峡谷地形对两次极端降水的作用

利用地面加密自动站、常规观测资料、NCEP再分析资料和两种模式产品,对发生在宜昌峡谷地区2016年7月7日局地极端短时强降水过程和2018年4月22日稳定性极端降水过程形成原因及模式预报性能进行检验分析。结果表明:(1)强的块状回波稳定少动,造成7月7日高效率的对流降水。4月22日降水既有沿山中尺度对流回波造成的对流降水,也有螺旋状涡旋回波形成的锋面层状云降水。(2)山谷风形成中尺度切变线,触发对流,中尺度切变线发展为中尺度涡旋使对流加强是极端短时降水形成的主要原因。(3)地形强迫抬升使对流降水强度明显增大,锋面层状云回波受地形阻挡影响长时间维持是稳定性极端降水形成主要原因。(4)地形相差大的地区模式预报性能差异较大,模式对复杂地形下的对流降水预报偏弱,导致系统强度出现差异,进而影响降水强度预报。     

宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。     

“16·7”华北极端强降水特征及天气学成因分析

2016年7月19-20日华北出现了当年入汛以来最强降水过程。此次降水过程为一次影响范围广、累积雨量大、持续时间长的极端强降水过程,其强度较"96·8"强,仅次于"63·8"。以暖云降水为主,短时强降水特征明显,局地小时雨强强、且具有明显的地形降水特征。此次强降水发生在南亚高压东伸加强、副热带高压西伸北抬、中高纬度西风带低涡系统发展的环流背景下,黄淮气旋、西南和东南低空急流的异常发展以及水汽的异常充沛表明此次强降水过程动力抬升和水汽条件非常有利。强降水过程表现出明显的阶段特征,主要分为两个阶段:19日凌晨至白天为高空槽前偏东风导致的地形强降水、19日夜间至20日为黄淮气旋系统北侧螺旋雨带造成的强降水。第一阶段的降水主要与高空槽前偏东风/东南风急流的发展有直接关系。这一阶段对流降水旺盛,中层弱干冷平流以及低层强暖平流是对流不稳定能量的维持机制,强降水形成的冷堆与局地地形作用产生的中尺度锋生过程为对流持续新生提供了有利条件。第二阶段的降水主要与低涡切断和黄淮气旋的强烈发展有关。该阶段降水对流相对较弱,黄淮气旋进入华北以后移动缓慢,从而造成降水持续时间较长。     

基于多元线性回归的滇西南短时强降水预报模型研究

利用云南省普洱市2015—2017年多普勒天气雷达资料、探空资料和气象观测站5 min雨量观测资料,分析了普洱地区研究期间41次短时强降水的环境场和雷达回波演变特征。结果表明:中尺度辐合线、中气旋、逆风区是强降水触发和维持的重要成因。短时强降水发生前,整层大气水汽充沛,静力不稳定层结,大气可降水量(PW)≥35 mm、SI≤-0. 23、K> 35,可作为环境场对流潜势的判定因子;短时强降水发生时,雷达回波最强反射率因子≥40 d Bz,35 d Bz回波顶高> 5 km,径向速度的辐合切变量> 5 m·s^-1。通过多元线性回归分析,选取4个相关性显著的影响因子,建立普洱市短时强降水预报模型。所选预报因子包括:35 d Bz回波顶高、30 d Bz垂直剖面中心高度、30 d Bz以上雷达回波面积和SI。预报模型的回报检验表明,普洱短时强降水平均雨强相对均方根误差为17. 0%,局地降水持续时间相对均方根误差为33. 9%,局地过程降水相对均方根误差为25. 6%,回报效果较好。4次短时强降水预报检验中,平均雨强的预报误差每5 min小于1. 2 mm,局地强降水持续时间的预报误差小于10 min,局地过程降水的预报误差小于4 mm,模型均预报出局地连续性降水超过50 mm。预报模型有较好的预报能力,可应用于普洱短时强降水的临近预报预警。     

基于云雷达和降水雷达资料的一次典型暖云降水成因及粒子类型演变

针对2020年8月9日南京市一次典型对流性暖云降水过程,结合云雷达和双偏振降水雷达资料,研究了此次短时强降水的雷达回波特征和成因;基于雷达参量和模糊逻辑算法识别了水凝物粒子类型,并分析了降水过程中水凝物粒子的性质和演变.结果 表明:此次降水强度大、效率高,雷达观测的云体回波呈现低质心、强回波的热带型结构.正负速度对的出...     

广州极端降水微物理特征的双偏振雷达研究北大核心

利用2017年广州S波段双偏振雷达和地面自动站小时雨量资料,对比分析了广州极端降水(雨强≥50 mm·h^(-1))与强降水(雨强为20~50 mm·h^(-1))的微物理特征。结果表明:极端降水的20 dBZ和30 dBZ回波发展高度与强降水都差异较小,说明广州地区的降水强度与对流发展高度关系不大。在低层,极端降水平均回波更强,雨滴粒径更大,结合Z H-Z DR的分布表明广州地区降水具有海洋性对流特征。与强降水对比,0℃层以下极端降水的Z H、Z DR、K DP值都明显更大,尤其在4~5 km都快速增长,说明广州地区极端降水的发展关键在4~5 km高度,并在下落过程中继续增长,因此造成极端降水的发生。     

雷达回波预测极端暴雨概率方法构建原理与应用研究

基于局地雷达回波基数据强度与雷达体扫面内相应地区强降水量之间的统计关系,并通过LucasKanade局部光流法分析下一小时可能影响该地区的回波区域,将这些区域定义为强降水影响系统的动态回波上游。同时分析雷达各层体扫回波情况,即考虑强降水系统的空间伸展程度。通过分析这些动态回波区域在当前时刻内(每10 min多层体扫信息)的时空变化特征,建立回波强度特征与局地降水的相关,进一步与改善的降水极值概率预测方法相结合,构建对下一小时局地暴雨重现期极值预测预警指标,为应急保障方案和及时应对决策提供技术支持与专业参考信息。整体方案以2006-2011年6-8月盐城多普勒天气雷达回波强度的基数据资料和同时段盐城雷达体扫范围内建湖气象站的小时雨量序列为基础,采用Lucas-Kanade局部光流法确定回波强度反映的降水系统时空动态上游,并利用皮尔逊III型方法和广义帕累托方法建立回波类别与建湖局地白天与夜间降水序列的统计概率关系,计算回波类别对应的局地极端降雨极值以及极值重现概率特征,构建降水系统的雷达回波动态综合特征与下一小时局地强降水极值概率间的统计关系指标,指标的相关性检验达到70%。该方法具有强降水多等级重现期极值预测能力,为下一小时临近极端暴雨预测预警提供了雷达监测动力统计优化方法。     

大连地区一次局地大暴雨过程中尺度特征及加密自动气象站数据的应用

利用常规气象观测资料、加密自动气象站风场资料及雷达回波资料对2016年8月7—8日大连地区一次漏报的局地大暴雨过程的中尺度特征进行分析,并探讨了加密自动气象站数据的应用。结果表明:2016年大连地区此次局地大暴雨过程T639、欧洲和日本3种数值模式预报结果差异较大,均漏报了暴雨和大暴雨量级降水。环流形势和物理量场对此次暴雨过程的暴雨与大暴雨量级降水落区均无明显预报指标,而卫星云图上有TBB-45℃的中尺度对流云团与强降水区域对应;最强短时强降水区域雷达回波上有对流风暴单体,最大回波强度达55 d Bz,高度上升至4 km,50 d Bz强回波从地面伸展至6 km高度,且强度均匀,为低质心强降雨回波;同时,由加密自动气象站风场资料可知,提前1 h左右强降水落区有中小尺度辐合线形成,最强区域为中尺度气旋,这个指标配合雷达回波和卫星云图资料可以在环流形势、物理量场和数值预报均无明显特征时,作为局地大暴雨预警的指标。     

恩施州一次暴雨过程的多尺度分析

该文利用NCEP再分析场资料、常规气象观测资料、地面加密自动站资料、卫星雷达资料等多种资料,从大尺度环流背景、中尺度特征以及环境条件等多个角度对恩施州2016年6月19—20日的一次暴雨过程进行分析,并得到以下结论:此次过程是在中高纬两槽一脊的稳定环流形势下,高空槽和副热带高压共同作用,配合西南涡和高低空急流发生的,副高的阻挡作用导致此次降水持续时间长,其位置偏南导致降水主要分布在恩施州南部;列车效应致使混合型回波不断在鹤峰经过,结合较高的降水效率,是导致本次累积降水较大的直接原因;逆风区对恩施州短时强降水有明显的指示作用,中低压对局地短时强降水的预警具有重要意义;在有利的天气尺度抬升条件下,热力、水汽、动力条件是此次降水过程具有强对流特征的根本原因,地形也为此次降水增幅提供了有利条件。     

"04.8"山西中部短时大暴雨天气的多普勒雷达资料分析

利用山西省新一代多普勒天气雷达资料,对2004年8月13日02时～08时发生在山西省中部的短时大暴雨天气过程进行了简要分析。结果表明:此次降水是在深厚的暖平流条件下产生的大范围降水,低空急流为此次降水提供了水汽来源;而雷达回波上表现出中尺度弥合回波,说明在局地动力和热力条件下加强发展的中小尺度系统是造成此次暴雨的主要原因。     

秦岭山区东麓一次短时强降水特征及成因分析

利用陕西省区域自动站常规观测资料、NCEP 0.25°×0.25°再分析资料、华山站地面雨滴谱观测资料、商洛市雷达观测资料,从宏观和微观两方面对2021年7月22—23日秦岭山区东部1次强降水过程特征进行分析。结果表明：该次山区暴雨在实况上具有强降水范围小、持续时间长、短时雨量大、极易引发地质灾害的特点。该次山区暴雨发生在弱天气强迫和强层结不稳定的环境下,由地形抬升和850 hPa冷平流共同触发此次对流。高层辐散抽吸使得上升气流加强,合并商洛市山阳县特殊地形的增幅作用共同造成山阳县法官镇短时雨强的极端性,小尺度地形作用下风的辐合和温度差异使得强降水在局地长时间维持。强降水在微观层面上表现为高浓度的小雨滴和部分大雨滴的共同作用。850 hPa水汽通量在此次暴雨预报中具有一定的指示意义,22日20时山区强降水在发展之前,商洛市东南部水汽通量突增至20～30 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。雷达上表现为商洛市北部和南部30～45 dBz的大片层积混合云回波长时间维持,局地回波云团的合并对应降水增强。     

特殊地形对鄂东北一次局地强降水过程的作用机制分析

基于FNL1°×1°再分析资料和来自国家气象信息中心的区域自动站与CMORPH小时降水融合产品,通过高分辨率的WRF数值模拟,本文重点分析了2015年7月22-24日期间在西南涡东移过程中,受长江中下游特殊地形影响,在鄂东北江汉平原河谷地区诱发生成的一次短时局地强降水天气过程,围绕特殊地形对局地降水增幅的作用机制展开一系列的深入研究,研究结果表明:此次局地强降水过程是在长江中下游特殊的中尺度地形影响下,配合东移西南涡前部偏南暖湿气流的输送,两者共同作用而诱发产生,此次局地降水过程持续时间短,降水增幅显著。之后,通过研究单一地形对局地降水的影响发现,大别山脉作为单一地形的作用效果为提升局地降水增幅,扩大强降水范围;幕阜山脉作为单一地形的作用效果为削弱降水增幅,缩小强降水范围。进一步深入分析上述单一地形影响降水变化的作用机制得出,大别山脉的地形作用有利于局地强降水区附近对流层低层的层结对流不稳定性增强,以及降水区近地面层冷池的维持和增强,有利于提升局地降水的增幅。而与大别山脉对局地降水作用效果不同,就幕阜山脉单一地形而言,地形对偏南暖湿气流的阻挡作用,削弱了局地强降水期间进入降水区的水汽通量,继而对局地降水的增幅有抑制作用。此外通过研究组合地形对局地降水的影响时发现,大别山脉、幕阜山脉、皖南山地,以及幕阜山脉和皖南山地之间的狭窄河谷地形共同构成的类似"喇叭口"地形,其产生的狭管效应,使进入地形区内的偏南气流辐合加强,而幕阜山脉和大别山脉之间的河谷地区,作为偏南气流从幕阜山脉东侧绕流进入江汉平原的重要通道,有效保证了强降水区域内充足的正涡度平流输送,上述有利的地形组合配置对于局地降水发展增强起到了至关重要的作用。     

C波段双偏振雷达在正安碧峰极端短时强降水中的初步应用

2020年6月12日凌晨,贵州遵义出现一次局地特大暴雨过程。局地强降水出现在正安碧峰镇,24 h过程雨量266.4 mm,2 h累计雨量达225.8 mm,最大小时雨强达163.3 mm·h^-1 ,其中03时10—40分30 min雨量达到115.3 mm。利用常规高空和地面观测资料、地面加密观测资料、NCEP再分析资料、新一代C波段双偏振多普勒天气雷达资料等,结合特殊地形因素,初探碧峰极端短时强降水的形成原因。结果表明：①此次过程是在西太平洋副热带高压西进北抬,同时巴尔喀什湖—贝加尔湖横槽东移南下,西北地区—四川盆地低槽活跃的背景下产生的,强降雨主要出现在低层低涡切变附近及切变右前侧南风辐合区内,属暖区性质暴雨,偏南气流明显风速辐合和地面辐合线是正安碧峰特大暴雨的重要影响因子,深厚暖云层高效率降水增加了降水的极端性。②正安附近低层水汽辐合明显,高层处于南亚高压中心控制的强辐散区,高层辐散抽吸对强降水维持和加强有利;③雷达回波显示,回波呈后向传播,“列车效应”特征明显,且回波强度强、顶高高,垂直累积液态水含量极高,各种参数均能说明强降水时段水汽充沛、对流旺盛。双偏振雷达参数表明,可能存在大雨滴或一些融化的小冰粒,差分反射率和差分传播相移率同时较大,表明大雨滴数量多,大量大雨滴易产生强降水,暖云层厚,“低质心”高效率降水,因此总体降雨强度很强。④碧峰处在“喇叭口”地形内,东南气流进入“喇叭口”使降水更大、雨强更强。     

2017年5月7日广州特大暴雨微物理特征及其触发维持机制分析

2017年5月7日,广州经历了一次罕见的局地特大暴雨事件,刷新了多个雨量历史纪录,造成了严重的国民财产损失。本文利用双偏振雷达、二维雨滴谱仪、微波辐射计和风廓线雷达等多种新型探测资料,分析这次短时暴雨的演变过程和降水特征,并通过大气环境诊断和双多普勒雷达风场反演方法研究其维持机制。结果表明,此次降水过程发生在弱天气系统强迫条件下,大气层结表现为弱对流抑制、低抬升凝结高度、中等对流有效位能、较厚的暖云层,低层受暖湿气流影响但无明显急流。强降水是由中尺度对流系统直接产生的。午夜至凌晨的初始对流主要由偏南暖湿气流与地形相互作用产生,对流单体不断在后部触发并逐渐形成准静止的对流雨带;黎明至早晨,新生对流单体沿着成熟的强降水风暴出流与低层偏南暖湿气流的交界不断激发,后向传播过程更为显著,形成回波列车效应;此后降水以组织化的对流雨带不断南移。此次暴雨过程中的对流云团为典型的低质心降水云团,降水雨滴谱在高湿环境中表现为暖性降水的特征(小雨滴浓度非常高),但同时存在部分大粒子,从而导致更高的降水效率和局地强降水。不断加强的低层偏南暖湿气流对于对流系统的发展和维持具有重要作用。     

四川区域暴雨过程中短时强降水时空分布特征

利用2007~2012年5~9月四川省3079个观测站的分钟级降水资料,并结合SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)提供的分辨率为90m的地形高程数据,采用统计分析方法,分析了四川省区域暴雨过程中短时强降水的时空分布特征。结果表明:(1)四川省区域暴雨过程中短时强降水主要出现在盆地的三个区域:雅安-乐山-眉山地区、遂宁-资阳地区、绵阳-广元-巴中地区。(2)强降水过程主要发生在后半夜到凌晨(01~08时),不同区域的强降水过程具有各自明显的日变化特征。(3)可以用3mm/10min的标准线来区分四川盆地强降水过程与非强降水过程。短时强降水过程降水率一般为3~6mm/10min,地形对短时强降水率的整体分布影响不大,但是对降水率的极端值影响较大。     

青岛地区短时强降水雷达回波特征与中小尺度系统分析

利用青岛地区2011—2015年间32次短时强降水个例的雷达反射率因子、地面雨量站数据和FNL再分析资料对产生短时强降水的中小尺度系统和雷达回波特征进行分析,结果表明:造成短时强降水的中小尺度系统主要为与低空切变(槽)、台风倒槽或在偏南(北)气流中局地发展的对流相联系的辐合区或中小尺度辐合线;雷达回波多表现为中尺度强回波带,其移向与回波带长轴的夹角较小,或为局地发展少动的强对流单体;雷达回波剖面显示回波按质心高度可分为大陆强对流型和热带海洋型,大陆强对流型强降水的平均反射率因子垂直廓线强度总体明显强于热带海洋型,对流发展更加旺盛,热带海洋型强回波集中在低层,在近地面最强,而大陆强对流型回波悬垂明显,最强回波位于2km左右;针对大陆强对流型和热带海洋型两种不同类型的短时强降水,采用分型Z-I关系法进行定量降水估测能够较好地反映强降水的落区和极值,相比于固定Z-I关系法,20mm·h~(-1)以上雨强的相对误差由70%左右下降到30%左右。     

淮河下游初夏小时内降水分级与雷达信息特征

利用淮河下游盐城市多普勒天气雷达和雷达扫描范围内建湖县降水量资料,对2008年6月的6次小时内三等级降水过程进行环流背景和局地雷达信息特征分析,其中对不同等级降水又给出夜雨及午后雨降水日变化分类。在环流背景基础上,通过综合分析对应各级各类降水的多普勒天气雷达降水回波的滤波强度分布特征,以及相应时空的雷达径向风场沿体扫倾斜面的分布结构,归纳出小时内降水量级的动力信息特征。在两类主导性天气尺度环流背景下,局地雷达要素空间分布特征为：同等量级降水,夜间的平均回波强度明显弱于白天;上游补充回波范围指示降水连续性质;上游长而强的回波带支持下一小时短时强降水;沿经建湖的局地雷达倾斜体扫半径剖面, 径向风的风向风速辐合中心的高度越低,辐合层次越宽厚,对应的降水级别越大;在同等降雨量级中,沿倾斜的体扫半径的局地风速强切变,通过上下动量传递和水汽混合,维持着更强的降水。     

河南一次局地强降水过程的中尺度分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、常规观测资料,采用常规中尺度分析方法和Barnes滤波方法,对2013年6月7日14-20时林州站出现的一次局地强降水过程进行分析,结果发现此次降水过程是发生在东高西低的环流形势下,降水主要发生在500 h Pa低槽槽前;江淮气旋北端不断增强的偏东气流为降水区提供了充足的水汽条件;地形抬升有利于触发对流,并对降水有增幅作用。通过滤波分析发现,此次过程林州处于鞍型场中,且处于风向辐合线和风速辐合线附近;局地强降水发生在水汽通量负散度绝对值大值区与负散度绝对值大值中心重叠区。经过滤波前后对比发现,此次过程分析原始场得出的辐合上升运动区、水汽辐合中心、层结不稳定区与局地强降水落区有一定的偏差,而滤波场特征比较有指示意义。负散度绝对值大值区和地面中尺度辐合线附近有利于回波生成和发展;两回波带合并容易加强;短历时强降水发生前,垂直累积液态水含量迅速跃增;雷达径向速度辐合区有利于回波发展加强。     

粤港澳大湾区一次局地极端强降水过程的多尺度观测特征与演变分析

2020年5月22日凌晨粤港澳大湾区发生了一次极端强降水过程,最大小时雨量和3小时雨量打破广东省内“龙舟水”期间的历史最高纪录。利用多源观测数据以及ERA5再分析资料对引发局地极端降水的中尺度对流系统(MCS)的演变过程与中尺度特征开展研究。(1)此次强降水过程主要集中在凌晨时段,具有持续时间短、局地雨强极端、累积雨量大等特点,在3小时的降水过程中出现了两个降水峰值。(2)这次过程为一次暖区暴雨过程,低层西南季风提供了充足的暖湿水汽,低涡切变线提供了良好的抬升条件。中α尺度季风云团呈准静止状态并升尺度增长为MCC(中尺度对流复合体)的过程引发了大湾区夜间局地的极端降水。(3)过程中两个阶段的峰值降水与中γ尺度对流单体生消发展期间的传播与移动矢量发生的改变有密切联系。数个中γ尺度对流单体构成多单体风暴形态,呈西北-东南侧向排列,这些单体先后触发发展并有着各自的地面辐合线。对流单体在环境风引导下向偏东南方向移动引发第一阶段峰值降水。随后不同单体的辐合线连接,对流向西南方向传播显著加快,使对流系统移动矢量发生改变,因而造成第二阶段峰值降水。(4)造成两段峰值降水的中γ尺度对流单体结构存在明显...     

玉屏县2018-07-01强降水天气过程机制分析

该文利用国家站累积降水观测资料和ERA-interim再分析资料对2018年7月1日16—22时玉屏局地强降水过程进行分析。从雷达回波、环流背景、热力条件和动力条件探讨此次强降水形成和持续的物理机制。结果表明:暖湿水汽主要来自孟加拉湾地区,贵州地区对流层低层存在切变线,玉屏上空大气层结不稳定,强烈的上升运动与低层辐合、高层辐散相配合,导致了此次局地短时强降水事件。