一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

台风Lekima(1909)登陆前后动热力结构变化对浙江极端降水的影响

利用NCEPFNL 1°×1°的全球再分析资料、FY-2F卫星相当黑体亮温TBB资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水资料和多普勒天气雷达资料,重点分析了台风Lekima(2019)发展演变过程中的动热力结构变化和水汽分布特征与浙江极端强降水之间的关系.台风Lekima(2019)近海急剧加强为具有特殊双...     

Winnie(9711)台风变性加强过程中的降水变化研究

热带气旋变性过程是其结构、强度及其风雨分布发生显著变化的过程,常导致预报失败。基于T106格点分析资料、日本气象厅TBB资料以及MM5V3数值模式结果,对9711号台风Winnie变性加强过程中的降水变化特征及其机理进行研究。结果表明,Winnie台风变性加强过程中降水分布非对称性明显,强降水带首先出现在台风环流北部,之后向南弯曲,其强降水中心绕台风中心从北部顺时针转向东北和东南部。这种降水变化一方面与Winnie与西风带高空槽相互作用过程中环境风垂直切变明显增大,且其指向顺时针旋转有关。此间台风垂直结构发生明显倾斜,变性前期涡旋环流随高度增加先向北倾斜,发展到最强时又趋于垂直,之后又向东南倾斜。强降水区出现在垂直切变的下风方、台风气柱倾斜方向一侧。另一方面还与台风环流内冷、暖平流活动紧密相关,强降水落区与低层暖平流输送位置关系密切。对流涡度矢量垂直分量反映了Winnie台风环流内中尺度锋区与风垂直切变的相互作用,800 hPa上的大值区对其强降水落区有较好的指示意义。     

The dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of the East Asian circulation

In this paper, the dynamical effects of divergent wind on the intraseasonal variability of atmospheric circulation over East Asia are analyzed by using the function of Rossby-wave source and the energy exchanging function be-tween divergent component and rotational component of the flow.The results analyzed from the observed data show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the monsoon rainfall in the south to the Yangtze River and the strong convective activities around the Philippines may play an important role in the northward jump of westerly jet stream during the seasonal transition from spring circulation to summer circulation over East Asia. Due to the northward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over the Yellow River basin and Northwest China and will cause the intensification of the zonal flow there. Thus, the jet stream abruptly shifts northward to North China.Moreover, the analysed results also show that the advection of vorticity by divergent wind caused by the heating due to the strong convective activities around the Philippines also plays an important role in the intraseasonal varia-bility of the circulation over East Asia during the seasonal transition from summer to winter. With the southward movement of the advection of vorticity by the divergent wind, the energy transformation from divergent component into rotational component can be caused over East Asia, especially over the Yangtze-Huaihe River basin. Therefore, the jet stream gradually moves southward from North China to the Yangtze River basin.     

台风菲特暴雨诊断分析

"菲特"台风暴雨具有阶段性特征,包括台风远距离降水、台风倒槽和内螺旋雨带降水、台风外部螺旋雨带降水、台风残留低压环流与冷空气相互作用降水4个阶段。利用地面观测、气象雷达观测、NCEP分析资料,对"菲特"台风暴雨环流形势进行了分析。引导台风东移的高压东西部具有不同热力属性,东部暖性深厚、西部冷性浅薄。浅薄冷高压阻挡登陆台风继续西移,延长台风倒槽和外围螺旋雨带的降水时间。"丹娜丝"台风的靠近,有利于东南风水汽输送的增强。副热带高压的增强,在黄海上空逼近东移高空槽形成稳定的高空急流。文章提出与传统垂直风切变大、高空急流强的冷空气阻挡型不同的侵入型冷空气和台风相互作用形势。侵入型冷空气从低层入侵,影响台风残留低压的外围环流。在低压外围环流的北部形成较强的东北风,并与海上的东风对峙辐合形成海岸锋。冷空气侵入型的空间不对称特征明显:对流有效位能东高西低,垂直风切变西北高东南低。残留低压的中层受冷空气影响较小,沿海地区的东南风持续的时间更长。中层高位涡区与地面海岸锋的互应,为变性的台风残留低压暴雨提供有利条件。     

The Dynamical Effects of Divergent Wind on the Intraseasonal variabinty of the East Asian Circulation

宋玉成，黄荣辉ＴｈｅＤｙｎａｍｉｃａｌＥｆｆｅｃｔｓｏｆＤｉｖｅｒｇｅｎｔＷｉｎｄｏｎｔｈｅＩｎｔｒａｓｅａｓｏｎａｌｖａｒｉａｂｉｎｔｙｏｆｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｎＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ￥ＳｏｎｇＹｕｃｈｅｎｇａｎｄＨｕａｎｇＲｏｎｇｈｕｉ（Ｉｎｓ...     

THE STUDY OF STORM RAINFALL CAUSED BY INTERACTION BETWEEN THE NON-ZONAL HIGH LEVEL JET STREAK AND TYPHOON IN THE DISTANCE

In this paper, statistics were analyzed concerning correlation between the storm rainfall far from typhoon and non-zonal upper-level jet stream. The results show that the jet stream at 200 hPa is constantly SW (90.2 %) during the period in which storm rainfall occurs. Rainfall area lies in the right rear regions of the jet axes. While the storm intensifies, the jet tends to be stronger and turn non-zonal. With the MM4 model, numerical simulation and diagnosis were carried out for Typhoon No.9711 (Winnie) on August 19 to 20, 1997. The distant storm rainfall is tightly correlative to the jet and low-level typhoon trough. The divergence field of jet is related to the v component. The upper level can cause the allobaric wind convergence at low level. This is the result of the form of low-level typhoon trough and the strength of the storm. By scale analysis, it is found that there is a branch of middle scale transverse inverse circulation in the right entrance regions behind the jet below the 300-hPa level, which is very important to the maintenance and strengthening of storm rainfall. This branch of inverse circulation is relative to the reinforcement of jet's non-zonal characteristics. From the field of mesoscale divergence field and non-zonal wind field, we know that the stronger symmetry caused by transverse circulation in the two sides of the jet, rainfall’s feedback and reinforcement of jet’s non-zonal characteristics had lead to positive feedback mechanism that was favorable of storm rainfall’s strengthening.     

Numerical Simulation of the Heavy Rainfall in the Yangtze-Huai River Basin during Summer 2003 Using the WRF Model

In this study, a 47-day regional climate simulation of the heavy rainfall in the Yangtze-Huai River Basin during the summer of 2003 was conducted using the Weather Research and Forecast (WRF) model. The simulation reproduces reasonably well the evolution of the rainfall during the study period’s three successive rainy phases, especially the frequent heavy rainfall events occurring in the Huai River Basin. The model captures the major rainfall peak observed by the monitoring stations in the morning. Another peak appears later than that shown by the observations. In addition, the simulation realistically captures not only the evolution of the low-level winds but also the characteristics of their diurnal variation. The strong southwesterly (low-level jet, LLJ) wind speed increases beginning in the early evening and reaches a peak in the morning; it then gradually decreases until the afternoon. The intense LLJ forms a strong convergent circulation pattern in the early morning along the Yangtze-Huai River Basin. This pattern partly explains the rainfall peak observed at this time. This study furnishes a basis for the further analysis of the mechanisms of evolution of the LLJ and for the further study of the interactions between the LLJ and rainfall.     

梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟

利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转      

1617号鲇鱼台风登陆后引发不同性质暴雨的成因对比分析

2016年9月28日1617号台风"鲇鱼"登陆后由台风本体环流和外围环流引发了不同性质的暴雨,这是本次秋季登陆台风暴雨预报的难点。利用常规气象观测资料以及NCEP的1°×1°再分析资料等,对不同性质暴雨的成因进行了诊断对比分析。结果表明:浙江东南部对流性降水和江西南部稳定性降水的大气层结结构具有明显的差异。中高纬度低槽距离台风较远,冷空气主要从低层入侵台风西北侧,破坏台风低层的暖心结构。台风外围中层干冷空气随东南风向浙江东南部输送,并叠加在低层暖湿气流之上,形成上冷下暖的不稳定层结,同时在对流层上层有干冷空气下沉至台风环流中下层(干侵入),导致浙江文成附近出现了局地特大暴雨。江西南部由于低层被湿冷空气占据,层结较为稳定,降水发展平缓。低空东南急流为台风外围环流暴雨提供了充足的水汽,浙江东南部地形对降水起到了增幅作用。不稳定层结及中层冷空气的输送对对流性暴雨的激发作用可以为登陆台风降水性质和强度预报提供参考依据。     

有限区域流函数和速度势的计算及其在台风中应用

在Endlich提出求解旋转风和辐散风基础上,本文给出了直接利用风场迭代计算流函数和速度势的方法,该方法不但能求解流函数和速度势,还可将原始风场直接分解为旋转风和辐散风。此方法在有限区域中,能大大降低边界条件对计算结果的影响,不仅能计算准确的涡度和散度,还能很好的重建原始风场。采用此方法,对"0808"号台风"凤凰"进行了诊断分析,得到了台风不同时期的流函数和速度势、旋转风和辐散风。结果发现在台风的不同时期,流函数与高度场相似,可用其低值中心来分析台风移动路径和强度的变化,速度势存在高值区,其中心与高度场低值中心不吻合;旋转风的涡旋中心也可用来反映台风中心,台风南侧辐散风较大,故可用来反映南方水汽供应对台风发展、成熟、衰退的影响。     

DYNAMIC STUDY ON INFLUENCE OF INERTIAL GRAVITY WAVES INDUCED BY UNBALANCED FLOW ON MEIYU FRONT HEAVY RAIN*

The Meiyu front heavy rain process in 1-3 June 2000 is numerically simulated in this paper, and results are then analyzed to show the effects of geostrophic balance collapse,unbalanced flow occurrence,low level jet (LLJ) development,and gravity waves genesis and propagation on the rainstorm.Analyses indicate that the sudden northwest movement of subtropical high may destruct the local geostrophic balance,leading to an increase in the local pressure gradient and the occurrence of ageostrophic flow,and meanwhile the adjustment of circulation starts to build a new balance.During the process,an LLJ and gravity waves appear correspondingly.The dispersion of unbalanced energy through the divergence/convergence of the geostrophic departure winds, promotes the propagation of strong wind cores along the LLJ,and the dispersion direction is influenced by the steering flow and the moisture concentration area.The development of LLJ is one of important conditions,which induces the heavy rain especially in the left front part of the jet where the convergence and shear of winds occur.It is also found that the genesis of disturbance, meso-vortex,and meso-convective system provides a favorable condition for the rainstorm.The above results are clearly illustrated by the high spatial and temporal resolution simulation data from a mesoscale numerical model.     

长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析

利用WRF模式对2016年6月30日—7月6日长江流域的一次大暴雨天气过程中的低空急流进行数值模拟,在成功模拟低空急流基础上,分析此次急流过程中可能的影响机制;同时对地形高度进行敏感性试验,分析地形因素对此次低空急流可能的影响。(1)此次低空急流发生时,东侧为西太平洋副热带高压,西侧则为西南涡。这种“东高西低”的高低压配置为低空急流的形成与发展提供了有利的背景场。(2)高空急流和低空急流的耦合作用是低空急流发展的一个重要背景条件。(3)垂直方向高空动量不断下传为低空系统的发展提供了动力支持,是低空急流发生的一个重要条件。(4)逆温和垂直风切变之间的正反馈机制是低空急流形成与加强的因素之一。(5)山体在急流生成及发展过程中对气流有摩擦和阻挡作用,这种阻挡作用随着山体地形高度的增加而有所加强,同时山脉的走向会改变原始的风向,使得急流前端超前或滞后。青藏高原有强背风波效应,它的绕流和挤压作用会使得低空气流表现为狭长的带状,使动量更加聚集从而风速增加形成低空急流。      

2017年梅雨期浙江中部连续暴雨过程的环流特征

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°的FNL再分析资料和FY-2E卫星云图资料对2017年梅汛期前后浙江中部大尺度环流背景进行分析,同时对梅汛期三次强降水过程的梅雨锋结构、对流层低层风场对中尺度对流系统发展的影响以及中尺度云团特征等进行了诊断分析。结果表明：1） 进入梅汛期,贝加尔湖长波脊发展及长久维持,带状分布的西太平洋副热带高压较常年偏强,有利于冷暖空气交汇于浙江一带,形成范围大、持续时间长的强降水;2） 在垂直方向上,高空西风急流的入口区右侧与低空急流核左前方相叠加,高低空急流耦合作用明显,为中尺度对流系统维持提供了必备的不稳定机制;3） 三次强降水过程均具有正涡度带随时间东移的现象,揭示了梅雨锋区低值系统沿切变线东移的特点。其中,第三次暴雨过程正涡度东移特点最明显,对流层低层的有利动力条件导致中尺度对流系统的发展及强降水的出现;第二次过程的副热带西风急流中心风速明显较第一次和第三次小,但西风急流中心位置南移至30°—35°N,正好位于梅雨锋区上空,补偿了因急流风速减小对高层辐散的影响。     

2005年6月华南持续性暴雨爆发和维持机制分析

利用常规气象资料及T213分析场资料，对2005年6月18日～23日华南大范围持续性暴雨过程的高低空形势、能量及动力条件进行诊断分析。发现：这次过程低空急流维持了低空对流不稳定形势，高空急流维持了高空辐散、低空辐合的有利形势，高空西南急流与高空西北急流一样，能造成暴雨区高空有利的辐散形势，形成高层辐散、底层辐合，触发强烈的上升运动，高低空耦合是此次强降雨爆发的熏要机制，强降雨落区位于低空西南风急流出口区的左侧和200hPa西北风急流的出口区西南侧，即低空急流的左侧与切变线的前沿；暴雨区域高湿能条件的维持．保证了强降雨过程的能量供给，是强降雨持续的重要条件。     

2005年6月华南持续性暴雨爆发和维持机制分析

利用常规气象资料及T213分析场资料,对2005年6月18日~23日华南大范围持续性暴雨过程的高低空形势、能量及动力条件进行诊断分析。发现:这次过程低空急流维持了低空对流不稳定形势,高空急流维持了高空辐散、低空辐合的有利形势,高空西南急流与高空西北急流一样,能造成暴雨区高空有利的辐散形势,形成高层辐散、底层辐合,触发强烈的上升运动,高低空耦合是此次强降雨爆发的重要机制,强降雨落区位于低空西南风急流出口区的左侧和200hPa西北风急流的出口区西南侧,即低空急流的左侧与切变线的前沿;暴雨区域高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。     

梅雨末期暴雨过程中高低空环流的耦合——数值实验

一次梅雨末期暴雨过程的数值实验结果表明:模式较好地预报了西南涡的发展,暴雨区与高低空西风急流和南亚东风急流在空间上的联系。对流层上下层的耦合主要发生在低空急流和南亚东风急流之间。以北部上升,南部下沉的反环流为主要特征。无潜热加热模式也模拟出上述特征,说明梅雨期的大尺度环流系统一部分是斜压与大地形强迫的结果,而在暴雨区内的垂直耦合很弱,上升运动减小一个量级。潜热加热极大地增强了垂直反坏流。相应的对流层下层向北的横向运动增强低空急流,对流层上层向南的横向运动增强南亚东风急流。增强了的低空急流和南亚东风急流,通过动量-质量的调整,有利于反环流的维持。 梅雨末期的暴雨过程中,低空急流和南亚高空急流的耦合是重要的。而潜热释放增强了这种耦合。     

近海台风对“21·7”河南极端暴雨过程水汽通量和动、热力条件影响的模拟

本文利用WRF模式对近海台风“烟花”及“查帕卡”影响2021年7月19日至21日河南极端暴雨的过程进行数值模拟。控制试验（CTL）对台风路径、强度、大尺度环流形势,以及河南暴雨的强度和空间分布型等均给出合理的模拟,基本再现了本次河南极端暴雨的发展过程。敏感性试验表明,在移除台风“烟花”后,副热带高压系统显著南压并在南侧形成东南风急流,河南地区的南风分量减弱、东风增强,东西方向的水汽输送占主导,有利于降水分布型由CTL试验的南—北向转变为东—西向;另一方面,由于低层东南风急流相较于移除“烟花”前的东风急流偏弱,河南降雨区的局地辐合减弱,水汽通量净流入值较CTL试验降低5.81%,且中纬度冷气团西移减慢,引起局地相当位温梯度减弱,最终导致移除台风“烟花”试验的降雨强度偏弱。移除台风“查帕卡”后,大尺度环流形势几乎未受影响,河南南侧的水汽输送略有减弱,因此强降水分布基本与CTL试验类似,降雨强度略有减小。与台风“烟花”相比,“查帕卡”对河南暴雨的影响较弱。     

登陆台风影响下离地300 m高度内的强风特征

利用台风山竹（1822）和利奇马（1909）登陆期间固定式风廓线雷达、WindCubeV2激光雷达和测风塔的梯度观测数据,结合台风山竹（1822）登陆前后精细化风场模拟资料,分析了登陆台风不同影响象限内,离地300 m高度内的强风参数及其随距离、海拔高度及下垫面的变化特征。结果表明:（1）距离台风中心200 km水平范围内,最大风速所在高度及风切变指数沿台风半径向外增加,且陆地强风切变指数普遍高于0.12,而海洋下垫面拖曳作用弱,风切变较小,仅在岛屿群附近存在超出国标设计阈值的高切变区域。（2）台风移动方向的右前象限内强风切变指数稳定维持在0.17左右,且对海拔高度不敏感,左后象限存在类似于急流的风廓线,而左前象限内强风的垂直变化在空间上具有较强的非线性特征,边界层低层强风结构较复杂。（3）阵风因子和湍流强度随平均风速增大、离地高度升高呈现减小趋势。（4）过程最大风向变差角沿台风半径向外减小,且在空间上具有显著的非对称性,其中右后象限的风向变差角最大,半小时风向变化超过30°,且大多发生在台风登陆前或登陆时。研究成果可为我国近海及沿海风电场的微尺度风场模拟及台风风险防御提供帮助。     

浙江沿海登陆台风结构特性的多普勒雷达资料分析

利用浙江省新一代多普勒雷达组网资料,选取在浙江东南沿海近乎同一地点登陆的3个台风进行研究。从登陆前6 h到登陆后7 h,对比分析3个台风在登陆前后的雷达回波和降水结构时空变化特征。利用单多普勒雷达四维变分风场反演技术,对温州多普勒雷达探测资料进行了风场反演。结合利用雷达回波强度资料,对3个台风登陆前后1 h在云岩、昌禅等地造成特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明,台风强度与其螺旋云带中的对流单体密切相关。台风强度愈强,其中低层环状平均回波强度就愈强,对流活动也就愈旺盛,降水强度也愈大。台风登陆前,回波(雨带)从眼墙向外围传播。台风登陆后,随着台风外围回波(雨带)明显减弱,台风眼墙回波(雨带)则明显增强,台风眼区逐渐被强回波所取代,使台风登陆后眼墙的平均雨强比登陆前增大。台风登陆后1 h,由于低(高)层水平辐合(散)增强,强对流回波中倾斜的上升(下沉)气流明显增大,使对流运动更加活跃,造成登陆后1 h的降雨量显著增强。台风强度与登陆后1 h降雨量的增强幅度成正比。台风强度越强,垂直风切变就越大,垂直切变风速大值区与最大降雨区有较好的对应关系。台风登陆后1 h,垂直切变风速的明显增加对登陆台风螺旋雨带中的中小尺度对流的加强和维持起到了非常重要的作用。