深圳地区不同天气流型夏季短时强降水和闪电的时空特征

利用高时间分辨率的分钟级雨量资料及LS8000闪电定位仪地闪数据,对比分析2014—2017年台风型、低压型、西南季风型和切变线型天气系统引发的深圳地区夏季短时强降水和闪电活动,并通过分析降水和闪电的日变化、降水频次、闪电峰值、持续时间、雷达回波顶高等,探讨不同天气流型引发的降水和闪电的时空分布特征。结果表明,四种天气流型引发的深圳地区短时强降水伴随闪电的对流活动主要集中发生在凌晨至08时和12-14时。台风型产生的短时强降水对应的闪电活动主要集中发生在降水强度为20～30 mm·h~(-1)时,且该类型产生的闪电主要以负地闪为主。低压型、西南季风型和切变线型中有80%以上的闪电活动主要发生在降水强度超过50 mm·h~(-1)。对于降水量小于40 mm·h~(-1)的闪电活动,切变线型是产生该量级降水的主要天气系统,也是该地区产生年平均地闪频次最多的天气系统。其中,该系统引发的此类对流活动的雷达回波顶高以2～4 km为主,并有72%的对流过程对应的零度层高度小于5 km。     

南方低山丘陵地区汛期短时强降水特征分析

研究汛期短时强降水特征,对于南方低山丘陵地区山洪灾害的预报具有重要指导意义。以怀化市为研究区域,基于该区域11个国家站和403个区域自动气象站的2012-2017年4-9月期间逐小时降水量以及相对应的NCEP资料,分析了怀化市短时强降水的时空分布特征,得出了产生短时强降水天气系统模型,结果显示：①汛期短时强降水发生频率较高,时间集中,分布不均。主要出现在5～7月,占4～9月的72.9%,其次在8～9月;北部频数多,中南部少,西部最少,辰溪、麻阳和怀化三县交界处及沅陵县的大合坪附近是频发区域。②短时强降水日变化呈单峰型,4～10时最容易发生,峰值在8时,谷值在23时。③强度越强出现的频次越少;北部的强度和次数大于其它区域;50～79.9 mm/h,占总站数的68.4%;各月国家站的极值乘以2约等于区域站极值。④低涡型短时强降水出现概率最高,低涡位置和移动路径是短时强降水预报的关键点。     

不同天气类型短时强降水与地闪特征分析

选取2006—2013年山东8次典型短时强降水（降水强度>20 mm·h-1）个例,并根据降水的天气尺度影响系统分为4种类型,利用山东区域ADTD型闪电定位仪资料,统计各类短时强降水与地闪相关性;结合地闪频数、密度分析地闪与短时强降水的雨强、出现时间、空间分布等特征的相关性。结果表明：1）各类强降水与不同范围地闪的相关性不同,与固定范围内地闪的时间、空间分布特征不同;其中负地闪占绝大多数,正闪比例小,负闪占比越大降水越强;站点周边30 km范围内地闪频数与降水相关性较好,低槽冷锋型强降水与地闪频数相关性最好,其次是低涡切变线型,黄淮气旋型短时强降水与地闪频数相关性差,热带气旋型强降水则与正闪相关性更好。2）地闪频数只对单次过程降水量变化有所指示,不能直接用来判别短时强降水,而地闪频数峰值对于短时强降水预报有一定指示意义;其中后倾型低槽冷锋、西北涡、西南涡型短时强降水地闪频数峰值对于预报短时强降水指示意义较强,冷切变和暖切变型指示意义较小,前倾型低槽冷锋、黄淮气旋、热带气旋型无明显指示意义。3）高地闪密度与短时强降水落区对应较好,但短时强降水并不一定会出现在高地闪密度中心区域;大部分短时强降水极值站高地闪密度中心对应;对于后倾型低槽冷锋、暖切变、西南涡型短时强降水,5次·（10 km）-2·h-1可作为预报参考阈值。     

济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明：短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点（Td）、850 hPa假相当位温（θse）、对流有效位能（CAPE）以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。      

山东省短时强降水天气的特征分析

通过分析山东省2007—2010年常规观测资料、山东省区域和国家级自动气象观测站降水观测资料,研究短时强降水天气的时间和地理分布特征,分析短时强降水出现的时间、落区和强度,并对1小时降水量≥100mm的短时特强降水的天气系统进行了分析,结果表明：2007—2010年山东省短时强降水天气一般出现在5—10月,7—8月较多;1小时降水量≥100mm的短时特强降水都发生在7—8月;出现短时强降水天气的时段以午后至傍晚居多,夜间次之,上午最少;当500hPa位于西风槽前和副高边缘,700hPa和850hPa位于西风槽前或存在切变线,地面有冷锋影响时,有可能发生1小时降水量≥100mm的短时特强降水天气。     

甘南高原大到暴雨天气过程分型及特征

基于2013—2016年甘南州181个区域站及自动站小时雨量观测资料,提取出53次大到暴雨天气过程,在此基础上进一步分析卫星云图、雷达观测资料以及历史天气资料。结果表明:甘南地区的大到暴雨天气过程主要出现在雨季,7、8月出现频次较高,其天气形势主要分为:西风槽型、副热带高压边缘型、低涡切变型、两高之间切变型、高压内部切变型5种类型,且以西风槽型为主。各类型大到暴雨天气过程的预报侧重点有所不同,西风槽型大到暴雨预报主要侧重于天气尺度环境场分析,其降水时间长,强度较弱(15 mm·h^-1以下),副热带高压边缘型、低涡切变型、两高之间切变型大到暴雨天气的预报主要归结为对高原上短时强降水的预报,短时强降水的实时观测可为这三种类型大到暴雨天气过程的预报提供重要依据。     

低涡切变影响下河湟谷地两类强降水环境条件及成因对比

利用2018—2020近三年青海河湟谷地低涡切变影响下强降水天气个例地面观测、NCEP 1°×1°再分析、FY-2G云图相当黑体亮温温度、模式及雷达拼图等资料,对比分析相同环流背景影响下不同类型强降水环境条件和成因差异,以及初步评估模式预报能力。结果表明:伴有雷暴、冰雹、雷暴大风等混合性强降水天气称为强降水Ⅰ型,以纯短时强降水为主的强降水天气称为强降水Ⅱ型。低涡切变是两种类型强降水的影响系统,强降水Ⅰ型400～300 hPa高空冷平流入侵促使低涡切变系统加强东移,地面冷锋发展在河湟谷地形成锢囚锋。强降水Ⅱ型受副热带高压西进阻挡,低涡切变系统和地面冷锋减弱消失;强降水Ⅰ型主要具有较强的高空干冷急流、高的下沉对流有效位能,较高的700 hPa和400 hPa温差以及强的垂直风切变均为强对流发生提供动力条件,产生的强天气以风雹类为主,而强降水Ⅱ型具有较高的0℃层和-20℃层高度、较高的抬升凝结高度,产生的强天气以短时强降水为主;强降水Ⅰ型云图特征主要表现为午后发展起来组织化程度高的冷涡云系,相当黑体亮温(TBB)初始中心数值在-45～- 35℃,发展阶段TBB下降至-75～-40℃,强降水Ⅱ...     

青岛市短时强降水的气候特征和天气系统分型

利用1981—2012年4—10月青岛市7个观测站逐时降水量资料和同期NCEP再分析资料,统计分析青岛市短时强降水的时空分布特征,建立青岛市短时强降水天气概念模型。结果表明：青岛市年短时强降水日数无明显变化趋势;4—10月均有短时强降水出现,7—8月是多发月份;短时强降水的日变化有2个多发时段,主峰在下午到傍晚时段,次峰在凌晨时段;即墨、平度、黄岛为青岛市短时强降水的多发区域,其中黄岛为连续性短时强降水出现最多的区域;青岛市产生短时强降水的天气系统可分为六种类型,西风槽型、横槽型、冷涡型、热带低值系统型、西北气流型、切变线型,其中西风槽型出现次数最多。     

近6年陕甘宁三省5—9月短时强降水统计特征

利用2005—2010年5—9月加密自动气象站1 h降水资料对陕甘宁三省不同强度短时强降水时空分布特征、天气学概念模型以及物理量特征进行研究,结果表明:短时强降水在陕甘宁三省存在4个活跃区和3个不活跃区;7—8月是短时强降水的多发期,两大峰值出现在7月下旬和8月中旬,日变化呈双峰分布,1 h降水量≥30 mm的短时强降水具有夜间多发性;通过典型个例的综合分析,建立了低槽-副高型、低涡-远距离台风型、两高切变型3类短时强降水概念模型;从物理量场来看,3类短时强降水均具有丰富的水汽和不稳定层结 (能量)、高于发生冰雹的0℃层高度、较厚的暖云厚度,且均发生在弱风切变环境中;低槽-副高型最为典型,其抬升凝结高度最高,500 hPa与850 hPa假相当位温差Δθ_se、抬升指数,K指数,对流有效位能量值最低,短时强降水发生频次高,1 h降水量大多在25 mm以内。低涡-远距离台风型水汽条件最好,深厚湿区、次天气尺度Ω系统和较低的抬升凝结高度使短时强降水发生范围最广,强度更强。两高切变型降水强度最大、持续时间最短并具有突发性, 其Δθ_se、抬升指数、K指数、对流有效位能最高,0～3 km垂直风切变最强,对流性特征明显,特别是强天气威胁指数接近300,强降水发生的同时往往伴有雷暴。     

新疆北部短时强降水过程的闪电特征统计分析

利用2014—2019年5—9月（暖季）新疆北部19部ADTD型闪电定位仪资料及642个国家站和区域加密自动站逐小时降水资料,统计分析新疆北部短时强降水过程的闪电特征,并对初夏与盛夏闪电特征进行对比。结果表明：新疆北部暖季短时强降水过程的负闪频数明显多于正闪,前者是后者的51倍;各区域存在较大差异,阿勒泰地区负闪频数最多,博州最少。各区域初夏、盛夏短时强降水过程的负闪频数也明显多于正闪,但相同区域因时节的不同,正负闪比例有所不同。新疆北部短时强降水过程出现闪电的个例占744%,各区域出现闪电比例为633%～853%,其中阿勒泰地区、塔城北部较高,博州、伊犁较低。值得注意的是短时强降水过程的闪电比例与天气系统有关,其中西西伯利亚低槽（涡）型比例最高,西北气流型最低,闪电主要出现在短时强降水过程前1～6 h。     

青海高原短时强降水时空分布及天气学概念模型

利用青海52个地面气象站小时降水并结合常规观测资料和NCEP FNL再分析资料,使用K-means聚类法和合成分析方法,将青海的短时强降水天气环流形势配置划分为西风气流型、副热带高压型和高原低涡切变型。结果表明：（1）青海短时强降水发生在95°E以东地区,中心在东南部;主要出现在5-9月,8月最多,7月次之;每日17:00-2:00（北京时）出现站次多。（2）西风气流型的影响系统是高空槽和平直西风短波槽,高低空风垂直切变引起的动力不稳定导致短时强降水发生;副热带高压型是以低层偏南或偏东暖湿气流引起的热力不稳定造成短时强降水;高原低涡切变型是高原加热及弱冷空气活动使得低层锋区加强触发短时强降水。（3）合成分析表明：对流层高层的南亚高压和副热带西风急流,对流层中低层的短波槽、冷式和暖式辐合切变线,偏南暖湿气流,高原加热场等是短时强降水发生的主要影响系统。（4）来自印度季风低压偏南方向的水汽、西太平洋副热带高压东南方向的水汽、西风带高空槽西北方向的水汽在青海东部形成水汽辐合区,有利于短时强降水发生。     

豫东地区短时强降水时空分布特征及物理量指标分析

利用1985-2018年汛期(5-9月)豫东地区20个国家站小时降水资料和2011-2018年同期豫东地区区域自动站观测数据、NCEP(1°×1°)再分析资料、高空地面观测资料等,统计分析了该区域小时雨强分别≥20mm/h、≥30mm/h和≥50mm/h的短时强降水时空分布特征,结果发现:豫东地区近34年汛期平均年降水量为458.9～577.5 mm/a,短时强降水次数为72.8次/a;2000年是短时强降水多发年份,≥20mm/h的雨强出现158次,是常年平均次数的1.17倍;主汛期的7-8月是不同强度短时强降水多发时期,34年来共计发生≥20mm/h的短时强降水1821次,占同强度短时强降水总次数(2476次)的近74.0%;在短时强降水的日变化中,05时是不同强度短时强降水多发时段,20时为次多发时段。对不同环流背景影响下短时强降水过程的水汽、动力、热力及能量等物理量作统计分析,低槽型短时强降水过程的动力条件优于其他两个类型的,850hPa涡度平均值达3.8×10~(-5)s~(-1),700hPa垂直速度平均值达-0.36 Pa·s~(-1);副高边缘型短时强降水过程不稳定能量条件优势显著,850hPa假相当位温平均值达354.1 K,500-850hPa假相当位温差的平均值达-17.80℃,K指数平均值为38.1℃、CAPE值平均值为2075.0 J·kg~(-1);而台风倒槽型短时强降水过程则在水汽输送方面更具优势,850 hPa比湿平均值为15.5g·kg~(-1),整层可降水量达70.0 mm。     

贵阳市汛期短时强降水时空分布特征

利用加密自动气象观测站和国家气象观测站逐小时观测资料,分析了贵阳市2014-2019年汛期（4-9月）短时强降水时空分布特征。结果表明：贵阳市汛期短时降水呈现中部多,南北少的空间分布特征,大值中心位于清镇市中南部-观山湖区-白云区一带,该区域也是降水量最多,短时强降水贡献最大的区域。贵阳市汛期短时强降水集中在5-8月,其中6月最多,7月次之;一天中相对高值时段为23-03时、7-8时和20-21时,不同月份短时强降水频次日变化存在差异;持续时间≥3h的短时强降水过程集中在清镇市中南部-观山湖区-白云区-乌当区西部一带,次高频区域集中在花溪区中南部及修文县南部;根据影响系统不同,将区域≥20%的短时强降水分为4类,其中低涡切变型最多,占50.9%,冷锋低槽型占35.9%,梅雨锋型占9.4%,两高切变型占3.8%。     

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3.3次,主要发生在7月上旬—8月中旬,17—23时和02—08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg-1,对流由冷锋触发（有时存在暖区对流）,强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg-1,对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg-1。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

大连地区短时强降水天气特征及预报指标研究

利用2004—2013年4—10月大连地区7个气象站和249个自动气象站逐小时降水观测数据及常规气象观测数据,对大连地区短时强降水的时空分布特征及气候特征、演变趋势和环流背景进行了分析,并建立了强降水天气预报指标。结果表明:2004—2013年大连地区各气象站短时强降水年平均发生次数为2.2—2.8次,南部和东部地区短时强降水年平均发生次数呈略增多的趋势,中部和西北部地区短时强降水年平均发生次数变化较小,中北部地区短时强降水年平均发生次数呈略下降的趋势。大连地区短时强降水最早出现在4月,最晚出现在10月,7—8月为短时强降水集中出现的月份,强降水多出现在02—10时。短时强降水发生次数具有明显的区域分布特征,由东部向中部和西部呈递减的趋势,大连东北部地区短时强降水发生次数最多,南部地区次之,西北部瓦房店地区短时强降水发生次数最少;其中7月北部地区短时强降水发生次数最多,8月东部地区短时强降水发生次数最多,其他月份短时强降水发生次数较少,说明大连地区短时强降水发生分散性较强。925hPa与850hPa平均比湿、700hPa温度露点差、850hPa与500hPa温度差平均值、K指数平均值、0℃层平均高度及暖云层平均厚度等参数阈值可用于短时强降水实际预报业务中,可为大连地区强降水预报提供参考。     

乌东德水电站开建以来坝区暴雨的统计研究

对乌东德水电站开建以来坝区暴雨及伴随的短时强降水时空分布进行统计研究,并划分出暴雨天气概念模型。结果表明:乌东德水电站开建以来坝区共出现18个暴雨日,平均3.0个/a,暴雨自6月上旬开始出现,到10月上旬结束,出现暴雨最多的季节是夏季,多为范围小的局地性暴雨出现。暴雨日数、年平均降水量、20~30mm h-1及≥20mm h-1的短时强降水的空间分布均呈现“西北多东南少”的特征。20~30mm h-1的短时强降水发生频次最多(占63.6%),其次为30~40mmh-1(占27.3%),40~50mm h-1最少(仅占9.1%)。短时强降水及不同等级短时强降水均表现为夜间高发、白天低发的日变化特征。总结归纳出切变冷锋型8次(占44.4%)、两高辐合型4次(占22.2%)、西南涡型2次(占11.1%)、孟加拉湾风暴型2次(占11.1%)、切变线型1次(占5.6%)和高空槽型1次(占5.6%)六类暴雨天气概念模型。      

黄南州短时强降水时空分布特征及环境场分析

通过对2006-2012年黄南州各地1h降水量≥25mm的短时强降水时空分布及环境场分析。结果表明:短时强降水时空特征为北少南多势态,河南最多,集中发生在7、8月份,一日的16-21时,均为单锋型;短时强降水过程的高空形势为副高边缘型、低涡切变型和西北气流冷平流型三种类型,其中副高边缘型强降水是黄南州主要高空环流形式,发生在冷锋前的暖区里;短时强降水天气过程开始前及发生时地面至中空湿度近似饱和,温度露点差小于4℃,触发短时强降水的冷空气侵入不同,副高边缘型温度场反应对流层中低层暖脊控制,对流层低层到地面有弱冷空气侵入,低涡切变型是对流层低层强冷空气的侵入,西北气流型是对流层中层冷空气入侵,对流层低层为暖空气控制;降水区一般在高空西风急流轴的南侧,高空西风急流出口区右侧存在辐散上升气流,有利于强对流天气的形成,低空显著气流为强降水区提供足够的水汽及不稳定层结的建立和维持;地面中尺度辐合线是强降水的中尺度影响系统;总结出短时强降水中尺度概念模型。     

天山北坡短时强降水时空分布及环流配置特征

利用常规探测、自动站逐时雨量及ECMWF0.25°×0.25°每日4次的ERA-interim再分析等资料,分析2010—2018年6—8月天山北坡短时强降水时空分布及其环流配置特征。结果表明:天山北坡短时强降水时空分布不均,主要发生在沿山海拔1000～2000 m区域,尤其昌吉州频次最多;雨强R≥10 mm/h出现频次2015年最多,而R≥20 mm/h出现频次相较前者骤减,2016年出现最多,均在2014年最少,且6月出现最多;短时强降水日变化明显,16时—次日03时发生频次最多,占总次数的73.8%。天山北坡短时强降水过程以局地分散性居多,占总过程的65.1%;影响系统主要分为西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽、中亚低涡、西北气流等4类,其中,西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽两者占总过程的73.2%。     

同化MWHS-2/FY-3C资料对一次西南涡暴雨数值模拟的影响研究

利用WRF模式及WRFDA同化系统,循环同化风云三号微波湿度计资料（MWHS-2）,对2019年6月4日四川西南涡暴雨天气过程进行数值模拟试验。结果表明:WRF模式成功预报出本次暴雨天气过程,同化MWHS-2观测资料对模式初始场盆地中东部的相对湿度有明显调整,较控制试验对盆地降水的模拟结果更接近于实况,不仅改善了700hPa低涡模拟路径与实况路径的差距,也改善了模拟结果中850hPa西南涡在盆地东部打转的虚假活动路线。整个过程中水汽辐合区与强降水区有很好的对应关系,强降水主要出现在700hPa低涡东南侧偏南气流气旋性曲率最大值区与850hPa低涡切变南侧的重叠位置。      

甘肃河东夏季区域性短时强降水环流形势分类特征

甘肃河东地区短时强降水易致灾,预报预警难度大。利用2010-2021年夏季加密观测站逐小时降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,筛选出甘肃河东50次区域性短时强降水天气过程,基于这些天气过程的500 hPa位势高度距平场,使用K均值客观聚类分析和主观天气学检验相结合的方法进行天气尺度环流形势分类,并通过合成分析和中尺度对流天气环境场条件分析方法构建不同类型的天气尺度系统配置概念模型。结果表明：（1）甘肃河东区域性短时强降水的天气尺度环流形势可分为高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型和西北气流型四类。（2）副高边缘西南气流型引发的区域性短时强降水次数最多,两高切变型和高原槽东移型发生频率相当,西北气流型发生次数最少。（3）四种类型的环流形势在天气系统配置、抬升条件、水汽条件和不稳定条件等方面存在显著差异。高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型三种类型发生时西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）所处的位置逐渐向西向北推进,水汽条件和不稳定条件逐渐趋好,当高空槽引导冷空气东移南下,斜压锋生形成大范围短时强降水。高原槽东移型抬升条件最好,短时强降水落区偏南;两高切变型冷空气偏北...