长江中下游地区夏季强降水前期的三维环流结构特征分析

利用1959～2013年台站逐日降水观测资料和JRA-55逐6小时再分析资料,分析了长江中下游地区夏季强降水对应的前期三维环流结构。通过对长江中下游地区373个强降水样本的大气环流场合成分析发现,在长江中下游地区对流层中上层存在暖异常,暖中心位于300 hPa。在静力平衡和准地转平衡的作用下,高层暖异常上层存在反气旋式环流,下层存在气旋式环流。一方面,暖异常通过高层的反气旋式环流异常,使得其北侧的200 hPa西风增强,并促使高层急流东伸、南移到长江中下游地区北侧附近,增强了长江中下游地区高空辐散;另一方面,暖异常通过低层的气旋式环流异常,加强了吹向长江中下游地区的西南风,使低层水汽输送及辐合增强。暖异常所引起的高低空环流异常的有利配置,对长江中下游地区夏季强降水形成有重要作用。300 hPa 暖异常在降水前48小时已经存在于青藏高原东部的400～300 hPa 高空,700 hPa 气旋式环流提前24小时出现在四川盆地中低层。高低层的环流要素相互配合并随时间东移,暖异常率先到达长江中下游地区,并配合低层气旋式环流和水汽辐合区,导致了长江中下游地区的强降水。     

辽宁初夏降水大尺度环流影响因子及2012年初夏异常多雨成因分析

利用辽宁省50站1961—2012年夏季逐日降水资料及NCEP/NCAR逐日再分析资料,对辽宁初夏降水异常的大尺度环流特征进行了诊断分析。在此基础上对引起2012年辽宁初夏降水异常偏多的大尺度环流进行了研究。研究发现:东亚地区对流层不同高度上大尺度环流系统相互配合是造成辽宁初夏降水异常的主要原因。2012年辽宁初夏的4次主要降水过程对应的环流形势基本相同,200 hPa高空急流在东北以西上空出现气旋式分支现象;500 hPa上亚洲中纬地区受两槽两脊控制,东北地区上空是槽区,对应明显的位势高度负距平;850 hPa风场和整层水汽通量场上,东北地区上空均为气旋式环流;多雨年200 hPa高空急流出现分支现象,副热带西风急流强度偏强;500 hPa亚洲中纬地区受两脊一槽控制,东北地区上空是槽区,对应位势高度负距平;850 hPa风场在东北地区上空表现为气旋式环流。这表明东北地区上空对流层从低到高,都受一个深厚的低值系统控制;各层环流情况均表明:东北冷涡这一深厚的冷性涡旋系统是2012年辽宁初夏降水异常偏多的主要影响因子。     

1999年6月长江中下游梅雨暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和加强观测期资料,对1999年6月发生在我国长江流域的持续性梅雨期降水过程的大尺度环流特征进行了分析,结果表明:(1)1999年梅雨期,我国长江中下游强降水带状分布非常明显,强降水主要发生在长江中下游地区,强降水带呈东西向分布,并且雨带的南北边界非常清楚。(2)在对流层低层,从孟加拉湾来的西风气流和西太平洋副热带高压前缘的东南气流在长江流域维持,为此次强暴雨过程产生和发展提供了有利的大尺度条件。高空急流和低空急流的存在和维持为此次梅雨锋暴雨过程的发生提供了有利的抬升机制,而对流层中低层的中性对流不稳定特征则为持续性暴雨过程的发生提供了有利的不稳定机制。(3)梅雨锋区对流层低层的水汽辐合非常明显,水汽输送主要来自孟加拉湾和西太平洋,同时南海季风槽在向梅雨锋区输送水汽的过程中起到了非常重要的作用,它是热带海洋地区向我国内陆输送水汽的通道。(4)平均纬向风速u对流层高层出现了与高空西风急流与高空东风急流相对应的两个强风速核;径向平均风速v在400 hPa以下层次盛行南风,而在400 hPa以上的高层盛行北风;受两侧下沉气流的制约,梅雨锋降水带南北两侧存在位势不稳定层结中的不稳定能量无法释放,因此没有出现明显的降水。     

2010年6月中国南方持续性强降水过程：天气系统演变和青藏高原热力作用的影响

2010年6月中国南方发生持续性强降水,其强度与2008年6月相当,超过近年来其他年份。但是,与2008年6月相比,2010年6月对流层中低层低值系统活动在青藏高原至长江中下游地区异常频繁,副热带高压(副高)位置异常偏西、强度偏强,导致低层异常风场辐合区及强降水区域相对偏北。分析2010年6月14—24日中国南方连续出现的4次持续性强降水过程,发现南亚高压、对流层中层的中纬度槽脊和西太平洋副高以及低层切变线和东移低涡是造成持续性强降水的主要天气系统。利用WRF模式对2010年6月强降水过程实施显式对流集合模拟试验,在控制试验重现观测到的地面降水和天气系统特征的基础上,在敏感性试验中将青藏高原的地表短波反照率修改为1.0,对比两组模拟试验的结果表明:控制试验中青藏高原的地表感热加热作用使得高原及其周边地区的大气温度发生变化,相应的热成风平衡调整使得对流层低层至高层大气环流和天气系统特征发生显著变化,增强了中国南方的持续性降水。200 hPa青藏高原西部形成反气旋性环流异常,东部形成气旋性环流异常,青藏高原东部南下的冷空气加强,中国南方辐散增强;500 hPa青藏高原北部的脊加强,中国东部的槽加深,副高西北侧的西南风明显增强,从青藏高原向下游传播的正涡度也显著加强;850 hPa的低涡强烈发展并逐步东移,华南沿海的西南低空急流更为强盛,导致降水区的水汽辐合、上升运动及降水强度都增强。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

东移西南低涡空间结构的气候学特征

对1991～2004年夏季（6～8月）西南四川盆地的低涡活动进行统计分类,比较分析了移出型和停滞型两类西南低涡生成初期的合成环流场,总结出影响低涡东移的三维环流结构的气候学特征：东亚中纬度地区对流层中高层的冷空气入侵造成中高层气温偏低,位势高度降低,伴随冷偏差中心南侧20°N～30°N由对流层顶至850 hPa都出现偏强西风,最大的西风偏差位于长江下游地区上空200 hPa。一方面,高层风速差异的纬向梯度加强了长江中游地区的高空辐散,在西南低涡东部形成有利于降水和气旋性环流发展的动力抬升机制。另一方面,对流层低层的西风偏差在青藏高原南麓至我国东部长江以南形成一条异常的水汽输送带,加强了低涡南侧的偏西风水汽输送作用,为低涡东部的降水潜热反馈作用提供了充足的水汽。西南低涡在这样有利的环流形势和水汽条件下更容易移出盆地。     

大连地区暖锋暴雨个例成因与雷达回波特征

利用常规观测资料、自动站资料和多普勒雷达资料等,对2009年7月14日大连暴雨局部大暴雨过程进行详细分析。结果表明：这是一次暖锋大暴雨过程,高空河套槽北抬和北支槽尾段相叠加,中低层在渤海北部到大连地区形成涡旋环流,700 hPa气旋式较大曲率处在地面暖锋上空,大连地区位于地面气旋顶部即暖锋顶部,造成强降水的产生。强湿区,配合暖锋前低层辐合中心、高层辐散中心,为暖锋大暴雨天气提供水汽和动力条件。从雷达回波分析可以看出,暖锋前部45dBz的β中尺度反射率及速度场上“单牛眼”特征,是造成此次暴雨过程及短时暴雨的直接原因。VWP资料分析表明,低层东南急流与高层西南急流形成切变层的高度以及两支急流的强度变化,与暖锋对应并决定降水的强弱。     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

山东省极端强降水天气概念模型研究

利用山东省1971—1999年逐日降水资料,采用百分位法确定各站极端强降水阈值。据此阈值,在2000—2009年中挑选了39个极端强降水天气过程并进行天气分型,得到高空槽类、副高外围类、切变线类、气旋类、热带气旋类5类极端强降水概念模型。研究表明:切变线类、气旋类和热带气旋类暴雨区范围较大,而高空槽类和副高外围类暴雨区范围较零散;5类极端强降水均伴有低空急流,暴雨区一般位于700 hPa与850 hPa切变线(或槽线)之间、低空急流左侧风向风速辐合处;高空槽类、副高外围类、切变线类一型和气旋类均有冷空气影响,暴雨区位于850 hPa冷温度槽前部;5类极端强降水的产生机制不同,落区与θse的配置也不尽相同。     

登陆热带气旋降水增幅的合成诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,采用动态合成分析方法,对登陆后降水增幅类和非增幅类热带气旋的大尺度环流特征做了合成分析和动力诊断.结果表明:增幅类热带气旋处于强经向型环流之中,中高纬度为阻塞形势,高层有急流入口区南侧的强辐散,并与西风槽相互叠加;低层有急流和水汽通道的长时间联结;热带气旋东侧还有次级环流相伴.非增幅类热带气旋环流背景相对平直,高空辐散弱,无西风槽叠加;低空急流减弱迅速,且水汽通道较早出现断裂;无次级环流出现.增幅类热带气旋高层存在显著非地转运动,高层南风急流入口区的强次地转运动和降水增幅紧密相关.     

青海高原短时强降水时空分布及天气学概念模型

利用青海52个地面气象站小时降水并结合常规观测资料和NCEP FNL再分析资料,使用K-means聚类法和合成分析方法,将青海的短时强降水天气环流形势配置划分为西风气流型、副热带高压型和高原低涡切变型。结果表明：（1）青海短时强降水发生在95°E以东地区,中心在东南部;主要出现在5-9月,8月最多,7月次之;每日17:00-2:00（北京时）出现站次多。（2）西风气流型的影响系统是高空槽和平直西风短波槽,高低空风垂直切变引起的动力不稳定导致短时强降水发生;副热带高压型是以低层偏南或偏东暖湿气流引起的热力不稳定造成短时强降水;高原低涡切变型是高原加热及弱冷空气活动使得低层锋区加强触发短时强降水。（3）合成分析表明：对流层高层的南亚高压和副热带西风急流,对流层中低层的短波槽、冷式和暖式辐合切变线,偏南暖湿气流,高原加热场等是短时强降水发生的主要影响系统。（4）来自印度季风低压偏南方向的水汽、西太平洋副热带高压东南方向的水汽、西风带高空槽西北方向的水汽在青海东部形成水汽辐合区,有利于短时强降水发生。     

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。     

2003年陕西秋季连阴雨降水特点及环流条件分析

文章分析了陕西省2003年秋季连阴雨降水的特征和形成秋季连阴雨天气的天气学、热力学特点。结果表明:2003年陕西秋季连阴雨降水的主要特征是降水的落区和时间相对集中, 降水强度大, 日数多且持续时间长, 是1954年以来陕西又一次极端连阴雨事件。在大气环流由夏季型向冬季型转变过程中, 对流层高层西风急流南压至40°N时, 青藏高原东北侧包括陕西在内的西北地区东部, 位于急流南侧的高空辐散区, 该地区对流层低层却保持着高温高湿的热力特征, 对流上升运动活跃, 形成了低层辐合高层辐散的垂直环流机制, 这时对流层中部500 hPa欧亚环流形势相对稳定, 乌拉尔山的长波脊和中亚低槽维持, 偏强、偏北、偏西的副热带高压外围偏南气流为该区域输送了大量的水汽, 从而形成了陕西及西北地区东部持续的连阴雨天气; 当西风带中纬度新疆高压脊建立, 副热带高压东移南退时, 陕西及西北地区东部的连阴雨天气结束。     

2008年“7.22”襄樊特大暴雨的天气学机理分析及地形的影响

利用常规观测、地面逐时降水、NCEP再分析资料和卫星雷达资料,对2008年7月22日发生在鄂西北襄樊的特大暴雨过程从对流层高层一直到地面的天气形势特征进行了较为系统的分析,结果表明,对流层高层稳定的辐散系统、近地层稳定的辐合系统以及中低层发展深厚的西南低涡、不断加强的低空急流是造成这次特大暴雨的主要影响系统.重点分析了200 hPa强辐散中心形成的原因及其在降水中心上空稳定、停滞、加强的机制,认为高空急流右后侧的风速辐散区与西风槽和南亚高压反气旋环流之间的风向开口区两种辐散作用的叠加是造成强降水中心上空强辐散中心的主要原因,而高层西风槽在东移过程中突然停滞并加深,从而导致强辐散中心一度稳定、停滞则是强降水持续发展的重要机制.在近地层,由一个已经发展的对流云团外围出现的强偏北下沉冷出流沿浅薄地形河谷区侵入襄樊附近,当偏南暖湿气流不断加强北进时,一方面受到冷出流的横向阻挡,另一方面又受到大巴山地形的纵向阻挡,两种阻挡作用交汇于襄樊上空,使低层出现强辐合中心并稳定维持,在高层强辐散的共同作用下出现深厚的上升运动.地面低压倒槽和准静止锋的稳定维持以及边界层内大气斜压性的增强也有利于中尺度对流系统在该区域的维持和发展.中低层发展深厚的西南低涡和不断加强的低空急流为强降水中心输送了充足水汽,从西南低涡的东北侧不断分裂出β中尺度对流云团和强回波单体,并沿低层切变线移动到襄樊上空后叠加在高空强辐散、低层强辐合的有利动力作用下而得到进一步发展,并最终形成特大暴雨.     

四川盆地三次代表性暴雨过程中低空急流作用分析

利用常规高空探测资料、FNL 1°×1°再分析资料和地面加密区域自动气象站资料,分析了四川盆地2013—2018年有低空急流参与的区域性暴雨过程,从中选出了3次典型个例,分别分析了低空急流在3次代表性暴雨过程中的作用。结果表明：(1)东高西低型和低槽东移型是最常出现的500 hPa环流形势,副热带高压、西南低涡、南海台风(热带低压)是最常见的影响系统。(2)低空急流输送暖湿空气至四川盆地,使降水区内整层水汽含量和不稳定能量显著增强;暴雨区通常对应着低层的水汽通量辐合中心和一个密集的能量锋区。(3)低空急流出口区的左侧为强辐合中心,通过动力作用形成稳定的上升气流支和正涡度柱,产生强降水;整层的正涡度柱对应短时强降水,达到对流层中层的正涡度柱对应持续性降水,当正涡度柱加强时,降水明显增强。(4)低空急流风速增强或急流下边界降低预示着急流影响地区极有可能产生强降水。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

2012年夏季华北降水和环流形势的低频振荡特征分析

对2012年夏季华北降水的低频振荡特征和相应的低频环流形势进行了分析,结果表明:2012年华北夏季降水具有显著的10~13 d低频振荡周期,振荡的演变和强降水有很好的对应关系,强降水过程基本发生在振荡的波峰处。强降水发生前,对流层低层在孟加拉湾地区首先出现低频反气旋式环流并逐渐加强,菲律宾至我国南海地区的低频环流系统逐渐向西北方向传播,中高纬西风带上有负低频高度距平东移,其伴随西风槽加深东移。对流层上层伊朗高原低频气旋式环流减弱,随后青藏高原东部低频反气旋式环流加强东移。强降水发生时,来自西北太平洋的低频偏南风和西风槽东移携带的低频水汽,为华北地区提供了充沛的低频水汽。同时对流层高层青藏高原的低频反气旋式环流东移控制我国中东部地区,华北至东北地区为强烈的低频辐散中心,上升运动加强,为降水的发生提供动力条件。对流层各层低频系统的相互配合对华北强降水的发生和维持起到了重要作用。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa稳定少动,强大的南亚高压,中层500 hPa东移短波槽、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着相互作用,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。     

影响哈密降雪异常的大气环流及水汽输送特征

利用1960—2020年哈密市6个气象站降雪观测数据及NCEP再分析资料，对哈密市降雪的时空分布特征及降雪异常年的大气环流和水汽特征进行了分析，结果表明：哈密市降雪中部多南北少，降雪日数12月最多，降雪量11月最多；降雪量和降雪日数总体呈增加趋势，但主要在2010年前增加，之后减少；降雪以小雪为主，大雪以上量级降雪较少。降雪偏多时，高层偏西急流增强，急流区北扩，中层伊朗副高加强北抬，极锋锋区南压，脊前低槽南下东移；低层风速增大，出现风向辐合和气旋性切变，地面锋面气旋加强，水汽输送增大，低层水汽含量多。降雪偏少时，高层急流偏弱，急流轴南移，中层西风气流控制，极锋锋区偏北，新疆脊东移，冷空气偏北，低层风速辐散增强，北方气旋偏北偏弱，水汽输送量小，水汽含量也少。     

一次强雷雨过程的分析

高空横槽南部及江淮气旋槽前,有利于气流辐合抬升,且西太平洋副热带高压的西北侧边缘极不稳定,同时中低空西南急流提供了源源不断充足的水汽,高空急流入口区次级环流的出现使低层迅速成为辐合上升中心,为强降水的突发提供了有利条件。探空曲线上风向顺转使得低层存在暖平流,造成大气的强烈对流运动。