陕西2次相似天气系统下强降雨差异的成因诊断

利用常规观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、自动站资料,从水汽、动力、不稳定条件方面,采用诊断分析方法对2011年7月28日(简称过程Ⅰ)关中西部、陕南西部区域性强降雨和2013年7月25日(简称过程Ⅱ)陕北南部分散性强降雨进行对比分析。结果表明:2次过程前期天气状况、环流形势、影响系统类似,但降雨差异大。过程Ⅰ低层切变线和辐合线明显,过程Ⅱ则弱;地面上,过程Ⅰ强降雨区处在高、低压之间的气压梯度密集带上,过程Ⅱ强降雨区则处于均压场中;过程Ⅰ强降雨区中低层比湿呈单峰型变化,水汽通量辐合强度大且深厚,有强烈水汽输入,过程Ⅱ强降雨区中低层比湿基本无变化,水汽通量辐合强度弱且浅薄,水汽输入弱;过程Ⅰ强降雨区中、低层有明显冷空气作用产生系统性强降雨,过程Ⅱ强降雨区仅在近地层有浅薄的弱冷空气扰动,在西南气流中激发湿对流;过程Ⅰ强降雨区低层对流不稳定、中高层为条件对称不稳定的混合型大气层结,而过程Ⅱ强降雨期间中层、低层大气均为对流不稳定层结。     

台风“洛克”远距离引发陕西暴雨过程的成因分析

利用常规高空、地面观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2011年9月17-18日台风"洛克"引发陕西中南部暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明,台风是此次暴雨过程的主导系统,主要表现在:(1)台风和西太平洋副热带高压阻碍了西风带系统的东移,使陕西中南部长时间处于槽前较强的西南暖湿气流中,为形成大范围暴雨提供了有利的环流背景;(2)远距离台风激发了大气扰动,它向中国大陆方向传播的过程中与中纬度低值系统相遇并相互作用,使青藏高原东部到陕西南部的气压梯度增强,风速增大,诱发了低空急流的形成,高低空急流耦合,又激发了次级环流的形成,为形成暴雨提供了水汽、能量和足够的动力抬升条件;(3)地面锋面是强降雨的触发机制,台风通过扰动传输到中国大陆的暖湿空气与冷空气相遇产生锋生,降雨加强。     

2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征

本文采用观测和NCEP分析场资料对2012年7月21日发生在北京地区的特大暴雨过程的天气形势、水汽来源和中尺度对流系统的特征进行了研究。结果如下:“7.21”北京暴雨过程是高低空与中低纬系统共同配合的结果,暴雨发生在“东高西低”的环流形势下,低涡、切变线、低槽冷锋和低空急流为此次过程的主要影响天气系统;孟加拉湾至西太平洋地区热带辐合带(ITCZ)活跃,其中热带气旋的活动有利于水汽向东亚大陆输送,此次暴雨过程中华北地区的水汽源地包括孟加拉湾和我国东部的渤海、黄海等,低层的水汽主要来自东部,中层的水汽主要来自孟加拉湾;北京的强降雨有两段,第1段降雨虽然发生在冷锋前,但有明显冷空气的侵入,并与地形和东风的作用有关,第2段降雨对流的组织和增强与冷锋强迫相关。在有利环境下,中尺度对流系统频繁发生发展,持续时间长,且稳定少动是此次特大暴雨形成的重要原因。     

2002年中国暴雨试验期间一次低涡切变上发生发展的中尺度对流系统研究

采用常规观测和"973"中国暴雨试验资料,对2002年6月22～23日一次由中尺度对流系统(MCS)发展而产生的低涡,以及伴随其发生发展的对流系统进行了分析和模拟研究.结果表明:MCSA东移到河南西部时,由于对流层中层正涡度中心的强迫和潜热释放产生了气旋,低层的暖平流可能是低涡东移发展的原因之一.模拟结果显示低涡东部的对流系统发生在气旋东部的暖切变上,西部对流系统发生在冷切变附近.在低涡的南部偏南风与偏北风之间形成辐合线,辐合线上有低层偏东风与高层偏西风的垂直切变,对流沿辐合线由西南向东北方向移动形成对流带.对流系统发展强盛时除了低层的强辐合外,高层较深厚的强辐散是其维持的重要原因,当系统倾斜时表明开始减弱.试验加密资料分析也表明:降雨发生前有明显的增湿过程,而降雨开始后,整层可降雨量迅速减少;对流系统南侧强的西南低空急流向对流区输送了大量水汽;气旋东移后,西北风(冷空气)的侵入使降雨结束.     

北京短历时强降雨的时空分布

利用北京地区157个人工站和自动站观测资料,对北京地区短历时强降雨的时间、空间分布特征以及与年总降水量的关系进行分析,结果表明：①2007—2012年,短历时强降雨的次数大体呈现递增趋势,但各年发生的次数差异较大;②从时空分布特征来看, 短历时强降雨最易发生在7月,时段集中在傍晚前后和凌晨,而发生地点集中在北京西山前的平原地区包括昌平中部东部、顺义西部、石景山区、丰台区西部、房山东部南部;③从短历时强降雨与年降水量的关系来看,短历时强降雨发生次数多的年份降水量也高,短历时强降雨对于年降水量的贡献较大。     

汛期西南涡暴雨的数值模拟研究

利用西南区域数值预报模式系统SWCWARMS,结合全国汛期高空加密观测资料,对2013年6月29—30日的一次西南涡暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验。结果表明,与控制试验相比,同化试验模拟的降雨与实况更为接近,并成功模拟出四川东部的强降雨中心,对于西南涡的模拟,同化试验西南涡出现时间更早,强度更强。并且,通过两组试验初值差异对比发现,同化试验初值在四川盆地对流层中低层表现出更强的低压,更强的涡度以及更强的旋转风扰动,四川盆地西部边坡也存在更强的上升气流,这都有利于西南涡的发生、发展。另外,同化汛期高空加密观测资料对强降雨中心单站的预报改进也较明显。因此,加强汛期加密气象观测,有利于揭示西南涡的发生、发展及其降雨天气影响,也有助于提升数值预报业务技术水平。     

2013年7月四川盆地一次特大暴雨的中尺度系统演变特征

利用常规观测资料、地面加密资料、卫星观测资料和NCEP再分析资料等,对2013年7月8日四川盆地西部大暴雨过程的天气背景、水汽来源、地面环境场特征、中尺度云团活动等进行了分析并开展了数值模拟研究。这次过程发生在中纬度“东高西低”的环流背景下,西风槽与西太平洋副热带高压稳定的同时有高原东部小槽东移,孟加拉湾低槽槽前西南暖湿气流在盆地转为偏东风,输送充沛水汽。地面偏东风与偏北风形成的中尺度辐合线上有对流云团发展加强,为此次大暴雨的发生提供了有利的中尺度辐合条件。模拟结果表明,在川西高原地形阻挡影响下,偏东气流被迫抬升,配合中低层低涡发展形成的辐合上升,形成有利于对流系统发生和维持的环境条件。近地层辐合线北侧偏北冷空气的侵入促使对流不稳定能量释放,对对流的触发和维持有一定作用。     

江淮气旋影响下广西强弱降雨天气过程的对比分析

利用实况观测资料和雷达、自动站加密观测资料,对江淮气旋影响下广西两次(2010年6月9日和20日)降雨过程的环流形势和物理量进行深入对比分析,结果表明:两次降雨天气过程前地面和对流层中低层在江淮到江南地区均有气旋生成,广西受气旋西部切变线的影响;暴雨发生时江淮和广西各有正涡度中心配合,但强度有差异,其主要原因是200h Pa南亚高压、500h Pa高空槽和副热带高压北界差异所导致。广西区域是否有较强降雨过程,取决于在广西区域是否有正涡度中心活动,并与江淮气旋形成"双涡效应",使该区域的水汽得以持续汇集。     

北方大部旱情持续 南方局地暴雨洪涝—2000年5月—

5月份 ,北方大部及江南大部、西南东北部和华南东部降水偏少 ,部分地区旱情持续 ;西南大部、长江中下游沿江地区及东北东部等地降水正常或偏多 ,江南、华南部分地区出现强降雨过程 ,局地发生涝灾。全国大部地区气温偏高 ,其中西北大部、黄淮西部、江淮大部和东北西北部等地气温偏高 2～ 3℃ ;西南地区西南部、华南西部等地区气温偏低。部分地区遭受强对流、沙尘暴等袭击。1　北方麦区普降喜雨 ,大部地区旱情持续发展　　我国降雨分布不均。月降雨量 ,北方大部地区一般有 1 0～ 80 mm,其中新疆南部 ,甘肃西部、青海西部、宁夏、陕西北部、内…     

副高西侧四川盆地两次极端暴雨过程分析

本文利用1×1°NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星TBB资料及地面自动站资料,对2013年7月8~11日和7月17~19日四川盆地出现的两次极端暴雨过程的环流形势、中尺度环境条件和触发机制、水汽条件异常特征、地面能量和水汽压的分布及演变特征进行了诊断和对比分析,结果表明:(1)两次过程均发生在500h Pa为东高西低的形势下,暴雨落区位于低层低涡右侧、偏南气流左侧,高空急流入口区右侧。(2)副高外围偏南风持续向四川盆地上空输送暖湿气流,形成高能、高湿和层结不稳定的有利环境条件,500h Pa高原低值系统东移诱发低层正涡度辐合,造成对流强烈发展,是两次过程的共同特征,副高、低层低涡和辐合区位置、盆地内能量和水汽条件分布的差异是导致两次过程暴雨落区不同的主要原因。(3)两次过程都存在明显的水汽条件异常特征,其中降雨极端性更强的"7.8-11"过程标准化距平更大。(4)初始对流主要出现在地面水汽压的24h显著增量区域和地面能量锋偏低能区一侧,强降雨开始后,地面水汽压的演变趋势对降雨强度和强降雨持续时间也有一定的指示意义。     

台风利奇马(1909)极端强降雨观测特征及成因

利用自动气象站资料、FY-2G卫星TBB（black body temperature）产品、多普勒雷达组网资料和NCEP FNL分析资料对超强台风利奇马（1909）极端强降雨观测特征、热动力结构演变和水汽输送进行分析。结果表明:此次台风大暴雨覆盖华东大部，极端强降雨区（过程雨量超过350 mm）位于浙江东部和山东中部，21个国家级气象站突破日雨量历史极值；副热带高压、台风和西风槽相互作用以及华东沿海强劲东南风急流为台风利奇马（1909）长时间维持与强降雨发生提供了有利的环境条件。浙江东部极端强降雨主要由发展极为强盛的台风本体产生，垂直深厚涡旋系统强烈的上升运动和台风眼墙区密实的深对流系统导致雨强大且降雨集中；而山东中部极端强降雨则与台风非对称结构演变和冷空气侵入密切相关。倒槽锋生、台风北侧3条螺旋雨带北移汇入及地形迎风坡处的列车效应导致山东中部远距离暴雨发生，随着500 hPa干冷空气从低层不断侵入，在台风西侧118°E附近形成向西倾斜的假相当位温锋区，暖湿气流爬升引发第2阶段稳定性降雨。     

广西区域极端特大暴雨成因个例分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测资料、雷达探测资料以及自动站雨量资料等,对2010年6月28日广西极端特大暴雨过程进行分析;结果表明：①暴雨灾害具有区域小、降雨时段集中、过程雨量大、短历时降雨强及引发次生灾害特别重等特点;②亚欧中高纬度500 hPa呈两脊一槽型、200 hPa南亚高压脊线贯穿广西上空及西南季风活跃是暴雨的环流背景;高空低涡、地面干线是主要天气系统配置,属低涡暴雨型;③强不稳定能量及层结的存在、850 hPa以下低层辐合、700 hPa附近明显涡旋、整层大气上升运动、850 hPa以下层高湿及水汽强烈辐合是主要物理量特征;④中尺度低压、低涡及气流辐合等是中尺度对流触发条件.FY-2E红外云图上对流云团生成、合并对强降雨有重要指示意义,暴雨发生在云团合并发展阶段,FY-2E的TBB值小于200 K可以作为短历时强降雨的指标.低质心雷达回波产生的列车效应和地形作用是造成强降雨的重要因素,低层辐合、高层辐散导致的强烈上升运动,有利于强对流的发展与维持.     

四川盆地极端暴雨过程基本特征分析

本文利用实况观测资料和NCEP再分析资料,选取1981-2015年四川盆地出现的23次极端暴雨天气个例,分析了其基本气候特征、主要环流形势、影响系统及中尺度对流环境条件,结果表明:(1)大多数极端暴雨都出现在持续性暴雨过程中,且极端暴雨出现前至少12 h已开始出现暴雨,暴雨中心主要出现在盆地西北部和西南部。(2)极端暴雨过程主要出现在500 hPa为"东高西低"型和"两高切变"型这两种环流背景形势下,"东高西低"型过程前24 h内副热带高压将西伸北抬,过程中仍保持稳定甚至会继续西伸北抬,而"两高切变型"过程前24 h内和暴雨过程中,副热带高压动态均无明显规律。(3)有3次极端暴雨过程有登陆台风,其外围环流形成的强水汽输送对暴雨有直接影响,6次过程有远距离海上台风向西或向北移动,对盆地内降水系统东移有一定的阻挡作用,利于强降雨维持。(4)"东高西低"型暴雨主要触发系统是西南低涡和高原低涡,"两高切变"型暴雨主要触发系统是切变线,且700 hPa有冷平流入侵,两种类型暴雨在200 hPa均为南亚高压东北侧的分流辐散区,暴雨中心均位于低层高比湿区和辐合中心,其中"东高西低"型暴雨低层偏南气流更强,暴雨中心主要位于盆地西北部,而"两高切变"型暴雨低层偏南气流更弱,暴雨中心位于盆地西南部的频次更高。(5)极端暴雨过程具有低层高比湿、整层相对湿度大、暖云层厚、CAPE呈狭长形态、垂直风切变小等特征,因此降水效率高,同时850 hPa比湿和假相当位温具有显著正距平,过程结束后850 hPa假相当位温明显下降。并据此建立了四川盆地极端暴雨概念模型,可供今后极端性过程的预报参考。     

不同天气系统影响下强降雨过程GPS可降水量变化特征对比

利用常规地面高空观测资料、山东省123个自动站1 h降雨量资料和25个地基GPS反演的大气可降水量资料,对比分析不同天气系统影响下典型强降雨过程中的大气可降水量变化特征。结果表明:(1)降雨开始前水汽累积时间与天气系统尺度有密切关系,一般尺度越大,水汽积累时间越长,低槽冷锋强降雨前大气可降水量的积累时长可达约26 h,副高边缘强降雨发生前水汽积累时间仅5~6 h;(2)水汽增速与天气系统尺度密切相关。天气系统尺度越小增速越快,低槽冷锋强降雨发生前水汽增速小于2.0 mm·h~(-1),副高边缘强降雨发生前水汽增速可达3.1 mm·h~(-1);(3)短时强降雨发生前,水汽累积时间与积累速度呈反相关,即水汽增速越快,强降雨发生越快,当水汽增速大于2.0 mm·h~(-1),可降水量经历5~6 h积累即可产生短时强降雨;(4)一般强降雨时段多数在可降水量峰区时段,而副高边缘型短时强降雨和冷式切变线第1阶段强降雨均发生在可降水量增长时段。降雨过程结束后,一般情况下可降水量锐减,而副高边缘型和冷式切变线第1阶段强降雨结束后可降水量继续增长。冷式切变线第2阶段降雨结束后可降水量出现持续小幅减小,数小时后,可降水量再次增长。     

一次暴雨过程中不同暴雨带的降雨特征及其成因分析

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2016年5月19-20日广西东部四条暴雨带的降雨特征和成因进行分析。结果表明:此次大范围暴雨与高低层天气系统的配置及冷暖空气的活动密切相关,但出现在桂东的四条暴雨带的降雨特征及成因有所不同:河池东部到桂林南部和贺州北部一带的东西向暴雨带(雨带I)为持续时间长的东西向窄带、锋面附近中小尺度对流系统南北少动是其直接原因;来宾到贺州南部(雨带II)的强降雨区偏在其东段、是由冷空气加速南下导致的锋面对流系统转向造成;南宁-玉林暴雨区(雨带III)和防城港-北海暴雨区(雨带IV)的出现都与锋面对流系统和暖区对流系统的合并发展有关,但雨带III的对流系统发展更为旺盛、持续时间更长,因此暴雨区范围最广、强度最强。     

一次盆地强降雨过程的多模式结果对比分析

运用西南区域数值模式SWCWARMS、欧洲中心细网格预报模式EC以及国家气象中心中尺度区域模式GRAPES对2018年6月25日12时～26日12时发生在四川盆地内的一次强降雨过程进行预报对比分析,多模式结果表明:EC模式与GRAPES模式对盆地西北部的暴雨漏报现象较为突出,SWCWARMS模式能较好模拟整个雨带的强度与位置,对比中尺度系统西南涡的模拟,在低涡出现和发展的12小时内,EC模式对低涡的预报能力偏弱,预报降雨量偏小,低涡位置与强度预报GRAPES与实况最接近,SWCWARMS模式与GRAPES相似,但仅有SWCWARMS预报出低涡南侧与低涡西北象限的强降雨,在低涡减弱阶段,3种模式趋于相同。EC与GRAPES模式在四川盆地内的初始涡度偏弱,辐合偏小,盆地西部边坡对流层低层垂直上升运动偏小,相对湿度偏低,这导致了EC和GRAPES模式在四川盆地西部边坡降雨强度偏小,仅有SWCWARMS模式与实况最符合,尤其对复杂地形下的降雨过程有较强的预报能力。      

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

2002年6月7～8日宁夏区域性暴雨天气过程分析

利用常规气象资料、数值预报产品及卫星云图、雷达回波等观测资料,应用天气学分析及诊断分析方法,对2002年6月7～8日发生在宁夏的罕见区域性暴雨天气过程进行了分析。结果表明,此次暴雨天气是在有利的"东高西低"降水形势下产生的。其主要影响系统是500hPa冷槽、700hPa低涡切变线、西南低空急流以及地面"锢囚锋"。相对稳定的"东阻形势"和西南低空急流的维持是暴雨持续的主要原因。     

双台风形势下长三角地区一次大暴雨过程的成因分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达拼图资料与NECP再分析资料,对2016年9月15—16日发生在"莫兰蒂"(1614号)和"马勒卡"(1616号)双台风形势下的长三角地区大暴雨过程的成因进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨过程发生在台风倒槽的顶端,暴雨区与对流层中低层辐合区和中高层高空急流右后侧辐散区相对应;"莫兰蒂"台风外围的丰富水汽与来自热带洋面"马勒卡"台风外围源源不断输送的水汽叠加,导致长三角地区降雨强度远大于"莫兰蒂"登陆前后阶段的降雨强度;苏皖地区高空槽后冷空气侵入,在浙江到上海沿海地区形成东北—西南向温度锋区,以及浙江中北部海陆交界地带特殊山脉地形的强迫作用,使得中尺度对流系统(MCSs)发展维持;长三角强暴雨区边界水汽通量收支变化与暴雨强度变化对应关系较好,且有6～12 h的提前量,对强降雨预报有一定的指示意义。     

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料，对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明：（1）在河北南部，太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区，而前者强度更强，体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。（2）本次过程中，三种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段，环境风维持强深层垂直风切变，相应的u风差也显著增强，利于迎风坡降雨增强；降雨结束时，深层垂直风切变为弱垂直风切变。（3）强降雨阶段，水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变，且低层风垂直切变较大；降雨结束阶段，水平风垂直切变矢量方向变化复杂。（4）太行山脉高度以下的东风不断增强，最大东风分量达到8～28 m?s-1，利于山区和山前降雨的增强。