弱环境下重复出现。如果二者相互结合和影响，即由大尺度内部不稳定激发生成的中尺度系统受下垫面热力或地形强迫作用而进一步加强，则会造成局地极大灾害。

概念

中尺度天气分析所用资料，有以下各项：1．气压——用转速较快，灵敏度较高的自记气压计，一般是半日或一日转动一周者。用这种材料作气压分布，变化及气压梯度的分析。并且根据正式发报台站的每小时气压记录，订正其他各站的海平面气压。

2．温度——半日及7日转动一周的自记仪器和温度表，由于12小时的温度自记记录，其精确度较差，故还需用其他温度记录加以校正。

3．风——地面观测、特殊观测和校正观测的三种记录。

4．降水——日降水量、每小时降水量及降水起迄时间。

5．云——地面观测记录。

6．雷达报告。

7．高空观测——测风，探空报告等。

8．风暴报告——报纸或其他报告中关于风暴的报告，多采自国家综合出版的气候记录，当其发生地点与时间已知时。

中尺度天气系统

已经知道的中尺度天气系统有以下几种：雷暴高压、中高压(脊)、中低压(槽)，尾低压、气压偶、伪冷锋、飕线，气压跳跃线、龙卷气旋等。

中尺度天气系统的发生和发展，与一定的大尺度天气条件及地理环境等有关，如飑线中约有70%以上在冷锋锋前或冷锋附近，台线的产生多数与高空冷空气活动有关。在中、低纬度及暖湿地区所发现的中、小系统要比高纬度多，这虽不能就认为是高纬度的中、小系统一定就比较少，但有人认为中，低纬度的中尺度系统可能比高纬度活跃。中尺度系统以在冷锋附近、低气压区及暖区中发生较多，尤其是暖舌顶端。此外，中系统常发生于对流性不稳定，低空潮湿而上空干燥，低层有较强的偏南或暖湿气流，高空有冷空气等情况下。不过，在冷空气中亦有中系统，并可移入暖区，如贝吉隆(Bergeron)即曾发现冶锋后的气压跳跃线，这个中系统越过冷锋继续向前推进。

中尺度天气系统的水平尺度一般为15—300公里，其中，中高、低压等出现初期的直径约10—100公里，后期可扩展到约二、三百公里，大的可达500公里。个别的中尺度槽及飑线或气压跳跃线等。其长度达几百以至上千公里。其垂直尺度，多不超过5公里，系近地面层的天气系统。在国内中低压的分析中发现，中低压最强时其垂直尺度可高达700毫巴，其他时间则不到700毫巴，中低压到700毫巴层时大为减弱，到400毫巴层完全消失。雷暴高压的冷中心到5000尺处消失，另一例子的分析，地面中尺度低压槽到850毫巴几乎完全消失。

中尺度天气系统的要素场梯度，一般很大，超出我们对大尺度系统所具有的概念。如水平气压梯度约4mb/8.5公里，水平温度梯度约3℃/16公里，甚至5℃/16公里的水平温度梯度也常见。中低压移过时曾出现过气压下降6mb/1小时，5mb/15分钟及2.3mb/4分钟等记录，按这样强大的水平气压梯度推算，其相应的地转风速可达200—500米/秒(自然，在中系统中，按地转风关系来推算是不合适的)，因此，在中系统过境时，常遇到强烈的破坏性大风。中系统的露点梯度可达1.5℃/1.6公里，局地加速一般比大尺度系统大一级，达10-8米/秒2。

利用中尺度天气预报模式预报大气光学湍流

研究背景

第五代中尺度模式MM5是近年来由美国大气研究中心(NCAR)和宾夕法尼亚大学(PSU)在MM4基础上联合研制发展起来的中尺度数值预报模式，已被广泛应用于热带风暴、中纬度气旋锋面系统、暴雨、中尺度对流系统等中尺度现象的研究，是气象领域应用最广泛的中尺度数值预报模式之一。运用中尺度天气预报模式进行光学湍流的预报研究是一项具有挑战性的工作。90年代末美国空军研究实验室开展了将MM5应用到大气光学湍流预报的研究。其基本思路是采用适合的光学湍流参数化模型，结合MM5输出的常规气象参数预报光学湍流。运用Dewan提出的外尺度参数化公式实现了光学湍流的预报。由于受MM5模式空间分辨率的限制，该方法还只能对光学湍流进行粗略估算。为解决这一问题，提出在运行MM5模式时应结合大涡模拟和动态适应格点方法，以得到高空间分辨率的常规气象参数，提高光学湍流的预报精度．光学湍流预报的另一种思路是解湍流动能e(TKE)的收支方程，得到湍流动能耗散率￡，预报出C2n(h)。将MESO-NH中尺度模式用于光学湍流廓线以及天文参数的预报，取得相当成功的效果。国内关于这方面的研究尚未见报道。研究简要介绍MM5模式，并结合Dewan光学湍流参数化方法预报了合肥、库尔勒和东山三地的C2n48小时变化情况。

MM5模式

图1是整个MM5模式系统的结构框架图，给出了模式的模块次序、数据流程以及各模块主要功能的简短说明．其中主要模块为TERRAIN，REGRID，LITTLE—R或RAWINS，IN—TERPF，MM5，其余还有GRAPH或RIP，NEST—DOwN，INTERPB．TERRAIN用来确定模式运行区域、网格大小和地表参数等，地形分辨率从1°到30”共有6种，最细的为30”，约0.925km；REGRID用于把来自全球或者大区域模式的等压面资料插入到TERRAIN确定的中尺度格点形成初始场；LITTLE—R与RAWINS都是为了利用各种观测资料对初始场进行订正，做客观分析；INTERPF功能是把等压面资料变换到MM5运行所需要的等盯面上，并确定模式运行时垂直方向的分辨率，形成模式的初始场和边界条件；MM5是模式的核心部分，在这个模块中进行各种参数化设置，做数值预报；INTERPB是将MM5的输出从盯层面插值到P层面；GRAPH与RIP模块产生简单的诊断量和某些标准气象变量的图形；NESTDOWN模块用于对盯坐标数据从粗网格到细网格的水平插值。

研究结论

简要介绍中尺度天气预报模式MM5，结合Dewan光学湍流参数化模式预报了合肥、库尔勒和东山这三个代表副热带内陆、沙漠和东南沿海典型地区的48h折射率结构常数，结果体现了折射率结构常数随高度变化的一般规律，取得了一定成果。然而由于观测数据的缺乏，并未作客观分析和数据同化，而模式分辨率尤其是垂直方向较低可能是影响预报效果的重要因素，该初步尝试、尚未与实测湍流探测做对比，其正确性有待深入研究，此外物理参数化设置未参考当地气象部门，这也可能导致预报不准确。

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