一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6—8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明：1）500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统, 数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因;2）850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强;3）列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因;4）风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

黄南地区两次雨(雪)过程对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料和数值预报,对黄南地区2016年4月15和5月14日两次北部中雨南部大雪过程从天气形势、物理量场、数值预报等方面进行对比分析。结果表明:两次大降水的影响系统是新疆分裂短波槽东移与南支槽叠加共同作用,地面冷锋过境影响,冷空气的势力"5.14"强于"4.15"。两次大降水发生前,假相当位温场上大降水区均处于高能区中,能量锋区基本上位于青海的东部,涡度与散度场的配合,使低层辐合,高层辐散,中低层正涡度、高层负涡度的空间配置。新疆槽自带水汽与南支槽前水汽打通,给黄南提供充足水汽,水汽通量的辐合结合强的垂直上升运动使大降水产生。EC数值预报中提前24h预测出两个个例的影响系统相同,移动速度相近,仅冷空气强度不同;T639数值预报相对湿度为逐时段增大,且从低空到高空整层湿度在临近降水时80%,同时上游存在正涡度和负散度大值区配合东移,在降水开始前,黄南上游青海中部均存在东北西南向负垂直速度大值区,其东移使黄南地区垂直上升运动增强,总之,数值预报能够分析出有利于大降水产生的条件。     

WRF模式对江苏一次强降水过程的模拟分析

利用NCEP最终分析资料,使用WRF模式模拟了2008年7月22—23日出现在江苏的一次强降水天气过程。结果表明：WRF模式能较好地模拟出这次降水的区域,对这种中尺度天气系统具有良好的预报能力。在这次降水过程中,低空风场切变线和冷空气以及与高空急流的合理配置加强了强降水区垂直环流的发展,使降水区对流发展;而高空辐散、低空辐合的流场特征也促进了强降水的产生;这次过程的水汽输送在850hPa上最强,850hPa的强水汽输送是产生强降水必需的水汽条件;从能量方面看,江苏全境都处于K指数高值区,特别是江苏中北部有相当高的能量聚集,为强降水提供了不稳定条件。暴雨区上空螺旋度呈低层正中心、高层负值区的分布,螺旋度的高低层耦合是触发并维持低压暴雨的动力机制。     

北京一次强降水过程的数值模拟

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.3和1°×1°的NCEP气象再分析资料,对2011年7月24日北京强降水天气过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料进行诊断分析。结果表明：WRF模式能较好地模拟出这次强降水过程。该过程不仅受到对流层中低层长波低槽和地面辐合区系统性的动力抬升作用,还受到对流层高层辐散的强迫作用。在这种配置下,中低层大尺度动力抬升与高层强辐散呈现出垂直耦合状态,有利于强降水区垂直环流和对流的发展。同时北京地区上空500 hPa以下相对湿度大于70 %,在降水区形成了深厚的高湿环境,为降水的产生、加强和维系提供了充沛的水汽条件。从大气稳定度方面看,北京市全境均处于K指数高值区,高峰值为42.5 ℃,反映了大气层结非常不稳定。从动力作用分析发现,高空辐散、低空辐合的流场特征促进了降水的产生,螺旋度低层正值、高层负值的耦合结构是触发并维持降水的动力机制。     

2019年5月湖北东部一次大暴雨过程诊断分析

利用NCEP 1°×1°格距逐6 h再分析资料、FY-2F逐时云顶亮温(TBB)资料、国家气象站常规探空和地面气象观测资料、湖北省区域气象自动站资料,对2019年5月25日湖北省东部一次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa中高纬低槽不断分裂南下,盆地低槽稳定维持,中低层低涡扰动,切变线和低空急流维持,是本次大暴雨的有利天气背景;有西南向的水汽输送通道并在暴雨区强烈辐合,水汽辐合中心位于900～950 hPa,500 hPa以下整层温度露点差都在4℃以下;暴雨区在150 hPa以下为正平均涡度;400 hPa以上为正平均散度,其下为负平均散度,最强降水时段高层辐散低层辐合的配置明显向对流层下层压缩,高层负涡度低层正涡度的配置催生了高层辐散低层辐合的散度配置,有利于垂直上升运动加强;暴雨区上升运动从1 000 hPa延伸到200 h Pa,整层以上升运动为主,在最强降水时段上升运动中心明显下移;有明显的上冷下暖层结结构,形成低层暖平流高层冷平流的温度平流配置,有利于产生对流不稳定;降水云顶亮温TBB≤-50℃区域与降水区对应,近似圆形的中尺度对流系统对湖北东部强降水十分有利。     

2018年6月贵州一次持续性降水天气过程分析

该文利用常规气象降水观测资料和NCAR提供的1°×1°的FNL再分析资料,对贵州2018年6月20—24日大范围持续性降水天气过程进行分析,结果表明:100 hPa受南亚高压影响,贵州处在高压前部的高层辐散、低层辐合气流中,有利于产生上升运动。500 hPa亚欧大陆稳定的两槽一脊环流形势,导致北方弱冷空气从贝加尔湖高压脊前不断南下至长江流域。850 hPa主要受低空急流和切变线的影响,低空急流将西南暖湿气流源源不断地输送到中国南方;切变线稳定位于浙江中部至贵州北部,同时贵州的水汽通量辐合区位于切变线南侧,利于水汽辐合上升。贵州全省处在低层辐合、高层辐散的垂直运动负值区中,有良好的上升运动条件。水汽和动力条件的配合,是造成此次贵州大范围的持续性降水天气的主要原因。     

“0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析

利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、地面自动监测站以及FY-4A卫星、多普勒雷达、激光雨滴谱仪等精细化监测资料,对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明：（1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水;高空急流入口区右侧强辐散、低空急流出口区风速辐合、低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件;低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送,整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件;500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、地面干线所围成的不规则四边形区域,且与500 hPa T-Td≤4℃、 700 hPa T-Td≤3℃、 850 hPa T-Td≤2℃、 Ki指数≥38℃、 Si指数≤-1℃所控制的区域相重叠,在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区,即在地面干线和地面中尺度切变线0～30 km范围内极端降水量最大。（...     

一次短时强降水过程中的干侵入作用

以2012年7月15日凌晨榆林地区一次短时强降水过程为研究对象,利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示冷涡影响下降水过程中干侵入的特征及其对短时强降水发生、发展的作用机制。结果表明:此次短时强降水过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的黑体亮温高值区与干冷区相对应,干冷区的伸入使得对流云团边缘亮温梯度增大,同时对流云团发展;干侵入与对流层高层的下沉运动、高值位涡以及干冷区相对应,因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在强降水区上空出现了对流不稳定层结,为短时强降水的发生创造了有利的环境条件。另外,此次降水过程水汽条件主要集中在对流层低层,风场辐合带来的短时间水汽辐合为短时强降水集聚了一定的水汽条件。在地面中尺度辐合线的触发作用下,将不稳定层结中包含水汽的气块抬升,从而形成降水。     

“尼伯特”台风暴雨过程中温州北部和南部降水差异的成因分析

利用温州地面自动气象站资料和日本0.5°×0.5°分析资料,对2016年7月8—9日"尼伯特"台风暴雨过程中温州北部与南部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)北部东南气流较弱,降水小;南部受东南低空急流影响时间较长,有利于产生强降水。2)北部水汽辐合弱,提供的水汽有限;南部水汽辐合强,提供的水汽充足。3)南部的SWEAT指数高于北部,强降水的不稳定条件优于北部。4)北部低层辐合弱,高层辐散弱,低层非地转湿Q矢量辐合小,上升运动弱,降水也弱;南部低层辐合强,中低层和高层辐散强,低层非地转湿Q矢量辐合大,上升运动强,有利于产生强降水。     

一次聊城强降雨天气过程诊断分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°逐日再分析资料和济南多普勒雷达资料,对2015年8月3—4日聊城市一次强降雨天气过程进行分析。结果表明:此次强降水天气的主要影响系统有500hPa西风槽、850~700hPa切变线、850hPa西南急流;降水前边界层逆温层有利于不稳定能量积聚,是产生雷电、大风的有利条件;强降水前低层大气高温、高湿,冷空气从700~850hPa入侵,触发不稳定能量释放造成强降水;850hPa以下水汽大量积聚到鲁西北地区,强水汽输送为本次强降水的发生提供了有利的水汽条件;降水时间内整层大气都存在强上升运动,加强了低层水汽辐合和不稳定能量释放;雷达回波显示本次强降水过程分为2个时段,3日14:16—15:37主要为对流性降水,3日16:01—4日00:00为层状云降水。     

2008年7月23-24日山东暴雨天气过程分析

利用常规气象资料、物理量场资料、卫星云图、大气监测自动站等资料,对2008年7月23-24日出现在山东中东部的暴雨天气过程成因进行了诊断分析.结果表明:暴雨天气过程是副高边缘的西南暖湿气流、西南涡和地面倒槽共同影响造成的;副高在暴雨预报中非常关键,副高的强弱影响暴雨的落区;低空急流向暴雨区源源不断地输送水汽,为强对流的发展积累了不稳定能量;850 hPa θse的水平变化、能量锋区和6 h降水区分布关系密切,高层引导气流对低层的引导作用较大,加强对500 hPa形势场的维持和变化分析,有利于准确预报低层影响系统的发展和变化;本次过程降水存在明显的中尺度降水特征,地面辐合中心和辐合线为强降水发展提供了启动机制,强降雨中心位于地面辐合中心、辐合线附近.     

华北高空槽强降水过程的数值模拟及分析

利用新一代中尺度数值预报模式WRF,对2008年8月20—21日华北地区的一次高空槽过境造成的大范围强降水过程进行数值模拟,并进行诊断分析。结果表明:高分辨的WRF模式可以很好地模拟出本次高空槽强降水过程;槽线降水沿地面低压带中心狭长带状分布;近地层比湿平流的变化对强降水产生和演变起至关重要的作用;700 hPa上升速度、700 hPa水汽通量散度辐合区与降水的强度和落区配合较好;相当位温θe的空间分布呈"V字型漏斗"结构,不稳定能量主要积聚于槽线附近中低层等θe线逆向折叠地区和强降水爆发前低层的θe逆温中。最后讨论了高空槽强降水的一种物理演变机制。     

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。     

新型观测数据在东莞一次大暴雨过程中的综合应用

利用区域自动站、风廓线雷达及微波辐射计资料,对东莞市2019年6月一次大暴雨作综合分析。结果表明:大暴雨发生在前期高温、高层强辐散形势中,低层有西南风急流,水汽充沛,利于出现强降水,低层浅薄冷空气入侵激发前期不稳定能量,强对流出现;弱冷空气触发的降水,雷雨的偏北出流与西南风对峙形成中尺度辐合线,增城降水造成的冷池驱动导致东莞的第一波降水,飑线与地面辐合线合并,冷暖平流对峙激烈,使强降雨维持;850hPa低空急流在强降水前2h最强,925hPa风速则在2h前增大,数值跃升时,强降水出现;低层垂直风切变在强降雨前2h最强,对强降雨的发生有指示作用;微波辐射计的综合水汽含量仅对首次降雨有指示作用,提前20min的数值增长具有参考性;CAPE值对强对流的发生敏感。     

东北冷涡背景下沈阳地区一次强降水过程分析

利用辽宁省区域自动站、探空和多普勒雷达观测资料及ECMWF再分析资料, 对2016年6月30日发生在沈阳地区一次局地短时强降水过程的天气特征及可预报性进行分析。结果表明: 此次天气过程为东北冷涡背景下典型的午后强对流天气, 白天太阳辐射加热使得沈阳城区温度高于周边区域, 配合中低层的高湿环境具有较好的不稳定能量; 暴雨发生前2 h, 近地面至300 hPa高度西南气流不断增强, 低空急流出口区减压, 使得垂直运动增强, 上升运动高度达到对流层顶, 有利于触发和加强对流, 1.5—3.0 km的16 m·s^-1的西南风脉动和急流减弱消失对降水发生和结束有较好的指示意义; 午后低层辐合、高层辐散的不稳定层结在强降水发生前2 h建立, 散度最大时段与强降水时间对应较好; 雷达观测反映这次降水以低质心暖云降水为主导, 具有较高的降水效率, 地面辐合线触发了对流, 并逐渐发展演变成带状对流系统。从数值预报的结果来看, 模式未能报出城市下垫面对气象要素的影响, 对于地面辐合线的预报存在明显的滞后偏弱, 导致强降水预报难度增加。     

太行山东部短时强降水的环流形势特征场分析

该文基于华北地区太行山东部2008—2018年6—9月的逐小时降水数据,利用K-means客观聚类法对太行山东部降水数据进行客观分类,得到3类不同降水强度类别的降水簇。对这3类降水簇分别从对流层低层到对流层高层的环流形势场进行分析对比,得出最有利于短时强降水发生的环流形势特征场：对流层高层200 hPa西风急流风速大且急流中心向东扩展,急流附近有位势高度槽发展,槽有较强的辐散场;中层500 hPa有强的位势高度槽脊和温度槽脊发展;低层700 hPa有强盛的西南低空急流和闭合的低压气旋性环流,850 hPa层上大部水汽达到饱和,925 hPa层上短时强降水区风向风速变化剧烈,具有明显的风向风速辐合中心、强的低压气旋性环流中心和大范围的暖区。这种由对流层低层向高层的环流配置最有利于短时强降水的发生发展。同时对3类降水簇的地理特征进行对比可以发现,短时强降水易发生于山前。研究结果不仅有助于短时强降水的预报,而且对防灾减灾、水资源利用和社会经济发展具有重要的科学意义和应用价值。     

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和吉林省白山观测站多普勒雷达等资料,对2010 年7月31日吉林省东南部的短时强降水天气过程进行初步分析。结果表明：500hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化;强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一;小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程;多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的强度和零线形状、以及逆风区对预报短时强降水具有很好的指示意义。     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。