江西西北部地形对一次大暴雨过程影响的数值模拟分析

2019年6月8—10日江西出现了一次持续的大暴雨天气过程.使用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP/NCAR再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF模式对大暴雨过程进行数值模拟,分析罗霄山脉地形对此次持续暴雨过程的影响.结果表明:此次暴雨过程发生在稳定维持的"两槽一脊"环流形势下,高空西风气流、低空西南急流、沿海大槽、上游移来短波槽和近地面辐合线是大暴雨过程形成的主要天气系统.中尺度云团不断生成于江西省西北部的罗霄山脉北支和中支的迎风坡附近,受沿海大槽阻挡而缓慢东移,与系统性云团合并从而导致江西省西北部地区出现持续性强降水.湘、赣两省交界处的罗霄山脉北支和中支地形对暴雨强度有实质性的影响,去除相应罗霄山脉地形的数值试验模拟的降水量明显减少.罗霄山脉附近持续长时间的辐合线是引发此次大暴雨过程的直接中尺度天气系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关.受地形抬升作用,对流天气系统在地形迎风坡附近不断生成并持续向东移过江西省西北部,是造成暴雨持续的重要原因.     

地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响

利用中尺度η坐标模式对1998年7月21～22日鄂东特大暴雨过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验,分析了地形对鞍型场和低空急流的影响,概括了鄂东地区β中尺度低涡及特大暴雨形成的概念模型。结果表明,在全地形的情况下,降水和实况接近,700 hPa鞍型场稳定维持,鞍型场位置和实况接近,鄂东地区的β中尺度低涡形成于鞍型场中性点附近;而无地形试验模拟降水量偏小、降水开始时间偏迟,河套地区高压和西南涡偏北,造成700 hPa鞍型场偏北,鄂东地区无法形成β中尺度低涡。青藏高原地形对其北部及南部气流的阻滞、绕流作用以及侧边界的摩擦作用对河套地区高压和西南涡的形成和维持有重要作用。积分时间越长,地形的作用越明显。在全地形试验中,汉口南侧中尺度低空西南风急流的加强是β中尺度低涡形成的重要因素,当加强的西南中尺度急流传播到(或形成于)鞍型场中性点附近时,其左侧容易形成β中尺度低涡,并在合适的热力条件下得到发展。     

"98·6"广西特大致洪暴雨过程的中尺度系统概述

利用常规天气图和１ｈ雨量图，分析了“９８·６”广西特大致洪暴雨过程的环流背景和中尺度系统，指出比常年偏南的西太平洋副热带高压、稳定的乌拉尔阻塞高压和南亚高压是极有利于中尺度系统在广西境内活动的环流背景，锋面上的扰动、西南低涡、西南热低压、西南低空急流等从区外移入广西的中尺度系统和海南岛绕流辐合、东兰和昭平附近的地形性涡旋和辐合等在本地特定地形条件下形成的地方性中尺度系统共同作用下产生了这次特大的致洪暴雨过程。当有利于中尺度系统活动的背景环流发生调整后，降雨过程便告结束。     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

华南锋前暖区暴雨研究概述

锋前暖区暴雨是华南前汛期暴雨的主要特点,但暖区暴雨常常难以模拟和预报,给气象工作者带来挑战,因此对影响其发生发展的环流背景、天气系统、中尺度系统以及地形等进行深入研究,对提高暖区暴雨的预报能力有重大意义。近年来我国气象学者对华南暖区暴雨进行许多研究,本文主要对华南锋前暖区暴雨研究的天气系统及地形等进行简要概述,介绍了暖区暴雨发生时中高纬大气环流、副高、南亚高压和高空急流等大尺度环流背景,南海季风与华南暖区暴雨的密切联系,天气尺度系统以及中尺度系统在暖区暴雨中的重要作用,地形条件对暖区暴雨的影响。     

台风暴雨次天气系统影响因素及扰动传播路径

研究了台风暴雨次天气，中尺度系统发生、发展的影响因素。数值试验表明，台风外围环流与中纬系统相互作用可促发局地次天气尺度、中尺度系统的新生扰动、造成非均匀分布的台风暴雨动云团及雨，且一大地形强迫效应在暴雨系统形成中亦起重要作用。台风环流与地形辐合抬升作用可促发中尺度扰动，并以类似重力波特征的波列路径向外传播。     

海陆风和地形对一次弱天气背景下暖区特大暴雨的影响分析

利用区域气象站、海岛站、测风塔、风廓线和多普勒天气雷达等多种非常规观测以及NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料,对2017年6月22日凌晨广东西部沿海发生的一次预报失败的局地特大暴雨过程的成因进行了综合诊断,重点探讨了局地海陆风和地形(相互)作用对该过程的影响。结果表明:(1)暴雨发生在弱天气尺度环流背景下,华南地区无锋面和高空槽活动,边界层超低空偏南急流为暴雨提供了不稳定能量,不同性质下垫面的热力差异导致天露山山前形成海陆风(偏南)与偏北风的中尺度辐合线,致使初始对流在关键区触发。(2)偏南暖湿气流向北推进受阻后,在天露山地形强迫抬升下对流增强发展成中尺度对流系统(MCS),下垫面热力差异在山前强迫产生的中尺度垂直切变与降水之间可能存在正反馈现象,延长β中尺度对流系统生命史。(3)中尺度辐合线上不断激发的对流云团,形成降水的列车效应,导致了这场罕见的局地特大暴雨过程,凸显海陆风环流对本次暖区暴雨的重要作用。(4)该过程发生前,所有业务客观数值预报模式均未预报出明显降水,数值模式难以做出暖区尤其是弱天气背景下的暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。     

“2011.6.18”湖北大暴雨成因分析

利用常规观测和地面自动站资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图,以及武汉和荆州多普勒雷达资料,针对2011年6月17-18日湖北中东部地区一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断和中尺度分析,结果表明:(1)暴雨是在有利的大尺度背景条件下,在特定的地域触发产生的,干冷、暖湿空气在江汉平原和鄂东剧烈交汇触发了这次大暴雨过程.(2)中尺度对流云团有3种类型:即单一云团型、合并型和急剧发展型.中尺度对流云团的大小与其生命史相关,尺度越大,生命史越长,在多个α中尺度对流云团之间的新生云团发展最为迅速,降水强度也最大.(3)呈气旋性转动的中尺度回波团和由低层较强的偏北风急流与偏南风急流辐合作用产生的中尺度复合体是此次暴雨过程雷达回波的主要表现形式;(4)地形对暴雨的强度以及落区等起到重要的作用,长江中游地区由于特定地形形成了三支明显的气流,由这三支气流组成的中尺度辐合系统促进了中尺度对流云团的形成和发展,云团F的加强和发展与地形作用密切相关.     

山东“8.11”暴雨主要特征分析

通过对“８．１１”山东特大暴雨过程的天气形势、冷空气活动、水汽、稳定度条件、中尺度系统和地形的分析,指出西风带弱冷空气与副高边缘热带风暴环流的相互作用是造成特大暴雨的大环流背景,特大暴雨的产生是热带风暴环流、热带辐合带、习冷空气与东南暖湿气流共同作用的结果,地形对局地特大暴雨有着重要的影响。     

华东中尺度地形对浙北暴雨影响的模拟研究

以一次梅雨降水为例，利用中尺度模式进行一系列中尺度地形对降水的增幅影响的敏感性试验。结果表明，中尺度地形对强降水区域的分布和强度有很大的影响，强降水中心位于地形附近，地形引起的１２小时降水增幅高达总降水的９０％以上；中尺度地形作为一种外界迫动，初始在低层形成气旋性辐合和水汽热量的集中，然后通过凝结潜热释放所造成的中高层增温和高层辐散，使得地形垂直环流加强和向上伸展。于是在降水、潜热释放与地形垂直环流之间出现一种正反馈机制，导致地形对降水的强烈增幅；同时午后下垫面加热所形成的不稳定层结也有利于地形垂直环流的不稳定发展，产生新的雨峰；初始场的中尺度扰动似乎在降水的地形性增幅中并不起明显作用。     

一次典型东风波极端暴雨的中尺度特征及地形影响分析

利用湖南省常规气象观测资料、区域自动站资料、NCEP再分析资料、常德多普勒雷达资料,分析2016年8月8—15日在多个东风波倒槽接力影响下,湘北地区反复出现的极端暴雨天气的中尺度特征,并利用WRF-ARW中尺度数值模式,对8月10—11日湘北地区极端暴雨过程进行数值模拟和地形敏感性试验。结果表明:(1)1604号台风在广东深圳登陆后沿西北路径移动和1605号台风在西北太平洋向北移动后,副热带高压快速西伸控制华东及沿海地区,其底部的东风波扰动为极端暴雨提供了环流背景;(2)近地面不均匀加热为东风波槽附近强对流提供了充足的热力不稳定条件,地面中尺度辐合线为对流的触发和加强起到重要作用;(3)东风波槽带来的边界层暖湿气流在武陵山东侧激发深厚中尺度涡旋,是极端暴雨形成的主要原因;(4)地形敏感性试验进一步验证了东风波暖湿气流在武陵山脉地形抬升和阻挡作用下,在迎风坡上游地区形成气旋性辐合导致暴雨增幅。     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

辽东半岛热带气旋暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响北大核心CSCD

利用中尺度非静力模式MM5,对9711号台风Winnie登陆转向渤海、在辽东半岛地区引发的大暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析,并分析了该暴雨过程的中尺度结构特征和地形对辽东半岛降水的影响。结果表明:(1)台风Winnie影响辽东半岛期间,与其西北和东北部的冷空气相互作用,在半岛东侧和北部出现局地垂直次级环流,有利于中尺度暴雨云团的发展。(2)地形对台风降水量有明显的增幅作用,降水量与地形的走向一致,迎风坡降水量增加,背风坡降水量减少,地形强迫抬升作用在辽东半岛地区造成的降水量约占模拟总降水量的40%,强降水区与辐合带相对应。(3)地形强迫作用加强了低层的偏东气流,有利于中尺度气旋性涡旋系统的生成、发展,从而导致中尺度对流云团的加强和维持。(4)地形强迫作用可以改变台风的局部环流。当地形强迫产生与台风环流相同的气旋性扰动时,台风环流局部增强,降水量相应增大;当地形强迫产生与台风环流相反的反气旋性扰动时,台风环流局部减弱,降水量相应减少。     

长江中游复杂地形和盛夏局地大暴雨

本文利用武汉WSR-81S数字化天气雷达资料和其它中尺度气象资料分析了1987年8月18日相继发生在长江中游复杂地形区域的两场短历时局地特大暴雨的中尺度演变过程。在没有明显的次天气尺度上升运动直接启动和组织的情况下,两场局地大暴雨暴发的时间和地点都取决于边界层中尺度风场强辐合的出现。复杂地形对边界层气流的热力和机械的综合作用,在一定的大尺度气流背景下,形成有规律的中尺度近地面风场系统。它表现得相对定常并有一定的日变化,当来自临近地区的中尺度对流系统移近时,对流降水中产生的中尺度气流(例如飑锋)参加到由地形影响形成的中尺度边界层流场系统中,便在某些特定地点构成强的辐合。在这类辐合区中心的偏北一侧发展起强大而移动缓慢的复合单体或超级单体,带来局地大暴雨。山谷风环流、平原-山脉环流对盛夏局地暴雨的影响应受到重视。     

副高边缘一次局地突发性大暴雨过程的中尺度分析

利用常规气象资料以及FY-2C气象卫星云图、多普勒天气雷达同波、加密自动雨量站资料等非常规气象观测资料,采取天气学诊断分析方法,对2007年8月9日出现存十堰市郧西县境内的一次局地突发性大暴雨过程进行了分析.结果表明:(1)副热带高压及其向南摆动是此次局地大暴雨过程的天气尺度系统和大尺度环流背景;(2)暴雨发生地在暴雨发生前持续数日的高温高湿状态,造成大气不稳定能量不断积累,为中尺度系统形成创造了有利的环境条件;(3)地面冷锋和中小尺度地形的抬升为γ-中尺度系统的发展提供了很好的触发条件;(4)卫星云图和多普勒天气雷达回波资料能较好地监测γ-中尺度系统的生成及发展,同时中尺度系统的发展及移向与雨团的移动和自动雨量站的雨量有较好的对应关系.     

新疆西部一次大暴雨形成机理的数值模拟初步分析

2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟,利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明:此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下,巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成,云团生成后,在向东北方向移动过程中,经过伊犁地区上空时,受天山地形抬升影响不断发展增强,造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强,风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持,类似于"列车效应",不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区,是该次暴雨持续的重要原因。     

"99.8"山东特大暴雨形成机制的数值模拟分析

利用双重嵌套的非静力数值模式MM5V3,成功地模拟了1999年8月11~12日山东诸城发生的特大暴雨。利用模式输出的高时空分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析。结果表明,这次特大暴雨是在弱冷空气侵入台风低压环流,热带辐合带北伸的形势下形成的;倾斜涡度发展是特大暴雨及中尺度低涡产生、发展的重要机制,鲁东南有利的地形对中尺度低涡的形成具有重要作用;台风低压倒槽顶部的强辐合作用首先触发上升运动,产生强降水,强降水位于低层气旋性暖式切变最明显的地方;强降水释放的凝结潜热使高层气层增暖,高层辐散加强,引起低层中尺度低涡强烈发展,导致降水增幅。可见,CISK机制是特大暴雨和中尺度低涡加强的另一种机制。     

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。     

2018年广西东南部一次暴雨过程分析

利用Micaps高空和地面资料、新一代天气雷达、卫星云图、地面中尺度自动站观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对广西东南部2018年5月10日暴雨过程的环流形势、环境场、中尺度对流系统特征及其可预报性进行分析。结果表明:此次桂东南暴雨过程的高层辐散条件不明显,但中低层环流形势有利、具有高压后部"回流"降水的典型特征。配合超低空东南气流加强,导致局地暴雨增幅明显。地面中尺度辐合线的长期稳定维持及地形抬升作用使得降水系统在陆川、博白一带不断发展和维持,雷达回波上形成"列车"效应,造成暴雨天气。全球数值模式ECMWF对天气尺度背景把握较好,GRAPES、华东模式等中尺度模式能够提供类似系统形成、发展的有价值的参考信息。通过中尺度模式产品发现暴雨天气过程前兆,及时根据最新实况观测资料和模式偏差分析对全球模式预报结论进行订正,同时注意叠加局地地形地貌特征信息辅助短时临近预报订正,是提高类似较强过程预报的可行做法。     

2007年6月广西柳州一次特大暴雨天气的成因分析

采用常规资料、自动雨量站加密资料、NECP 1°×10 6 h再分析资料和卫星云图资料,对2007年6月12-13日发生在广西柳州市的一次特大暴雨过程产生的环流背景和中尺度系统进行了分析.结果表明,高低层环流配置为暴雨的发生提供了有利的大尺度环流条件,中尺度气旋扰动所引发的对流云团是此次暴雨的直接影响系统;水汽输送辐合与低空急流和中尺度扰动的运动演变有着密切关联,低空急流为暴雨的发生发展提供了充沛的水汽和不稳定能量;引起此次暴雨的水汽源地可能主要是南海.