2008年“7.1”鄂东北特大暴雨过程的中尺度分析

利用常规气象资料、新一代雷达和卫星云图资料等,分析了2008年7月1日鄂东北特大暴雨过程中尺度扰动系统的发生发展、暴雨中尺度对流系统（MCS）结构特征以及地形对中尺度系统的影响。结果表明,鄂东北暴雨与中尺度气旋的发生发展关系密切,红安等地特大暴雨就是中尺度气旋波冷切变上激发的多个β中尺度对流系统相继东移产生的;中尺度气旋形成于黄淮锋面气旋波发展阶段,雷达反射率因子形态、结构特征较好地反映了该中尺度气旋波发展过程;对流易在红安西侧加强,同冷空气沿大别山和桐柏山之间南下与天气尺度西南气流交汇形成局地中尺度辐合线有关;红外云图上特大暴雨MCS形态为指状云团,由不同生命史阶段的子云团构成,是产生持续性强降水的云团的显著特征。     

一次热带系统北上引发华南大暴雨的诊断分析和数值研究

2006年5月21—22日,南海北部洋面上一强的气旋性风速扰动快速北上,在广东西南部发展成一中尺度涡旋后,它与南下的中纬度切变线结合,期间出现了3次强的中尺度对流系统活动,造成了广东沿海大暴雨甚至特大暴雨。利用1°×1°NCEP再分析资料和WRF中尺度模式对该过程进行了数值模拟、位涡反演和敏感性试验,并结合常规观测资料、卫星云图和中尺度模式输出结果等资料对这次暴雨过程进行了初步分析。结果发现:暴雨发生在高温高湿、抬升凝结高度低以及对流不稳定的有利环境中。暴雨高温高湿条件的形成与南海北部热带洋面上气旋性风速扰动向北推进时强偏南气流对水汽的输送密切相关。中尺度涡旋形成之后,在东移南压的北支槽前西南气流的引导下,中尺度涡旋向偏北方向移动,造成广东境内大部分地区出现了暴雨,中尺度涡旋为对流的触发以及暴雨的产生提供了一定的抬升条件。中尺度涡旋活动期间,广东境内云雾山中尺度地形一定程度上增强了暴雨,但它对暴雨的作用随其上空盛行气流的方向变化而变化,云雾山地形相对于暴雨中尺度系统的位置不同其作用也不相同。珠江三角洲喇叭口地形一定程度上决定了强暴雨的落区。南海洋面对华南暴雨区水汽的近距离输送是大暴雨形成的主要原因之一。     

华南一次典型回流暖区暴雨过程的中尺度分析

利用地面常规气象观测、FY-2E卫星TBB、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2013年5月8日发生在华南的一次暖区暴雨过程的中尺度特征。结果表明：（1）该过程发生在出海变性高压脊后部,较强的超低空东南急流遇到喇叭口地形作用形成地面辐合线产生辐合抬升是此次暴雨的启动机制;该过程未受冷空气影响,属于华南回流型暖区暴雨过程。（2）4个β中尺度对流系统（MCS）连续生成、东移发展是造成本次暴雨过程的直接原因,其中,第一个MCS持续时间最长达6 h,先前MCS消亡的同时在其西南侧又新生MCS,造成多个对流系统经过同一地区形成类似的＂列车效应＂。（3）不同于以往华南暖区暴雨个例水汽集中在850 h Pa或925 h Pa,此个例水汽主要来源于950 h Pa超低空东南急流,该急流使低层能量得以维持;中层小股干冷空气侵入为MCS发展和维持提供了有利条件;垂直螺旋度反映了深厚涡度柱与强烈上升运动的耦合,为暴雨发生提供了动力机制。（4）分析区域自动站风场资料可知,阳江-恩平一带夜间增强的东南风在有利地形下与陆地静风或东北风形成中尺度辐合线,使移入的小尺度对流云团加强并形成MCS,而MCS后侧出流与来自海洋上的东南气流形成新的中尺度辐合线又触发新的MCS,其后向传播特征明显。     

上海“0185”特大暴雨的MCS形成条件分析

在分析影响系统的基础上，结合GMS-5卫星云图、WSR-88D雷达资料对2001年8月5日夜间上海城市特大暴雨作了初步剖析。分析发现，中尺度对流系统（MCS）更替发展加强是产生强降水的直接原因；有利的环流背景导致了中尺度对流系统（MCS）的产生和稳定少动；上海三面环水的特殊地理条件为中尺度对流系统提供了充足的水汽。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

"2003.6.17"滇中特大暴雨的中尺度分析

结合大尺度环流的高通滤波、卫星云图和雷达回波诊断，用Shuman—Shapiro中尺度滤波方法，对2003年6月17日云南中部的楚雄市至南华县一带发生的特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这次过程是热带中尺度气旋东南移并发展造成的；地面强冷空气侵入中尺度低压导致对流发展，是热带中尺度气旋加强的原因；大尺度环流下，孟加拉湾、南海和北部湾形成的两条水汽输送带通过热带低压，为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与之配置的切变线北侧对特大暴雨落区有较好的指示。     

2021年河南“7.20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析

利用MICAPS观测降水数据、欧洲气象中心ERA5再分析资料和FY-4A卫星云顶亮温数据,对2021年7月20日河南极端暴雨进行综合分析。结果表明,此次暴雨受200 hPa两槽一脊、大陆高压、副热带高压（副高）西伸北抬和台风“烟花”西移、“查帕卡”台风倒槽等多尺度天气系统共同影响,黄淮气旋的西南气流与副高和“烟花”之间的东南气流稳定控制河南地区,边界层急流供应充沛水汽,在太行山和嵩山迎风坡辐合抬升,致使河南暴雨长时间维持,产生极端降水量。西南气流穿过从广东和广西延伸到河南的高湿带,副高和“烟花”引导东南气流经过从东海洋面延伸到河南的相对较弱湿区,这两条水汽输送带在太行山和嵩山地形阻挡下汇合在河南北部,为暴雨供应水汽。丰富的可降水量、水汽过饱和、深厚暖云层以及降水系统较强的水汽消耗率为郑州高降水效率提供有利条件。郑州低层大气经历多次从强层结不稳定到弱层结不稳定的转化,边界层急流引起的垂直风切变和气流辐合对层结稳定度变化有重要影响。黄淮气旋内部中尺度涡旋对河南暴雨发生发展至关重要,不但提供西南气流,还产生较强的位势高度纬向平流,增强边界层急流。嵩山与太行山余脉构成喇叭口地形,边界层急流在嵩山北侧和东侧爬坡,促使山前水汽堆积,激发和加强暴雨。中尺度云团合并小尺度云团,发展成结构密实的孤立云团,稳定少动,对暴雨有重要影响。降水区上空广义湿位涡异常,由于广义湿位涡能够刻画中尺度系统的垂直风切变、涡度以及大气湿斜压性和层结不稳定等动力和热力因素垂直结构特点,所以对中尺度系统和降水落区有一定指示意义。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

吉泰盆地夏季一次暴雨天气过程中尺度对流系统演变特征

利用地面气象观测、FY 2G卫星TBB、多普勒雷达、ERA5再分析资料,以及江西快速循环同化系统等资料,分析了2020年7月9日吉泰盆地梅雨期特大暴雨天气过程的中尺度系统演变特征及机制。过程分为线状对流系统MCS A转向、南压阶段和单体对流系统MCS B、MCS-C北移发展阶段。结合盆地西侧山区、盆地北部、盆地南部三个暴雨区,重点分析了暴雨天气过程的第一阶段。结果表明：1） 边界层辐合线触发MCS-A,后者西侧不断并入边界层辐合线上和低空急流前端的新生单体,形成“列车效应”。2） 弱降水冷池驱动MCS A中强降水雨团向西南方向传播以及MCS-A与弱降水雨团合并,共同导致了MCS-A转向。3） 受幕府山和吉泰盆地地形绕流作用,对流层中低层中-β尺度低涡在吉泰盆地东北部停留约5 h,激发盆地西部、北部对流活动的发展。4） 对流系统处于准静止态,急流前端存在中-γ尺度涡旋,导致MCS-A中强对流单体在吉泰盆地南部长时间维持。     

2012年7月12日鄂东北准静止中尺度对流系统分析

使用高空天气图、NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析场、新-代天气雷达及地面观测资料分析了导致2012 年7 月12 日鄂东北强降水的准静止中尺度对流系统MCS（Mesoscale Convective System）的演变特征,解释了MCS 维持准静止状态的成因.南支槽、东北冷涡、副热带高压是MCS 形成的主要大尺度天气系统,MCS 形成于副高外围西南气流和冷涡高空槽底部之间,副高位置稳定和冷涡高空槽缓慢南压有利于MCS 稳定少动,且随南支槽加深西南急流的建立有利于持续向MCS 输送水汽和不稳定能量.MCS 表现为单个中α尺度对流云团,成熟时外形呈椭圆型,边缘光滑,亮温低值中心位于MCS 西侧,且有指状突起,亮温低值区域对应中β尺度对流回波带,强降水组合反射率因子为45～55 dBz,回波顶高18 km,中心高度低于6 km,MCS 维持准静止状态.强降水与MCS 亮温低值中心、强回波带相对应,降水效率高,持续时间长.中尺度分析表明,辐合线的维持是MCS 呈准静止状态的主要原因.地形阻挡产生的地面辐合线触发了初始对流,强降水在地面产生冷池、雷暴高压及弧状出流边界,出流边界上风速辐合较强且温度梯度较大区域又触发出新的对流,并在气压梯度力推动下向东南方向传播,抵消了环境风平流运动.MCS 低层主要有西南气流和西北气流,西北气流逐渐从MCS 后部进入,与西南气流形成辐合线,西南气流沿西北气流爬升产生对流,形成自东南向西北倾斜的中尺度锋面,地面出流边界和高空辐合线是中尺度锋面在风场的表现形式,对回波加强、维持有重要作用,且高空辐合线引起的后向传播也抵消了环境风平流运动.     

华北地区一次黄河气旋发生发展时所引起的暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料和GMS红外黑体亮度温度 (T_BB) 资料等, 对1991年6月9—11日的一次黄河气旋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:黄河气旋的发生发展是大气斜压性强烈发展的结果, 强的高空辐散与正涡度平流共同作用形成了黄河气旋, 对流层低层的暖平流促进了黄河气旋的进一步发展, 并对其移动方向有引导作用; 暴雨出现在黄河气旋的初生、发展阶段, 产生于气旋前部暖区的盾状云系中; 暴雨的水汽有西南和东南两个来源, 其中西南水汽通量大于东南; 暴雨区上空大气具有很强的对流不稳定性, 中尺度对流云团的发生发展, 造成了气旋降水分布的不均匀性和强降水中心; 降水造成的凝结潜热释放对气旋的发展有正反馈作用。     

梅雨锋云系的结构特征及其成因分析

利用逐时卫星遥感观测资料和地面测站的降水资料，分析了江淮流域2003年6月22～26日暴雨过程中梅雨锋云系的演变、结构特征和形成原因。结果表明，梅雨锋云系为一条TBB的低值带，稳定少动，其上分布着中尺度对流系统（MCS），而中尺度对流系统是由不同尺度、不同强度．的对流单体（包括中β和中γ尺度对流单体）组成的，从而使得梅雨锋云系产生不均匀的降水分布（包括时间上和空间上）。在该暴雨过程中，梅雨锋云系充分体现了中尺度对流系统中所包括的3类组织结构形式。梅雨锋云系与中高纬度云系或热带辐合带云系之间的相互作用与暴雨过程关系密切，梅雨锋云系的维持和发展与强大的黄淮气旋云系直接相关，它是江淮流域上空冷暖气流交汇的结果。     

2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征

本文采用观测和NCEP分析场资料对2012年7月21日发生在北京地区的特大暴雨过程的天气形势、水汽来源和中尺度对流系统的特征进行了研究。结果如下:“7.21”北京暴雨过程是高低空与中低纬系统共同配合的结果,暴雨发生在“东高西低”的环流形势下,低涡、切变线、低槽冷锋和低空急流为此次过程的主要影响天气系统;孟加拉湾至西太平洋地区热带辐合带(ITCZ)活跃,其中热带气旋的活动有利于水汽向东亚大陆输送,此次暴雨过程中华北地区的水汽源地包括孟加拉湾和我国东部的渤海、黄海等,低层的水汽主要来自东部,中层的水汽主要来自孟加拉湾;北京的强降雨有两段,第1段降雨虽然发生在冷锋前,但有明显冷空气的侵入,并与地形和东风的作用有关,第2段降雨对流的组织和增强与冷锋强迫相关。在有利环境下,中尺度对流系统频繁发生发展,持续时间长,且稳定少动是此次特大暴雨形成的重要原因。     

2012年7月4日河南大暴雨过程的短时强降水成因分析

利用常规观测资料、雷达和区域自动站资料及NCEP再分析资料,对2012年7月4-5日河南黄淮大暴雨过程的成因进行分析。结果表明：大暴雨过程发生于副热带高压加强西伸北抬的背景下,由两种性质的强降水构成,一种强降水持续时间短但强度大,而另一种持续时间长但强度相对弱。低涡切变是此次暴雨过程的主要影响系统,低涡东南象限的低空西南急流不仅为暴雨过程提供了充分的水汽、能量条件,而且为强降水的发生提供了动力辐合条件。冷空气及地面辐合线对强降水的形成起触发作用。午后强降水持续时间短、强度大,主要是由暖切变附近迅速发展的伴有中气旋的强降水对流单体造成的,中气旋活动频繁,最强降水位于“人”字形雨带交叉点处;夜间持续时间长、强度相对弱的强降水由强降水回波“列车效应”造成,中气旋不活跃,但地形对夜间降水有促进作用。     

热带风暴"菲特"(0114)特大暴雨的诊断研究

海南岛破历史记录的两场特大暴雨都是由穿过琼州海峡的台风所造成,热带风暴"菲特"(Fitow)就是其中的一个.由红外卫星云图、雷达和常规地面加密观测资料发现,当"菲特"穿越琼州海峡时,在其西南侧的海南岛五指山西北侧有一个中尺度对流小涡系统(MCS)生成.特大暴雨就出现在MCS所在地区.作者用PSU/NCAR的中尺度模式对这场暴雨和MCS作了模拟研究,发现当"菲特"穿越琼州海峡时,其外围流场和五指山山脉的辐合极有利于MCS的生成.诊断分析的结果表明,山脉地形生成的MCS,具有很强的上层辐散,中低空有大范围辐合和强的正涡度场.在暴雨加强时,正涡度向中层伸展,高层辐散明显加强.同时, 暴雨区出现较强的垂直运动.上升运动大值区出现在对流层上层,这可能和上层辐散加强有关.这场暴雨的水汽来自南海北部,经由"菲特"东侧的西南气流卷入涡旋之中, 产生较强的水汽辐合.这也是潜热供应的源.诊断分析的结果还表明, MCS所在大气中下层出现了较强的位势不稳定层结,这对这场暴雨提供了对流加强和水汽向上输送的热力条件.     

“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析

利用FY-2CTBB及NCEP1°×1°再分析资料,分析2009年7月四川省攀西地区一次暴雨过程的MCS特征及其成因。结果表明:暴雨由一MCS发展增强所致,暴雨中心米易6h内出现降水量超过150mm的大暴雨是由一水平尺度大于100km的β中尺度对流系统造成,该系统由其西北方一TBB-72℃的γ中尺度对流系统发展增强而来;500hPa高原切变和700hPa中尺度低涡是该MCS发生发展的主要触发系统,冷空气入侵也是促使MCS增强的重要因素;来自孟加拉湾的西南低空急流为暴雨期间攀西地区提供了充沛的水汽输送,大暴雨区700hPa层为一强水汽辐合中心。     

中尺度对流系统影响西南低涡持续性暴雨的诊断分析

利用加密自动站降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度TBB资料和NCEP再分析资料,对2010年7月16-18日四川盆地持续性暴雨天气过程中的西南低涡及伴随发展的中尺度对流系统(MCS)进行了分析。结果表明,500 hPa高空槽、700 hPa中尺度切变线和暖湿气流为MCS的发生提供了良好的环境条件;地面降水时空分布具有明显的中尺度特征,MCS是造成暴雨的重要原因;暴雨中心集中在TBB冷云区或边缘梯度密集带。在西南低涡发展过程中,MCS有利于激发上升气流,中低层的上升气流和正涡度配合利于热量和水汽垂直输送,高层的辐散进一步促使MCS的发展。水平涡度平流和涡度垂直输送项的配置影响上升气流和涡旋系统的发展,MCS对西南低涡的移动有一定的引导作用。有无MCS伴随发展时,对流活动对热量和水汽的输送能力迥异。     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。     

2017年苏南一次特大暴雨高分辨率模拟及特征分析

利用高分辨率（水平3 km）数值模式，结合FNL分析及预报场资料、地面加密自动站观测资料和多普勒雷达资料，对2017年6月9—10日苏南一次因江淮气旋沿切变线东移造成的特大暴雨过程进行研究。首先对模式模拟结果做了降水、风场等多方面的验证，随后利用模拟结果和观测资料对该特大暴雨过程的对流系统结构及其发展维持机制进行分析。结果表明：（1） 高分辨率模式能较客观地反映该暴雨过程诸多大气参数的演变。（2） 特大暴雨过程中锋面气旋东移且倾斜发展，深对流中心维持在气旋的东南方向，该中尺度对流系统的发生发展与锋面气旋的上述演变密切相关。（3） 特大暴雨过程中相应的对流处于旺盛阶段时，大气不稳定能量持续释放，中层为相对较高的假相当位温区，即明显的暖心结构，垂直上升运动最强，且其南北两侧均有下沉气流，形成中尺度次级环流，维持强对流不断发展。（4） 超低空急流的持续增强，沿低层切变线上不断有γ中尺度涡旋生成和足够的低层辐合区厚度是导致这次特大暴雨过程的关键因素。     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。