一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

1979—2018年江淮气旋时空分布特征

利用MICAPS地面观测资料和中央气象台历史天气图资料,对1979—2018年的585个江淮气旋进行了时空分布特征的研究,发现江淮气旋的发生次数年变化有长、中、短多周期共存,月分布在4—6月（暖季）最多,10—12月（冷季）最少;江淮气旋发生的最集中区域为鄱阳湖盆地和洞庭湖盆地,其次在淮河上游和大别山东北侧,空间分布大值区随环流的季节变化出现一定的南北偏移。利用ERA-Interim月平均再分析资料分析冷、暖季天气背景发现,暖季孟加拉湾存在深厚南支槽,低空西南急流输送暖湿气流,使水汽通量在江淮流域及上游辐合;江淮流域处于暖季锋生正值中心,且位于高空急流入口区右侧,有利于暖季江淮气旋生成。冷季仅在700 hPa的孟加拉湾北侧有浅槽,850 hPa为高压脊,江淮地区为冷平流控制,低空急流不明显,对水汽的输送弱;江淮流域锋生正值区不连续且上游为锋消区,高空急流轴偏南,气象条件不利于江淮气旋生成。从动力和水汽条件上,暖季均比冷季更有利于江淮气旋的发生。     

两次夏季江淮气旋的动能平衡过程及其与大尺度环流的关系

本文用准拉格朗日方法计算了两例夏季江淮气旋各个阶段的动能收支及旋转风、辐散风对动能制造项的贡献，并讨论了它们与大尺度环流的关系。主要结论有:（1）气旋区域动能平衡的特点随大尺度环流改变；（2）动能的水平输送取决于气旋和高空急流中心的相对位置；（3）稳定少动的高空急流入（出）口区有较强的旋转风动能制造（消耗），与水平输送项反号，移动快的急流附近，此项数值较小；（4）发展的气旋波，高层和低层有较强的辐散风动能制造；（5）夏季江淮气旋波转化为温带气旋时，高层表现为动能输入，高空急流转为气旋式弯曲。     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

一次温带气旋特殊移动路径及其结构和成因分析

为了更全面地了解温带气旋的结构和形成原因,利用常规高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了2014年6月6 10日发生在华北及东北温带气旋的强度和移动路径、环流背景及结构和成因等。结果表明:(1)在发展阶段,地面气旋中心气压变化不大,但以逆时针旋转的路径移动;当地面气旋中心与高层低涡中心在同一垂直轴线上时,气旋停止发展。(2)以异常路径移动的气旋发生在500 h Pa大尺度环流多次调整的背景下。当气旋上游贝加尔湖至我国新疆南部的高压脊发展时,气旋初生;当气旋下游日本岛东部至鄂霍次克海高压脊发展时,气旋发展。(3)当正相对涡度随高度向西倾斜、气旋中心上空对流层低层正相对涡度首先加大、且其西侧的冷锋锋区增强、随后气旋中心上空整层正相对涡度增大时,地面气旋处于发展过程中;当高低层正相对涡度垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋停止发展。(4)对流层上层具有高值位涡的干空气逐渐进入地面气旋中心上空的湿区时,高位涡所携带的高空正涡度平流辐散作用使得低层辐合加强、绝对涡度增大,引起地面气压下降。(5)气旋中心上空的对流层中层暖平流和高层较大的正涡度平流使得垂直上升速度增强,气旋逐步发展;地面气旋中心总是沿中低层暖平流和其下游高低层微差涡度平流较大的区域移动。     

一次中低纬系统结合的暴雨过程分析

利用常规气象观测资料,对2004年9月14日山东暴雨过程的环流形势、物理量特征进行了分析。结果表明,本次暴雨过程是由中低纬系统相互作用造成的,暴雨分布状况主要取决于台风的路径。暴雨发生在高空急流右后方和低空急流左前方的重叠区;台风减弱后的低压环流是形成低空急流的基础,西风槽及高空急流的东移逼近是低空急流维持与加强的关键因素;200hPa散度大于10×10-5 s-1与700hPa散度小于-10×10-5 s-1相重叠的区域与强降水区相吻合;700hPa正涡度梯度和500hPa正涡度平流增强对暴雨具有一定的指示性;台风为暴雨提供了能量和水汽,而西风槽对能量的积聚和水汽的辐合起重要作用。暴雨集中在地面气旋中心经过阶段,山脉的迎风坡和山峰附近有利于暴雨的增幅。     

一次北上江南气旋的结构特征与演变机理分析

利用常规的高空、地面观测、NCEP的1°×1°再分析资料和FY-2E水汽图像等资料,分析了一次北上的江南气旋降水分布、生成环境、结构特征及气旋发展和移动的成因。结果表明:(1)气压场形状和强降水落区的演变类似于Shapiro-Keyser气旋模型。(2)江南气旋发生并向北发展,表现为250 hPa高空辐散,500 hPa西北槽与高原东部槽东移合并、下游脊加强环流的背景。(3)这次气旋虽然没有出现Shapiro-Keyser气旋模型中明显的暖锋后弯现象,但在低压中心附近存在弱的暖核,该核主要位于850 hPa以下层次。(4)当正相对涡度区随高度向西倾斜、地面气旋中心西侧的冷锋锋区增强、高层相对涡度值增大时,气旋处于快速加深过程中;当高低层正相对涡度中心几乎垂直重合、且对流层低层冷锋锋区减弱,则气旋缓慢发展。(5)暖湿气流向北发展和垂直于暖锋的次级环流加强使得暖锋附近的降水增强。(6)用准地转ω运动方程诊断得到,在气旋的初生阶段,地面气旋上空垂直上升速度几乎为0,气旋基本不发展;但其下游暖平流和高低层涡度平流差值大,有利于气旋快速向东北方向移动。在气旋发展阶段,地面气旋上空垂直上升速度加大,气旋快速发展,但其下游暖平流和高低层涡度平流差值减小使得气旋移速缓慢。在气旋发展停滞阶段,地面气旋上空垂直上升速度微弱,气旋发展趋于停止,且其下游暖平流和高低层涡度平流差值继续减小,气旋移速进一步变缓。     

辽宁省特大暴风雪(雨)极端天气个例诊断分析

利用常规观测资料、T213物理量产品,结合分析FY-2C水汽图像,对2007年3月3～5日辽宁省特大暴风雪（雨）极端天气事件的环流背景、影响系统及成因进行了诊断分析。结果表明：①这次极端天气事件发生在前期北半球环流呈现高指数特征,全国大部分地区异常偏暖的背景下,暴雪（雨）伴随大风和剧烈降温天气;②江淮气旋是主要影响系统;高层正涡度平流及低层暖平流的共同作用是江淮气旋生成和发展的主要原因;③低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雪（雨）形成的动力机制;④江淮气旋生成在高层副热带西风急流和极锋急流之间,在从副热带急流出口区北侧移向极锋急流入口区南侧,低空西南风急流左侧移向左前方过程中强烈发展;⑤干侵入是气旋进一步发展的重要特征;⑥低空西南风和东南风急流向暴雪（雨）区提供了丰沛的水汽,暴雪（雨）发生在850hPaθsc暖湿舌里,降水性质与850hPa温度有直接关系;⑦剧烈降温发生在长波槽发展东移引导极地冷空气南下,地面形成强冷高压形势下,强烈发展的气旋以及与强冷高压之间的强气压梯度造成强风天气。     

近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋统计分析

使用Lu(2017)改进的温带气旋识别和追踪方法得出的江淮气旋资料,统计分析了近40年夏季江苏引发暴雨的江淮气旋概况、路径、形势特征和对应暴雨的主要落区。结果表明,夏季江淮气旋造成江苏暴雨的频次空间上在江淮之间最多,并向北和向南依次递减;时间上在6月最多,约占该月暴雨总次数的1/3。致暴江淮气旋暴雨落区与江淮气旋的路径有一定的对应关系,在淮北和江淮地区,暴雨在致暴江淮气旋过境地区均匀分布,但在苏南地区,暴雨主要集中在苏南的中西部。致暴江淮气旋天气形势可分为偏西气流型和低槽型两类,其中低槽型出现的次数约为偏西气流型的2倍。偏西气流型暴雨区位于500hPa南侧暖湿的西南气流与北侧西北气流的过渡带中,低槽型暴雨区位于槽前西南气流中。850hPa两种类型基本相似,都为闭合的低涡,且低涡位置相比于700hPa明显南移。江淮和苏南地区的暴雨落区大都位于700和850hPa低涡中心的南侧、700hPa急流的北部和850hPa急流的北侧。偏西气流型和低槽型造成的暴雨范围基本相当,但低槽型产生的暴雨量要大于偏西气流型。     

一次温带气旋涡度场演变特征及气旋发生发展机制分析

气旋是涡旋运动,因此相对涡度(以下简称涡度)是确切表征气旋中心位置和强度的物理量,分析气旋发生发展过程就是分析涡度的变化机理。文中采用1000 hPa地转风涡度表征地面气旋,利用常规地面观测、6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场等资料,对2014年6月一次具有螺旋式回转路径的北方温带气旋过程进行了诊断分析。利用Petterssen地面气旋发展公式,再结合300 hPa涡度平流、散度场与850 hPa热力场的配置关系,考察了对流层中低层温度平流、500 hPa涡度平流以及300 hPa涡度平流引起的辐散对地面气旋发展的贡献。结果表明:(1)这次气旋过程中500、300 hPa存在两个正涡度区及涡度中心的替换:即在地面气旋发生发展阶段,第一个涡度中心为主要的涡度中心;在气旋减弱阶段,第二个涡度中心成为主要的涡度中心。(2)地面和高空涡度中心均以逆时针螺旋式路径移动。在地面气旋初生和发展阶段,高低层涡度中心及正涡度区呈后倾结构;当高低层涡度中心及正涡度区几乎垂直重合时,地面气旋停止发展。(3)温度平流项在气旋初生阶段起主要作用;500 hPa涡度平流决定了地面气旋的发展。(4)当300 hPa正涡度平流引起的辐散区叠加在对流层低层850 hPa斜压锋区上时,地面气旋发展。     

西南低涡Ekman层流场特征分析

本文利用大气边界模式，对1979年7月24－25日的一次西南低涡暴雨进行了Ekman层的流场分析。在理论计算的前提下，通过加入有限的实测风资料进行动力学调整，不仅在Ekman层中能较好地模拟出高层（850，700hPa）气旋环流特征，且发现西南低涡笔星边界层具有中尺度扰动的特征。在整个气旋环流中有局部的反气旋环流出现，这是850，700hPa 天气图上得不到的，且与边界层诊断分析相符合。     

基于NCEP资料的一次东移引发暴雨的江淮气旋结构特征分析

2015年5月1—2日由江淮气旋引发了一次江淮和江南暴雨天气过程,利用常规地面、高空观测、6 h一次的NCEP1°×1°再分析场、星下点分辨率为5 km的FY-2E水汽云图等资料,重点分析了江淮气旋的生成环境、结构特征、演变过程及东移原因,在此基础上分析了此次暴雨过程的成因。结果表明:(1)这次江淮气旋生成于500 h Pa西风槽前,西南涡沿暖切变线东移、地面冷锋进入低压倒槽的顶端;此后该气旋向东移动,但强度逐渐减弱。(2)这次江淮气旋表现为中低层浅薄系统,温度锋区弱,与经典的深厚温带气旋结构不同。江淮气旋生成时,正相对涡度区随高度向西倾斜;当高低层正相对涡度区逐渐垂直重合时,江淮气旋减弱。(3)暴雨的产生与低空急流输送的丰富水汽、500 hPa高空槽前中低层低涡、切变线、气旋等引起的强上升运动有关;暴雨区南北两支次级环流圈的存在有利于强上升运动的维持;地形抬升作用使得降水加强。(4)地面气旋中心总是沿中低层暖平流区域及其下游高低层微差涡度平流较大区域移动,移向对流层中层上升运动区。     

急流次级环流对局地持续强风暴天气的作用

利用天气图、雷达回波和地面风场资料对1994年6月28日陕西中部发生的一次罕见的长时间局地大风、冰雹、暴雨天气进行诊断分析。结果表明：这次过程出现在500hPa槽前和700hPa低涡暖式切变线附近；强风暴发生在高空急流入口区右侧辐散和低空急流左前侧辐合重叠区，与地面中尺度气旋活动紧密相关；证实了地面中尺度气旋是由高低空急流耦合产生的次级环流引起，次级环流控制着中尺度系统发展变化。     

登陆热带气旋引发云南强降水的环境场特征

应用《西北太平洋热带气旋年鉴检索系统》资料、NCEP/NCAR再分析资料及云南降水资料,对1959-2007年热带气旋(以下简称TC)西行登陆引发的云南强降水过程进行了分类统计,得到4类TC强降水环流模型,分别是TC低压环流型、TC低压外围或倒槽型、TC低压与低槽冷空气相互作用型和TC与两高辐合相互作用型.环境场特征显示,100 hPa南亚高压中心位置在90°E以西,高空东风急流提供了强大的辐散场,低空西南季风气流与TC环流相连接,高低层涡度差呈负值区分布,使TC低压环流在陆上维持或强度减弱缓慢;西南季风气流中的低空急流、副热带高压外围及TC低压东部的偏南急流共同作用,向云南输送充沛的水汽和能量,是登陆TC强降水产生的重要天气系统配置形势;强降水分布在低空急流左侧,TC低压或倒槽西北侧的正涡度中心附近;冷空气南下进入云南,增加了大气斜压不稳定,使TC外围降水增强.     

东北地区温带气旋暴雪过程的大气河特征

利用2007-2020年的常规观测、东北地区6 h和24 h降水资料以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,对东北地区温带气旋暴雪过程有/无大气河伴随进行了统计,并对比了有/无大气河伴随时环境场特征的异同。结果表明：83%的温带气旋暴雪过程有大气河伴随,其中59%的大气河登陆东北。11月和3月的暴雪过程大气河出现的频率最高,12月和1月基本无大气河伴随。南方气旋和黄淮气旋参与的暴雪过程大气河出现的频率高且强度强,相应的降水量较大;蒙古气旋暴雪过程大气河出现的频率低,降水量较小。有大气河伴随的暴雪过程高空急流有2支,低空急流强;500 hPa上有冷涡,形成切断低压和大气河相互作用有利于强降水的形势;850 hPa有明显的暖舌和较强锋区,因而有利于水汽输送和动力抬升,主要为冷锋降雨和暖锋降雪。无大气河相伴的暴雪过程高空急流有1支,低空急流弱;500 hPa上无冷涡,西风槽较弱;850 hPa锋区和低涡强度较弱,高空辐散和水汽条件差,主要为暖锋降雪。有大气河伴随时暴雪过程的水汽主要源自东海和黄渤海,低层不稳定层较厚,边界层水汽辐合区宽广且强,上升运动较强;无大气河伴随时水汽主要源自日本海...     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

嘉兴市冬季罕见的全市性暴雨成因分析

2000年2月18日嘉兴市出现罕见全市性暴雨,这场暴雨是700hPa、850hPa低涡东移,暖切加强,诱发地面江淮气旋发展入海而产生的.低空急流轴的左前侧有较强负散度区,正涡度区,两者相配合产生上升运动,水汽辐合加强,总温度梯度最大处层结不稳定为暴雨产生提供了3个必要条件.(D500-D850)相对散度的正值则有暴雨,负值则无暴雨.这对今后预报暴雨有一定的指示作用.     

急流切变线暴雨的诊断分析

一、前言 通常,梅雨雨带位于低空700hPa江淮切变线及地面静止锋之间,如果切变线上有西南涡东移,在长江中下游地区往往有锋面气旋生成并伴有暴雨。此时雨带和暴雨区可用切交线和地面锋加以确定。当地面锋很弱     

环境场对东海登陆热带气旋陆地路径的影响

采用合成分析的方法，对比分析了在华东南部沿海登陆，维持较短陆地路径和维持较长陆地路径的两类热带气旋的环境场变化，结果表明：环境场对登陆热带气旋的陆地路径的维持有重要影响。当西北太平洋副热带高压迅速加强西伸；中低层低压环流迅速减弱；中低层环境热力条件差，海洋水汽输送中断；高层水平流场呈纬向型，青藏高原反气旋环流相对较弱而西北太平洋副热带高压反气旋环流强大，中纬带西风急流强大时，环境场的配置使热带气旋周围的高层水平辐散弱并衰减，低层水平辐合弱并衰减，热带气旋的对流被抑制，仅能维持较短路径很快就减弱消亡。反之，当西北太平洋副热带高压减弱东退，西风槽南压；低层低压环流长时间维持；中低层环境热力条件好，海洋水汽输送通畅；高层水平流场呈经向型，青藏高原反气旋环流相对强大而西北太平洋副热带高压反气旋环流减弱东退，中纬带西风急流较弱，低空东南风急流强大时，环境场的配置使热带气旋周围高层水平辐散强并维持，低层水平辐合强并维持，热带气旋的对流通畅，能维持较长生命史和较长的路径。     

一次江淮切变线暴雨过程的数值模拟与诊断分析

采用非静力中尺度模式WRFV3.3对2010年7月12-13日一次江淮切变线暴雨过程进行数值模拟,分析了暴雨形成的大尺度环流条件、中尺度气旋演变,并对涡旋与变形场的相互作用指数VDI与降水之间的关系进行了探讨。结果表明：本次暴雨过程为典型的切变线降水过程,是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500hPa短波槽生成东移、西太平洋副热带高压维持的背景下,由低层700 hPa和850 hPa切变线上中尺度低涡以及地面梅雨锋扰动的共同作用造成的。WRFV3.3较好地模拟了本次暴雨过程的雨带和暴雨中心。中尺度气旋发生于长江中下游呈东北-西南走向的切变线上,暴雨发生于700 hPa切变线南侧、低空急流轴的左侧,急流轴上的大风速中心与1 h雨强有较好的对应关系。中尺度涡旋与大风速中心之间存在着明显的相关性,风速增强,涡旋增强。VDI指数对降水中心和强度有较好的指示性,有助于在实际预报业务中对降水中心和强度做出正确判断。