梵净山东南侧夏季暖区暴雨中尺度系统演变与环境场特征个例分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3—4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析。结果表明:(1)该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hPa分流辐散区,主要影响系统为500 hPa高空槽和850 hPa暖切变线,地面无明显冷空气影响,属贵州暖区极端暴雨。(2)此次暖区暴雨是由4个对流云团连续影响直接造成,强降雨出现在对流云团中心附近及其后侧云顶亮温(T_(BB))等值线梯度大值区。(3)暴雨由积状云为主的混合降水回波造成;暖云层和湿层深厚、低层水汽输送充沛、异常偏低的自由对流高度(LFC)和抬升凝结高度(LCL)及中等强度"瘦高"型对流有效位能分布,是形成高效率降水的有利环境条件。(4)梵净山对水汽向北输送具有阻挡作用,使水汽通量大值带和水汽辐合中心集中在其东南侧;边界层偏东风在山前转向南流与南来偏南气流在暴雨区形成东西向稳定中尺度辐合线,对流在辐合线附近触发、合并、加强和东移是造成特大暴雨的重要原因;迎风坡和喇叭口地形的中小尺度动力强迫有利于边界层水汽输送和抬升凝结。     

2018-7-5梵净山东侧局地大暴雨的雷达回波特征及地形作用分析

该文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6h的1°×1°再分析格点资料和铜仁市多普勒雷达探测资料,对2018年7月5日铜仁梵净山区域的大暴雨天气过程中尺度系统活动特征进行分析,结果表明：高空槽、低层切变线,叠加高低空不稳定的高湿区是此次大暴雨形成的大尺度环境背景。且强降水对流回波沿着地面辐合线形成发展,地面辐合线为强降水对流系统的重要触发机制。梵净山地形的抬升作用,对江口北部及松桃北部地区雨强有增强作用,从而导致大暴雨的发生。当梵净山东侧为东南风时,地形辐合抬升作用,利于江口北部降雨增强;当梵净山东北侧为东北偏北风时,利于松桃境内降雨增大。     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析

利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明:(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速辐合、水汽和能量大值区发展东移南压,中高层先于低层转偏北气流,表现出前倾特征,垂直风切变加大,冷空气从中高层先扩散南下,与低层暖湿空气交汇使对流加强,冷暖气流的交汇叠加风速辐合使得强降水加强并维持。对流单体后向传播向东移动产生的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。     

低空暖式切变线引发局地特大暴雨成因分析

利用常规观测、加密自动站降水及NCEP 1°×1°再分析资料,结合铜仁多普勒雷达观测资料对2015年7月14日夜间发生在贵州省松桃县的一次局地特大暴雨进行分析,结果发现:此次局地特大暴雨是发生在中层500 h Pa中低纬"ω"环流型稳定形势下;低层高湿高能环境为暴雨提供了充足的水汽和能量;地面弱冷空气入侵激发了对流的产生,是产生强降水的触发条件;梵净山地形对气流既有抬升又有增强气流辐合的作用,对流单体不断在其迎风坡产生;雷达回波显示对流回波单体沿着地面中尺度辐合线生成、发展、合并、移动和消亡,出现了明显的列车效应,地面辐合线对对流单体起着组织、加强和引导作用;暴雨区位于850 h Pa暖式切变线南侧、地面冷锋前部、地面中尺度辐合线北侧,而地面中尺度辐合线北侧1~1.5个纬距内是强降水的主要落区。     

2005年"5.31"湖南大暴雨中尺度模拟和发生机制

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和MM5模式15 km水平分辨率模拟的逐时资料,对2005年初夏湖南大暴雨的中尺度系统及其触发、维持机制进行了诊断分析研究。结果表明:高低空急流最佳配置,动力耦合关系建立为暴雨发生提供了有利的环境条件;中尺度系统在渝南、黔西生成后移入湖南停滞发展,加强了湖南上空动力不稳定条件,促进对流发展;偏南暖湿气流整层突然增强对暴雨的对流系统爆发性发展起十分重要的作用,它在中高层凝结释放潜热加热高层大气,对上升气流起到正反馈作用;高层大气强“抽吸”效应和前期降水产生地表潜热和感热的强迫作用亦是对流爆发性发展的重要因子。湖南复杂地形在暴雨启动机制中起重要作用。但敏感性试验表明,地形抬升不是这次暴雨唯一必需的触发条件,削平南方山地不仅能增强水汽输送,低层偏南气流增强还能加强地面中尺度系统的辐合作用,辐合抬升是触发机制之一。降雨过程发生发展主要受天气系统控制,地形效应可明显改变降雨落区和强度,迎(背)风坡度的增加(减小)通常使降雨加强,反之使降雨减弱。     

2007年7月18—19日山东省大暴雨天气分析

应用常规观测资料、中尺度站资料、卫星云图、雷达回波和T213数值预报产品,对2007年7月18-19日山东省大范围对流性暴雨天气的成因进行了分析.分析了产生暴雨的天气系统特征,大气垂直稳定度和对流有效位能,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制,给出了产生暴雨的对流云团演变特征.研究结果表明,对流性大暴雨是由东北冷性低涡、前倾槽、副热带高压边缘西南暖湿气流和冷空气的共同影响产生的.低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向暴雨区输送.前倾槽结构和低层增温增湿使得大气强烈的对流不稳定和对称不稳定.低层较强的东北气流与强盛的西南暖湿气流侧向汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强,对流不稳定能量释放,产生中尺度对流云团.地面冷锋前生成中尺度低压,加强了辐合上升运动.高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持.卫星云图中显示两个对流云团合并发展形成中尺度对流复合体(MCC).雷达回波中表现为两个东西向的带状强降水回波相衔接,缓慢南移;暴雨区上空东北气流、西北气流和西南气流相汇合;低层东北气流逐渐增大.冷空气从低层侵入.     

黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 h Pa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南—西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。     

一次中尺度辐合线引起的暴雨天气过程分析

利用自动站观测资料、NCEP再分析资料,对2018年4月29日夜里金华中部出现的暴雨过程展开分析。结果表明:(1)大尺度环流场分析显示,暴雨发生时段高层有低槽,中层有槽切缓慢东移,金华处于槽前上升运动区,而低层并没有明显的切变对应,仅有一个小槽东移北缩减弱,底层处于类似鞍形场的偏南一侧高、低压之间,地面为均压场。(2)对中低层和底层风场的进一步分析表明,中低层西南风风速增大和西南气流中风向辐合为暴雨发生时段的水汽输送和上升运动的维持起到了重要作用,而造成此次暴雨的最直接的动力触发机制,是925 hPa在暴雨发生期间浙中地区一直存在的底层中尺度辐合线。(3)在暴雨发生时段,浙中地区存在一条明显的西南风和偏南风的中尺度辐合线,它为此次暴雨的形成,提供了重要的对流触发和动力抬升机制;该辐合线维持时间长,其周围不断有新生对流单体东移,产生"列车效应"。(4)底层辐合线的维持,使小的对流单体不断生成,为此次暴雨过程提供了动力触发机制;强盛的西南气流使得水汽输送十分充足,为此次暴雨过程提供了水汽来源;辐合区的稳定少动造成了降水时间较长。(5)中尺度辐合线的形成机理、与产生"列车效应"的对流云团之间的反馈机制、对暴雨的动力触发机制值得进一步深入研究。     

江西一次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面与探空资料、卫星资料等,对2012年5月12日发生在江西省中部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次暴雨过程发生在冷锋南侧地面倒槽区,由高层西风槽、低层低空急流及切变线、低涡共同影响所致。中低层西南气流的加强,一方面使暴雨区有充足的水汽输送,同时也使该区对流不稳定度加大,加强了暴雨区上空的对流上升运动。中尺度辐合线是强对流暴雨的触发机制,而冷锋影响使地面东风气流加强,冷空气入侵致中尺度辐合线演变为中尺度低压,中尺度低压是江西短时强降水长时间持续的机制;500hPa高空槽东移,槽前正涡度平流向江西上空输送,利于低层低涡生成和维持、上升运动加强,从而导致降水增强。冷空气影响初始阶段,〉10mm·h-1 的中尺度雨团产生在中尺度辐合线及其所演变成低压的1、2象限即中尺度辐合线或中尺度低压偏北一侧,随着冷空气的进一步入侵,中尺度雨团产生于中尺度低压的偏南一侧。     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

一次东北冷涡暴雨数值模拟及动力诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2009年6月18-19日黑龙江省西南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,并利用WRF中尺度模式对暴雨过程进行数值模拟,分析产生暴雨的天气尺度和中尺度特征。结果表明：此次暴雨是由东北冷涡前部的暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡使冷涡移动缓慢,使冷涡系统影响时间长,降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合上升,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。低层强辐合区与高层强辐散区重叠,易产生强烈的上升运动,有利于深对流的发展和中尺度系统的生成及维持。暴雨是由暖锋云带中多个对流云团的发展移动造成的,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展和维持提供了有利条件。数值模拟结果显示此次暴雨是由两次中尺度切变线先后在同一区域的发展和移动造成的;切变线上存在与暴雨关系密切的中尺度垂直环流。     

0679香山局地大暴雨的中小尺度天气分析

利用Doppler雷达、地面自动站、Profile垂直风廓线及GPS水汽分布等多种新型探测资料, 对2006年7月9日夜间发生在北京西郊香山附近的局地大暴雨天气的影响系统和γ-中尺度强降雨落区形成的动力机理进行了精细分析。对雷达等本地多种探测资料的精细研究表明:地形辐合回波带是造成这次过程的主要影响系统。地形辐合回波带上中气旋回波块的滚动更迭是大暴雨落区形成的直接原因; 近地面辐合对大暴雨落区强降雨的发生具有重要作用。大暴雨落区形成阶段近地面3种辐合同时存在:平原东南风与山区偏北风风向切变辐合、平原东南风在山脉阻挡作用下的抬升辐合、大暴雨落区中心的γ-中尺度气旋性辐合。研究还表明:山前近地面地形辐合扰动, 向上传播, 引发边界层扰动的动力过程是香山大暴雨落区形成的主要动力源, 而来自东南方向近地面层的暖湿平流为大暴雨提供了有效的水汽和能量。     

2020年8月10日四川芦山夜发特大暴雨的动热力 结构及地形影响

由特殊喇叭口地形促成的四川雅安暴雨久已有名,研究颇多,而这一地区的暖区暴雨、夜发性暴雨的研究在业务预报和防灾减灾迫切需求的推动下也应加强。利用ERA5再分析资料,结合地面加密观测资料及中国气象局信息中心提供的三源融合近实时降水资料,对造成2020年8月10日四川雅安芦山的特大暴雨过程的动热力结构演变、触发机制和地形影响进行了诊断分析,揭示了弱天气尺度强迫及特殊地形影响背景下暖区暴雨的水汽、动热力结构演变及触发机制。研究得出:（1）此例暴雨属于500 hPa无明显影响系统、低层无急流背景下的东南风型暖区暴雨。在雅安“迎风坡”、“喇叭口”地形和芦山西南向“?”型峡谷地形的影响下,配合西太副高西进、东南暖湿气流加强和850 hPa弱低涡辐合气流的共同作用而诱发产生,此次降水时间短,强度大。（2）降水开始到强盛期间,始终有边界层地形作用产生的抬升速度、气旋式涡度和水平辐合与系统性垂直上升运动、涡度和散度叠加,增强了低层辐合,加剧了垂直上升运动,促使降水加强。（3）差动θ_se平流使得暴雨区对流不稳定度增强。对流抑制能量为零的高能高湿环境中,500 hPa θ_se弱冷平流也是暖区暴雨触发的因素之一;傍晚地形冷平流触发了初始对流并沿海拔高度1500米地形线分布;暴雨区上游强降水造成雷暴冷池出流叠加山风在“?”型峡谷西侧形成γ中尺度辐合线,并移至“?”型谷地内维持;冷性气流在快速下山后亦以冷池形式维持在“?”型峡谷东侧山脉附近,形成强温度梯度,这些因素触发并维持了芦山夜间特大暴雨。     

5.10特大暴雨分析

本文对造成2000年5月10日茂名地区特大暴雨的天气形势、大气物理量场和数值产品应用等特征进行了分析，得出的主要结论为：①500hPa东亚槽加深，形成“北槽南涡”形势，在广西与粤西之间发展成中尺度系统“T”型的辐合切变，是有利的天气背景条件。②地面锋面低槽的南压，强烈的降压，是大气层不稳定能量释放、特大暴雨爆发的触发因子。③200hPa辐散，850hPa辐合的垂直配置，有利于低层水汽能源源不断上送；④特大暴雨发生在正涡度中心附近和上升运动中心的南侧。     

恩施“6·24”暴雨中尺度系统特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星TBB资料、雷达资料,对恩施州2016年6月24—25日发生的一次大范围暴雨过程进行分析。结果表明:本次强降水,具有典型的两槽一脊"单阻型"梅雨环流特征,在有利的大尺度环流背景下,在高空槽、低层低涡切变、西南急流、地面中尺度辐合线等中尺度天气系统的共同影响、相互作用下,形成了此次大范围强降水。此次暴雨空间上分布不均,局地性强,表现为明显的中尺度对流性特征,雷达回波图上降水性质表现为混合型降水,暴雨的直接影响系统是中β尺度对流系统,且中β尺度对流系统在多个中尺度对流云团合并后加强,时间尺度约为5 h。此次暴雨过程是在上干冷下暖湿强的大气层结不稳定条件下,梅雨锋、边界层辐合线和地形槽的触发作用将前期积累的能量释放产生的强对流天气,同时,副高外围西南气流将南海和西太平洋的水汽向恩施输送,为暴雨的发生提供了有利的条件。     

中国东南沿海冬季渐近线型锋生辐合线及其强降水的发展机制

基于中国东南沿海冬季强降水的统计分析,采用EOF、REOF、North检验等方法对2011—2016年冬季(12、1、2月)欧洲中期天气预报中心降水资料进行分类,选取位于内陆的第1、第4 REOF模态,对该两模态的降水样本进行合成分析,合成的降水中心与东南沿海福建的多年统计暴雨中心吻合。与强降水相配合,1 000 hPa上有自北向南的渐近线型辐合气流,并伴有锋区,从而形成天气尺度渐近线型锋生辐合线,强降水位于辐合轴线左侧气旋式风切变处。这是一类以前未曾受到关注和讨论的东南沿海地区冬季暴雨系统。利用客观判定方法和建立系统坐标系,以确认并诊断该系统的结构。在冷干少雨、低层盛行偏北风的冬季,此类系统兼有锋区热力抬升与辐合气流动力抬升,在雨区形成旺盛的上升运动;同时,通过辐合线正交风分量将邻近的海面水汽汇集到降水区,与中高层副高边缘偏南气流相向而行,构成较为深厚的交汇式水汽输送层;通过非绝热加热,形成深厚的热力对流不稳定,并通过干区向湿气团下楔入,形成下干上湿的湿动力不稳定,以及假相当位温随高度增加而递减,形成上暖湿、下冷干的对流不稳定层。因此,该系统对冬季强降水的发生发展及落区具有重要影响。通过WRF模式的模拟结果探讨环境热力机制的影响,结果显示,凝结潜热加热可影响辐合线的辐合位置和强度、锋生区的位置及强度,进而影响系统的活跃程度。中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水强度。渐近线型锋生辐合线有利于东南沿海冬季大范围降水出现暴雨,其中凝结潜热释放具有重要贡献。