西行台风背景下云南一次短时强降水过程的成因分析

利用云南省自动气象站雨量资料、卫星和闪电定位仪资料、雷达回波资料、NCEP 1 °×1 °再分析资料和地面、高空常规观测资料对云南一次典型的台风前侧短时强降水过程的成因进行分析,结果表明:在2017年13号台风“天鸽”西行影响云南的天气背景之下,短时强降水出现在台风前侧700 hPa风速辐合区和边界层辐合线附近。台风前侧偏东低空急流向云南境内输送水汽和能量,边界层辐合线触发垂直上升运动,700 hPa风速辐合区利于垂直上升运动的维持和加强,促使水汽的辐合与不稳定能量的释放,引发短时强降水。在中等强度深层垂直风切变的作用下,云南东部中尺度对流系统(MCS)频繁产生并向西传播发展,MCS相互作用组织成飑线系统,在东北气流的引导下,飑线从云南中部移至云南西南部,MCS和飑线是大范围短时强降水的直接影响系统。      

内蒙古夏季典型短时强降水中尺度特征

利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料, 对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统, 短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段, 而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展, MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值, 地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%, 但其余地区相对湿度基本为80%~90%, 温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。     

一次持续性梅雨锋暴雨的中尺度对流系统特征分析

利用常规气象观测资料、地面自动站加密观测资料和FY2G卫星云图资料以及NECP 1°×1°FNL再分析资料等,对2016年6月30日—7月5日安徽省安庆地区梅雨锋暴雨过程中的中尺度对流系统(MCS)活动特征、MCS发展的环境场特征以及低层风场对MCS发展影响进行了分析。结果表明:梅雨锋上有多个MCS先后(或同时)生成、发展并沿正涡度带向下游移动并发展增强,成"列车效应"经过安庆地区并带来持续强降水。强降水落区发生在中尺度低空急流核的左侧,辐合区和上升运动区位于涡度中心东侧,导致MCS持续的向东发展移动并增强。对流层低层西南风急流为MCS发展增强提供了动力条件,并带来大量水汽在梅雨锋区汇集辐合。湖北至安徽上空850～500 hPa的湿度锋为强降水提供了有利的不稳定条件。     

德宏一次短时强降水过程分析

该文应用常规探空资料、地面气象资料以及多普勒天气雷达资料,从中尺度分析、雷达组合反射率演变特征、径向速度场、垂直累积液态水含量(VIL)等方面,对2016年8月27日德宏短时强降水天气进行分析和总结,发现:(1)强对流天气发生前近地层水汽充足,低层存在一定的垂直风切变,大气层结属于条件不稳定,中尺度辐合线、干线的抬升作用触发对流发展;(2)导致短时强降水的多单体风暴由外地移来的回波与本地块状回波聚合加强而来;(3)边界层入流急流是形成短时强降水的根本原因,它导致了低层中尺度辐合,与回波的聚合和发展存在紧密联系;(4)强降水过程中VIL与降水量具有相同的变化趋势,并存在一定的提前量。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

淮河上游短时强降水天气学分型与物理诊断量阈值初探

利用常规高空、地面气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2001—2010年淮河上游短时强降水过程进行中尺度天气分析和物理量场诊断。然后,根据该区域短时强降水的环流形势和主要影响系统,将短时强降水过程分为副高边缘型、低槽型和台风倒槽型,其中副高边缘型又分为副高和低槽共同影响型、副高控制型和下滑槽副高型,归纳各类短时强降水天气系统配置模型,并提炼出表征短时强降水天气的物理量阈值。结果表明,淮河上游77.8%的短时强降水与西太平洋副热带高压有关,中低层多有急流、切变线和低涡,地面影响系统多为倒槽、辐合线和弱冷锋。短时强降水发生在低层辐合、高层辐散、低层正涡度以及中层上升运动的动力条件下;中低层有较强暖湿空气输送,湿区深厚,强降水发生在假相当位温(θse)大值区顶部;0℃层高度较高,中层风切变小,低层风切变较大,有利于短时强降水发生。     

云南一次两高辐合型短时强降水过程的成因分析

利用ERA-interim再分析资料、常规观测资料、雷达资料以及闪电定位仪资料,对2015年8月云南一次两高辐合形势下短时强降水发生的成因和中尺度特征进行分析。结果表明:(1)此次短时强降水过程具有分布范围广、降水时段集中、频次大等特点。(2)副热带高压和孟加拉湾外围持续的水汽输送,地面冷锋的抬升触发,低层辐合、高层辐散且散度辐合中心和上升运动中心叠置,有利于强烈上升运动形成,是短时强降水发生发展和维持的动力机制。(3)湿层深厚、暖云层厚度大,有利于降水效率的提高。(4)中尺度对流云团中随着云顶亮温小于-70℃区域面积的减小,短时强降水的频次也明显减少。(5)两高势力相当,形成对峙,导致低质心高效率的积云对流系统移动缓慢,呈准静止状态是短时强降水得以发生的重要原因。(6)此次过程伴有明显的闪电活动,且随着短时强降水站次数的增加,正闪次数明显增加,负闪次数明显减少。     

北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的"西南—东北"向带状分布,单体移动具有明显的"列车效应",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间"列车效应"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近"西西南—东东北"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS"列车效应"和后向传播特征的机制分析提供了依据。     

多源探测资料在一次非线状MCS分析中的综合应用

用多种加密观测资料和NCEP日再分析资料分析了2010年7月14日强降水期间咸宁地区一次非线状MCS活动造成短时强降水的发生发展机制.结果表明,14日13-18时非线状MCS回波结构组织性差,强对流单体散乱地分布在大片层状回波中,准静止地维持在湖北咸宁地区大约5h,造成了短时强降水.该MCS发生在梅雨锋锋面附近的地面涡旋环流中,高空冷空气侵入和锋前抬升运动是对流的主要触发机制,切变线南侧不稳定的暖湿气流在长江中游地区辐合集中、局地的地面气流辐合和边界层有利的风切变是该非线状MCS发展维持在成宁地区的有利条件.高时空分辨率探测资料对MCS演变过程有较好的分析能力.     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

短时强降水特征统计及临近预警

利用多普勒天气雷达、探空和逐小时降水量资料,对2010 2012年,滇西南普洱、西双版纳537次短时强降水天气过程进行统计分析,建立三种短时强降水概念模型,分别是:低质心弱辐合型短时强降水、低质心辐合型短时强降水、高质心短时强降水。对比分析了不同类型短时强降水的强度特征、移速特征、生命期特征、垂直风切变特征等,探讨了辐合作用与强降水维持时间的关系、辐合切变量与雨强的关系、D_(VIL)与降水量的关系。并得出预警方法:满足如下条件时,出现短时强降水的可能较大:(1)低质心强降水中,回波无倾斜特征,强度以40~45 dBz为主,强度从低层到高层维持或缓慢减弱,大部分回波的H_((40dBz))≥H_0,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.67 h(辐合切变量≥2.2 m·s~(-1)时,累计长度/回波移速≥0.50 h),预报提前时间30~40 min。(2)高质心强降水中,强回波边缘存在宽≥3 km、强度为40~45 dBz的回波,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.47 h,预报提前时间28 min左右。此外,对短时强降水成因进行了探讨。     

豫北一次强降水过程的多尺度诊断

2013年7月8日河南濮阳发生强降水天气,利用常规天气观测资料、NECP再分析资料、地面自动站加密资料、卫星云图和天气雷达产品,诊断此次强降水过程产生的原因及中尺度特征。分析表明:(1)此过程属切变线暴雨过程,高空低槽东移、副热带高压加强北上、西南暖湿气流加强、中低层切变线和地面倒槽发展是强降水过程的环流特征。强降水发生在大气层结不稳定区域,低层水汽充沛,有低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。降水中心位于中低层"人"字型切变顶端右侧暖切变线附近、地面倒槽顶端冷暖空气气旋性辐合最强区域;(2)沿倒槽辐合线强烈发展的β中尺度的对流云团东北移与濮阳周围发展的对流云团合并加强,形成较强的中α尺度的对流系统(MCS),对流性强降水落区处于MCS的前端对流发展旺盛区及附近,此处云顶亮温(TBB)值达到最低(203 K);(3)多普勒雷达回波图上,多条中尺度回波短带汇合加强,形成"人"字型带状回波北抬,与濮阳附近发展的对流回波合并加强,强回波在濮阳当地打转滞留,造成强降水;径向速度图上,低层较大的东南风入流和中层大范围强盛的西南风入流在雷达站周围形成中小尺度的强旋转辐合风场,使对流上升运动增强,造成极端对流性强降水。同时此处也是地面中小尺度的气旋性辐合处。     

相似天气背景下深圳两次前汛期降水过程对比分析

在高空槽和低层切变线配合的相似环流背景下,2019 年 4 月 11 日深圳出现短时暴雨（ 简称“2019 年过程”）,2020 年 4 月 11 日以稳定性弱降水为主（ 简称“2020 年过程”）,利用 ERAS 再分析数据等对深圳这两次前汛期降水过程进行了对比分析。 结果表明,2019 年过程,温湿层结等对流条件和高空辐散条件较好,低空辐合动力条件相对较弱,在边界层辐合线触发下产生明显的中尺度对流系统（mesoscale convective system, MCS) 活动, 导致深圳出现短时强降水和雷暴大风。2020 年过程,低层辐合等动力条件较好,但对流条件相对较弱,降水以稳定性降水为主。 对比分析说明,温度和湿度层结条件较动力条件对华南前汛期 MCS 生成作用更为明显,强对流发生前 12 h深圳等珠三角地区 Q矢量辐合明显,对 MCS 活动以及强对流发生有较好的指示意义。     

一次南岭山脉前汛期强对流天气过程诊断分析

利用常规观测资料、FY-2G/2E卫星黑体亮温(TBB)资料、多普勒天气雷达资料与ERA-Interim再分析资料,对2016年4月17—18日南岭山脉一次强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)该过程前期,受地面倒槽与辐合线影响出现暖区降水,后期随着地面冷空气侵入配合低空切变线与高空槽东移南压迅速转变为锋面降水,强降水落区与南岭山脉走向一致,大暴雨由多个中尺度对流系统(MCS)移入和有利地形作用造成;大冰雹、雷暴大风主要出现在暖区降水时段,暖区短时强降水以高质心降水为主,锋面越山之后强天气主要为低质心短时强降水,雷暴大风和冰雹较少出现。(2)雷达回波图上中层径向辐合的出现,对雷暴大风具有预警参考意义;中气旋、高垂直累积液态水含量(VIL)、回波悬垂、有界弱回波等回波特征对提前预警大冰雹有一定的指示作用。(3)不同类型强天气发生的大气层结条件存在差异,上层干区深厚、低层湿度条件较好有利于产生大冰雹,大的0—6 km垂直风切变有利于冰雹增长;大的下沉对流有效位能(DCAPE)是预报雷暴大风的一个参考指标;整层温度露点差和DCAPE小是判断只出现短时强降水的参考依据。(4)南岭及其附近地区"喇叭口"地形和迎风坡地形有利于低层气流辐合触发对流,造成暴雨多发和降水时间延长,南岭背风坡的锋生作用使南岭山脉南麓出现雷暴大风、冰雹等天气的可能性增大。     

锋面短时强降水系统发展模态的环境因子浅析

利用探空和地面加密自动站逐小时观测资料,对2010—2011年汛期发生在锋面上的四次具有不同发展模态的短时强降水过程的降水系统环境场特征进行了分析。结果表明:对于产生短时强降水的中尺度对流系统(MCS),地面假相当位温(θse)等值线密集区和地面切变线的分布形态及运动是影响其系统模态发展和移动方向的关键因素,且对流单体的新生还与地面辐合区密切相关。纬向型MCS的θse等值线密集区呈纬向分布;经向型MCS的θse等值线密集区呈经向分布;转向型MCS的θse等值线密集区则由经向转为纬向分布。不同发展模态MCS的强降水持续时间与地面θse高值区的持续时间关系密切。     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

新疆巴州一次短时强降水过程的中尺度特征分析

利用常规地面、高空观测资料、FY-2G云图TBB资料、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料以及库尔勒探空和多普勒雷达资料,采用25点平滑算子的滤波方法,对2016年8月23—24日新疆巴音郭楞蒙古自治州(下简称巴州)一次短时强降水过程的中尺度特征及其发生、发展机理进行分析。结果表明:"三支急流"的有利配置以及700 h Pa中尺度气旋性辐合的形成对强降水区内垂直运动的发展和水汽的辐合上升具有明显促进作用,配合低层高温高湿、中层干冷空气侵入、地面中尺度辐合线的形成等条件直接诱导了此次短时强降水的发生;强对流发生前,低层水汽饱和、对流不稳定层结、中等强度的垂直风切变和强的温度垂直递减率为强对流的发生发展提供了良好的潜势条件;此次强降水的雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间较长,导致过程累积降水较大。库尔勒及周边地区的短时强降水主要由弓型回波在缓慢东移过程中断裂分散成的多个γ尺度的对流单体造成。     

玉林市6月1日大暴雨触发机制分析

通过对6月1-2日出现在玉林大暴雨进行中尺度系统(MCS)及动力机制分析,结果表明:(1)这次大暴雨在两槽一脊经向环流下,高原槽东移为暴雨产生提供了有利的动力条件;(2)切变线快速南压触发了当地不稳定能量释放,低层强辐合、高层强辐散的耦合利于垂直上升运动和MCS的发生发展;(3)水汽通量散度的强辐合为MCS的发生发展提供了有利的水汽条件;(4)强降水出现在MCS发展最旺盛的时段。     

黑龙江省一次伴有龙卷的暖区暴雨成因分析

2014年7月19日夜间黑龙江克山出现雨强超过90 mm的短时强降水,利用常规观测资料、区域站资料、NCEP/NCAR再分析资料等对此次冷锋前部的暖区强降水成因进行分析。结果表明:(1)此次强降水出现在580 dagpm线附近,副高诱发的超低空急流为强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量。(2)地面辐合线和地形抬升触发对流。高空急流东移,高空急流出口区左侧和辐散区与低层辐合相耦合促使对流快速发展增强。耦合消失,强降水则快速减弱。(3)低层暖平流明显,尤其地面具有暖锋锋生特征。强降水出现在不稳定层结和上升运动快速增强的阶段。(4)地面～200 hPa辐合层形成深厚的上升运动区,促使对流快速发展。(5)中尺度对流雨带沿地面辐合线生消。降水先出现在暖湿舌前部。随后,强降水产生的冷空气抬升暖湿空气形成冷锋特征的降水,由于强降水和冷空气的正反馈作用,降水持续时间长。冷空气势力最强时,伴随中尺度气旋性环流及0～1 km强垂直风切变有利于龙卷产生。(6)开口状地形的辐合作用、抬升及局地地形导致的中尺度环流风场对暖区降水的形成和维持作用显著。     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。