引起“碧利斯”强降水的MCS数值模拟研究

利用多种观测资料和数值模拟,对0604号强热带风暴碧利斯登陆后在湖南、广东等地引发强降水的中尺度对流系统活动特征进行了分析.结果表明,在"碧利斯"登陆后西行减弱过程中,由于西南季风的持续维持,"碧利斯"减弱后的低压环流中仍保持有强降水所需的充足水汽供应,造成局地强降水的MCS十分活跃.ARPS模式较好地模拟了7月15日发生在湖南南部的中尺度降雨过程,并揭示出"碧利斯"变性过程中,环境风场垂直切变结构强迫的次级环流决定了MCS活动特点,同时利用湿Q矢量诊断了低压次级环流的垂直运动特征.造成这次强降水过程的MCS在台风低压切变线以北的偏北潮湿气流中生成发展,低层偏北急流造成的动力辐合效应、对流不稳定性层结的建立是MCS在湖南南部迅速发展的重要原因.     

惠东高潭三次极端强降水过程成因对比分析

基于ECMWF的ERA-Interim全球大气再分析资料、MICAPS实况数据和广东省气象观测资料,对比分析了广东惠东高潭1979年、2013年和2018年的三次极端强降水过程的成因。结果表明:造成高潭极端强降水的影响系统有台风本体环流、登陆后的台风残余环流、季风低压外围环流等,其中2018年季风低压影响过程降水量最大;不同过程对流层低层强迫暖湿气流辐合抬升方式不同,分别为冷暖气流相互作用、西南季风和偏南季风地交汇、季风涌、边界层急流等;各过程中伴随的低空西南气流和偏南气流的风速大小差异明显,2013年台风残余环流影响时低空西南(偏南)风风速最大。相同点有:影响天气系统移动缓慢,并长时间维持,为极端强降水的发生发展和维持提供有利的动力条件;西南(偏南)季风、边界层急流或西南气流源源不断的水汽输送,为极端强降水的发展和维持提供了充足的水汽条件,同时低空暖湿气流的输送使得暴雨区大气层结不稳定状态长时间维持,利于持续性强降水的发展。研究结论可为今后高潭及其附近地区极端强降水的预报和决策服务提供理论支撑。      

强热带风暴“碧利斯”的暴雨特征和成因分析

本文采用常规探测资料、中尺度自动气象站资料、卫星云图以及中尺度数值模式输出的高分辨率资料对强热带风暴"碧利斯"的暴雨特征和成因进行分析;结果表明,在大陆高压、西太平洋高压的阻挡下,台风环流云系得到西南季风的补充作用,水汽热量和动力都得到大量补偿,从而大大推迟了台风环流的衰亡,造成"碧丽斯"超长的生命史和缓慢的移动速度,给华南地区带来持续强降水;环流云系中的中小尺度辐合线、强烈的上升运动、低层辐合高层辐散的配置以及华南地区的地形对环流维持和降水增幅具有十分重要的意义。     

一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP/NCAR再分析资料,对安徽省一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的环流背景、内部结构及其演变进行了系统分析。结果表明:1)低层台风外围偏东气流的输送使得暴雨区增温增湿,进而增强中纬度大气的不稳定度;西风槽前的上升运动有利于暴雨区低层辐合的加强和垂直运动的发展维持。2)强降水过程主要由两个β中尺度对流系统造成,在暴雨区上空β中尺度对流系统的新生维持是强降水维持较长时间的重要原因。3)雷达回波和地面要素场上,强降水表现为两个β中尺度的对流系统的生成发展,中尺度对流系统锋生的原因虽各有不同,但对流的发展与地面中尺度辐合线和加强的中尺度低压有关。γ中尺度的强对流单体是造成局地降水峰值的直接原因。4)两段强降水的出现都表现出中纬度系统和台风外围气流的相互作用,低层冷空气的触发以及西风槽前暖湿气流的加强都会使降水有明显的增幅。5)雷达速度场上,β中尺度对流系统的加强和低层暖湿气流的加强紧密相关。γ中尺度对流系统的生成则是由速度场上小尺度的风速辐合造成。     

0604号强热带风暴碧利斯异常强降水过程的诊断分析

基于0604号强热带风暴“碧利斯”异常强降水对我国造成的巨大影响,使用地面加密观测资料、卫星云图资料、NCEP/NCAR再分析资料及中尺度模式输出的产品,对此次强热带风暴登陆减弱后缓慢移动且长时间维持而引发的湖南、广东等地强降水过程进行了诊断分析。结果表明：受西太平洋副热带高压、北方大陆高压、青藏高原东部高压及低纬赤道高压的包围,低压移动缓慢,而西南季风气流及副高西南侧的东南气流源源不断地输送水汽到低压环流中,有利于其强度经久不衰,低压持续存在。对中尺度数值预报产品和物理量场的分析发现,水汽供应充沛,低层气流辐合性较强,垂直对流旺盛,是这次强降水发生的有利条件。     

1804号台风"艾云尼"引发的广州两段强降水分析

1804号台风"艾云尼"给广州带来了近10年最强的台风降水,对期间主要出现的两次强度明显不同的强降水过程的成因进行了对比分析,结果表明:(1)第1段强降水主要是受"艾云尼"外围环流影响,第2段转受其本体环流影响,深厚的低空急流为强降水的产生提供了较好的水汽和不稳定能量条件;(2)第2段强降水过程高低空辐散辐合强度均增大到第1段过程的1.5倍以上,为第2段强降水的增强提供了更好的动力条件;(3)第2段强降水过程水汽通量及辐合强度较第1段明显增强,为降水的增强提供了更好的水汽条件;(4)强的θse平流输送及其随高度的减弱是不稳定能量维持的重要原因.     

登陆台风Rananim(0414)环流内中尺度辐合线的形成和发展研究

0414号台风Rananim不仅在中国沿海引起暴雨灾害,还在中国内陆产生了强烈降水,导致严重的洪水和地质灾害。基于地面、探空和卫星观测资料、NCEP 1°×1°分析资料以及日本气象厅区域谱模式同化资料(20 km×20 km格距),对台风Rananim内陆强降水过程中环流内中尺度辐合线的形成和发展进行研究,结果表明:(1)中纬度冷空气自对流层中低层侵入台风环流,与台风偏东风暖湿气流相遇,激发了中尺度辐合线在其西北象限的生成。(2)这条中尺度辐合线存在于700 hPa以下低层,具有指向冷空气的斜升气流,并形成辐合线上的垂直环流圈。β-中尺度对流云团群在中尺度辐合线附近形成发展,最后并入台风残涡云团,生消过程约12 h。(3)中尺度辐合线上对流不稳定和条件性对称不稳定共同存在,为强对流运动提供有利环境。湿斜压性增强是中尺度辐合线斜升气流上条件性对称不稳定产生的主要原因。(4)中尺度辐合线与台风环流相互作用的诊断表明,中尺度辐合线从台风低层获得动能和垂直涡度而发展,而其发展又为台风环流提供动能和高层正涡度,减缓了台风衰减。中尺度辐合线不仅直接产生暴雨对流云团,还有利于热带气旋的维持,造成内陆持续强降水。     

南宁城区"7.18"灾害性强降水分析

对发生在南宁市区由台风低压"碧利斯"引发的灾害性强降水过程进行了分析.结果表明,500hPa强大的大陆高压和西太平洋副高使台风低压稳定少动,西南季风为台风低压附近提供了充足的水汽条件;高空槽前的正涡度平流和低层辐合切变线的动力抬升作用导致中β尺度低压的生成和发展.低层对流不稳定,中低层有强烈的垂直上升运动,促使低层水汽、能量向上混合输送,充足的水汽条件和强烈的辐合上升运动使得大气层结不稳定能量释放,促使中尺度系统的不断发展,南宁市区在短时间内出现强降水,导致城市出现洪涝灾害.     

3次南海秋季台风在宁波沿海强天气过程对比分析

通过常规观测站和卫星、雷达等资料,对1619号"艾利"、1720号"卡努"和1822号"山竹"3个南海秋季台风在宁波沿海造成的强降水和大风天气过程进行对比分析。结果表明,3次过程分别由台风本体倒槽、近地层风辐合和强对流主导,强降水主要集中在宁波沿海区域,台风外围东南气流提供远距离持续充沛的水汽输送,低层弱冷空气渗透大幅提高降水效率;高的整层比湿积分、不稳定大气层结和高对流能量条件均有利于强降水的发生;强降水发生时,宁波沿海低层存在比湿和水汽通量散度辐合高值区,850 hPa强的东南风水汽输送有利于强降水的发生;3次过程大风成因不同,"艾利"由台风倒槽低压大风主导,"卡努"为冷高压与近海低压间梯度堆积造成,而"山竹"为强对流雷雨大风。     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

伊犁地区一次罕见特大暴雨中尺度系统的数值模拟

利用自动气象站观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP/NCAR再分析资料,针对2016年6月16—17日伊犁地区的一次罕见强降水过程,在天气形势和中尺度系统分析基础上,借助WRF模式高分辨率模拟资料对强降水的形成过程进行细致分析。结果表明:中亚低槽、高空偏西急流、低空切变线和辐合线是此次强降水过程的主要天气系统。多个中尺度云团受伊犁北部天山地形抬升作用,长时间维持在沿天山地区,并持续产生强降水。模拟结果显示,不断移至北部沿天山地区的中尺度对流单体是造成此次伊犁地区强降水的直接中尺度系统,其发生发展与低空急流、低层风场辐合和地形有密切关系。低空急流增强引起动力辐合增强,触发不稳定能量释放,加之地形抬升,使得垂直运动维持并快速发展,并在有利的水汽条件配合下引发低层辐合线附近对流系统加强,导致伊犁北部沿天山地区出现强降水。     

边界层急流在粤东暴雨中心两次极端强降水过程中的作用

基于广东省气象观测资料、汕尾多普勒天气雷达产品和全球再分析资料CSFR,分析了2013年8月和2018年8月发生在粤东暴雨中心的破纪录极端强降水过程,阐明边界层急流的作用。结果表明:(1)两次过程的主要影响系统分别为长时间缓慢移动的1311号台风尤特残余环流和季风低压外围环流,当粤东暴雨中心处于台风环流东南侧和季风低压东侧时,边界层急流在该区域辐合抬升,形成的中尺度能量锋利于强降水的触发;(2)边界层急流为强降水提供了充沛的、源源不断的水汽条件,同时配合特殊地形的摩擦、阻挡等作用,在粤东暴雨中心内形成了明显的水汽通量辐合;(3)持续性强降水发展期间,大气层结长时间处于不稳定状态与对流层低空暖湿平流的不断输送密切相关。两次过程中不同点主要表现为边界层急流强度和风向不同,由此带来的气流辐合方式和强降水范围有明显的差异,季风低压影响过程中边界层急流作用更显著。     

华南登陆台风降水不对称性及持续性问题

针对登陆华南台风降水及模式预报存在的突出问题,就当前关于登陆台风降水分布的不对称性及台风登陆后期持续性暴雨发生机理的研究状况进行回顾和分析,提出了需要深入研究的相关科学问题及模式预报技术改进的应对措施,为促进登陆华南台风暴雨预报工作和效果的不断改进提供参考。分析指出环境风场垂直切变、低层气团边界(如冷池边界)、干冷空气侵入、中尺度对流系统以及地形等是造成登陆华南台风降水不对称分布的重要影响因素。台风登陆后期华南发生的持续性暴雨往往与季风活动增强相关,活跃的西南季风为强降水中尺度对流系统(MCSs)发展提供有利条件,MCSs通过潜热加热反馈于大尺度环流,可使台风涡旋环流和西南季风得以维持并致使MCSs反复发生发展、暴雨持续。开展相关科学问题的深入研究,有针对性地考察评估目前模式的预报性能并提出有效改进方案,是进一步提高模式预报效果的重要途径。     

华南沿海2011年7月15-18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究.主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的"可维持性"条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

辽东半岛“达维”（1210）台风暴雨的诊断分析

利用热带气旋年鉴、FY 2E卫星的云顶亮温（TBB）、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对北上引发辽东半岛强降水过程的1210号台风达维（Damrey）和1209号台风苏拉（Saola）的环流背景和中尺度特征进行分析。结果表明：（1）副热带高压位置偏北且稳定为此次降水提供了有利的大尺度背景,双台风与副热带高压之间所形成的东南风低空急流为辽东半岛强降水提供了水汽和能量供应。台风“达维”东部和副热带高压西侧低空急流带上由β或γ中尺度雨团发展的中尺度对流复合体（MCC）是造成降水的直接系统。（2）“达维”与其南部台风苏拉环流的长时间相连,一方面有利于“达维”获得源源不断的水汽供应,加强其中尺度对流系统,另一方面有利于水汽在辽东半岛地区形成水汽辐合,使暴雨持续产生。（3）“达维”影响辽东半岛期间,其东北部的冷空气逆时针卷入,在半岛南部出现局地垂直次级环流,触发对流不稳定,有利于中尺度暴雨云团的发展。     

华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中的季风槽与中尺度对流系统相互作用

应用NCEP FNL再分析资料及位涡分离反演等方法,对华南沿海2011年7月15—18日持续暴雨过程中季风槽与中尺度对流系统的相互作用进行了研究,主要针对暴雨发生期间季风槽气旋性涡度向上发展的机理及其对季风槽维持发展和中尺度对流系统活动的影响进行分析。结果发现,季风槽的中尺度对流系统发展于弱斜压性环境中,大多在槽东西两端涡度中心区发展最强。南侧盛行的西南低空急流为对流反复发生提供了对流发展的“可维持性”条件,是对流得以组织发展成为中尺度对流系统的重要原因。涡度收支诊断表明,季风槽气旋性涡度生成主要由中尺度对流系统低层辐合引起。位涡分离反演结果证实,季风槽气旋性环流增强主要由与中尺度对流系统潜热加热相关的扰动位涡造成,并随着中尺度对流系统加热峰值高度升高而向上发展,是大尺度环流对中尺度对流系统潜热加热动力响应的结果。在季风槽东西两端,由于中尺度对流系统发展强烈且持续,具有更高的加热效率,引起的气旋性涡度向上发展最为明显。其结果可引起中尺度对流系统西南一侧向北非地转风发展,并在地转偏向力作用下增强西风,维持低空急流的发展,为对流反复发生提供条件。这些都说明季风槽大尺度环流与中尺度对流系统相互作用在中尺度对流系统和持续暴雨形成过程中有重要作用。     

大陆高压对强热带风暴碧利斯内陆强降水影响

强热带风暴碧利斯 (0604)(简称碧利斯) 登陆后造成极其严重的灾害。对该次强降水过程诊断分析发现,除强盛的西南季风外,深厚的大陆高压也起着重要作用。自高层向低层逐渐加强的大陆高压,其东南侧深厚的偏东北气流,与碧利斯登陆后西北象限的东北风相叠加,配合强盛的西南季风,使得碧利斯残涡以及槽区得以长时间维持。涡度收支表明:长时间维持的台风槽,其低层强烈的辐合效应,对暴雨区低涡发展作用显著,致使中尺度对流系统不断发展而造成内陆连续强降水。数值试验表明:在强盛西南季风背景下,大陆高压的增强东伸,不仅能够提供高空强辐散,而且能增强碧利斯西北象限东北风,使得登陆后减弱的碧利斯残涡和台风槽得以长时间维持,致使内陆暴雨区各层涡度增加而导致暴雨维持与增幅。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

台风“艾云尼”(201804)引发肇庆地区暴雨的成因分析

利用NCEP/NCAR逐6 h 1°×1°全球分析资料、地面自动气象站资料等,从环流形势及主要物理量特征等对2018年首个登陆广东的台风"艾云尼"(1804号)给肇庆地区造成大雨到暴雨、局部大暴雨的天气过程原因进行分析。结果表明:菲律宾东面的热带低压加强,迫使副高东退,"艾云尼"处在弱的引导气流中,移动缓慢,降水时间较长;南海季风输送的暖湿气流、菲律宾以东洋面偏东气流和90°E越赤道北上气流为台风输送高温高湿的水汽,为暴雨产生提供了充沛的水汽;高层辐散、低层辐合,上升运动深厚而强盛,为暴雨的产生提供良好的动力条件;弱冷空气的侵入使斜压性增强,冷暖气流的对峙有利于降水幅度的增加。