能量锋生与台风倒槽暴雨

当台风临近或登陆我国东南沿海时,一般可以发现在距台风中心较远的我国中纬度地区有一块暴雨区。特别是当台风有一个向北延伸的例槽时,在距台风中心相当远的倒槽区很容易发生暴雨。台风例槽暴雨由于持续时间比较长而且雨量比较大往往导致洪涝灾害。台风倒槽形势有利于能量锋生。本文利用能量锋生运动学的观点讨论了台风倒槽暴雨发生的可能机理。同时在考虑凝结潜热的情况下,推导了湿ω方程和湿位势倾向方程并利用湿ω方程分析了能量锋生的动力效应。最后,计算了7504号台风倒槽暴雨的能量锋生函数,并同暴雨落区进行比较。     

能量锋生与台风倒槽暴雨

当台风临近或登陆我国东南沿海时,一般可以发现在距台风中心较远的我国中纬度地区有一块暴雨区。特别是当台风有一个向北延伸的例槽时,在距台风中心相当远的倒槽区很容易发生暴雨。台风例槽暴雨由于持续时间比较长而且雨量比较大往往导致洪涝灾害。台风倒槽形势有利于能量锋生。本文利用能量锋生运动学的观点讨论了台风倒槽暴雨发生的可能机理。同时在考虑凝结潜热的情况下,推导了湿ω方程和湿位势倾向方程并利用湿ω方程分析了能量锋生的动力效应。最后,计算了7504号台风倒槽暴雨的能量锋生函数,并同暴雨落区进行比较。     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

“凡亚比”台风与冷锋共同造成湘黔暴雨成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP资料、卫星资料等,对2010年9月21—22日湘黔北部一次台风倒槽暴雨过程进行天气动力学诊断分析。结果表明：暴雨出现在冷锋和倒槽共同影响区的主要原因是：冷锋前,暴雨区处于暖性不稳定区,台风倒槽带来充沛水汽。冷空气侵入台风倒槽后,使倒槽附近的水汽辐合加大,湿斜压锋区加强,垂直速度增大,冷空气与低层强的暖湿平流相互作用,激发出中尺度暴雨系统,不稳定能量释放,且对流云团的维持少动,造成了降水的持续,并形成暴雨。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为：1）地面倒槽与850 hPa水汽辐合中心相吻合。2）地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3）地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θe舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

青藏高原东侧一次连续大暴雨过程湿Q矢量分析

利用常规探空和地面实测资料，对2005年7月18—19日出现在青藏高原东侧的一次区域性大暴雨天气过程进行了非地转湿Q矢量诊断分析。结果表明：（1）暴雨出现在湿Q矢量散度负值中心激发的非地转上升气流区附近，在强降水期散度负值中心达到最强，范围较窄，与暴雨区对应得较好。（2）700hPa湿Q矢量涡度正值中心与其散度负值中心重叠的区域是中尺度低值系统发展的有利区域，与暴雨区对应。（3）700hPa湿Q矢量锋生中心可以对应12小时后的暴雨区；当有不稳定能量大量释放后，有锋消作用，暴雨将逐渐减弱。     

中低纬度环流系统的相互作用及其暴雨特征的模拟研究

利用MM5模式分别模拟了台风、中纬度西风槽对台风远距离槽前降水的影响.试验结果表明,(1)台风的强度影响了台风东侧东南急流向中纬度槽前的水汽输送.低层水汽输送,造成中纬度暴雨区强水汽辐合和不稳定能量积聚,故槽前降雨的强度与其南方台风东侧的水汽输送有着相当密切的关系.(2)中纬度西风槽提供了有利于台风远距离降水的大尺度背景场.西风槽的存在,有利于垂直运动的发展和维持,有利于降雨的产生和发展.模拟结果表明,槽的加强和减弱将会相应地造成中纬度暴雨区的加强和减弱.     

陕西一次远距离台风持续性暴雨的成因分析

利用MICAPS实况观测、卫星云图TBB、地面气象自动观测资料,对2010年7月16—18日陕西一次持续性暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:500 hPa大陆高压,副热带高压稳定维持使得两高之间低值系统稳定少动,宽广的低压底部不断有短波槽携带冷空气东移南下,与两高之间的低值区合并,Conson台风在登陆和减弱的过程中在南海及附近地区维持较长的时间,低层从台风东侧至陕西建立了温湿能通量的能量输送通道,把台风东侧的温湿能沿副热带高压外围偏南风向陕西输送,暴雨位于低层温湿能等值线密集处;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次暴雨发展与维持的重要机制,高层湿位涡大值区向下伸展,对暴雨起到增幅的作用。暴雨产生在地面湿静力温度线密集区略偏向于高能中心一侧。     

台风“利奇马”北上锋生导致山东省创纪录暴雨天气学成因分析

利用常规气象观测、NCEP/NCAR再分析、风廓线雷达及逐时自动气象站降雨量等资料,对2019年8月10—13日台风“利奇马”造成山东省有气象记录以来最大一次特大暴雨进行了成因分析。结果表明:（1） 此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽直接影响产生,其与冷空气密切相关,冷暖空气交汇的位置正对应强降水落区;（2） 特大暴雨发生在θse密集带上冷暖空气交汇的对流不稳定强烈发展的锋生区域。锋生大值中心与特大暴雨中心对应较好,锋生强度对未来6小时降雨预报有指示作用;（3） 切变变形锋生为总锋生的主要正贡献,强降水区位于θse密集带上风向曲率最大的地方,在台风预报业务中要注意等θse线密集带上是否出现“对头风”的明显风向切变;（4） 强锋生次级环流与台风倒槽辐合及冷暖空气交汇等共同作用导致动力抬升快速增强,促使对流不稳定能量大量释放形成强降水。锋生次级环流上升支最强的区域,正对应降水最强的区域,也是冷暖空气交汇区域;（5） 风廓线雷达超低空风场的变化对小时雨强大小有明显的指示意义。近地面层风向发生突变,由东南风转北风的时段与潍坊出现山东全省最大小时雨强的时段一致。低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。近地面层暖平流的强弱变化影响着此次强降雨的雨强大小。     

“苏拉”台风倒槽引发鄂西北特大暴雨的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°逐6h再分析资料、地面自动站雨量资料,对1209号台风“苏拉”倒槽造成鄂西北特大暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:本次强降水天气过程是在“苏拉”台风倒槽、东南风和东风超低空急流、华北冷锋共同作用下产生的;台风倒槽建立了来自海上的水汽通道,为特大暴雨区提供了源源不断的水汽,降水强度则与水汽通量散度密切对应。      

ANALYSIS OF THE COLD AIR EFFECT ON AN EXTREME PRECIPITATION EVENT TRIGGERED BY AN INVERTED TROUGH OF TYPHOON HAIKUI (1211)

Based on intensive automatic weather station data, satellite cloud imagery, NCEP reanalyzed data, and the simulation results from mesoscale numerical models, this study analyzes the characteristics and formation mechanisms of the mesoscale convection system (MCS) during the extreme precipitation event that was triggered by a weakened low-pressure inverted trough of Typhoon Haikui on August 10/2012. The results of this study show that cold air at the rear of a northeastern cold vortex creates thermodynamic conditions favorable to the development of extreme precipitation. The main body of the cold air is northward located so that the cold air invades only the middle layer of the periphery of the inverted trough. Thus, the cold air minimally affects the lower layer, which results in a vertically distributed structure of the temperature advection that augments the formation and development of convective instability stratification. In the middle troposphere, the cold air encounters the convergent, ascending, warm moist air from the low-pressure inverted trough, leading to frontogenesis. The frontogenesis enhances wind convergence which, in turn, further enhances the frontogenesis, and the positive feedback between these two forces augments the development of meso- and small-scale convection systems in the rainstorm region and its vicinity, which strengthens the upward transportation of water vapor from low layers and thickening of water vapor convergence and results in local heavy rains.     

滇黔静止锋大暴雨的锋面特征及其对MCS的影响

2012年5月21—22日,贵州省出现了一次典型的Ⅲ型静止锋在南支槽的引导下锋生而触发MCS形成暴雨的过程。MCS有非线性、降水强的特征。分析发现:低层静止锋锋区强,锋生明显;锋前有高能舌及低涡切变发展,切变南侧有偏南急流。垂直方向上锋区陡峭,锋前上凸区内上升气流强,对流不稳定;南支槽及高低空系统的前倾配置是上升气流强的原因。这些锋面特征为MCS发生发展提供了有利条件:低层高能舌和低涡切变为MCS提供了热力和动力条件;偏南急流是影响MCS的重要因素。锋前上凸区是MCS发展的重要区域,锋区附近的θse场及高低空系统前倾配置利于MCS发生发展。锋前到锋区附近的水汽条件好,急流出口处的水汽辐合及上升气流为MCS和大暴雨提供了有利水汽输送。     

浙江大暴雨与南海台风“山竹”相关性数值研究

2018年9月17日前后浙江东北部出现了大暴雨,与此同时,1822号台风“山竹”登陆广东并向西移动,为了研究浙江东北部大暴雨是否与“山竹”有关,利用云图资料、ERA-Interim再分析资料和自动站加密资料,先分析了2018年9月17日前后浙江东北部暴雨的天气形势,后通过WRF模式对此次过程进行了数值模拟,并做了将台风“山竹”去掉、增大一倍、缩小一半三个敏感性试验。表明此次暴雨过程出现在台风“山竹”倒槽东北顶端,是对流云系发展引发的。“山竹”的存在使得偏南气流输送到浙江东北部地区,且偏南风输送大小与“山竹”是否存在及其尺度密切相关。同时“山竹”使得浙江东北部区域存在着大范围深厚的高湿区,“山竹”越大,高湿区越深厚。“山竹”使得该区域低层有明显辐合,高层明显辐散,且尺度越大,辐合层高度越高。“山竹”还造成垂直运动旺盛,且尺度越大,上升运动越强。“山竹”使得浙江东北部大气层垂直螺旋度明显增大,且“山竹”越大,中低层垂直螺旋度越大,垂直螺旋度的大小对接下来6小时该区域降水量有很好的指示作用。由此,浙江暴雨预报需考虑同时出现的南海台风活动情况。      

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA*

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE(slantwise convective available potential energy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instability including convective symmetric instability(CSI) and local symmetric instability(LSI) in the process of a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to a narrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia and the relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear and moisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative value area of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamical mechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in the Hetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in the warm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

RESEARCH ON MOIST SYMMETRIC INSTABILITY IN A STRONG SNOWFALL IN NORTH CHINA

The concept of wet bulb potential vorticity and SCAPE (slantwise convective available potentialenergy) is used to calculate the horizontal and vertical distribution of moist symmetric instabilityincluding convective symmetric instability (CSI) and local symmetric instability (LSI) in the processof a storm snowfall in North China.The potential contribution of moist symmetric instability to anarrow storm snowfall belt occurring in the Hetao and Lindong,Linxi region of Inner Mongolia andthe relationship between moist symmetric instability and direction of the basic flow,wind shear andmoisture are discussed.It is found that the strong snowfall belt is almost parallel with negative valuearea of wet bulb potential vorticity at low levels in the vicinity of snow area.And the dynamicalmechanism of the strong snowfall center in the Lindong,Linxi region is different from that in theHetao region.The former is induced by frontogenetical forcing with weak symmetric instability in thewarm section of frontal area and the latter triggered by obvious moist symmetric instability.     

一次大范围暴雨过程的诊断分析

用ECMWF 0.75°×0.75°, 6 h间隔再分析资料、地面加密观测资料、Micaps资料和云图T_BB资料, 对2012年8月20日一次大范围暴雨过程进行诊断分析。结果表明:本次大暴雨过程是在高层急流入口辐散和中低层的低槽切变线的耦合作用以及台风的间接影响使得低槽系统移动缓慢和提供水汽的有利条件下产生的。暴雨带中水汽主要来源于南海和东海。从等熵位涡、湿位涡和总能量分析说明这次暴雨和大暴雨是在水汽条件充沛条件下, 对流不稳定叠加斜压不稳定和对称不稳定等共同作用下, 产生暴雨-大暴雨。另外, 南北两支气流在暴雨区强烈辐合(南侧为上升运动, 北侧为下沉运动)也起到了重要作用, 且总能量垂直廓线与雨团中心对流强度和强降水时段对应较好。低层东海东南暖湿气流和干冷的东北气流对本次大范围暴雨过程的产生起触发作用。     

2018年登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部强降雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径数据、MICAPS常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料和FY-2G相当黑体亮温资料,分析2018年8月17日02时至19日14时因登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部连续2 d多的暴雨成因。结果表明：中国黄淮中部短时强降雨站次多、强度大,除了对流云的前或后边界、“列车效应”、核心区与它们之间的合并能导致短时强降雨之外,非对流云也可导致强降雨。17日黄淮中部及以南,暴雨偏在“温比亚”移动路径右侧,中层倒槽偏在低层倒槽西侧有利于触发黄淮中部强降雨。18日暴雨主要中尺度影响系统为“温比亚”北侧中、低层倒槽和偏东风急流,以及热带气旋本体环流和弱冷空气。水汽925 hPa辐合、400 hPa辐散加大,中低层温湿能量增加,是黄淮中部暴雨增幅的原因,风的垂直切变加大对强降雨具有较好的指示作用。18日20时开始渤海北岸西南风高空急流形成,低层倒槽东侧偏南气流加强北上,高、低空环流耦合导致山东北部等地暴雨发展,黄淮中部降雨则明显减弱。     

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。     

一次冬季暴雨过程中的锋生和条件对称不稳定分析

基于观测资料和NCEP再分析资料,并结合中尺度数值模拟,对2012年1月14—15日我国江南和华南冬季暴雨过程中的锋生与条件对称不稳定(conditional symmetric instablility,CSI)进行诊断分析。结果表明,南支锋区上短波槽东移配合低层冷空气活动,在江南南部到华南地区形成了明显的锋生过程,构成了有利于暴雨过程的天气尺度环流背景;来自孟加拉湾异常充沛的水汽输送形成了冷季暴雨所必须的水汽条件,异常强盛的高空急流人口区右侧的强辐散区也有利于暴雨的形成。在降水过程中锋面附近有多条中尺度雨带活动,锋生函数分析表明,14日夜间广西境内锋生明显增强,在潜热释放的影响下CSI开始发展,相应的锋生次级环流也有所发展,锋前暖区中的上升运动随之增强,导致广西北部形成较强的中尺度降雨带。分析表明,锋生次级环流和CSI实质是锋面次级环流方程(Sawyer-Elissen方程)在不同稳定性条件下的解,锋生强迫环流的性质可由湿位涡作为等价判据进行分析。