2003年7月淮河流域暴雨中-β尺度特征的观测分析

利用常规和多种高分辨率的非常规观测资料，分析了2003年7月3～4日淮河流域大暴雨过程中安徽省北部暴雨雨团的活动及与之相联系的中尺度对流系统的发展演变特征。结果表明：在有利的大尺度环流背景下，梅雨锋中-α尺度云系中的中-β尺度对流系统的发生发展是导致暴雨的直接原因。暴雨强度和出现地点与中-β尺度扰动密切相关，整个暴雨过程有3次生命史不完全相同的雨团活动期，对应着三次雨强峰值；不同雨团活动期内，中-β尺度对流系统的组织发展形式有所不同，第一次和第三次雨团活动是由几个相对分散的块状中-β尺度对流复合体相继影响所致，而第二次雨团活动则与长约100km的近地层中-β尺度辐合线的迅速发展相联系；中-β尺度对流云团的生命史与雨团的生命史并不一定相同。本次暴雨过程中，起主要作用的是嵌在絮状回波里的一个个对流复合体和个别强对流单体；回波强度和强回波发展高度与地面降水强度呈正相关。     

一次暴雨过程中不同暴雨带的降雨特征及其成因分析

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2016年5月19-20日广西东部四条暴雨带的降雨特征和成因进行分析。结果表明:此次大范围暴雨与高低层天气系统的配置及冷暖空气的活动密切相关,但出现在桂东的四条暴雨带的降雨特征及成因有所不同:河池东部到桂林南部和贺州北部一带的东西向暴雨带(雨带I)为持续时间长的东西向窄带、锋面附近中小尺度对流系统南北少动是其直接原因;来宾到贺州南部(雨带II)的强降雨区偏在其东段、是由冷空气加速南下导致的锋面对流系统转向造成;南宁-玉林暴雨区(雨带III)和防城港-北海暴雨区(雨带IV)的出现都与锋面对流系统和暖区对流系统的合并发展有关,但雨带III的对流系统发展更为旺盛、持续时间更长,因此暴雨区范围最广、强度最强。     

长江流域雨带形势下的一次低涡暴雨天气过程分析

对发生在嘉陵江到渠江流域的一次西南低涡暴雨天气过程的结构分析表明：本次过程属于长江流域季风雨带形势下中－α尺度雨带中的－β尺度雨团；与其对应的中小尺度初始扰动同次天气尺度低涡、切变线和急流核的形成有关；并利用中尺度扰动的对称不稳定理论诊断扰动波包的发展，指出了热成风偏差和对流不稳定局地变率在暴雨形成中的作用。     

伊犁一次区域性暴雨分析

利用伊宁新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2010年7月19日伊犁地区一次局地暴雨天气过程。结果表明：此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa中亚低槽、200hpa高空急流、低层风速辐合和地面雷暴高压。较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于对流的产生;云图和雷达资料分析表明,此次局地暴雨是由中尺度强对流云团产生,具有典型的对流单体形成、发展成回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波。     

福建西部山区短时暴雨雷达回波特征及中小尺度系统分析

利用常规天气资料、探空、地面降水资料以及建阳、龙岩两部新一代天气雷达资料对2005-2009年福建西部山区短时暴雨的雷达回波特征及对应的中小尺度系统进行分析,分析表明:短时暴雨的雷达回波按降水类型可分为大陆强对流型降水和热带海洋型强降水,并统计了大陆强对流型降水和热带海洋型降水低层反射率因子与雨强对应关系;按降水影响时间可以分为以局地发展为主的停滞型回波和不断影响某一地区的移动型列车效应回波;利用雷达回波演变及基本径向速度资料,结合天气系统,提取三类产生短时暴雨对应的中小尺度系统:与低空切变(或低压槽)、西南急流配合的中小尺度切变线或辐合线,以切变南压为主的中小尺度切变线或辐合线和以局地对流发展为主的逆风区或中气旋。     

承德市两次局地性短时暴雨过程的中尺度特征对比分析

2014年6月17日和7月15日,同样在冷涡系统影响下,河北省承德市区先后出现了两次局地性短时暴雨天气过程(小时雨强分别为39.6和66.1 mm·h~(-1),最大10 min雨强分别为15和18 mm)。本文利用常规观测资料、5~10 min加密自动站资料、多普勒雷达数据、卫星云图数据以及NCEP再分析资料,对这两次短时暴雨过程的中尺度特征进行对比分析。结果表明:分钟级降水观测显示,"6·17暴雨"过程10 min雨量随时间表现为持续时间分别约为半小时的双峰型分布;"7·15暴雨"过程降水呈单峰型,持续时间不足1 h;两场局地暴雨是在高空冷涡环流背景下产生的,其触发系统均为地面中尺度辐合中心(辐合线),降水峰值与东南风或风速增大相关联,6 m·s~(-1)的东南风有利于强降水的维持。卫星资料显示,"6·17暴雨"过程直接影响系统为β中尺度对流系统,强降水与TBB低值区对应,"7·15暴雨"强降水对流系统则表现为γ中尺度,与TBB大梯度区对应。"6·17暴雨"过程对应水平尺度近20 km,生命史约半小时,回波强度达65 dBz对流单体回波的合并增强。"7·15暴雨"过程则表现为多个水平尺度不足5 km,生命史不到1 h,回波强度达55 dBz的对流单体回波依次经过承德市区,因"列车效应"造成。两次降水过程中逆风区的出现时间都与强降水时段有很好的配合,且逆风区的持续时间越长,产生的降水强度也越大。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

京津冀一次罕见的双雨带暴雨过程成因分析

2013年7月1日京津冀区域在副热带高压北抬、偏南低空急流加强、高空槽东移的环流背景下,出现了一次罕见的降水强度大、持续时间长的双雨带暴雨过程。利用常规观测、NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料和多种加密观测以及雷达变分同化分析资料等对此次暴雨过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明:南北两支暴雨带的形成机制和中尺度过程有显著差异,但是双雨带在形成与维持过程中也有相互促进作用。南支暴雨带发生于西南暖湿气流加强的环境下,对流不稳定层结显著、整层湿度大;强降水是在暖式中尺度辐合线的触发和组织下由中尺度对流复合体产生的,雷达回波具有明显的"列车效应"和后向传播特征,属于深厚的暖区湿对流暴雨,雨强和累积雨量极大、中尺度特征明显;地面辐合线及中尺度涡旋的位置决定了雨带和特大暴雨中心的位置,强降水产生的冷池出流和偏南暖湿气流形成的温度梯度最大区域指示了强回波的传播方向。北支暴雨带是在冷式切变线和低空低涡的影响下,由切变线云系形成的多单体回波带造成的;不稳定能量条件比南支暴雨带差,但是高低空系统耦合作用产生的上升运动强,中层的干冷侵入形成了明显的θse锋区,属于锋面对流系统,同时地形对降水有显著的增幅作用,多种因素综合作用造成雨强相对较弱,但是降水持续时间长,暴雨区面积大;过程中低空低涡的移动路径与强降水的落区和雨带的位置有较好的对应。南支暴雨带暖区降水后边界层形成的偏东风不仅为北支暴雨带提供水汽输送,而且在太行山前的地形抬升作用促使了强对流单体的发生发展,增强了北支暴雨带的降水强度,而太行山前强对流降水造成的冷池促进了地面中尺度涡旋的形成,造成南支暴雨带后期强对流回波的合并和降水的再度加强。     

一次纬向型持续性暴雨过程中的多尺度作用

应用NCEP资料(2.5°×2.5°和1°×1°)、WRF V3.3.1模式预报(3km×3km)、FY2卫星产品等资料,对2013年8月12-17日吉林省中东部持续性暴雨过程进行分析,发现:此次过程是在多种尺度天气系统共同作用下形成的。环流背景上,纬向型环流形势的稳定维持,使西风带上的天气尺度系统重复影响东北地区,并为暴雨区提供了源源不断的水汽供应。天气尺度上,低空急流提供了中小尺度上升运动发生发展的环境条件,且多次触发了暴雨中尺度系统。中尺度对流系统的主体上升运动出现在低空急流核左前方,对应高空辐散中心和降水云团TBB极值区,出口区上升运动对应低层强辐合中心和TBB梯度区,而强降水落区对应中尺度系统的上升运动,即中尺度对流系统内部不同机制造成的上升运动产生了地面不同的中尺度雨带。     

2015年8月3日山东西北部暴雨过程的中尺度特征分析

2015年8月3日山东西北部出现一次对流性暴雨过程,中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料对该过程的中尺度环境场、对流系统的触发演变及大暴雨的落区进行分析。结果表明：这是一次典型的低槽冷锋暴雨过程。在高层辐散、中层北涡南槽、低层切变线和低空急流的天气背景下,较大的大气可降水量、大的低层比湿、中低层深厚的湿层和暖云层及大的对流有效位能为暴雨的发生提供了有利的环境条件。暴雨由暖区对流和冷锋对流共同造成,暖区对流在地面露点温度大值区内和低层湿舌的南边缘由地面辐合线触发生成,其在聊城形成列车效应,产生大暴雨。地面冷锋侵入低压后暖区对流带与冷锋对流带合并为一条强对流带,且逐渐转向偏东方向移动,列车效应减弱。强对流带后部形成弓形回波,产生地面大风。本次强降水符合热带强降水型特点。强对流带在卫星云图上表现为一个扁平状的中尺度对流系统,小时雨强50 mm以上的区域对应卫星云图上TBB小于-70 ℃的区域。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统的组织特征和触发条件分析

利用常规气象观测、地面加密自动站和多普勒天气雷达资料,结合WRF(Weather Research and Forecast)模式模拟资料,对2015年6月26—28日长江中下游的一次梅雨锋暴雨过程中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的组织特征和对流触发条件进行分析。结果表明:1)暴雨过程线状MCS在发展初期表现为东西向雨带不断的"后部建立"以及随后对流单体的"列车效应";在发展成熟期,对流单体向东北—西南向发展,形成多个近乎平行的东北—西南向短雨带。呈现2种尺度的对流组织方式:新生对流单体沿着单个雨带向东北方向的"列车效应"和短雨带沿着线状M CS向东平流的"列车带"效应。2)低空急流的持续加强为对流的发生发展提供了条件性不稳定和对流有效位能,偏南暖湿气流在向东北推进的过程中,在风速辐合处被强迫抬升至自由对流高度,释放不稳定能量,触发对流。3)对流雨带内近地面向南的冷出流与低层西南暖湿气流的持续交汇和相互作用有利于新单体生成发展,使雨带得以维持。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

2012-08-13关中西部致灾大暴雨中尺度分析

利用实时资料、自动站加密资料、FY-2C卫星、宝鸡多普勒雷达等资料,对发生于关中西部宝鸡2012-08-13大暴雨天气成因进行分析,重点揭示其中尺度系统特征。结果表明生命史10 h的中尺度对流系统(MCS)是大暴雨的直接原因。而MCS是天气尺度和中尺度系统共同影响造成的:天气尺度东北急流提供大尺度辐合上升运动动力、水汽输送、辐合,从而使关中水汽、稳定度演变为利于对流性降水天气发生,且携带冷空气触发形成MCS,地面中尺度切变线提供带状辐合使对流组织加强。雷达图上,带状、块状强回波对应强降水,当组合反射率因子40 dBz、垂直液态含水量5 kg.m-2、回波顶高9 km时,雨强≥16 mm/h(出现短时暴雨)。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统触发和组织化的观测分析

利用观测和NCEP再分析资料,对2015年6月26-28日江淮流域梅雨锋暴雨天气对流的触发和中尺度对流系统（MCS）的组织方式进行了分析。结果表明:梅雨锋附近发展的2个线状中尺度对流系统是暴雨的直接制造者。MCS2的发展有2种组织方式,26日夜间到27日凌晨,东西向雨带的不断后部建立和随后对流单体的列车效应是其发展的主要方式。27日凌晨到白天,初期新单体不断在线状MCS2的南缘触发,形成多个近乎平行的东北-西南向短雨带,后期梅雨锋锋面雨带从西部不断东移,经过强降水区;对流元有2种尺度的组织方式:新生对流单体沿着单个雨带向东北方向的列车效应以及东北-西南向雨带沿线状中尺度对流系统向东平移的"列车带"效应;持续的后部建立型和沿着同一路径不断的"列车带"效应使MCS2发展和维持。梅雨锋前不稳定空气的地形抬升和边界层辐合上升是初始对流的主要触发机制;26日夜间对流产生的冷池对对流的触发和MCS2的组织化及维持起重要作用,中尺度对流系统的组织特征和发生、发展受近地面环境场制约。      

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。     

河北2007年7月18日局地暴雨成因分析

利用常规观测资料、逐小时自动站资料、丁雎资料和NCEP再分析格点资料,对2007年7月18日河北省东北部和南部局地暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:在相同的影响系统作用下,河北省不同区域暴雨的形成机制却不同,高、低空急流及其耦合条件下急流和暴雨相互作用是上午东北部暴雨的成因,低空急流直接输送水汽,在FY-2C云图上表现为云顶TBB<-70℃近乎圆形的中-α尺度强对流云;而下午河北南部强降水是在高温高能、层结不稳定的有利条件下,地面冷锋及锋前低压形成的强辐合抬升触发不稳定能量释放产生的强对流天气,对应云图上为最低丁BB在-80℃以下的准东西向带状对流云系.逐小时地面自动站资料分析的流场和计算的地面湿静力能对此类夏季强对流天气的预报具有指示意义.     

青岛地区短时强降水雷达回波特征与中小尺度系统分析

利用青岛地区2011—2015年间32次短时强降水个例的雷达反射率因子、地面雨量站数据和FNL再分析资料对产生短时强降水的中小尺度系统和雷达回波特征进行分析,结果表明:造成短时强降水的中小尺度系统主要为与低空切变(槽)、台风倒槽或在偏南(北)气流中局地发展的对流相联系的辐合区或中小尺度辐合线;雷达回波多表现为中尺度强回波带,其移向与回波带长轴的夹角较小,或为局地发展少动的强对流单体;雷达回波剖面显示回波按质心高度可分为大陆强对流型和热带海洋型,大陆强对流型强降水的平均反射率因子垂直廓线强度总体明显强于热带海洋型,对流发展更加旺盛,热带海洋型强回波集中在低层,在近地面最强,而大陆强对流型回波悬垂明显,最强回波位于2km左右;针对大陆强对流型和热带海洋型两种不同类型的短时强降水,采用分型Z-I关系法进行定量降水估测能够较好地反映强降水的落区和极值,相比于固定Z-I关系法,20mm·h~(-1)以上雨强的相对误差由70%左右下降到30%左右。     

影响珠江三角洲地区的两次冷空气涌过程的地面结构和天气

利用珠江三角洲地区的地面加密观测资料，揭示了影响该地区的一类中小尺度天气系统－锋后冷空气桶，并详细分析了它的地面结构和天气影响。结果表明，这类对流系统非常相似于热带飑线，往往给三角洲地区带来突发性暴雨，但却不易产生强风。该系统的水平尺度很小，只有３０－６０ｋｍ，持续时间达４小时，移速快，约为每小时６０ｋｍ，移向定常，并且它在进入三角洲地区时发展加强，而在移出时减弱消失。和经典的飑线结构的差异在于它     

多普勒雷达资料在冷涡强对流天气中的同化应用试验

应用WRF模式的三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对沈阳多普勒天气雷达资料在东北冷涡暴雨个例中的同化应用进行了试验.研制了多普勒雷达资料质量控制系统,实现了对径向风和反射率因子的直接同化,不但可以反演中尺度三维气象要素场,而且可以为模式提供初始场.以天气尺度资料为背景场同化多普勒雷达资料,WRF-3DVAR可以较好地反演冷涡中尺度对流系统的三维结构,反演的地面强对流辐散气流及在对流层中层涡旋都符合中尺度系统概念模型,通过与实际地面探测资料进行了对比,风场环流基本接近,同化了雷达资料的气象要素场可为预报业务提供较好的包含中小尺度系统的实时三维分析场.通过冷涡个例同化试验,应用WRF-3DVAR同化雷达资料后,中尺度模式对对流降水的预报总体有正的影响,对强对流中的一些中小尺度雨团的预报也略有改善.     

一次冷锋南侧对流性暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP资料、卫星、雷达和地面加密观测等资料,对2008年5月27-28日江西北部一次冷锋南侧(冷锋前)对流性暴雨过程进行天气动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明:(1)对流性暴雨出现在冷锋前的主要原因是:各层槽线位置近于垂直,锋面陡峭,并出现前倾槽结构;冷锋前低层暖湿气流异常强盛,下暖湿上干冷使对流不稳定能量增强;当冷锋移近、气旋波发展东移和低空急流加强,触发了冷锋前对流不稳定能量释放.(2)本次暴雨具有明显中小尺度特征,共有4个β中尺度对流系统沿地面冷锋南侧发展东移,850 hPa的中尺度辐合线、地面中低压和中尺度辐合线、云顶亮温低值区、强回波区及雷达速度图上逆风区等均揭示中小尺度扰动系统存在,且中小尺度扰动系统与暴雨雨团对应很好.