一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

2011年梅汛期一次暴雨过程的对流涡度矢量方程诊断分析

利用NCEP FNL资料、FY-2E云顶亮温、常规观测及加密自动站降水量等资料,以及高分辨率中尺度模式WRF V3.3的模拟结果,结合对流涡度矢量方程对2011年6月一次江淮梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,模拟结果再现了该次暴雨过程的降水特征,该过程主要受地面低压及梅雨锋锋面系统的控制和影响,其中6月14-15日为所选暴雨个例最旺盛的阶段,且该时段伴随梅雨锋上中尺度对流系统的移动发展和梅雨锋锋生。对流涡度矢量及其垂直分量的倾向方程的诊断分析表明,对流涡度矢量垂直分量的局地变化主要受非绝热加热项的影响;而非绝热加热与次级环流和梅雨锋锋生的关系说明中尺度对流活动与梅雨锋锋生存在类CISK机制的反馈关系。因此,对流涡度矢量,特别是其垂直分量可以用来诊断和揭示伴随非绝热加热的中尺度对流系统与梅雨锋锋生之间的关系。     

不同降水方案对"03.7"一次暴雨过程模拟的影响

观测和数值模拟研究已经表明,潜热释放对中国东部夏季梅雨锋系统及其锋面降水的维持和发展发挥着非常重要的作用.然而,目前对于梅雨锋降水模拟中各种降水方案的相互协调和系统评估方面的工作仍不多见,为了增进对梅雨锋暴雨模拟中降水过程的认识,作者针对2003年7月4～5日一次梅雨锋暴雨过程,构造了四组试验,利用MM5模式考察了两种分辨率(36 km、12 km),各种隐/显式方案搭配下,对所生成的雨带、雨量和降水类型的配置进行了仔细的研究,得到了一些有意义的结论,为今后更好地使用模式、利用数值模式来认识中尺度降水过程中的气象问题打下基础.主要结论包括:模拟总降水的水平分布和强度,以及显式降水和隐式降水的划分对积云参数化方案的选择非常敏感.但对特定积云参数化方案而言,降水的模拟对36 km、12 km水平分辨率不敏感(除Betts-Miller方案外);在中尺度网格分辨率10～50 km范围内,不同积云参数化方案对梅雨锋降水分布和降水量模拟的影响比不同显式方案带来的变化大得多.     

“07.7”淮河流域梅雨锋暴雨的地形敏感性试验

利用WRFV2.2中尺度数值模式, 对2007年7月8~9日发生在淮河流域的梅雨锋暴雨进行了模拟及相关的地形敏感性试验。结合这次暴雨过程特征, 详细分析了大别山地区地形及皖东南地区地形分别对安徽北部、 湖北北部和河南东南角、 江苏中部降水的影响。结果表明： 在这次降水过程中, 如果没有大别山地区的地形, 安徽北部一带的700 hPa天气系统的发展或移动速度更快, 相关区域降水将加大, 地形在鄂豫地区产生的切变消失, 相应的降水消失, 且地形切变与气流切变叠加时降水更大, 在一定的系统配置条件下, 大别山地区的地形可以影响江苏地区降水的发生\, 发展; 如果没有皖东南地区的地形, 安徽北部系统略有发展, 大别山地区的地形切变作用减弱, 江苏中部的降水大范围减小。     

“6.23”梅雨锋西段贵州南部大暴雨诊断分析

利用贵州国家观测站和区域自动站数据,结合NCEP再分析资料、FY-2G卫星云图及多普勒雷达资料,对2020年6月23~24日在贵州南部地区发生的梅雨锋西段持续特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:（1）此次持续特大暴雨过程是在南亚高压控制、西太平洋副热带高压北界稳定维持在华南北部背景下,短波槽东传及中低层切变和梅雨锋共同影响的结果;（2）来自孟加拉湾的西南暖湿气流与副高西侧的偏南气流在贵州中东部到长江流域一带交汇,促使低空急流建立,为持续性暴雨天气提供充足的水汽输送;（3）高空辐散、中低层切变线南侧与低空急流北侧的正垂直螺旋度为中尺度涡旋迅速发展和水汽辐合抬升凝结提供了动力条件;（4）高原槽引导弱冷空气南下有利于梅雨锋锋生,午后至傍晚生成若干γ、β尺度的中尺度对流系统导致了此次降水过程的发生;（5）暴雨过程中存在明显“列车效应”,贵州南部受对流系统叠加影响形成较强降水。      

梅雨锋降水带中不同地域大暴雨成因的对比分析

利用NCEP再分析场、红外卫星云图的TBB值和常规观测资料对2003年7月9—10日长江流域梅雨锋上的一次大暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：这次梅雨锋暴雨是在有利的高、中、低层系统配置下，不同纬度带环流相互作用的结果，中β尺度深对流系统是暴雨的直接影响系统。但梅雨锋西段和东段暴雨的影响系统不完全相同。这次梅雨锋的锋面结构既有典型梅雨锋的一般特点，又有其独特的特征，在该次梅雨过程中不同地区梅雨锋的结构不同，梅雨锋的结构是多样的。     

平流计算方案对一次江淮梅雨暴雨模拟的影响

为对比MM5模式中原中央差平流方案和新型半拉格朗日插值计算方案CIP的模拟差别,针对2006年7月5~6日的江淮流域梅雨暴雨过程进行了模拟,证实了CIP方案对这次暴雨过程具有较好的模拟效果,它更加真实地再现了梅雨锋降水的中尺度结构,改进了模式的模拟结果,特别是对梅雨锋内对流运动结构的模拟,显示了CIP对刻画大梯度分布和强对流运动计算的良好性能。平流的高精度计算对提高这类系统的模拟精度非常重要。     

中尺度地形对梅雨锋暴雨影响的个例研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年7月9—10日皖南特大暴雨过程中尺度对流系统(MCSs)的活动特征及其引发暴雨的天气背景和环境场特征,探讨了大别山和皖南山区中尺度地形对MCSs活动和暴雨形成的影响,并通过高分辨率的数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,进一步研究了中尺度地形对MCSs活动及其降水的影响。结果表明,此次强降水过程形成的2个暴雨中心分别位于大别山东北侧和皖南山区北部,期间有4个MCSs活动,皖南特大暴雨是由2个准静止MCSs活动造成的。MCSs具有明显的日变化特征,在清晨出现日峰值,梅雨锋中低层辐合和高层辐散是MCSs形成和发展的主要原因之一。在梅雨锋东移南压的过程中,MCSs相对于中尺度地形的位置在不断地发生变化,地形上空盛行气流方向以及地形Fw数也在不断变化,地形通过不同的动力机制影响MCSs。高地形Fw数下,大别山主要通过山脉波影响下游的MCSs;低地形Fw数下,地形绕流和山脉波共同影响下游的MCSs活动。当MCSs移近皖南山区北坡时,地形有利于MCSs的形成和维持,其阻滞效应可减缓MCSs的移动,有利于皖南特大暴雨的形成。大别山和皖南山区中尺度地形对暴雨强度和分布有明显的影响,其构成的中尺度组合地形效应是皖南特大暴雨形成的重要原因。     

2013年6月26—29日江西梅雨锋暴雨天气过程分析

利用实况资料和NECP再分析资料,对2013年6月26—29日江西连续暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明,在典型的梅雨环流背景条件下,南亚高压,副高和西南季风的爆发,加之高空低槽和中低层持续性切变等系统共同配合造成了此次暴雨过程。此次过程水汽条件充沛,有2条明显的水汽输送通道:一条从孟加拉湾由西南季风分别通过云贵高原和中南半岛北部输送至副高西北侧;另一条从南海西北部由副高西侧的偏南气流向北输送。两股水汽在副高西北侧汇合加强并沿副高边缘向江南上空输送。西南季风是此次梅雨锋暴雨的关键因素,一方面有利于水汽的输送,另一方面触发了一次次的强降水天气。西南季风加强的时段与几次降水加强时段一一对应。低层锋生作用对梅雨锋有维持和加强作用。梅雨锋区的南侧存在垂直反环流圈。有次级环流上升支触发时,降水增大,造成暴雨增辐。     

梅雨锋急流暴雨日变化的地理原因研究

包括急流暴雨在内的梅雨降水存在显著日变化。过去曾从低空急流日变化等一些梅雨系统的内部联系寻求解释，但通过实例分析和气候比较认为：梅雨降水日变化的根本原因是东亚低层大气温度场日变化的区域性差异。造成这种差异的基本原因又包括两个方面，一是东亚特殊的地形构造，二是梅雨期特殊的云区分布。由于梅雨云带的存在，梅雨锋低槽内温度日变化很微弱；又由于高大地形的存在，梅雨锋低槽南北两侧温度日变化非常明显，使副高和中纬度变性高压在夜间增强，梅雨锋低槽也在夜间变深变窄，改变了早、晚时刻梅雨系统的相对强度和降水功能，导致降水日变化。低空急流系统的日变化是梅雨气压场形势出现日变化后发生的众多中间变化之一。而低层温度场日变化的区域性差异是东亚梅雨季节经常存在的一种气候现象。     

RegCM3模式对江淮流域梅雨期降水和环流形势的模拟性能检验

利用区域气候模式RegCM3对江淮流域梅雨期的降水和大气环流进行10 a的数值模拟,通过与再分析和观测资料的对比,评估RegCM3对江淮流域梅雨期降水和大气环流特征的模拟能力。数值模拟结果的分析表明,RegCM3能够较好地模拟出江淮流域梅雨期大气高低空环流的基本配置、相应的强湿度梯度和弱温度梯度等基本特征以及江淮流域上空的假相当位温湿舌和其北侧的强梯度带,从而较为合理地再现了梅雨期雨带的位置。与此同时,模拟结果的不足主要表现在模拟的梅雨锋强度偏弱,对流不稳定能量释放位置偏南,江淮流域降水偏少,华南地区降水偏多。     

SIMULATION OF HEAVY RAINFALL IN THE SUMMER OF 1998 OVER CHINA WITH REGIONAL CLIMATE MODEL*

The heavy rainfall in the summer of 1998 over China has been simulated with the NCC Regional Climate Model(RegCM_NCC).It was successful for RegCM_NCC to reproduce the location and seasonal shift of the seasonal rain belt in the summer of 1998 over China.The rainy season in the summer of 1998 over China can be divided into 7 episodes,including the pre-summer rainy season in South China.the Meiyu onset over the Yangtze-Huaihe River Basin,short appearance of North China rain season and the retreat of seasonal rain belt,the second Meiyu season over the Yangtze River Valley,the rainy period over the Yellow and Huaihe River Valley and the seasonal retreat of rain belt over North China.The shortcoming of the RegCM_NCC is over-estimation of precipitation amounts.The regions with large latent heat flux,upper soil moisture and total runoff are located in the rainy area and move with the simulated rain belt during the different episodes.On the contrary,the regions with small sensible heat flux are located in the simulated rainy area and move with the simulated rain belt during the different episodes.     

梅雨特征量对气候变暖的响应

选取江淮流域梅汛期降水变率一致的34个代表站,划分了1960—1977年(偏冷期)、1978—1996年(过渡期)和1997—2011年(偏暖期)这3个时期,采用统计分析与合成分析的方法,研究了梅雨特征量对气候变暖的响应情况。结果表明:3个时期入梅时间、出梅时间、梅期长度和梅期降水量分别呈现晚-早-晚、早-晚-略晚、短-长-短和少-多-少的变化特点。梅雨强度和梅期雨日数占梅期长度百分比呈现递减趋势。梅期暴雨日数占梅期雨日数百分比、梅期无雨日数占梅期长度百分比和梅期最长连续无雨日数占梅期长度百分比呈现递增趋势。研究了气候变暖后500 hPa大气环流的变化与入梅时间、出梅时间、梅期长度和梅期降水量变化的联系。     

SIMULATION OF HEAVY RAINFALL IN THE SUMMER OF 1998 OVER CHINA WITH REGIONAL CLIMATE MODEL

The heavy rainfall in the summer of 1998 over China has been simulated with the NCCRegional Climate Model(RegCM_NCC).It was successful for RegCM_NCC to reproduce thelocation and seasonal shift of the seasonal rain belt in the summer of 1998 over China.The rainyseason in the summer of 1998 over China can be divided into 7 episodes,including the pre-summerrainy season in South China.the Meiyu onset over the Yangtze-Huaihe River Basin,shortappearance of North China rain season and the retreat of seasonal rain belt,the second Meiyuseason over the Yangtze River Valley,the rainy period over the Yellow and Huaihe River Valleyand the seasonal retreat of rain belt over North China.The shortcoming of the RegCM_NCC isover-estimation of precipitation amounts.The regions with large latent heat flux,upper soilmoisture and total runoff are located in the rainy area and move with the simulated rain belt duringthe different episodes.On the contrary,the regions with small sensible heat flux are located in thesimulated rainy area and move with the simulated rain belt during the different episodes.     

应用湿Q矢量诊断梅雨锋暴雨

利用湿Q矢量，结合改进的MM4（MMM4）模式模拟输的加密资料，细致地诊断分析了1991－07－05T20－06T20一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程，结果表明：湿Q矢量散度辐合场随高度向倾斜；在梅雨锋暴雨发展，衰亡阶段，湿Q矢量散度散，合场在垂直方向上主要呈现出了相间分布的特点；从湿Q矢量散度辐合场这个角度探讨了梅雨锋暴雨的内在机理，并给出了梅雨锋暴雨具体预后的新思路。     

一次淮河流域梅雨锋暴雨的大别山地形敏感性试验

利用NCEP／NCAR提供的TRMM资料、FNL资料和再分析资料,应用WRFV3．2中尺度模式对2011年6月23—24日淮河流域梅雨锋暴雨进行了数值模拟,并通过一系列地形敏感性试验,详细分析了大别山地形对暴雨的影响。结果表明：1）大别山地形会强迫底层西南暖湿气流绕流和抬升,形成扰动并使其所含水汽和不稳定能量沿途释放,形成带状降水;2）大别山地形会使暖湿气流与偏北气流交汇形成带状分布的小槽,降水与气流辐合带方向一致;3）当地形增高时,降水中心位置变化不大,但对流更加剧烈;若使地形降低或消失,江苏淮河流域降水中心明显东移,说明大别山减弱了降水系统的东移,并使大值降水分布相对集中。     

江淮梅雨锋暴雨过程Q矢量分析及落区预报

应用Ｑ矢量分析方法对２０次伴有暴雨的江淮梅雨锋过程进行分析，揭露了梅雨锋暴雨期对流层低层Ｑ矢量散度场的分布特征以及中、低空主要天气系统和暴雨带之间的时空配置关系，指出了Ｑ矢量散度场对江淮梅雨暴雨的落区有较好的预报意义。     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

南京雷与雨相互关系分析

根据南京气象观测站1951—2007年57 a雷暴日及降雨记录资料,分析了干雷、湿雷和雨中有雷比率的变化特征,得出:57 a来湿雷明显多于干雷,干、湿雷日气候倾向率都为负值,趋势减少,但湿雷减少更为明显;干、湿雷都是夏季最多,冬季最少;南京市从历年某天发生湿雷的概率得:历史上任意一天湿雷发生概率超过0.2的日期都集中在7、8月,其中南京发生湿雷最高概率在7月20日,与本省苏南和苏中各市基本一致,比苏北发生湿雷概率最高日期早5~6 d。南京雨中有雷比率主要分布在0.12~0.25之间,平均为0.19;雨中有雷的比率呈逐年缓慢下降趋势,但近几年出现雷暴的比率略有增多;各月雨中有雷比率呈单峰型,夏季比率较其他季节大。结合1961—2007年梅雨期资料,统计得出历年梅雨期有雷比率分布区间广,为0~0.9,梅雨期有雷平均比率为0.26,虽比全年雨中有雷的平均比率(0.19)还高些,但比梅雨所在的6—7月雨中有雷平均比率(0.39)低得多。分析还发现雷与不同级别降水关系有差异,与小雨呈负相关,而与中雨、大雨和暴雨呈正相关,与暴雨的相关性最好,6—8月大雨和暴雨中有雷的比率高达0.62~0.74。     

江淮梅雨与太平洋海表温度的相关分析

讨论了江淮梅雨期降水量与太平洋海表温度的同期和前期的相关性,揭示其年际和年代际变化的相互关系。表明江淮梅雨量与同期和上年春季、冬季几个关键区域SST具有显著相关性;江淮梅雨量年际和年代际变化与太平洋SST年际和年代际变化也存在一定关系,热带太平洋、墨西哥湾和东太平洋SST年代际变化对江淮地区梅雨降水量的年代际变化趋势预测有较强指示意义。