辽东半岛大暴雨的雷达回波及数值模拟分析

利用常规资料、多普勒雷达回波资料和数值模拟结果对2004年8月3日辽东半岛大暴雨进行了中尺度分析，并应用湿位涡理论对此次过程进行了诊断。结果表明：产生本次大暴雨的中尺度系统是低空急流、切变线和中尺度低压。雷达观测的中7尺度回波、带中带回波、中尺度气旋、低空急流和弓状回波均产生了对流性强降水。数值模拟结果分析表明：低空急流及高低空急流两次不同方式的耦合形成的强烈上升运动对大暴雨有重要贡献。等熵面由水平变为陡立且密集导致湿斜压涡度的激烈增长，促使降水增幅。低层强对流不稳定和斜压不稳定为这次大暴雨的发生提供了条件。     

一次高原涡突发大暴雨的数值分析

通过改变中低层冷空气、低层水汽、西南低空急流和低涡的特征,利用η—坐标中尺度数值模式进行数值试验,分析探讨它们在2003-07-15高原东侧低涡切变突发大暴雨形成过程中的作用,结果表明它们对雨带形状、大暴雨范围和量级有明显影响,合适冷空气是高能暖湿和强烈不稳定产生强降水的必要条件。     

"05.9.20"陕西中部大暴雨分析

利用天气图、自动站加密雨量、FY-2C卫星、西安多普勒雷达等资料,对陕西2005-09-20大暴雨(下称"9.20大暴雨")天气成因及中尺度系统特征进行分析,结果表明: 地面冷锋触发不稳定能量释放;在高、低空急流耦合的有利配置下,生命史为8 h以上的中尺度对流系统(MCS)导致大暴雨的产生,强散度柱与强涡度柱互相耦合提供了MCS强烈发展的动力机制;大暴雨出现地点与地面 "Ω"型中尺度能量场、中尺度切变线密切相关;雷达图上,回波强度≥40 dbz对应强降水,回波强度和强回波发展高度与地面降水强度呈正相关.     

2006年7月2日陕北南部大暴雨成因分析

利用常规资料、新一代天气雷达观测资料和1°×1°NCEP资料对2006年7月2日发生在陕北南部的一次区域性暴雨、局地大暴雨过程诊断分析。分析表明：该次区域性暴雨、局地大暴雨天气过程发生在西太平洋副热带高压持续西伸北抬后缓慢撤退的过程中,低空气旋性环流及其前部的暖湿切变线是形成暴雨的直接影响系统。低空急流为暴雨提供了源源不断的暖湿气流和不稳定能量,地面辐合是触发对流发展和释放不稳定能量的中尺度条件,有利的涡度散度场耦合、垂直运动的强烈发展和水汽输送及辐合形成了暴雨天气。     

山东“7.18”致灾暴雨成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料和NCEP再分析资料,对2007年7月18日山东省大暴雨过程进行了诊断分析,同时还分析了暴雨致灾原因。结果表明,本次大暴雨是由高空冷涡南部的低槽、底层准东西向切变线、副热带高压西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了极好的热力条件,强盛的低空西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时山东上空低层高温高湿、能量增大,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结。沿850 hPa切变线北侧东北气流迂回南下的冷空气与低空西南急流携带的暖湿空气在山东交汇,冷暖空气在对流层低层相互作用,具有明显的暖锋锋生特征,弱冷空气的低层侵入对暖湿空气具有抬升作用,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。地面存在中尺度辐合中心或辐合线的生成和发展,是这次大暴雨产生的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。降水历时短强度大,特殊的地势地貌是本次暴雨致灾的重要原因。     

2005年8月13日抚顺地区大暴雨天气过程诊断分析

利用天气图等实况资料,针对2005年8月13日抚顺大暴雨天气过程,从环流形势特征、不稳定能量、水汽和动力条件等方面入手,寻找形成强降水的物理背景,并对云团演变过程、数值预报产品应用和特殊地形对降水的影响进行分析,探讨降水过程的天气系统演变特征及发生、发展的物理机制,以提高对此类型暴雨天气的认识和预报能力。结果表明:西风槽东移、热带风暴北移,促使副热带高压北上,建立了低空急流;低空急流为大暴雨输送大量水汽和不稳定能量;切变线东南移,携带冷空气与副热带高压边缘不稳定能量在抚顺交汇,对流云团得到强烈发展,触发了副热带高压边缘不稳定能量的释放,因此形成了大暴雨天气;地形辐合抬升,对降水起到了增强作用。     

用多普勒雷达资料对一次区域性暴雨的中尺度分析

利用多普勒雷达资料,对2006年6月2日夜间出现在陕西中部和北部地区的区域性暴雨过程进行分析。结果发现:低层暖湿急流和弱冷空气相互作用产生的两条中尺度辐合线是这一地区出现大暴雨的主要影响系统;低空东南急流为降水区提供的大量的水汽和不稳定能量堆积,在弱冷空气的触发下释放,是产生大暴雨的主要原因;低空急流的输送方向与中尺度辐合线的移动方向,决定了未来辐合线的发展状态;低空急流的日变化引起了暴雨夜发性。     

吉林中部地区一次罕见大暴雨环流背景及触发机制探析

本文利用常规气象观测资料、EC、NCEP2．5°×2．5°的6h分析资料,着重从高层环流特征、水汽条件、热力层结条件、动力触发机制等方面对“7．20”吉林中部地区大暴雨天气过程进行综合分析,结果表明：“7．20”吉林省中部大暴雨的发生与低层冷式切变线移动和发展密切相关,且伴随着中尺度雨团的强烈发展,大暴雨主要产生在中尺度低空急流的左前方、低空冷式切变线右侧以及冷涡的东北象限;副高西侧的西南急流建立起从渤海、黄海到东北地区中部的水汽通道,为这次大暴雨的发生发展提供了暖湿空气和能量;低空急流扰动、中低层切变线长时间停滞、对流层高层强辐散形成的抽吸作用对此次大暴雨过程有明显的触发和增幅作用。     

850hPa低空急流影响下的一次雅安暴雨天气过程分析

利用地面、探空和雷达实况观测资料,以及ECMWF-ERA5逐小时再分析资料,分析了雅安地区2020年8月29～30日一次区域性大暴雨天气过程。结果表明：台风和副热带高压配合下的低纬环流对此次暴雨天气的低层水汽输送有重要影响。850hPa偏东风低空急流的建立触发了强对流的产生,低空急流的稳定维持为持续性强降水输送了水汽和不稳定能量;低空急流和喇叭口地形的共同影响在雅安东部地区形成了稳定的低涡,并使中尺度对流系统在该地区稳定少动,从而导致了此次区域性大暴雨天气过程。     

2009年5月9—10日山东大暴雨天气分析

利用常规气象观测分析资料和卫星、雷达资料,采取天气学诊断方法,从大尺度环流背景、降水天气影响系统、物理量场、急流等方面,初步分析了山东省2009年5月9-10日大暴雨天气的成因.结果表明:此次大暴雨是在稳定大尺度环流背景下、低层中尺度切变线在华北南部稳定少动造成的;大暴雨落区位于低空急流的左前方、高空急流轴的右后方、低空切变线以南、地面冷锋以北的交汇区;从南海到山东省中北部的水汽通道为这次大暴雨提供了充足的水汽来源;地面冷锋是这次大暴雨不稳定能量释放的触发机制;中尺度对流复合体(MCC)的自西向东移动是产生区域性大暴雨的直接原因.     

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

北京“7.10”暴雨β-中尺度对流系统分析

采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明:此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θ_se暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。     

一次秋季台风倒槽大暴雨过程诊断及中尺度分析

利用FNL再分析资料,结合加密自动站、多普勒雷达、卫星资料和数值模式预报产品,对2018年9月16—17日长三角地区一次典型的秋季台风倒槽大暴雨进行了分析。结果表明:大暴雨是在远距离台风倒槽、低空急流和高空槽共同影响下,由冷暖空气持续交汇激发的4个中尺度对流云团活动造成。第一阶段长江口区强暴雨发生在3号云团快速增强期间,暴雨出现在云团北侧TBB梯度大值区中,雨强随云顶温度降低快速增强;4号云团缓慢东移造成第二阶段暴雨,降水累积效应使长江口区降水量进一步加大。东北风(偏北风)与东南风(偏东风)形成的地面中尺度辐合线是暴雨的关键触发机制,气旋性辐合中心的形成对雨团增幅具有重要作用。多普勒雷达径向速度场上中气旋的形成提前于强暴雨增幅约30 min,具有良好的先兆性和预报预警意义。(超)低空急流持续的水汽和能量输送、高低空急流耦合及冷空气侵入形成的倾斜上升支和垂直环流圈、上干冷下暖湿的对流不稳定层结有利于中尺度暴雨云团的形成和维持。表征冷暖空气结合的地面辐合线位置是暴雨落区预报的关键,对于秋季台风倒槽暴雨,要特别重视冷空气对暴雨的触发和增幅作用,基于实况资料监测及时订正模式预报结论。     

鲁西北连续两次强降水过程对比分析

利用各种观测资料和NCEP/NCAR 1×1°再分析资料,对2012年7月30日夜间和31日夜间鲁西北连续两天强降雨天气进行诊断和对比分析。结果表明:强降水产生在西风槽前和副热带高压边缘的偏南暖湿气流中,西风槽稳定少动,台风在东南沿海北上,副高加强北抬,为鲁西北连续两天的强降水提供了天气尺度背景。925hPa及以下的低层,来自于渤海的偏东气流和来自于华东沿海的东南气流同时向鲁西北强降水区输送水汽,低层比湿大,CAPE和K指数较高。第1次强降水产生在偏南气流的暖区中,降水强度大,维持时间短。第2次强降水期间,低层有冷空气锲入,把暖湿气流抬升,前期为对流性降水,中后期转为稳定性降水,降水强度小,维持时间较长。850hPa及以下倒槽式切变线和中尺度低涡环流是造成强降水的中尺度影响系统,近地面层来自于渤海的东北气流与来自于东南沿海的东南暖湿气流形成中尺度涡旋,产生气旋式辐合上升,触发对流不稳定能量释放。对流云团在鲁西北形成长形的中尺度对流系统(MCS),稳定少动,有明显的列车效应和后向传播特征。强降水具有较强的日变化,夜间发展增强,白天减弱。     

“6.29”淮河暴雨过程β-中尺度系统结构特征的数值模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所LASG研制的AREM中尺度暴雨数值预报模式, 对2003年6月29—30日发生在淮河流域的一次大暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明:随着西太平洋副热带高压加强, 低空急流迅速向北推进, 加强了其北侧的风速梯度和气旋性切变, 使涡度场发生了强烈变化, 强正涡度柱的发展导致了低层β-中尺度低压和气旋的新生; 而对流层中高层β-中尺度高压的发展所引起的地转偏差使得β-中尺度高压附近的风场发生明显变化, 并导致β-中尺度强辐散中心强烈发展, 最终造成强烈的上升运动。强上升运动出现在低层θ_se强锋区的南侧。     

GENERATION AND DEVELOPMENT OF MESOSCALE CLOUD ON HEAVY RAIN BELT ON THE PERIPHERY OF TYPHOON 9608 (Herb)

Typhoon-induced heavy rains are mostly studied from the viewpoint of upper-level westerly troughs. It is worthwhile to probe into a case where the rain is caused by tropical cyclone system, which is much heavier. During August 3 ~ 5, 1996, an unusually heavy rainstorm happened in the southwest of Hebei province. It was caused by 3 mesoscale convective cloud clusters on the periphery of a tropical cyclone other than the direct effects of a westerly trough. Generating in a weak baroclinic environment that is unstable with high energy, the cloud clusters were triggered off for development by unstable ageostrophic gravity waves in the low-level southeast jet stream on the periphery of the typhoon. There was a vertical circulation cell with horizontal scale close to 1000 km between the rainstorm area and westerly trough in northeast China. As shown in a computation of the Q vector of frontogenesis function, the circulation cell forms a mechanism of transforming energy between the area of interest and the westerly trough system farther away in northeast China. Study of water vapor chart indicates that high-latitude troughs in the northeast portion of the rain migrate to the southeast to enhance anti-cyclonic divergence in upper-level convection over the area of heavy rain and cause rain clusters, short-lived otherwise, to develop vigorously. It is acting as an amplifier in this case of unusually strong process of rain.     

秋季川东北一次西南低涡大暴雨分析

利用高空实况实时分析场、FY-2ETBB以及地面加密自动站实况资料,对2014年9月13~14日发生在四川盆地东北部的大暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)川东北大暴雨天气过程形成的关键是较为深厚的西南低涡长时间稳定少动,大暴雨区位于北支西风急流南侧和南支东风显著风速带北侧辐散上升运动区的重叠区内,稳定的东高西低的环流形势是这次暴雨发生的大尺度环流特征,地面风向切变的形成对暴雨的产生具有一定的指示意义;(2)在长生命史、稳定的西南低涡内存在多个MCS对流云团的连续生消,MCS云团冷云中心都呈近圆形,移动缓慢,云团发展到成熟阶段,冷云中心TBB值低于-72℃,在减弱的冷云罩中有中小尺度雨团的生成、畸变、分裂的现象发生,在每个强降雨时段内又存在着两个或多个短时强降水峰值;(3)在此次降水过程中重庆沙坪坝站对于广安13日的强降水更具有指示意义,3个时次中沙坪坝站露点曲线和层结曲线之间形成低层暖湿,中高层干冷,有利于强对流天气发生的“喇叭口”形状。      

一次极端降水的中尺度雨团分析

利用常规观测资料、ECMWF ERA-Interim 0.125°×0.125°分析资料、FY-2G卫星云图和多普勒天气雷达资料等,对2017年8月18-19日漯河极端降水的中尺度特征及降水成因进行分析。结果表明:(1)本次过程在200 hPa高空分流区、500 hPa高空槽以及副热带高压、低层急流切变、地面低压倒槽等天气尺度系统合理配置及其相互作用下发生。(2)探空显示漯河上空具有较高的对流潜势,有利于中尺度雨团初生和发展。低层饱和、厚暖云层、弱风切变有利于暴雨云团产生,高CAPE值、高比湿和高降水效率是极端雨团的重要原因。(3)中尺度对流云团一个随槽前西南气流东移北上,一个随低层切变线南压,相向合并发展为M_βCS,有利于暴雨云团增强。不同于以往本地区的云团"同向合并",持续的列车效应以及低质心高效率的中尺度对流单体后向传播导致强回波长时间维持,极端降水发展。(4)地面中尺度辐合线和强辐合中心对强降水起到动力触发作用,有利于对流发展。冷池出流与交汇北上的东南风和偏东风相互作用,导致水平温度梯度增大形成和冷池前侧锋生加强,一方面致使雨团组织化发展和单体后向传播,另一方面也在降水区下游触发新生雨团,冷池持续增强。(5)本次过程整层风场较弱,且低层气流传播速度大于引导气流速度,平移与传播方向的反向夹角大,导致两者矢量和大幅度偏离了引导气流方向,同时产生的减速效应导致暴雨中尺度系统移动缓慢,导致极端降水形成。     

与强对流相联系的云系特征和天气背景

对2005—2011年造成高影响的一些强对流天气过程,按其云系特征和天气背景分为冷气团内部型、西风槽或冷涡云系尾部型、梅雨锋或切变线云系上嵌入型和高原东移高空槽云系型4种类型。冷气团内部型强对流发生在锋面或切变线云带后部的晴空区内,沿高空西北气流下滑的积云簇或向东南方向移动的短波槽是其发生的关键因子。西风槽或冷涡云系尾部型强对流发生于云带的尾部,云带后部干气流的反气旋式侵入是其主要特征。梅雨锋或切变线云系上嵌入型强对流出现在梅雨锋或切变线上,云带的北边界因常与高空急流相平行而比较清楚,强对流云团出现时云带北部的急流与高空的反气旋脊线距离较近。高原东移高空槽云系型强对流的关键影响系统是从青藏高原东部移出的短波槽云系,从水汽图像上可以看到其后部常有暗区或暗带相伴。     

2012年夏季四川东部一次大暴雨过程分析

本文使用常规观测资料、四川省自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY－2E云顶亮温资料和1°×1°的NCEP再分析格点资料对2012年7月20～23日四川东部强降水过程的主要影响系统、水汽源地、动力、热力条件等进行诊断分析,结果表明:(1)本次暴雨过程中伴有500hPa高空槽东移至四川并向南加深发展,槽后冷空气与槽前暖湿气流在四川汇合,低层有低涡发展,配以高低空急流耦合的有利形势;(2)暴雨前期水汽主要来源于孟加拉湾,随着南海台风西进,其外围偏东气流向西输送增强,西南暖湿气流北上受到抑制,使得雨带南压;(3)降水以对流性降水为主,暴雨期间水汽凝结潜热在对流层中低层起主要作用,强上升运动将低层的潜热加热向上输送,形成高空的热源中心,强降水期间大气的加热是与大气的垂直上升运动密切相关的;在本次暴雨过程垂直输送项是视热源Q1和视水汽汇Q2的主要贡献者,尤其是在强降水阶段;(4)在低涡在发展阶段,低层正涡度局地变化项首先得到发展,在低涡减弱阶段,正涡度局地变化项的峰值中心由低层向中低层抬升;(5)中尺度对流系统与小时降水分布一致,MCS的发展是触发降水的重要因素之一。