低涡东北部一次暴雨的成因分析

2013年5月15-17日长江下游地区多地出现连续暴雨,数值模式检验显示雨量预报值误差较大。利用常规天气资料、NCEP 0.5°×0.5°格点资料和多普勒雷达资料,对这次暴雨过程进行了成因分析,结果表明:槽前西南气流、低涡切变和深厚湿层提供了有利的大尺度形势背景;低涡东北部产生的暴雨与低层东风急流的扰动和曲率增大密切相关,地面辐合抬升触发了上升运动;700 h Pa切变线和地面中小尺度辐合线的叠加处、925 h Pa水汽通量散度负值中心区都与暴雨区有较好的对应关系;多普勒雷达平均径向速度图像上显示强烈的辐合区,正、负速度区面积比达到1∶3,回波不断在辐合线处生成,下游地区出现"列车效应",强降水时段雷达回波强度为30~40d Bz,小时雨量达到16~20 mm。对比模式预报场,中低层偏东急流量级和气旋性弯曲偏小导致了暴雨区漏报,地面辐合线位置和强度的偏差造成了雨量中心位置的偏差,可通过与实况对比、雷达分析等手段对预报进行订正。     

2021年7月河南极端暴雨事件的位涡诊断和精细化预报

2021年7月17～22日，河南省发生一次大范围极端暴雨事件。本文利用ERA5再分析资料，基于湿位涡和倾斜涡度发展理论对此次暴雨过程进行诊断分析，并考察高分辨率全球模式天机系统及欧洲中期天气预报中心业务预报系统对此次降水过程的预报能力。结果表明此次事件是中高—低纬系统相互作用、协同影响的结果。18～19日，来自中高纬度的高湿位涡沿倾斜的湿等熵面自对流层中高层向下入侵，降温和相对湿度增加，导致河南省西北部高涡度带的形成及对流层低层倾斜湿等熵面在河南省北部建立。20日受低纬台风的影响南风增强，沿倾斜湿等熵面的上滑运动增强，导致相对涡度迅猛发展，强降水发生。天机系统对此次强降水过程的预报能力较欧洲中期天气预报中心的业务预报系统好，能为业务部门提前发布预警信号提供科学支撑。湿位涡和倾斜涡度发展理论是暴雨的诊断及预报的有力理论基础，在再分析资料及模式预报数据中与降水强度、降水落区及雨带的移动均有很好的对应。     

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明：1） 暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 hPa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2） 中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 hPa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3） 暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 hPa高度层以下正涡度增长一倍, 垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4） 此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52 ℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5） 发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成“列车效应”,造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

大气变量物理分解原理及其在区域暴雨分析中的应用

观测的全球大气变量可以物理分解为4个部分:纬圈平均的对称气候、非对称气候、纬圈平均的瞬变对称扰动和非对称扰动。文章用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA Interim全球再分析资料(0.75°×0.75°)介绍大气瞬变扰动量中的扰动风提取方法及其在区域暴雨分析中的应用。结果表明:用欧洲高分辨率再分析资料物理分解得到的扰动气流能够较好地反映暴雨的落区和风与雨之间的关系,如暴雨带位于低层大气扰动气流的辐合线上和稳定的暴雨带两侧扰动气流多呈对峙的辐合状态。     

一次广东典型龙舟水暴雨过程的扰动形势分析

“龙舟水”期间的极端降水,常以近似平行的多条雨带出现,过量的降水会造成流域的或大范围的洪涝灾害。分解大气中的基本变量为瞬变气候与瞬时扰动两个部分,用后者揭示龙舟水期间强降水的区域分布特征。2020年6月5—9日出现在广东省中部和北部地区的多条近似平行的雨带和闪电高密度带只是华南和江南区域降水过程中的一个片段。分析结果表明:控制这片区域雨带活动的是南北两侧缓慢东移的扰动反气旋环流系统。在黄海扰动反气旋环流的南边缘和南海扰动反气旋环流的北边缘各形成了一条扰动风切变线与湿涡度扰动线对应,在它们之间形成了一个扰动低压气流区和其中的多个湿涡度扰动条带,决定了其中条状雨带的走向。分解欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品可以提前1~5天获得指示两个扰动反气旋环流系统和扰动低压气流区中湿涡度扰动分布的信息。      

江淮流域梅雨锋暴雨南北雨带干冷空气侵入作用的对比研究

对2007—2011年梅雨期江淮流域降水进行统计分析,确认此时段降水频次与降水量空间分布在淮河与长江中下游,形成两个分离的多降雨区。长江与淮河两分离雨带在盛行中尺度系统、空间结构、梅雨锋位置、水汽输送通道、暴雨落区、干冷气团入侵以及干冷动量南移等方面,均有各自特征。在主导高空环流下,更多低涡暴雨(77%)位于长江流域,更多辐合线暴雨(86%)发生在淮河流域,这些盛行的浅薄降水系统,造成梅雨暴雨雨强大、风速小的特征。长江流域低涡环流引导水汽输送来自南海与东海两地,因而暴雨范围更大,雨带更宽,而淮河流域辐合线主要水汽来源仅为南海。假相当位温表现的梅雨锋作为干冷空气的前缘,在淮河流域因辐合线结构垂直剖面陡峭,在长江流域因低涡环流,形成干冷和暖湿气团的层次叠加混合。在梅雨锋北侧,干冷空气从对流层中高层向下侵入,在淮河流域位置较长江流域偏高且狭窄。湿位涡垂直分布显示,暴雨区与湿位涡斜压项大于0的正涡度发展区对应。干冷动量中心的下传与湿位涡斜压项小于0对应,下传时向南移,其前缘对暴雨雨带位置有指示性;其南下速度,因纬度与密度差异,在淮河流域移速小于长江流域。     

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24-25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水.另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值.     

扰动变量在强对流天气分析和模式评估中的应用——以苏北里下河地区引发龙卷的扰动系统为例

2016年6月23日14:00—15:00时,江苏省盐城市阜宁县发生了EF-4级有记录以来的强龙卷风过程,造成了当地30 km长,1.7 km宽的严重气象灾害。受局地环境影响,邻近地区在近50年中发生了大于10人次死亡事件的龙卷风11次,其中6次发生于1979年以后。文章首先是:(1)把6次事件日的再分析变量场分解成瞬时气候和扰动两个部分,发现6次事件都与近地面层出现的负高度扰动轴线和扰动冷暖气团的对峙有关,龙卷发生在暖气团一侧;(2)用模式初始场分解的扰动变量和扰动物理量评估欧美模式对产生阜宁龙卷扰动系统的预报能力。后者的结果也发现,当日14时925 hPa高度扰动槽和850 hPa扰动风辐合线作为环境扰动系统,以及湿涡度扰动和湿散度扰动等环境扰动指标量能够突出地表达有利于龙卷风发生的环境条件。欧洲全球模式能够提前42 h稳定预报出后来扰动槽和环境扰动指标量的位置,美国全球模式也可以提前18 h预报出这样的扰动特征。这些扰动变量和扰动指标量能够快速地帮助预报员判断有可能发生强对流天气的大致时空区域和特征。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8-10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,嬲评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。     

2005年6月湖南大暴雨过程的天气动力学诊断分析

利用NCEP分析资料和实测资料，对2005年6月初湖南大暴雨过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明：暴雨区中上升运动和水汽辐合均大于周围区域，中低层为对流不稳定层结。暴雨区位于非地转湿Q矢量辐合强迫的次级环流上升支中，其南北两侧为非地转下沉气流，下沉气流的补偿有利于暴雨系统的维持。非地转湿Q矢量辐合区对6小时暴雨落区预报有指示意义。暴雨区位于700hPa湿位涡和850hPa湿相对位涡负值中心附近偏暖湿气流一侧。低层暖湿平流和强上升运动致使低层湿空气辐合补偿、热量上传，利于高层辐散增强，抽吸作用加强低空辐合，促使暴雨发展。     

湿位涡和Q矢量与西北东部暴雨关系的分析

应用湿位涡理论和Ｑ 矢量分析方法,研究了位于发生在副高边缘青藏高原东侧复杂地形条件下一次暴雨过程。通过对湿位涡、Ｑ 矢量散度、涡度和锋生函数等物理量分布特征的诊断,发现造成西北东部暴雨的内在机制, 是一次大环流形势调整后的西太平洋副热带高压西伸北抬,与新疆东移冷空气在其边缘交绥抬升时切变辐合带强烈发展,从而激发前期堆积的不稳定能量释放,并提出了在数值预报产品释用业务中应用湿位涡及Ｑ 矢量场作暴雨落区预报的着眼点。     

江西北部地区一次大暴雨过程湿Q矢量诊断分析

利用NCEP提供的FNL资料和ECMWF提供的逐小时降水资料,从湿Q矢量散度、湿Q矢量锋生函数以及湿Q矢量在以等温线为参照线的自然坐标系中分解(PT分解)函数三个方面,对2019年5月12日发生在江西省北部地区的一次大暴雨天气过程进行了分析。结果表明:暴雨初期,关注低层湿Q矢量散度场的辐合中心,可以预报未来6 h后暴雨的可能落区,当这些落区中层辐合开始加强为辐合中心,则基本可以判定为暴雨中心区域;低层湿Q矢量锋生函数有助于确定雨区范围,中层的湿Q矢量锋生函数对强烈的冷暖气流交汇反映更为明显,有助于进一步确定强降水中心位置。在强降水初期大尺度的强迫作用是垂直运动发展的主导因子,而在强降水旺盛时期中尺度锋生作用占主要作用,在暴雨发展的不同阶段可以重点关注不同尺度天气特征对暴雨形成发展的影响。     

切变线暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

利用中尺度数值预报模式MM5V3.6,对2005年9月19—21日发生在山东中南部的区域性切变线暴雨天气过程进行了数值模拟。并用高时空分辨率的模式输出资料,对此次暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度的发展,形成θse陡峭密集区,密集区内容易发生暴雨。通过湿位涡的分析,揭示了暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构,表明切变线暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的联系。暴雨主要出现在850hPa的ζMPV1负值区和ζMPV2正值区等值线密集区附近,降水中心位于ζMPV1负值中心前部对流不稳定区中。     

非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中的应用试验

利用NCEP/NCAR全球格点资料和TRMM卫星资料,采用改进后的非地转湿Q矢量,对0908号台风＂莫拉克＂引起的台湾南部特大暴雨过程进行预报应用试验。试验结果表明：（1）850 hPa高度层的非地转湿Q矢量散度及水汽通量散度分布可以预报未来24 h暴雨的落区及其雨带的分布,暴雨发生在Q矢量散度梯度大值区靠近辐合区域,同时该区域要有水汽辐合中心,雨带分布与该梯度大值区分布基本一致。（2）Q矢量辐合区的倾斜式发展很好地描述了暴雨中心强对流系统垂直结构,强对流系统发展旺盛期出现在暴雨发生前的18 h,具有一定预报意义。（3）台风暴雨发生在次级环流的上升支附近,最强次级环流上升支出现在暴雨发生时期;次级环流中的上升气流从低层到高层的倾斜方向较好地描述了雨带的移动,次级环流的调整比雨带移动提前了24 h,具有较好的预报应用价值。     

高原低涡影响下的一次暖区强降水特征分析

利用地面和高空观测资料、雷达资料、FY-2E逐时云顶亮温TBB资料以及NCEP/NCAR（1 °×1 °）再分析资料等,对2014年7月30—31日四川盆地的暴雨天气过程的中尺度对流系统特征及触发机制进行分析和探讨。结果表明:（1）本次暴雨的地面中尺度风场辐合线与强降水落区有较好的对应关系,辐合线比强降水提前1 h出现,且强降水落区主要位于辐合线左侧有边界层弱冷空气影响的偏北气流范围内,同时强降水落区随地面中尺度风场辐合线移动;（2）暴雨过程临近时具有不稳定能量特别高、地面和低层露点温度大、抬升凝结高度低、湿层非常深厚等显著特征十分有利于强降水的发生,降水过程中有充足的水汽向暴雨区输送并在暴雨区有明显的辐合上升,为强降水的持续提供了较好的条件;（3）在高原低涡缓慢东移过程中,涡前的正涡度平流使低层涡度增加、垂直上升运动加强,触发强对流活动,是本次暴雨过程的触发机制之一;强对流降水造成的非绝热加热正反馈于大气,使强对流活动发展,强降水天气持续,是本次暴雨过程的维持机制之一。      

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

华南一次特大暴雨诊断分析及数值模拟

用NCEP/NCAR再分析格点资料对2009年5月23-24日发生在华南的特大暴雨过程进行了诊断分析,并利用中国新一代GRAPES模式进行了数值模拟研究。结果表明：副高稳定维持,西侧偏南气流引导季风云团北抬;水汽来源主要为孟加拉湾西南气流和南海东南气流,水汽辐合主要集中在925hPa-850hPa,具有明显日变化特征;垂直上升运动提前约6小时于强降水的出现,暴雨中心位于最大垂直速度中心附近。模式成功模拟了暴雨过程的雨带分布及环流形势演变,显示中尺度涡旋是造成暴雨的主要影响系统,其不仅造成陆地的低层辐合高层辐散,还为暴雨区提供了正涡度,促使2个中α尺度对流系统的生成和发展东移,直接导致暴雨的发生。     

台风“浣熊”诱发粤东南2008年首场大暴雨

运用天气学原理,利用常规资料和数值预报产品,分析0801号台风“浣熊”登陆粤西,最强降水中心却落在粤东南,给该地区带来了暴雨到特大暴雨的强降水过程的原因：多个天气系统相互作用,500hPa上明显的南支槽发展东移,槽前正涡度热成风平流使低层西南低涡发展;台风减弱后的低压并入低涡向东北伸展和东海变性冷高形成对峙的形势,使低涡前暖湿西南气流和东路冷高压后部的东南气流在粤东南形成小范围急流并辐合抬升;深厚的湿层及水汽的持续积累共同造成了粤东南特大暴雨的发生。各层次的散度变化、水汽通量分布等物理量跟强降水中心有很好的对应关系。