一次西南涡引发MCC暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、国家气象卫星中心云顶亮温和地面加密观测资料对2013年7月21—22日发生在陕南的暴雨天气过程进行中尺度诊断分析。结果表明:中尺度对流复合体(MesoConvectiveComplex,下简称MCC)是此次暴雨的直接影响系统;500hPa停滞的低槽,配合对流层高层急流分支出口的强辐散及对流层低层西南低涡的动力抬升作用,形成有利于MCC生成、发展的大尺度环流背景;700hPa西南低空急流、850hPa气流的南支分量为MCC的生成、发展提供充足的水汽和能量;西南低涡的东北移动伴随有MCC云团的生消发展,MCC的发展经历了生成、发展、成熟、消散四个阶段,陕南强降水位于云顶亮温等值线密集一侧;MCC发生在高能、弱对流不稳定区;露点锋加强暴雨区的垂直上升运动,系统北部冷空气与南侧西南暖湿气流导致低层锋生,大气斜压性增大,并在陕南地区产生辐合上升,形成次级环流,又触发对流不稳定释放,相互之间有正反馈的作用。     

青岛奥帆赛期间海风锋触发的对流性降水特征

根据自动气象站、多普勒雷达、卫星云图、风廓线、NCEP资料和MODIS卫星遥感反演结果等多种资料,对2008年青岛奥帆赛期间(8月12—14日),在不同环流形势下海风锋触发的对流性降水特征进行分析。结果表明:海风锋与中低空切变线叠加易使局地辐合加强,出现对流天气;当同时有地面静止锋南压时,海风锋则缓慢向内陆推进,在交汇地区产生对流天气;当有大尺度天气系统过境时,前期海风锋触发对流,北推发展与系统性天气相结合,后期若高空槽发展较强则是一次典型的系统过境过程,易出现强对流天气。     

相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究

2016年6月5日和6日海南岛处在类似的环流背景下,5日海南出现了大范围8级以上阵风且伴有EF2级龙卷,而次日以短时强降水为主。为了研究两日产生不同类型强对流天气的原因,基于常规地面-高空观测、海南逐10 min的地面加密观测、海口多普勒雷达观测、NCEP-GFS 0.5°×0.5°分析资料进行对比分析,结果表明:(1)5日整层大气相对较干(可降水量为49 mm)且中层干层尤为清晰(700—500 hPa平均相对湿度41%),925—700 hPa温度垂直递减率为7.25℃/km,有利于产生强下沉气流及冷池形成,从而产生雷暴大风天气,而6日气层高湿,可降水量为60 mm,环境风弱,风暴移速慢,有利于产生强降水;(2)两日均属于弱的环境背景气流下的对流,相对而言,5日0—3 km风垂直切变均较6日大,有利于形成飑线;(3)结构分析表明5日对流风暴伴有较强阵风出流,较强的风垂直切变加之多个单体阵风出流合并抬升下,产生了持续1.5 h的飑线,并出现了弓形回波,而6日为低质心一般单体且阵风出流相对弱,尽管多个单体合并成了准线性的风暴,其持续时间亦与一般单体生命史相当;(4)5日对流抑制能量相对较大,需较强的地面辐合抬升和午后强烈升温触发雷暴,雷暴触发后强烈发展;6日对流抑制能量近乎为0,弱的海风锋辐合及热力作用均触发对流;(5)此次龙卷过程的风垂直切变与典型超级单体龙卷差异显著,产生龙卷的低层中气旋出现时间与龙卷发生时间仅差3 min,故提前预警龙卷的可能性极小。      

一次高空云波动诱发的鄂东北强降水特征分析

利用实况观测资料、GFS再分析资料和高时空分辨率的风云卫星资料,详细分析了鄂东北2016年6月30日下午16:00出现的强降水与上午08∶00开始其西侧400 km外西南涡降水中心的云波动之间的关系。结果表明:在鄂东北强降水发生前,其西侧西南涡中心附近出现两条重力波云波列向偏北和偏东传播。北支云波列在向北传播到鄂西北触发强降水后折向东南方向传播,转向后的北支云波列受500 hPa对称不稳定影响产生云波动,但由于500 h Pa水汽较少,不利于降水形成。南支云波列在600 hPa以下条件性对流不稳定的影响下,出现弱的惯性重力波传播特征。南北两支高度不同的云波列在鄂东交汇后,浅薄对流转为深厚对流,在充分的水汽和不稳定条件下触发鄂东局地强降水。     

渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

江苏近海岸夏季两类海风锋特征及其对强对流的激发

利用观测资料、ECMWF Era-interim资料、江苏风塔资料、降水融合资料等,对江苏沿海区域夏季海风锋进行统计与诊断分析,并对海风锋激发强对流过程进行数值模拟。结果显示,海风锋主要显现在较稳定的高压系统边缘地带,可分为两类:Ⅰ类为海上西伸副高控制下的海风锋;Ⅱ类为大陆高压入海环流下的海风锋,Ⅱ类海风锋环流具有更多局地系统,常有强对流天气伴随。海风锋垂直剖面要素结构显示,来自海上的低层偏东风u分量构成海风锋前缘,影响锋面垂直抬升运动位置及强度。锋面附近二级环流,影响海风锋系统的环境不稳定性。海风锋在近海岸地区相遇内陆对流系统时,沿岸风塔资料在风的时序上出现突然的风向转变和迅速的风速增大。同时区域对流有效位能CAPE(convective available potential energy)的高值区显著增强。配合水汽通量辐合中心,构成有利于强对流系统激发及加强的环境条件。数值模拟显示,CAPE的水平分布指示了内陆强对流系统与海风锋的相对移动,CAPE的垂直分布显示海风锋激发强对流时能量增强与释放,强中心在2 h内迅速减弱。     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

沙尘暴天气的高空急流统计特征及动力学分析

利用M icaps常规资料,对2000—2004年30~50°N之间的沙尘暴日与高空急流的关系进行了统计,把与沙尘暴相伴的高空急流分为2类:单急流型和双急流型;沙尘暴多发生在高空西南和西北急流的左侧及其右后方,与西北 西南型高空双急流相伴的沙尘暴多出现在西北急流中心的左前方和西南急流中心的左后方以及西北急流中心的右前方和西南急流中心的左后方。还对沙尘暴典型个例的风场结构的垂直分布、环流场的垂直结构等进行了动力学分析,结果表明:影响沙尘暴的高空急流有单急流、双急流、甚至三急流;一般北支高空急流高度较低,中心多在300 hPa,南支高空急流高度一般在200 hPa,中心风速多大于北支急流,北支急流多随高度升高向南倾斜,南支急流随高度的升高向北倾斜,单急流型沙尘暴多发生于北支急流下沉支的南侧,双急流型沙尘暴发生于双急流合并下沉支的下方;不论是上升气流还是下沉气流均有可能产生沙尘暴:低层辐合、高层辐散导致的抽吸作用,可在近地层形成大风和沙尘暴,强的下沉气流可导致高层动量有效下传有利于沙尘暴的产生;在南、北支高空急流之间往往会形成一支环流促进沙尘暴的形成,所以不仅是北支急流,南支急流也对沙尘暴的发生和发展产生作用。     

海南一次冰雹天气过程成因分析

利用海南岛上常规观测资料,雷达、葵花卫星等非常规观测资料,欧洲中心再分析资料和NCEP全球实时海温,对比分析了2018年3月3日海南冰雹的环境条件及其中尺度特征。结果表明:(1)3月2—4日,大尺度环流特征为中层干冷的W—SW急流、低层SW暖气流及地面西南低压槽。(2)3日的区域大气层结处于稳定转变为不稳定的状态,局地增长的不稳定能量在海风锋的触发下强烈释放,适宜的0～6km垂直风切变,0℃、20℃高度有利于对流单体发展成雹暴单体。(3)2日海南岛附近区域层结稳定,CAPE值偏低;4日海南岛处于低层大风核入口前侧,水汽辐散,海风锋垂直环流被抑制,这些都不利于强对流的发展。(4)此次降雹单体具有多个雷达回波特征,当移入多普勒雷达静锥区后,利用风廓线雷达资料可监测到高层急流脉动下传,0～5km、0～3km垂直风切变相继增大的特征,对判断风暴的演变具有重要参考意义。(5)初生对流单体在地面辐合线和儋州中部露点锋交界处生成,在海风锋北端和海口-澄迈北部露点锋重叠区发展为雹暴单体,雹暴单体前沿的露点锋有新生单体的传播。     

黄土高原一次副高外围暴雨的对流环境及触发条件分析

利用常规气象观测资料、EC-interim逐6 h 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和雷达资料,对2017年7月25—26日陕北大暴雨过程成因进行了综合诊断分析,结果表明:河套地区西风东移与副高外围暖湿气流在陕西交汇,为暴雨提供了有利的环流形势;陕北暴雨区有两支水汽输送带,700 hPa上西南风急流水汽输送以及850 hPa上偏东风急流水汽输送,为暴雨提供了充沛的水汽和能量;700 hPa上榆林东部水汽辐合抬升,加之850 hPa偏东风在东部河谷辐合爬升,造成榆林东部地区的大暴雨天气;对流条件分析发现,暴雨发生前陕北地区中低层湿度较好,850 hPa比湿达到15～17 g/kg,大气不稳定度强,850 hPa和500 hPa的温差达到28℃,假相当位温相差18℃,CAPE值达到了2 354 J/kg,充沛的水汽、能量条件为对流提供了十分有利的条件;河套东北侧弱干冷空气与西南暖湿气流在陕北形成假相当位温密集带,大气湿斜压性增强,锋生触发陕北地区不稳定能量释放,形成强降水;不稳定分析表明,在降水前期及初期,大气对流不稳定度高,随着降水的产生,对流不稳定能量释放,强降水凝结潜热对中层大气的加热作用,又使得大气斜压不稳定增强,中层大气锋生造成的垂直运动使得陕北地区的强降水持续,造成大暴雨天气。     

Initiation and Evolution of Long-Lived Eastward-Propagating Mesoscale Convective Systems over the Second-Step Terrain along Yangtze-Huaihe River Valley

Based on the previous statistical analysis of mesoscale convective systems(MCSs)over the second-step terrain along Yangtze-Huaihe River Valley,eight representative long-lived eastward-propagating MCSs are selected for model-based sensitivity testing to investigate the initiation and evolution of these types of MCSs as well as their impact on downstream areas.We subject each MCS to a semi-idealized(CNTL)simulation and a sensitivity(NOLH)simulation that neglects condensational heating in the formation region.The CNTL experiment reveals convection forms in the region downstream of a shortwave trough typified by persistent southwesterly winds in the low-to midtroposphere.Upon merging with other convective systems,moist convection develops into an MCS,which propagates eastward under the influence of mid-tropospheric westerlies,and moves out of the second-step terrain.The MCS then merges with pre-existing local convection over the plains;the merged convection reinforces the cyclonic wind perturbation into a mesoscale vortex at 850 hPa.While this vortex moves eastward to regions with local vortex at 850 hPa,another vortex at 925 hPa is also intensified.Finally,the vortices at 850 and 925 hPa merge together and develop into a mesoscale convective vortex(MCV).In contrast,MCSs fail to form and move eastward in the NOLH experiment.In the absence of eastward-propagating MCSs,moist convection and mesoscale vortices still appear in the plains,but the vortex strength and precipitation intensity are significantly weakened.It is suggested the eastward-propagating MCSs over the second-step terrain significantly impact the development and enhancement of moist convection and vortices in the downstream areas.     

一次江淮地区MCV过程的数值模拟分析

本文在前期统计工作的基础上,选取了一次典型的中尺度对流涡旋(MCV)个例,利用NCEP/NCAR再分析资料分析其背景场特征,并利用WRF数值模拟结果分析其成因及其触发"二次对流"的可能机制。结果表明:MCV发生前,江淮地区处于200 h Pa强辐散场中,高层抽吸作用明显,500 h Pa江淮西北部短波槽槽后不断有冷空气南下,加强该地区大气层结不稳定,850 h Pa湖北至安徽中部有切变线活动,这种高低层配置十分有利于MCV生成及对流发生;MCV生命史各阶段垂直输送项和涡管倾斜项呈反位相分布,而水平平流项和辐合辐散项的作用基本是相互抵消的,垂直输送项和辐合辐散项是MCV生成阶段中低层涡度的主要来源;MCV引发的"二次对流"出现在其生成阶段,且位于其南侧,MCV发展成熟后,对流迅速减弱;MCV的生成使南侧西南低空急流加强,伴随水平涡度的变化,"二次对流"的发生发展与水平涡度对应的垂直环流上升支有直接联系。     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。     

乌鲁木齐机场一次小尺度雷暴天气分析

利用常规天气资料、卫星云图资料、乌鲁木齐市多普勒雷达资料、AWOS资料对乌鲁木齐机场2006年5月18日发生的一次小尺度天气带来的强雷暴进行分析,结果表明：雷暴天气发生在较强降水过程之后较低气温条件下的一次特殊天气。雷暴天气发生时,乌鲁木齐机场个别时刻跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,在跑道上形成了水平风切变。此次雷暴天气是在北疆地区存在高空急流及500hPa高空槽的特定大尺度天气背景下,由地面能量锋、地面辐合线、干线触发的强对流天气。     

长三角地区11月大雾频次变化的天气气候背景

采用1977—2006年长三角地区5个国家气候一级站的1日4次地面气象观测资料以及NCEP/NCAR相关资料,初步分析了该地区11月区域雾频次变化的天气气候背景。结果表明,长三角11月区域雾少发（多发）时,500hPa高空为较强的西北风（平直的西风）,850hPa上为强西北风（弱西北、东北风）,低层925hPa上偏北风分量较大且相对湿度较小（偏北风减小并出现偏东风分量且相对湿度较大）,海平面气压场上长三角受强冷高压控制（位于弱高压底前部均压区内）。     

印尼—澳大利亚北部低频夏季风活动及其与南北半球环流的联系

本文根据ECMWF/WMO资料和NOAA极轨卫星提供的向外长波辐射(OLR)资料,应用扩展经验正交函数(EEOF)展开的方法,研究了1981年11月—1982年3月印尼—澳大利亚北部30—60天低频夏季风活动及其与南北半球环流的联系。 结果表明,在850hPa上,来自东亚沿岸的30—60天低频东北(西南)风向南传播越过赤道后,可以转为印尼—澳大利亚北部地区的低频夏季西北(东南)风,当其与澳大利亚西部加强了的低频西南(东北)风辐合(散)时,夏季风区对流(干旱)加强并向东扩展。850hPa低频位势高度场的变化特征与其相协调。这些结果与未经滤波的实际资料研究结果相类似,从而说明低频变化分量表现了热带环流变化过程的主要特征。      

太行山东麓一次强对流降雹过程中的地形强迫

利用WRF模式对2011年5月26日发生在太行山东麓的一次强对流降雹过程进行数值模拟,探讨了太行山及周边地形在本次强对流过程的作用。结果表明,控制华北平原的偏东暖湿气流受太行山阻挡并与切变线东南侧的西南暖湿气流汇合,在太行山东侧形成水汽高值区。太行山东坡下垫面向上热通量明显高于华北平原,午后850hPa高度山坡与平原的假相当位温梯度达到0.2 K·km~(-1),850~600 hPa假相当位温垂直梯度达4 K·km~(-1),对应上坡风的垂直速度大于1 m·s~(-1),热力环流为太行山东麓对流的发生提供了动力条件。太行山东侧暖湿气层之上为偏西干冷气流,由此形成的强热力不稳定与水汽高值区、上坡风共同造成太行山东麓强对流过程的发生。局地小尺度地形抬升与重力波共同促使太原盆地有对流单体生成,该单体移经太行山西侧迎风坡受阻挡抬升而增强,越过山顶后与维持在太行山东侧的对流单体发生合并,从而导致对流云的强烈发展。     

横断山脉中西部降水的季节演变特征

利用台站观测逐日降水资料,对横断山脉中西部地区的降水季节演变特征进行了分析,发现该地区降水具有独特的季节变化特征:雨季开始早,从第10候前后降水开始迅速增加,至第19候前后就达到第1个峰值;雨季时间长,从第10候前后雨季开始,至第60候雨季结束,雨季持续长达8个月;多峰值特征明显,雨季先后经历3个降水峰值,分别在第19、35、55候前后.通过再分析资料对这一地区风场的季节变化进行分析发现,这些降水的季节演变特征与这一地区独特地形下风场季节演变密不可分.雨季开始早与第10候起低层西风、南风迅速加强,特别是西风加强有关;第2、3个降水峰值则与西南风,特小,降水主要受西风系统影响,与西风系统的季节变化密切相关;而第2、3个降水峰值分别发生在西太平洋副热带高压西伸、东退进程中,位势高度场东高西低,降水主要受西南风控制,并伴有南风辐合,与南风的季节变化相关.别是经向南风增强有关.对3个降水峰值时刻的环流背景进行了分析,第1个降水峰值发生时,位势高度东西方向水平差异     

2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究

利用京津冀区域加密自动气象站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP 0.25° 再分析资料及0.03° 高分辨率地形资料研究了北京2018年7月15—16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明:（1）这次暖区特大暴雨发生在副热带高压边缘的暖气团（θ_se高能区）中,无明显冷空气强迫,斜压性弱,有丰沛的水汽,850 hPa以下出现强水汽辐合。（2）暴雨的中尺度对流系统发展有3个过程:带状对流建立和局地强雨团影响、北京北部“列车效应”南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、平原地区线状对流重建。（3）暴雨发生前,低层西南风出现风速脉动,低空急流建立。首先在2500—3500 m高度形成低空急流,2 h后2500 m以下风速显著增大,5 h后急流厚度由边界层伸展到700 hPa。急流出口区降压,低层出现气旋性风场或切变,有利于垂直上升运动发展,触发和加强对流。（4）西南低空急流暖湿输送导致高温、高湿、高能的对流不稳定层结反复重建,这是对流发展加强的重要原因。（5）地面辐合线是对流触发并逐渐组织成带状对流系统的关键影响因素。地面辐合线方向、低空急流轴、回波移动方向三者几乎重叠是造成对流后向传播和“列车效应”的有利条件。（6）太行山和燕山地形对对流触发和暴雨增幅有重要影响。北京最大雨强≥40 mm/h站点中的77.4%位于西南部和东北部200—600 m海拔高度处。偏东风在华北西部太行山局地迎风坡触发对流,西南低空急流在北京北部迎风坡和喇叭口地形处辐合和抬升更为显著,造成局地特大暴雨。      

新疆中天山一次城市暴雪过程诊断分析

采用NCEP逐日4次1°×1°再分析资料和Micaps常规观测等资料,对2011年3月发生在新疆中天山城市暴雪过程进行天气学诊断分析。诊断计算包括：中尺度分析、水汽通量、水汽通量散度、水平散度、垂直速度、高低空风场、螺旋度、假相当位温等。结果表明：暴雪是南北两支锋区在中亚地区交汇后东移发展造成的,降雪前乌鲁木齐城区出现东南大风,地面强烈减压升温为暴雪天气触发不稳定能量提供了热力条件,500 hPa有＞30 m·s^-1的西南急流,700 hPa存在低空切变,散度和垂直速度表现为明显的高层辐散、低层辐合的对称结构。降雪强盛期整层呈现上负下正的垂直螺旋度对,θ_se低能舌伸至200 hPa,700 hPa至400 hPa维持θ_se高能舌区,湿层厚度高达300 hPa。这种物理量场的配置有利低层湿空气聚合及向上的抬升运动,为暴雪的产生提供了必要条件。此次冷空气以偏西路径影响城区,在冷空气明显的条件下,受城市热岛效应影响,强降雪容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在锋区的位置。