四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3～6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。     

一次强对流天气及其中短时强降水的成因分析

利用常规地面、高空观测资料,自动站资料,NCEP再分析资料,多普勒雷达资料和WRF模式模拟资料等,对2009年6月初晋豫鲁皖苏5省的一次强对流天气及其中短时强降水的形成原因进行了分析。结果表明:本次过程是在高空东北冷涡不断引导冷空气南下,与低层低涡扰动形成冷暖空气汇合的有利天气形势下发生的。边界层内的强烈辐合抬升是触发对流发生和释放对流不稳定能量的主要原因之一。高空有明显的干侵入并叠加在低层高假相当位温的暖湿空气之上,这种较强的位势不稳定形势对本次过程中对流系统的触发提供了有利的条件。对流系统移动方向一侧有较强的风暴相对螺旋度,通过低层辐合上升气流的倾斜作用,使更多的水平涡度转化为垂直涡度,为本次过程的发展、维持以及其短时强降水的发生提供了有利的条件。     

渤海西岸偏东风对天津局地大暴雨的影响分析

利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东人流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。     

东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系

利用WRF中尺度数值模式,NCEP/NCAR分析资料,多普勒雷达观测资料等,对2016年7月25日一次东北冷涡下的飑线过程进行数值模拟,研究了飑线形成和维持与水平涡度的关系及飑线过程中中尺度对流涡旋(MCV)的形成机制,分析发现,高低层水平涡度逆时针旋转对本次飑线的形成和维持有很好的指示意义。(1)飑线发生前,高层渤海湾西侧出现水平涡度的逆时针旋转中心,并有较强的辐散配合,低层水平涡度为逆时针弯曲,为飑线产生提供了有利的上升运动条件。随后高层多个对流单体的水平涡度气旋式涡旋合并形成较大范围的气旋式涡旋结构,触发低层的上升运动,同时低层对流区前部形成一致的气旋式弯曲使得对流单体组织成带状结构,形成飑线。(2)飑线成熟时期高层水平涡度表现为统一大范围气旋式涡旋结构,低层则呈现典型的S型弯曲结构,水平涡度x方向的分量沿对流带从南至北表现为正负正,y方向的分量始终为正,并由对流带的中心向两侧减小,显示出水平涡度矢量旋转的方向对飑线影响的重要性。(3)由垂直涡度方程的分析得出,在飑线发展中期,MCV形成前,雷达反射率回波在500 hPa左右表现出明显的旋转,此时主要与500 hPa以上强的正涡度水平平流项及中层倾侧项和水平散度项有关,之后,在这几项的作用下使得中层风场产生气旋式旋转,形成MCV。      

线状对流中EF3级强龙卷的多尺度机理研究

利用NCEP再分析资料、地面观测资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达资料、FY-4A卫星资料、雷达变分同化分析系统输出的高分辨率分析场资料对2018年8月13日17:30发生在天津静海地区的EF3级强龙卷过程进行分析,结果表明:此次过程为发生在线状对流中的强龙卷,且引发龙卷的对流风暴不具备超级单体风暴典型特征,龙卷形成后,在涡旋不断加强的基础上,旋转中心不断下降,且TVS的伸展厚度不断增大。两个线状对流之间新单体的形成发展促使了线状对流的合并,新生对流单体强回波接地时间与龙卷的发生时间有较好的对应关系。在龙卷发生前20 min,分别位于两条边界层辐合线北侧和西侧的偏北风和前方入流的偏东风构成了中低压的辐合旋转流场,当雷暴出流与龙卷发生地的局地风垂直切变中心(在180 m高度可达90×10~(-3)s~(-1))相遇,辐合线上水平分布极不均匀的上升运动迫使水平涡管倾斜,加强了垂直涡度,涡管在垂直方向上被拉伸,根据角动量守恒,旋转加强形成龙卷母体涡旋,因此,发生在线状对流中的强龙卷虽然在对流模态上与超级单体龙卷不同,但龙卷母体涡旋形成的物理机理是一致的。     

2020年绥化地区一次超级单体龙卷及其环境特征分析

利用常规资料、区域自动站资料、FY-4卫星云图、新一代天气雷达、ECMWF再分析资料,分析2020年8月9日黑龙江省绥化市绥胜满族镇EF2级龙卷的结构特征、形成过程和触发机制。结果表明：此次龙卷发生在东北冷涡底前部500 hPa为西南气流、低层为暖式切变线、地面为暖锋的背景下;中层干输送有利于下沉气流,低层暖湿气流和高空辐散加强了气流的上升,增强的水平涡度在较强的低层垂直风切变作用下形成涡管,提供了有利龙卷发生的环境条件。较小的低层温度递减率、较大的对流抑制能量、地面两条辐合线共同触发形成超级单体。不同于黑龙江省历次龙卷过程,此次龙卷天气的对流有效位能较低、对流抑制能量较大,没有干线触发。中等强度深厚的中气旋由0.5°仰角向上发展至中层并加强,维持时间约50 min,当中气旋在中层旋转速度超过低层时,龙卷产生。     

2006年7月2日陕北南部大暴雨成因分析

利用常规资料、新一代天气雷达观测资料和1°×1°NCEP资料对2006年7月2日发生在陕北南部的一次区域性暴雨、局地大暴雨过程诊断分析。分析表明：该次区域性暴雨、局地大暴雨天气过程发生在西太平洋副热带高压持续西伸北抬后缓慢撤退的过程中,低空气旋性环流及其前部的暖湿切变线是形成暴雨的直接影响系统。低空急流为暴雨提供了源源不断的暖湿气流和不稳定能量,地面辐合是触发对流发展和释放不稳定能量的中尺度条件,有利的涡度散度场耦合、垂直运动的强烈发展和水汽输送及辐合形成了暴雨天气。     

一次暴雨中尺度涡旋发展机制诊断分析研究

中尺度涡旋可以持续激发新对流,是造成局地持续性降水的重要系统。基于经典涡度方程的诊断无法描述热力信息对于涡旋发展的贡献。本文采用Boussinesq近似对涡度方程进行整理,将方程唯一强迫项定义为垂直速度位涡,其形式与位涡类似,利用垂直速度替换位温。进一步在垂直速度位涡倾向方程中,以气压水平梯度的形式引入热力过程的间接作用,定量描述动热力配置的贡献。以2021年6月15日发生在南疆的一次极端暴雨为例,利用高分辨率数值模拟资料,初步分析了低层动热力强迫作用向垂直涡度的传递。结果表明,垂直速度位涡的局地变化主要来自热力强迫项中低层垂直风切变与低层冷池的耦合作用,两者在降水区前侧产生大范围的正值区。该区域与垂直速度位涡的正值区重叠,促进垂直速度位涡的增长,进而维持降水前缘的正涡度,有利于产生较强的上升运动,触发新对流并造成持续性降水。     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

2008年洛阳地区雷暴初日的局地大暴雨分析

2008年4月7日夜间,洛阳市出现了入春以来的首次区域性雷暴天气,栾川县出现局地大暴雨,12 h降水量达到96 mm.利用常规气象资料和乡镇雨量站、新一代多普勒雷达资料,分析了此次区域雷暴过程中伴随的局地大暴雨成因,结果表明:这次局地大暴雨是在强垂直温度梯度条件下,低涡系统的东移,致使涡前切变线移入不稳定能量区,诱使不稳定能量暴发而产生的强对流天气,涡前切变线是这次过程的触发机制;前期晴朗高温天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件;K指数、SI指数等对流指数对此次局地暴雨有很好的反映;对流触发后生成的中β尺度对流系统稳定维持在栾川且获得发展是造成强降水的主因;栾川特殊的山地地形(伏牛山脉)对降水有一定的增幅作用.     

天津局地暴雨特征及落区预报分析

利用常规观测资料分析2009-2011年天津地区33次局地暴雨天气过程的影响系统。对局地暴雨天气发生前的大气环境物理参数进行统计,对比不同影响系统下预报着眼点的差异。结果表明：天津局地暴雨主要发生在蒙古冷涡、东北冷涡、高空槽前以及高空槽后四种天气系统的影响下。蒙古冷涡系统下应以整层良好的水汽和涡旋系统东南象限深厚的辐合上升运动为着眼点;而东北冷涡系统下则需关注低层水汽条件充沛和中层强烈的辐合抬升;高空槽系统下在动力、水汽以及能量条件配合较为均衡;而槽后型系统影响下若发生局地暴雨,各种强对流参数特征则最为显著。在此基础上,通过典型局地暴雨过程对强降水落区进行诊断表明,天津构造加密探空由于充分考虑了近地面的温湿风特征,计算所得的可降水量、对流有效位能以及地面至3km高度的垂直风切变对局地暴雨落区具有良好的指示性。同时,个例研究也表明TJ-WRF对局地暴雨天气过程有较好的预报能力,综合应用模式物理量结果能较好地预报局地暴雨落区。     

一次东北冷涡下槽后强风与飑线后向入流演变及成因分析

本文利用NCEP分析资料、多普勒雷达观测资料、常规气象观测资料以及数值模拟结果,对2016年7月30日发生在华北、辽宁附近的一次强飑线过程中后向入流的演变及成因进行研究。结果表明,此次飑线发生在中纬度新生冷涡槽前,低层有水汽辐合区和地面辐合线对应,且过程中伴有较强的对流有效位能释放。飑线后部中层(冷涡槽后)一直存在α中尺度西风大值带,此大风速带造成了上下层相反的水平涡度,并形成喇叭形环流结构,该结构不同于经典飑线结构。飑线后部水平方向上水平涡度分布不均匀,并形成水平涡度旋度上正下负的分布,即导致中层强风区上部上升运动、下部下沉运动,该下沉运动引发飑线中的后向入流和低层强风速带形成。在中层,飑线的后部边缘始终有较强的风速大值带伴随飑线的发展,该大值带的形成与对流强弱和非热成风涡度有关,对流过程中低层非热成风涡度为负,中上层非热成风涡度为正,导致飑线后部中层西风加速和低层西风减速,有利于后向入流的发展和飑线的维持,当对流减弱时,非热成风涡度与后向入流均减弱。文中给出了后向入流形成演变的概念模式。     

2016年6月海南一次龙卷过程分析

利用19612015年陕西省70个气象观测站的逐日降水资料,采用线性倾向估计、趋势分析及Mann Kendall等方法,分析了陕西省不同等级降水量、降水日数及降水强度的气候变化特征。结果表明：无论是降水量、降水日数,还是降水强度,均呈现出南多北少的分布特征,且随着降水级别的逐级增加,地区分布差异逐渐增大;整体上降水量和降水日数呈现出减少趋势,其中降水日数的下降趋势均非常显著,全省年均降水日数的气候倾向率达到了-3.83天·10a-1,通过了0.01的显著性检验,降水强度的增加趋势通过了0.05的显著性检验,每10 a全省年均降水强度增加0.15 mm·d-1;陕西降水量及降水日数的减少主要体现在春秋两季小雨及中雨的减少上,小雨降水强度在夏、秋两季的气候倾向率分别为0.05和0.04 mm·d-1·10a-1,其上升趋势分别通过了0.01和0.1的显著性检验,这是年均降水强度上升的主要原因;陕西年均降水量及降水日数自1984年出现了突变性下降,而降水强度的突变则出现在2004年,之后一直呈现持续的上升趋势。     

一次华南强飑线过程的数值模拟及后方入流作用诊断

利用WRF中尺度模式对2014年3月30—31日发生在华南的一次强飑线过程进行数值模拟。本次飑线过程受高空槽和低涡切变线影响,水汽条件充足,低层垂直风切变较强。模拟结果表明:发展阶段,后方入流缺口开始出现,飑线逐渐呈弓形结构;成熟阶段,飑线后方入流逐渐下沉到地面并延伸至对流区前沿,冷池完全移入残留冷区并加强,配合九连山下坡过程,飑线得以加强。后方入流对本次飑线过程的发展和维持十分重要。后方入流受环境风及中层负压力扰动作用开始形成,随后受对流区后侧中低层涡旋对的影响迅速发展增强而进入发展阶段,反气旋式涡旋的北侧风场促进了后方入流的形成和发展;成熟阶段,气旋式涡旋的南侧风场使后方入流迅速增强。气旋式涡旋区域主要受涡管拉伸作用增长,反气旋式涡旋区主要受涡度倾斜增长作用。涡旋对垂直涡度主要是由低层水平涡度向上倾斜引起,而水平涡度则是由斜压作用产生。     

豫东地区“6.3”与“7.17”两次致灾大风雷达资料对比分析

利用加密自动站常规、非常规资料和多普勒雷达资料,分析了2009年6月3日(简称"6.3"过程)和2010年7月17日(简称"7.17"过程)在豫东地区出现的大范围强对流、大风天气过程。结果表明,"6.3"和"7.17"过程虽然都有高空槽和槽后西北气流引导北方冷空气南下,使中高层气温迅速下降,造成大气层结的极不稳定和高低空风的垂直切变,进而高空动量下传,形成强对流的发生、发展、维持和传播。雷达径向速度和风廓线显示,"6.3"过程"弓形"出现了强回波区并位于回波区前沿,其移动速度快,具有径向风速辐合等飑线特征;"7.17"过程则是在中尺度涡旋云系中形成多个局地对流旺盛的单体,最终造成强降雨、雷电和局地强风暴等强对流天气。     

一次强降水超级单体风暴的动力特征分析

利用NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达资料对2018年9月19日晚发生在四川盆地东北部的强降水超级单体风暴进行诊断分析。研究表明：此次强降水超级单体风暴发生在较强的不稳定能量、很低的抬升凝结高度、低层深厚湿层、较弱的对流抑制能量及中等到强的垂直风切变的背景条件下,低层冷空气的侵入最终触发了本次过程。在强降水超级单体风暴发展演变过程中,中低层较强垂直风切变的重要作用是产生水平涡管。水平涡管又在上升气流的作用下抬升为垂直涡管,最后产生垂直涡度。而通过对大气垂直涡度方程的分析发现：垂直涡管在随高度增加的上升气流的拉伸作用下,不断加强,致使上升气流更强烈旋转,水平旋转又反过来加强了上升气流。上升气流与水平涡旋持续不断的正反馈机制是形成中气旋的重要原因。     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

FORMATION AND STRUCTURAL EVOLUTION OF INITIAL DISTURBANCE OF TYPHOON FUNG-WONG (2008)

The formation of a tropical cyclone is the result of a process in which an initial disturbance evolves into a warm-core low-pressure system; however, the origin of the initial disturbance and the features of the initial fields are overlooked in most existing theories. In this study, based on FY-2C brightness temperature data and the Japan reanalysis dataset, the origin and evolution of the tropical disturbance that became Typhoon Fung-Wong (2008) were examined. The results demonstrated that the initial disturbance emerged within a saddle-type field with large vertical tropospheric wind shear. The vertical wind shear decreased with the adjustment of the upper circulation; moreover, accompanied by convection over the warm section around the upper cold vortex, it provided favorable thermal and dynamic conditions for the development of a tropical vortex. During its development, the zone of associated positive relative vorticity strengthened and descended from the mid-troposphere to lower levels. This rapid strengthening of lower-level vorticity was due to increasing convergence related to the intensification of the pressure gradient southwest of the subtropical high. This indicated that the upper cold vortex and West Pacific subtropical high played very important roles in this case.     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

铜仁市一次雷暴大风过程分析

利用常规站资料、ERA5资料（0.25°×0.25°）以及务川雷达和铜仁新一代多普勒天气雷达资料对2022年4月24日发生在贵州铜仁市多个区（县）的一次雷暴大风过程进行分析,结果表明：（1）此次天气过程是发生上干下湿的不稳定环境中,高空槽、南支槽、低涡、切变线和地面辐合线都为此次强对流天气过程提供了触发条件。（2）大的DCAPE值、中层中等强度的垂直风切变和低层较强的垂直风切变以及较大的850hPa与500hPa的温差都是利于大风产生的条件。（3）大风常常出现在弓形回波前部突出处,高悬的强回波、弱回波区、高的回波顶高以及径向速度中出现逆风区和强并且深厚的中层径向辐合等都是出现大风天气的雷达产品特征。