一次华北冷涡暴雨过程的诊断分析

利用常规资料、自动站资料和T213 1°×1°格点再分析场资料对2007年7月1～2日湖北省的暴雨天气过程进行了分析。结果表明这次暴雨过程是在有利的高、中、低层系统配置下,由华北冷涡带动干冷空气南下,与副热带高压外围的暖湿气流在江淮流域交汇而形成的。干冷空气南侵在暴雨区北侧形成了明显的湿度锋和能量锋,在低层辐合区造成明显的湿度锋锋生触发了中尺度系统的发生发展。     

等熵位涡在一次淮河流域大暴雨分析中的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、常规气象观测资料,通过等熵位涡理论对淮河流域2009年9月24—25日的大暴雨过程进行分析。结果表明:淮河流域对流层低层的中尺度低涡的发生发展与此次暴雨密切相关;315 K等熵位涡高值中心的移动和强度变化很好地反映出中尺度低涡系统的发展变化情况,其移动方向与雨带走向一致,降水落区主要位于等熵位涡高值中心轴线移动方向右侧的强西南气流处,对应于345 K等熵面上干冷空气移动方向前部的暖湿区内;在暴雨发展强盛时期,淮河流域暴雨区上空从对流层高层至低层均存在明显的正等熵位涡平流,干冷空气的侵入使得低涡加强发展,辐合上升运动增强,有利于暴雨的增幅,这是引发此次暴雨过程重要的触发机制。     

乌鲁木齐7·17暴雨的天气尺度与中尺度特征

新疆位于半干旱地区,2007年7月13—18日新疆沿天山一带多站出现暴雨。利用每分钟与小时降水资料、常规地面与高空观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、静止卫星云图资料与雷达资料进行分析,重点考察2007年7月16—17日乌鲁木齐暴雨过程 (7·17暴雨) 的天气尺度及中尺度特征,并与1996年同期暴雨过程以及我国东部暴雨过程进行对比。结果表明:该降水是一次大尺度斜压过程,中亚低涡是该暴雨过程的主要影响系统,但其位置、形态与强度均不同于1996年过程;干冷空气侵入加强了大气的对流性不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用;该暴雨过程的水汽主要来自于青藏高原东部—甘肃西部一线以及南疆北部;该暴雨过程中有明显的γ-中尺度对流雨团发生,径向速度辐合可能是γ-中尺度对流雨团的重要触发机制。     

北京“7·21”特大暴雨中的干侵入分析研究

利用中尺度数值模式WRF V3.2模拟分析2012年7月21日发生在北京特大暴雨过程的天气形势与中尺度系统特征,并结合干侵入理论分析了暴雨过程中的干冷空气活动及其对暴雨的影响。结果表明,此次暴雨过程发生在高空槽引导冷空气南下与强盛的西南暖湿气流在华北一带剧烈交汇的天气形势下,西太平洋副热带高压阻碍了高空槽东移,使北京地区的降水过程维持较长时间。暴雨过程伴随着明显的中尺度对流复合体MCC活动,MCC的持续活动与降水中心在时空上具有一致性。WRF模式对暴雨过程有较好的模拟能力,降水发生之前的24 h内不断有来自35°N对流层顶附近的高位涡、低湿的干冷空气,沿着倾斜向北向下的路径侵入大气中低层39°N附近的700 h Pa高度。干侵入在降水开始前24 h到降水前10 h强度变化不大,随后略有减弱,在降水开始之后迅速减弱消失。干侵入对暴雨的影响主要通过在降水开始前及降水初期影响北京地区的大气热力与动力环境来完成。干侵入可以增大暴雨落区大气的位势不稳定,为对流发展储备充沛的对流有效位能,为MCC的发生、发展提供有利的环境条件。同时,干侵入增大了大气中低层的气旋性涡度,有利于中低层空气辐合上升运动,是引发北京地区局地的强对流天气,如MCC及其伴随的暴雨过程可能的触发机制。     

"0907"长江下游梅雨锋暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规观测资料、卫星TBB资料以及客观再分析资料,对2009年7月6—7日(简称"0907")的长江下游梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和天气分析,重点研究了中尺度系统的发生发展机制。结果表明:7月6—7日对流层低层,长江下游北侧存在的一次天气尺度低压,其发展和东移,促使锋生加强,低空急流发生。WRF中尺度模式数值模拟结果显示,在次天气尺度低压的南侧不断形成β中尺度和γ中尺度对流系统。对其中一个β中尺度对流系统的分析研究表明:低空中尺度急流和中尺度辐合首先发生。之后中尺度辐散迅速加强。高层强辐散、低空中尺度急流核和中尺度低涡的相互耦合作用使系统不断发展并东移。高层相对干冷空气的侵入促使系统衰减消亡。     

“8.19”华北区域暴雨的数值模拟与诊断分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.2和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年8月18—19日发生在华北地区的暴雨天气过程进行了数值模拟,基于模拟结果,着重分析产生此次暴雨的动力、热力条件以及中尺度天气系统之间的相互作用。结果表明,此次暴雨过程是在有利的高、中、低层系统配置下,由高空冷涡带动干冷空气南下,与副热带高压外围的暖湿气流在华北地区上空交汇而形成;高低空急流的适宜配置,产生了动力场的耦合作用,形成深厚、强烈的上升运动,是大暴雨发生发展的主要动力条件;低空急流是主要的水汽输送通道,水汽主要来自南海和孟加拉湾;暴雨强盛时期,650h Pa以下大气表现为对流不稳定,此时华北地区上空的K指数35℃,强降水时段出现在K指数梯度明显增大的过程中;对流层高层的干冷空气不断侵入触发对流层低层不稳定能量释放,强降水发生在低层暖平流向上抬升、高空冷平流向下侵入的时段。     

一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究

利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的三维概念模型.结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点.高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件.位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的人流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件.暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层.在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素.     

干冷空气活动对2008年梅雨降水的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年梅汛期暴雨过程中干冷空气侵入对暴雨发生、发展和维持的作用.结果表明:梅雨期中高纬度环流的演变和调整与暴雨过程密切相关,亚洲北部阻塞高压(高压脊)的建立和维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,导致干冷空气南下,极涡活动的异常偏东和加强有助于冷空气向江淮流域输送,有利于江淮流域暴雨的发展.在江淮流域梅雨期间,干冷空气的活跃与暴雨过程相对应.干冷空气来源于中高纬度和中高层.干冷空气侵入有利于对流层中高层干层的形成和维持.而且,干冷空气侵入是梅雨湿度锋形成和维持的一个重要动力和热力原因.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

2003年梅雨期干冷空气的活动及其对梅雨降水的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料和卫星云图,分析了2003年梅雨期暴雨过程中干冷空气侵入和演变的特征以及干冷空气侵入对暴雨发生、发展和维持的作用,得到以下结论:梅雨期中高纬度环流的演变和调整与暴雨过程密切相关,亚洲北部阻塞高压的建立和维持,使得500 hPa高度上西风锋区南压,导致干冷空气南下,极涡活动的异常偏东和加强有助于冷空气向江淮流域输送,有利于江淮流域暴雨的发展.在江淮流域梅雨期间,干冷空气的活跃与暴雨过程相对应.干冷空气来源于中高纬度和中高层,当它南下或下降到达江淮流域以北或上空时,与北上的暖湿气流交汇,使得暴雨产生和发展.中低层30°N以北的正环流的下沉支是干冷空气的输送"载体";江淮流域以北的对流层中低层的北风对淮河流域对流层的形成和发展起着重要作用,同样,高层北风所产生的高空辐散叠置于低层辐合区之上,有利于江淮流域暴雨的发生发展.而且,干冷空气的侵入有利于干层的形成和维持,干层的存在加强了暴雨过程的对流性不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用.干冷空气侵入是梅雨湿度锋形成和维持的一个重要动力和热力原因.卫星云图上分析发现,干冷空气的侵入轨迹为一条明显的暗区,干冷空气南下侵入到黄河以南后,分为两支,其中一支"干侵入2"从西南方向侵入,与冷锋云系相互作用,对暴雨的发生和发展起着关键的作用,这与Browning等强调的"干侵入"不尽相同.     

2003-08-28致洪暴雨过程的数值模拟分析

利用较高分辨率的非静力中尺度数值模式MM 5和NECP资料,对2003-08-28西北东部致洪暴雨天气过程进行数值模拟,重点研究α、β中尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量诊断分析。结果表明:α中尺度低涡越山后迅速生成发展,在有利背景条件下生成多个β中尺度系统,不同尺度系统共同作用形成本次区域性暴雨。强降水主要出现在低涡系统的发展阶段。暴雨区南侧600 hPa附近存在干冷层,上部大气层结稳定,抑制垂直扩散,有利于水汽和能量沿着低空向雨区集中输送。暴雨区上空水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放。位涡、散度、垂直速度等物理量的空间分布,有利于强对流天气发生。     

2015年7月中旬京津冀持续性夜间雷雨天气成因初步分析

2015年7月15日00:00至20日00:00（协调世界时,下同）期间,京津冀地区每天傍晚均有明显雷阵雨天气过程发生,持续约一周时间。天气形势分析发现:虽然都是傍晚到夜间出现雷雨天气,但15~17日的雷雨过程,500 hPa主要表现为两槽一脊天气形势,京津冀地区处于低槽前部的不稳定区。18~19日两天,京津冀地区西部为低槽,东部为副热带高压（副高）,主要表现为西低东高的天气形势,是华北地区典型的暴雨天气型之一。15~17日与18~19日的水汽输送路径也有明显区别,15~17日以西南暖湿气流直接向东北方向输送以及台风外围偏东风气流向京津冀输送水汽为主,18~19日则为西南暖湿气流向东北方向直接输送到东海以东洋面后转为偏东风向京津冀输送为主,但是,水汽辐合中心均出现在京津冀附近,且水汽通量及辐合总是在12:00大于00:00,意味着傍晚的水汽条件好于白天。动力条件方面,整个降水期间,京津冀区域的对流层高层均处于南亚高压外围辐散区,低层辐合层次主要集中在700 hPa以下,近地面层12:00的辐合更为剧烈,中层均有干冷偏西气流下沉后与低层暖湿偏东气流辐合抬升,12:00的干冷气流下沉层次更低,与偏东风的辐合更强。温度层结方面,京津冀区域平均的气温垂直温差在800 hPa以下总是12:00高于00:00。降水期间,上升速度在中高层均表现为00:00大于12:00,但是低层的上升速度都是12:00强于00:00,傍晚的动力和水汽条件都更利于降水发生。     

基于频率匹配法的SWC-WARMS模式降水订正试验

基于西南区域数值预报模式（SWC-WARMS）2019年5~8月00时起报的24h累计降水预报资料和四川省气象站点降水观测资料,采用频率匹配法对6月1日~8月31日降水预报值进行了偏差订正。结果表明:模式预报的24h累计降水量总体为湿偏差;订正后降水量平均绝对误差减小;大雨和暴雨的偏差评分提高;小雨、中雨、大雨的TS评分提高,暴雨TS评分降低;各量级的空报率均有所降低,小雨和中雨漏报率减小,大雨和暴雨漏报率增大,尤其是暴雨漏报率显著增加;当模式对暴雨降水落区预报较好（差）时,频率匹配订正能提高（降低）TS评分。      

"8·16"暴雨过程的湿位涡诊断分析

本文利用实况资料和T213输出资料,对发生在2005年8月16日～17日的华北暴雨过程进行了湿位涡数值诊断分析,结果表明,强降水落在湿相对位涡的负值中心附近,且湿相对位涡场的特征主要取决于其正压项的贡献。在暴雨出现前期,湿对称不稳定主要在高层,湿位涡的下传可能是产生暴雨的重要原因之一。湿位涡的负值中心与中低层涡度的增大及暴雨的增强存在密切的关系。     

一次系统性暴雨过程的多普靳雷达资料分析

2005年8月16日～17日,山西省出现大范围强降水天气过程,全省普降中到大雨,太原、阳泉、长治、晋中、忻州、临汾、吕梁、运城的大部分地区降大到暴雨或暴雨。我们利用多普勒雷达对这次过程进行了跟踪观测,并结合闪电定位系统的资料对这次过程进行了分析。结果表明:零速度线在测站近距离两侧弯曲程序不一致是暖平流与大尺度辐合运动的迭加所造成的,低空长时间各种形式的大气辐合运动结构为暴雨产生和维持提供了有利的水汽水平输送和上升运动的条件。     

一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

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。     

华北盛夏暴雨过程的能量特征分析

本文利用实况资料和T213输出资料,对发生在2005年8月16日～17日的华北暴雨过程进行了能量学特征分析,结果表明:暴雨前24h～36h,对流层上下层有暖湿空气同时发展,是暴雨发生的重要动力机制;强的干、湿静力能锋区稳定维持是这次大范围暴雨产生的能量基础,中低层湿静力能差值大于0,且数值很大,说明对流不稳定层结很强,暴雨发生在高能、高不稳定度的条件下;水汽的充足补给作用,是这次暴雨过程能量转换的基础。     

武汉地区少梅年一次局地强降水中尺度系统 特征的分析

2000年以来长江流域未见到很典型的梅雨暴雨,尽管如此,所谓"不典型"的区域性致洪暴雨仍时有发生,甚至造成严重洪涝。利用NCEP资料、常规和SCHeREX计划期间的6h一次的高空探测资料和大量的地面自动站资料、多普勒雷达、FY-2C卫星黑体温度资料及NOAA的CMORPH资料,分析了2009年6月29日00:00(协调世界时,下同)至30日00:00引发武汉严重洪涝的强降水。结果表明,尽管中高纬环流和槽脊系统有"错位"现象,但东亚地区鞍形场的存在有利于高原东侧中尺度低压(扰动)的发生发展。随着高原槽东移和西太平洋副热带高压突然西伸,在四川—重庆地区诱生出中尺度涡旋及明显的低空急流,同时上层冷干、下层暖湿空气叠置而形成较强的位势不稳定层结,在低层辐合场的触发下,使致洪暴雨得以发生。该年有较好的水汽输送条件,主要源地在南中国海。因此,即使在大尺度环流不是非常"典型"的情况下,一旦武汉地区存在有利的天气尺度和中尺度系统,且有足够的水汽供应,暴雨仍有可能发生。     

同化风廓线雷达资料对浙江降水预报改进评估

采用中尺度模式WRF和美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心的资料同化系统开展中国东部地区35部风廓线雷达资料同化试验研究,在同化1 h平均采样产品前,对其进行气候极值检查、一致性检查、垂直稀疏化等质量控制,选取2014年5月16-17日暴雨过程评估同化风廓线雷达资料对降水预报的影响,探讨其对初始场改进作用,之后,通过批量试验再次确认同化风廓线雷达资料可有效提高降水预报能力。个例同化试验对比分析表明:同化风廓线雷达资料后,暴雨区及其上游地区850 hPa的风速增强20%~30%,水汽通量增加30%~50%,大气层结不稳定性增强,小雨和大雨TS评分分别提高0.06和0.07,暴雨漏报率和空报率分别降低0.04和0.05,降水预报得到改进。