Idealised Numerical Experiments of Alpine Flow Regimes and Southside Precipitation Events

Summary  Heavy precipitation events to the south of the Alps are usually associated with a southerly pre-frontal low-level jet advecting moisture toward the southern slopes of the Alps. Here we use idealised numerical simulations to assess the nature of the associated flow regimes and the mechanisms leading to vertical lifting and precipitation. The idealisations comprise: a simplified arc-shaped barrier-like orographic obstacle of Alpine scale; neglection of the tropopause; a stationary two-dimensional upstream flow configuration that includes a frontal structure and a low-level jet; hydrostatic dynamics with free-slip lower boundary conditions; and a simplified set of parameterizations to address dry, moist absolutely stable, and moist conditionally unstable upstream flow configurations. Within the dry dynamics, typical settings lead to Alpine-scale flow splitting with pronounced left/right asymmetries with respect to the incident southerly flow. Strong vertical lifting occurs over the western portion of the upstream slopes, within the stream of air that tries to circum go the elongated obstacle on the western flank. Thus, despite belonging to the “flow-around” regime, these flow configurations can exhibit vertical lifting over the whole height of the obstacle. The responsible asymmetry is primarily induced by the Coriolis effect in the presence of an elongated mountain, but it can further be intensified by the impinging low-level jet and the arc-shape of the Alpine topography. With a conditionally unstable moist upstream profile, the flow is able to surmount the obstacle without pronounced horizontal deflections. Maximum precipitation rates of are obtained. When moist convection is suppressed by using a moist absolutely stable upstream profile, the flow is again substantially deflected and shows the typical characteristics of the dry flow regime discussed above, with somewhat reduced precipitation rates as compared to the convective case. Overall there is evidence that the asymmetry introduced by the Coriolis effect, a pronounced low-level jet, and a moist upstream profile, all facilitate vertical lifting and thereby provide a suitable environment for heavy condensation and precipitation. Received March 22, 1999/Revised August 18, 1999     

2008年初夏孝感一次大暴雨天气过程的分析与诊断

利用常规观测资料和气象卫星、自动站、加密雨量站资料等,对2008年5月3日湖北省孝感市一次大暴雨天气过程进行诊断分析.结果表明,中尺度辐合是造成此次过程第一段强降水的主要原因,西风槽、西南涡和低空西南急流是其第二段强降水的主要影响系统;温度露点差<4 ℃、K指数≥36 ℃、△θse700-850<0 ℃与两段暴雨过程存在较好的对应关系;整个过程主要是3个中尺度对流云团活动所致,云团具有明显的中尺度特征;地面中尺度辐合线的强度变化及其移动,与两段强降水的强度及落时、落区变化有较好的对应关系.     

2009年7月20-22日牡丹江强降雨分析

利用地面、高空观测资料,分析了2009年7月20-22日牡丹江地区的强降雨天气形成原因。此次强降雨主要由东北冷涡配合低空急流共同作用产生,东北冷涡使大气低层辐合、高层辐散,其产生的抽气机效应使上升运动加强;低空急流为降雨提供了充沛的水汽输送。此次强降水,日本数值预报产品预报出了降水中心,与实况比较吻合。研究结果对提高东北冷涡影响下的牡丹江地区强降水预报具有一定指导作用。     

台风艾云尼非对称降水及动热力结构演变特征分析

台风艾云尼（1804号）第2次登陆广东过程中降水表现出显著的非对称分布,强降水主要位于其路径前进方向的右侧（简称台风右侧）。利用欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料、广东风廓线雷达观测资料以及降水观测资料,对造成非对称降水的环流背景和动力、热力结构演变特征进行了分析。结果表明:艾云尼左右两侧水汽输送及动力、热力条件差异是造成降水非对称的主要原因。加强的低空急流以及台风马力斯（1805号）水汽的输送为台风右侧强降水的产生提供了更好的水汽背景,而低空急流的加强配合高空强的辐散抽吸使得右侧垂直上升运动也明显大于左侧。边界层内强盛的低空急流以及珠江三角洲地区下垫面强摩擦辐合作用导致艾云尼右前侧径向入流强度更强、强入流层厚度更厚、边界层高度更高,且由于距离台风眼墙越近风速越大,上述现象越明显,为强降水的产生提供的动力和水汽条件越好。强降水期间艾云尼右侧低层大气维持不稳定状态,分析表明强低空急流携带的θ_se平流及其随高度的减弱弥补了强降水造成的能量损耗,是不稳定能量维持的重要原因。      

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h）,对2013年7月21-22日和2014年7月8-9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,“0721”过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区（延安）出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。“0721”过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6 h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。     

高低空急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流演变的影响

文中利用包括湍流摩擦耗散的原始方程模式研究了高空西风急流、低空南风急流和水汽凝结过程对锢囚锋环流时间演变和降水强度变化的影响 ,计算结果表明 ,水汽凝结过程与高空西风急流或低空南风急流的共同作用对锢囚锋环流的演变起非常重要的作用 ,能在锢囚锋区形成强中尺度深对流系统 ,与干大气中高空西风急流对锢囚锋环流的作用远大于低空南风急流的情况相反 ,在存在水汽凝结过程的湿大气中 ,低空南风急流对锢囚锋的影响远大于高空西风急流 ,它产生的降水过程时间更长 ,降水强度更大 ,降水范围更广 ,是锢囚锋区产生强中尺度降水的重要因子。     

吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析

利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）融合降水资料以及WRF（Weather Research and Forecasting）高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13～14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:（1）东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;（2）在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;（3）中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。     

Modeled Chaco low-level jets and related precipitation patterns during the 1997–1998 warm season

Summary Chaco jet events (CJEs) are a subset of South American low-level jet events to the east of the Andes, characterized by enhanced poleward penetration and by a strong impact on precipitation over southeastern South America. The present study uses the Eta model short range weather forecasts produced operationally in the Brazilian Center for Weather Forecasts and Climate Studies (Centro de Previs?o de Tempo e Estudos Climáticos, CPTEC) to characterize the CJEs and the related precipitation during the 1997–1998 warm season. An enhanced diurnal cycle in precipitation with respect to that found during the warm season mean can be recognized during CJEs in Eta/CPTEC model output, with preference for a nocturnal maximum over southern Brazil, Uruguay, and the central part of northern Argentina, and a daytime maximum near high topography (northwestern Argentina, the Brazilian Planalto). The analysis of thermodynamic and dynamic forcing appearing during CJEs, helps to explain the modeled precipitation cycle: the nocturnal maximum is mostly explained by enhanced low-level convergence at night, while the diurnal one is mainly a response to radiative warming. Boundary-layer convergence, and convective instability, present within the CJEs environment, work together to provide both dynamic forcing and potential for convection. The simulated precipitation cycle is complemented with surface observations of “current weather” that corroborate the main oscillations found in simulated precipitation.     

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。     

长江中游一次大暴雨的中尺度分析

通过对2003年7月8日发生在长江中游的一场大暴雨进行中尺度分析,初步研究了暴雨的形成及发展过程,总结了暴雨的产生与中小尺度系统的关系,着重阐述了低空急流在暴雨形成中的作用,以及在低空急流左侧强正涡度中心附近形成中尺度涡旋,激发暴雨云团等。     

潜热对江淮地区一次特大暴雨过程维持机制研究

2020年7月17日20时～18日20时,在淮河至长江之间出现大范围降水,短时强降水维持时间长、雨强大。此次降水发生的环流背景是：中高层多短波槽波动,伴随低层的低涡发展以及低空急流加强。强降水主要发生在低涡、切变线南侧的暖区中,降水主要分为两个阶段：第一阶段（17日20时～18日06时）强降水发生在暖式切变线和第一个低涡的暖区中,是中层潜热释放导致中层扰动形成的急流自激过程。中层位涡发展,中层扰动加强,中层扰动导致其南部急流加强,急流的自激机制形成向南、向下的上升运动波动,当水汽、能量和上升运动区配合时,形成强降水。第二阶段（18日07时～18日20时）强降水发生在第二个低涡的暖区。中高层潜热释放形成扰动,导致深厚的中低层急流发展,形成了高、中、低层一致的上升运动区。同时配合深厚低空急流带来的水汽和能量条件,形成了强降水深对流。因此整个过程的潜热释放对强降水的发展有重要作用。     

一次大暴雨过程低空急流脉动与强降水关系分析

应用香港天文台提供的时空分辨率都非常高的风廓线雷达资料对深圳2005年8月19—20日大暴雨过程强降雨时段进行了详细分析。结果表明，风廓线雷达资料每小时风场揭示每次强降水的发生都对应一次西南急流的迅速加强和向下扩展。低空急流指数I可以说明低空急流的脉动向地面扩展程度与中小尺度降水的密切关系，对强降水的出现及雨强大小有一定的预示性。     

双低空急流影响下华南初夏降水日变化的时空分布特征

利用2010—2016年5—6月ERA5逐小时再分析数据集和国家气象信息中心逐小时降水量融合产品,对影响华南地区的低空急流事件进行筛选和分类,并分析天气系统相关的低空急流（Synoptic-system-related Low-Level Jet,SLLJ）和边界层急流（Boundary Layer Jet,BLJ）的日变化及其影响下的华南降水日变化的时空分布特征。结果表明,BLJ和SLLJ在白天减弱、夜间增强,并在凌晨达到峰值,其日变化主要与边界层惯性振荡引起的非地转风的顺时针旋转有关。双急流日华南地区降水量显著增加,且降水日变化有明显的区域差异,这与双急流的演变和配置密切相关。广西中北部主要为SLLJ左前方发生的夜间山区降水,且降水量仅有凌晨的单峰。广西沿海和广东地区存在早晨和午后两个峰值,BLJ出口区辐合和SLLJ入口区辐散的维持有利于降水频率的增大,从而导致午后峰值的出现,而早晨的峰值除了受双急流有利配置的影响外,主要归因于早晨降水强度的增加。     

一次西南涡东移引起的长江上游流域强降水过程分析

利用MICAPS常规观测资料、FY2E卫星云图资料、fnl 1°×1°资料和三峡梯级调度自动化降水资料对2016年6月30日长江上游流域的暴雨过程进行分析。结果表明:在有利的大尺度环流背景配合下,产生此次强降水过程的主要影响系统是西南涡和低空急流,副热带高压和大陆高压的稳定维持使得西南涡移动缓慢,低空急流的加强使得西南涡加强,从而造成大范围的暴雨;本次过程地面没有冷空气触发,是一次在西南低空急流中出现的暖区强降水过程;高空分流区增强了高层辐散抽吸作用,使得西南涡不断发展加强。      

夏季江南地区暖区暴雨的统计分析

本文首先给出江南地区暖区暴雨的定义,并按天气形势将其分为暖切变型、冷锋锋前型、副热带高压(以下简称副高)型和强西南急流型四类。然后利用2010—2016年5—9月常规和自动站逐时降水等非常规观测资料统计暖区暴雨的时空分布特征和降水性质等,并对暖区暴雨的形成原因进行初步分析。最后利用NCEP FNL全球分析资料,基于中尺度分析技术给出四类暖区暴雨的系统配置:(1)四类暖区暴雨均为分散性局地降水,降水多发生于山区、平原和湖泊交界处等不均匀下垫面附近。其中,暖切变型降水范围广、强度最大、极端性最明显且主要位于江南中西部;冷锋锋前型降水集中、强度较大且具有一定极端性,主要位于江南中部;副高型降水强度较弱,主要位于江南中东部;强西南急流主要位于江南西部。(2)暖切变型和强西南急流型以夜间降水为主,副高型降水集中在午后,冷锋锋前型降水日变化不明显。(3)暖区暴雨由稳定性和对流性降水共同组成且降水量越大,降水对流性越明显。(4)在低层高湿、不稳定能量积聚等有利背景下,暖切变型、冷锋型和副高型暖区降水多由边界层(地面)中尺度辐合线配合高低空急流耦合产生,强西南急流型一般形成于低空急流上的中尺度风速脉动及地面辐合线附近,且低空急流越强,暴雨强度越大。(5)暖切变型和冷锋型暖区暴雨的落区分别位于低层850hPa暖切变以南和地面锋前的显著湿区内,副高型和强西南急流型的暴雨落区分别位于副高内和强低空急流出口区左前侧的水汽充沛且大气层结不稳定区内。四类暖区暴雨常表现为长生命史的移动型中尺度雨团途经山区或河流湖泊等不均匀下垫面时,强度增大、移速减慢,形成暖区局地强降水。     

Frontal contraction processes leading to the formation of an intense narrow rainband

Summary Processes which played an important role in the sudden development of an intense narrow cold frontal rainband (NCFR) along the leading edge of a wintertime anafront are investigated. Quantitative analysis of the Regional Analysis and Forecast System (RAFS) initialization and Nested Grid Model (NGM) forecast fields, satellite-derived water vapor and ozone measurements, and conventional meteorological data are employed in this study.The NCFR developed upon merger of an arctic front with a nearly stationary cold front over the Appalachian mountains. Rapid intensification of an ageostrophic momentum surge associated with the formation of a sub-synoptic played a dominant role in forcing explosive frontogenesis during frontal merger. A deep tropopause fold and related mid-tropospheric subsidence feature within the entrance region of an upper-level jet crossed the mountains at the time of NCFR formation. Synthesis of the surface, NGM, and satellite data suggests that this subsidence resulted in the development of the sub-synoptic high pressure system, whose leading edge was marked by a 5mb pressure jump. Consequential amplifieation and scale contraction of the cross-front pressure gradient indicates that the scale of the merged frontal system contracted just prior to NCFR development.As precipitation developed, the pressure jump took on a microscale character and increased to 8mb amplitude. The subsequent intensity of this frontal rainband is explained by the interaction between vertical shear associated with a strong, pre-frontal, low-level jet and the gravity current-like structure at the leading edge of the merged cold front.With 22 Figures     

2003年秋季华北地区一次区域性大暴雨分析

通过对2003年10月10～12日发生在华北地区的一场罕见大范围暴雨、区域性大暴雨天气的分析发现,生成于孟加拉湾的季风云团及其向东北方向扩展的西南季风云系与高空急流云系的结合为区域性大暴雨的形成打下了基础;高、低空急流的耦合及中、低空系统的上下叠加为大暴雨的形成创造了良好的动力场;多支低空急流的形成为大暴雨提供了有利的水汽条件。     

一次季风潮爆发引致的区域性大暴雨过程分析

利用气象观测资料、卫星云图、雷达图以及其它物理量等,对2012年6月21至23日区域性暴雨天气过程进行分析,得出如下结论：这次暴雨过程发生在热带气旋东北移及南海季风槽北抬的背景下,沿海西南急流是这次大暴雨的直接影响系统;这次过程水汽主要来源是南海,降水主要发生在水汽通量大值中心的右边及右前方,本次大暴雨降水强弱与水汽通量、急流及地形等有极为吻合的对应关系.     

安徽一次大范围暴雨和大风过程的成因分析

对2010年6月8日08时—9日08时发生在安徽麦收区的一次大范围暴雨和大风过程进行天气学分析,分析结果表明:在低层辐合、高层辐散的有利环流配置条件下,高压的阻挡、低空西南急流和低空东风急流是形成这次暴雨的最主要原因。高压阻挡使降雨维持的时间较长,两支低空急流不仅为暴雨区提供了充沛的水汽,而且两者之间的相互作用使得降雨进一步增强。通过对低空东风急流的作用做深入分析发现:低空东风急流的存在不仅使低空西南急流输送的水汽在其左侧累积,而且低空东风急流上的正涡度平流也迫使江淮气旋向麦收区方向缓慢移动,并使其不断发展,进一步加大了江淮气旋移动前方的气压梯度,使风力加大,东风急流进一步加强,形成正反馈机制。另外东风急流的动量下传又使得地面出现偏东大风。     

基于CMA-TRAMS集合预报的“5·22”极端降水事件可预报性分析

2020年5月22日珠江三角洲地区出现了一次极端强降水天气,最大滑动小时雨量201.8 mm,3 h雨量达到351 mm。为探讨此次极端强降水的关键预报因子及可预报性,对热带中尺度集合预报系统（CMA-TRAMS（EPS））降水预报产品进行检验评估和敏感性分析,结果表明:与欧洲中期数值预报中心集合预报系统（ECMWF-EPS）相比,CMA-TRAMS（EPS）的好成员对本次过程降水强度及位置的预报结果与实况更接近,但对极端性预报仍有欠缺。好成员的预报能力来自于对低涡和（超）低空急流的演变特征以及两者强度和位置耦合的有效预测。好成员组预报珠江三角洲东部（超）低空急流南风分量较强,有利于低涡缓慢移动和气旋性辐合增强,致使降水持续时间长、效率高。而低涡自身发展又反馈于急流强度变化,好成员组较准确地刻画了增强的低涡环流反馈导致急流小范围加速的耦合特征。其他成员组预报的低涡和（超）低空急流的耦合位置偏东、偏南,辐合强度偏弱,导致降水强度或落区出现偏差。此外,强降水致使冷池形成,并增强激烈的冷、暖气团对峙（水平温度梯度达0.23—0.76℃/km）,有利于中尺度辐合线维持,加强对流后向传播并产生极端降水量。但CMA-TRAMS（EPS）两组成员在预报中尺度系统的组织性和传播特征方面均存在明显不足,限制了集合预报系统对极端降水的预报能力。