黔东南地形影响局地突发性暴雨的中尺度天气分析与数值试验

基于FY-2E TBB资料、ERA5再分析资料和WRF v3. 9. 1. 1模式对2015年5月27日贵州省雷山县一次突发性暴雨过程进行中尺度天气学分析和数值试验。结果表明:(1)低空西南急流、切变线与地面辐合线是本次山地突发性暴雨的直接影响系统。(2)TBB低值区与突发性暴雨落区有明显的对应关系,TBB值的减小对应着降水的增强,反之对应降水的减弱。(3)ERA5再分析资料作为初始场对于突发性暴雨的模拟效果优于FNL分析资料和ERA-Interim再分析资料。(4)地形通过改变山地动力、水汽等物理量场从而影响暴雨的落区和强度。地形的抬升作用造成水汽与不稳定能量在迎风坡堆积,使层结不稳定性增强,在强烈的上升运动作用下触发对流不稳定发展。(5)雷公山地形对于降水有显著的增幅作用,山脉高度升高后,雨带扩大,雨量增加;反之雨带西移,雨量减小。     

对2009年7月3～5日玉林市一次暴雨天气过程的分析

利用实况观测资料、自动站加密观测资料、数值预报产品和非常规观测资料,从环流背景、水汽条件、动力条件等方面,对2009年7月3～5日玉林暴雨天气过程进行诊断分析.结果表明:(1)高空低槽、低层低涡切变线和低空急流是影响此次强降水过程的主要天气系统;(2)低空急流在此次暴雨过程中促进了大气不稳定、加大了水汽输送;(3)有利的热力水汽条件和动力条件是强降水产生和维持的机制.     

2022年6月12—13日江西中南部暴雨成因与预报误差分析

利用常规探空和地面观测站资料、ERA5 0.25°×0.25°再分析资料和ECMWF预报资料,对2022年6月12—13日江西中南部的暴雨过程进行分析。结果表明：1） 此次暴雨过程是在副热带高压和南亚高压稳定少动、西风槽携带冷空气南下的环流背景下,500 hPa高空槽、低层切变线、低空西南急流和地面静止锋共同作用造成的。2） 低层辐合、高层辐散产生深厚的垂直上升运动,为强降水的持续提供动力条件,低空暖湿西南急流输送的充足水汽,有利于江西中南部不稳定能量的积累。3） EC暴雨落区预报偏北的主要原因是天气系统位置较实况偏北,700 hPa垂直速度大值区偏北、对流性降水预报偏弱和地形影响也是暴雨漏报的重要因素。4） 584 dagpm特征线的位置变化对此次暴雨落区向南订正有较好的指示意义。在暴雨预报中,不仅要考虑锋面大尺度降水,还要考虑暖区对流性降水,关注低层强动力辐合区域,结合中尺度数值模式产品,可以有效对主雨带位置和强度进行订正。     

广东省前汛期一次暴雨过程的诊断分析

用逐日6小时一次的地面站点实况观测资料和1°×1°的NCEP分析资料,对4月4日至4月6日的这次暴雨降水过程进行降水实况和大型环流背景的分析.深入讨论了这次降水过程的水汽输送特征、大气不稳定特征和高低层的动力条件.结果表明,这次暴雨的有利天气背景为高空槽、切变线与深厚低空急流以及冷空气的相互配合.在暴雨期间,地面不稳定能量的累积和西南低空急流输送的充沛水汽,通过水汽通量分析,雨区存在深厚的水汽柱,低层正涡度中心和高层的辐散中心与地面的暴雨区相互对应,底层涡度中心和高层散度中心的增大和减小能较有效地指示降雨过程的开始和结束.     

梅汛期江淮切变线暴雨与非暴雨演变过程的合成对比分析研究

利用气象观测资料和NCEP再分析资料对梅汛期江淮切变线暴雨类个例与切变线非暴雨类个例演变过程进行了合成对比分析。结果表明,形成暴雨切变线的演变历程中,存在南北风加强,切变线发展,且西南风急流引起的风速辐合加强了低空辐合。同时江苏处于高空急流入口区的右侧,高低空急流相耦合,形成了高空辐散、低空辐合的动力机制,降水过程中动力结构配置的演变特征十分鲜明。切变线南侧热力不稳定条件较好,水汽输送丰富,水汽辐合强烈,这些都有利于暴雨中尺度系统的发生、发展。因为动力、热力条件强度的不同对应不同强度的降水,区域性大暴雨的动力系统比一般暴雨更深厚,不稳定条件更强,水汽输送也更充沛。而切变线非暴雨类中,高低空风场的配置不利于降水的增强。南北风增强不明显,切变线不能得到发展,同时其南侧西南风急流没有建立,风速辐合较弱。高空急流核远离江苏,江苏上空的辐散场很弱,高空辐散、低空辐合的动力机制未能建立,动力结构的配置演变特征不明显。切变线南侧的热力不稳定度也不如暴雨类强,水汽的辐合较弱,不利于中尺度系统的发生、发展。     

西北地区东部夏季一次典型暴雨的分析和数值模拟

利用地面区域站降水量资料、NCEP FNL再分析资料、风云卫星数据产品以及WRF数值模拟结果,对2013年7月7~9日发生在西北地区东部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:此次暴雨是一次典型的副热带高压(简称副高)西北侧西南气流型暴雨,西风槽和高原槽发展东移,配合副高外围的西南气流及低层低涡切变是造成此次暴雨的主要影响系统。高低空急流的耦合、充沛的水汽聚集、较强的动力作用以及大气层结的不稳定等对此次强降水的发展起到促进作用。WRF模式对此次复杂地形下的暴雨有较好的模拟能力,模拟的降水与实况相吻合,风场、比湿、涡度、CAPE、垂直速度等物理量对此次降水过程有较好的反映。低层气流经喇叭口地形时被抬升并辐合,再配合丰富的水汽场,使得降雨过程得以维持和发展。     

2011年5月2-3日防城港市暴雨过程分析

对2011年5月2～3日防城港市出现的大范围暴雨过程,此次降水持续时间较短,强度较大,范围较广;笔者利用micap8常规资料及雷达回波资料,对暴雨形成的天气形势、影响系统及物理量场等诊断分析.结果表明:切变线和辐合区的存在是提供动力抬升的有利条件,西南急流及水汽通量辐合提供了有利的水汽条件;暴雨发生前的不稳定能量条件较...     

2002年6月14—15日暴雨的诊断分析和数值试验

利用NCEP／NCAR再分析资料对2002年6月14—15日的暴雨过程进行了诊断分析,并利用中尺度模式MM5对暴雨过程进行云迹风资料的同化模拟。诊断分析表明：高空急流的动量下传、高低空急流的适宜配置所产生的动力场的耦合作用,为此次大范围暴雨的发生、发展提供了动力条件;此次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋。对同化效果进行检验说明：两个时次的云迹风资料同化模拟与一个时次的云迹风资料同化模拟相比,前者更进一步地改善风场、温度场和高度场,使得物理量场和降水场的预报更加接近实况。     

2003年7月8～9日江淮流域暴雨过程中涡旋的结构特征分析

2003年淮河流域梅雨期 (6月29日～7月11日) 的强降水过程有三次: 6月29日～7月1日、 7月3～5日及7月8～11日。本文对7月8日12时～9日12时期间湖南、 安徽和江苏发生的强降水过程的中尺度数值模式MM5的输出资料进行了诊断分析。分析结果表明: 除大尺度系统的配置有利于此次降水的发生以外, 此次降水主要发生在由西南及偏南暖湿气流与偏北气流辐合形成的梅雨锋切变线上, 切变线上辐合中心处生成并发展的两个中尺度低涡是造成降水的直接系统。低空西南风急流形成了从孟加拉湾、 南海至华东地区的强水汽输送带以及湖南、 安徽和江苏的水汽辐合中心, 为暴雨创造了十分有利的水汽条件。在低层切变线的辐合中心处有两个低涡分别生成或发展, 并沿切变线向东北方向移动, 这两个低涡生成的位置是低空急流左前侧急流达到极值的区域 (也是正涡度中心区), 其生成可能与低空急流的加强有关。在低涡附近, 低层水汽辐合较强, 且对流层中低层形成了强正涡度中心和强散度中心相耦合的动力结构, 并有强上升运动维持, 使得低层辐合的水汽被抬升到对流层高层, 有利于暴雨的发生。     

2018年6月贵州一次持续性降水天气过程分析

该文利用常规气象降水观测资料和NCAR提供的1°×1°的FNL再分析资料,对贵州2018年6月20—24日大范围持续性降水天气过程进行分析,结果表明:100 hPa受南亚高压影响,贵州处在高压前部的高层辐散、低层辐合气流中,有利于产生上升运动。500 hPa亚欧大陆稳定的两槽一脊环流形势,导致北方弱冷空气从贝加尔湖高压脊前不断南下至长江流域。850 hPa主要受低空急流和切变线的影响,低空急流将西南暖湿气流源源不断地输送到中国南方;切变线稳定位于浙江中部至贵州北部,同时贵州的水汽通量辐合区位于切变线南侧,利于水汽辐合上升。贵州全省处在低层辐合、高层辐散的垂直运动负值区中,有良好的上升运动条件。水汽和动力条件的配合,是造成此次贵州大范围的持续性降水天气的主要原因。     

袁河流域极端降水事件成因分析

利用欧洲中期天气预报中心格点再分析资料和HYSPLIT模式对袁河流域5次极端降水天气过程的平均环流背景、主要影响系统、物理量场以及降水发生过程中的120 h气块后向轨迹特征进行分析。结果发现:(1)极端降水发生时,高层袁河流域处于南亚高压东侧辐散气流中,中层副热带高压位置适中,受584 dagpm线附近的西南气流控制,低层正好处于切变线上,且有强盛的西南气流向降水区输送能量和水汽。(2)物理量场上,袁河流域附近低层辐合、高层辐散,垂直速度场、水汽分布、水汽通量散度场都有利于该区域出现暴雨天气。(3)与袁河流域一般性暴雨的平均t-lnp图对比分析可见,极端暴雨的能量条件更好,降水对流性更强,水汽条件也更为充沛。(4)袁河流域极端降水上空的水汽路径总体上可以归纳为5条。来源于孟加拉湾附近、中南半岛南部和云南南部的西南水汽路径最多,占轨迹总数的59.5%;其次是来源于我国南海的南方路径,主要位于1 500 m以下,占轨迹总数的15.0%。     

一次大气河背景下华北地区暴雨的诊断分析

利用2018年5月15—16日的ERA5再分析资料和观测资料,对大气河背景下一次华北地区暴雨过程的天气形势、大气河在暴雨过程中的作用及其在暴雨前后的演变特征以及结构特征进行了诊断分析。结果表明此次降水过程的直接影响系统是位于华北地区的高空槽、低空切变线、地面冷锋和高低空急流,这些系统使得华北地区低层辐合高层辐散,带来强烈的垂直上升运动。在有利的天气形势背景下,暴雨过程中有源于南海的大气河,经我国东南地区向华北地区延伸,核心水汽通量较强,持续时间较长,湿层十分深厚,低层高湿高能并有风速的大值区。大气河的强盛发展促使了强降水的发生,大气河逐渐减弱消散时,降水趋于结束。通过大气河的输送作用,将热带地区的暖湿水汽直接输送到华北地区,为此次暴雨的产生和维持提供了良好的水汽条件。大气河遇到泰沂山脉被迫抬升,触发强降水,地形抬升作用是此次暴雨的重要抬升机制。     

Climatology of Shear Line and Related Rainstorm over the Southern Yangtze River Valley Based on an Improved Intelligent Identification Method

Based on four reanalysis datasets including CMA-RA, ERA5, ERA-Interim, and FNL, this paper proposes an improved intelligent method for shear line identification by introducing a second-order zonal-wind shear. Climatic characteristics of shear lines and related rainstorms over the Southern Yangtze River Valley (SYRV) during the summers (June-August) from 2008 to 2018 are then analyzed by using two types of unsupervised machine learning algorithm, namely the t-distributed stochastic neighbor embedding method (t-SNE) and the k-means clustering method. The results are as follows: (1) The reproducibility of the 850 hPa wind fields over the SYRV using China’s reanalysis product CMA-RA is superior to that of European and American products including ERA5, ERA-Interim, and FNL. (2) Theory and observations indicate that the introduction of a second-order zonal-wind shear criterion can effectively eliminate the continuous cyclonic curvature of the wind field and identify shear lines with significant discontinuities. (3) The occurrence frequency of shear lines appearing in the daytime and nighttime is almost equal, but the intensity and the accompanying rainstorm have a clear diurnal variation: they are significantly stronger during daytime than those at nighttime. (4) Half (47%) of the shear lines can cause short-duration rainstorms (≥20 mm (3h)-1 ), and shear line rainstorms account for one-sixth (16%) of the total summer short-duration rainstorms. Rainstorms caused by shear lines are significantly stronger than that caused by other synoptic forcing. (5) Under the influence of stronger water vapor transport and barotropic instability, shear lines and related rainstorms in the north and middle of the SYRV are stronger than those in the south.     

东北冷涡背景下浙江省两次强降水过程的对比分析

受东北冷涡西南部冷空气南下影响,2009年6月初浙江省连续发生了两次不同特点的强降水过程。利用常规气象观测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及卫星TBB资料,对这两次东北冷涡背景下的强降水天气过程的大尺度环流背景和动力、热力及水汽输送条件进行对比分析。结果表明：同在东北冷涡天气背景下,由于中低层温度场配置不同、上下游系统强弱不同,导致浙江省发生的天气现象不同。6月2日降水是一次连续的区域性暴雨过程,雨带呈带状分布,以层状云降水为主,其低层为大范围的辐合,高层辐散,且低层辐合强于高层辐散;低空存在西南急流,为暴雨提供了重要的水汽和动力条件,大气层结比较稳定。6月5日强降水是一次强对流天气过程,降水分布不均匀,强度大,历时短,高、低空没有大范围的辐合辐散区,也没有低空西南急流,前期水汽条件较差,降水过程以热力作用为主;大气层结不稳定触发了强对流天气的发生,出现局地暴雨。两类暴雨的预报着眼点分别为：第1类区域性暴雨的预报重点为高层辐散、低层辐合结构和低空西南急流;第2类局地性暴雨的预报重点为大气的不稳定度与东北冷涡后部冷空气的干侵入。     

塔克拉玛干沙漠南缘两次极端暴雨的气流模型与水汽输送特征

采用区域自动站逐小时降水观测数据、GPS/MET大气可降水量观测数据和NCEP/NCAR提供的FNL0.25°×0.25°分析数据，通过对比塔克拉玛干沙漠南缘和田地区2次落区接近、强度不同暴雨过程的环流和水汽特征，分析了影响极端暴雨产生的急流和水汽因子特征，结果表明：沙漠南缘暴雨时环流配置符合“三支气流”模型，高空急流、中层偏南风、低层辐合切变的强度与降水量正相关，当高层有极涡直接南伸至中亚发展而成的副热带大槽、中层有气旋前部的强偏南或西南气流、低层有偏东风急流明显西伸与西风急流形成强辐合时有利于出现极端暴雨。沙漠南缘暴雨的水汽源地、输送路径、水汽含量、饱和层厚度与降水量相关，暴雨的水汽源地一般为欧洲和北冰洋，降水区水汽输入以中低层为主，低层比湿大于6 g?kg-1，饱和层位于700 hPa以上；当中高层有来自阿拉伯海、孟加拉湾的由偏南风输送水汽的加入，低层比湿达8 g?kg-1以上、饱和层扩展至750 hPa以下时，可出现极端暴雨。     

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。     

重力波与对流耦合作用在一次山地突发性暴雨触发中的机理分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）开发的新一代ERA5再分析资料、中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水资料以及国家卫星气象中心FY-2G卫星云图资料,对2018年5月21～22日发生在四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨过程中的重力波特征进行天气动力学分析。得到以下结果:此次山地突发性暴雨受到了波长约为150 km,周期为5 h的重力波活动的影响,是典型的β中尺度天气系统诱发的暴雨事件。此过程中的重力波主要是在地形和切变不稳定的共同作用下触发的。切变不稳定先于重力波的传播出现在下游降水区域,可表征切变不稳定的理查逊数对重力波传播方向及降水落区有很好指示作用。此次暴雨发生前,重力波中的上升支气流输送低层水汽到高空助力对流发展,而下沉支气流使得低层不稳定能量不断累积。随着东北低空急流的发展,在大气低层（700～800 hPa）东西风切变的过渡带内形成临界层,临界层不断吸收高空波动能量造成重力波能量下传,触发低层不稳定能量释放,促使对流不断加强,最终引发此次山地突发性暴雨。     

冷平流强迫背景下攀枝花市一次雷暴过程综合分析

基于欧洲中心ERA5再分析资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达资料以及MICAPS气象资料,运用天气学方法对2020年4月13日四川省攀枝花市发生的冷平流强迫类雷暴天气过程进行综合分析。结果表明:本次雷暴过程混合了冰雹、短时强降水、雷暴大风等多种天气,其主要影响系统为200 hPa高空急流、500 hPa高原槽、700 hPa切变线和西南急流以及地面辐合线。200~500 hPa西北干冷空气顺高原槽南下对本次过程起主导作用,弱的700 hPa西南急流为本地输送了水汽和不稳定能量,中低层切变线和地面辐合线促进了暖湿气流的辐合抬升。此外,“上冷下暖”的气层结构、中低层较强的垂直风切变、气流的低层辐合与高层辐散、适宜的0℃和-20℃层高度、较强的CAPE和K指数、较大的700~500 hPa温度垂直递减率等因素也是本次雷暴天气过程发生发展的关键。      

江西一次持续性梅雨锋暴雨过程水汽特征及源地

利用江西省气象观测站降水资料、NCEP/NCAR提供的FNL 再分析资料以及GDAS 资料,在分析2020年7月7—10日的梅雨锋连续区域大暴雨过程的环流形势和大尺度水汽特征基础上,引入NOAA开发的HYSPLIT模式,分析了此次连续暴雨过程的水汽源地。结果表明：1） 此次连续性暴雨过程是在梅雨锋暴雨天气形势下,东北冷涡引导冷空气南下与副高北侧暖湿气流在长江中下游交汇形成的;2） 暴雨过程中不同时段水汽通道不相同,前两日以西南方向和偏南方向的水汽输送为主,后两日则以西南方向的水汽通道为主,且水汽通量大值区与强降水有较好的对应;3） 后向轨迹模拟显示暴雨过程水汽轨迹有5条：大部分为1 500 m高度以上源自印度洋的水汽（77.6%),其次是1 500 m高度以下源自印尼群岛中部海域的水汽（13.2%）,其他三条路径总和不足10%。4） 垂直方向上,有多条水汽输送通道相互叠加后向暴雨区输送,导致江西上空产生强的水汽辐合。     

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。