黄河下游春季一次MαCS暴雨过程的综合分析

20 0 3年 4月 17日 ,山东省济南地区出现罕见的春季大暴雨过程。卫星云图表明它是由α中尺度对流系统(MαCS)两次连续发展造成的。天气分析结果显示 ,4月中旬这次黄河流域MαCS的发生条件和MCC多发期的盛夏 ( 7,8月份 )相同 ,也产生在大尺度的暖脊中 ,并且有西南风低空急流向MαCS发生区输送暖湿空气。这种条件的出现是和该年春季西太平洋副热带高压异常偏北相关联的。雷达回波分析表明 ,和强对流型风暴相似 ,在MαCS的前沿也存在一条狭窄的对流性强降水带。红外云图黑体辐射温度 (TBB)分析表明 ,这条对流性回波带是和冷云盖的TBB强梯度带或TBB≤ -72℃的特别高耸的云顶相配合。进一步分析还表明 ,MαCS的第 2次发展与来自东面黄、渤海海区强大的低层冷空气回流有关 ,行星边界层风场明显的偏北风、偏南风和偏东风 3股气流结构使得济南附近的辐合特别强 ,导致第 2阶段的雨强更大。低层冷空气的侵入 ,可能是春季MαCS发生条件和流场结构上有别于夏季MCC的独特性。     

“8.13”黄淮北部暴雨云团的组织结构和触发机制

利用FY-2E卫星资料、多普勒雷达监测及4Dvar反演资料、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2010年8月13日黄淮北部暴雨云团的组织结构、发展演变及形成机制进行研究。结果表明:暴雨云团形成发展于低涡切变形势下,低涡切变线、西南急流及边界层扩散南下弱冷空气是主要影响系统;高的对流不稳定能量、强的低层垂直风切变和持续发展的水汽条件是主要环境特征。不同区域云团的形成机制有差别,发展北上的西南急流促使MβCS旺盛发展。随着低涡发展,MβCS发展合并形成圆形MαCS,强暖湿气流强迫、弱冷空气扩散及地面辐合线是圆形MαCS形成发展的重要机制。γ或β中尺度气旋及辐合线在对流初生阶段起动力触发作用,辐合加强及辐合区的向后延伸导致对流云团的自身发展和后向发展;成熟阶段对流单体后部的强出流促使对流单体分裂,气旋式环流外围西南和偏南气流合并造成对流单体合并。MαCS成熟和衰亡期雷达上出现的线状对流系统具有明显强降水特征。     

“0374”南京特大暴雨中尺度对流系统分析

采用常规观测、地面加密降水资料、逐时云顶亮温TBB资料以及高分辨率模式输出资料,对2003年7月4~5日南京特大暴雨过程中尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:①此次暴雨是由两个中β尺度云团合并而成的MαCS产生,期间有2个强降雨时段,每个时段持续5 h左右;②MαCS发生在低层切变线南侧的中尺度辐合线(或辐合中心)上,并在减弱阶段演变为明显的低涡结构;③在其发展强盛期,MαCS垂直倾斜的上升气流显示出对流风暴云特点,并在对流层中高层具有一定的暖心结构;④低空急流脉动引起急流左侧出口区非地转风辐合的急剧增强以及凝结潜热释放和边界层干冷空气的侵入,导致了MαCS的发生发展。     

2004年北京"7.10"暴雨中β尺度对流系统分析

采用NCEP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中茁尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:本次暴雨过程是由具有中茁尺度的对流系统所产生,它发生在大尺度暖脊之中;对流层中层的短波槽,以及低层西风槽前的西南气流与暖切变线北侧的东南气流的汇合,为M茁CS的发生提供了良好的环境条件。该M茁CS由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,其水平尺度为150km×100km,时间尺度约为5h。该M茁CS在对流层低层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M茁CS的演变有密切的关系。在其发展强盛期,中茁尺度对流系统呈现相当正压性;垂直倾斜的上升气流及其两侧,有明显的下沉补偿气流,显示本个例M茁CS具有对流型风暴的结构特征。此次M茁CS发生在强对流不稳定层结条件下,在700hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温兹se暖舌;近地面层偏南风与偏东风2支气流的辐合,以及冷空气的侵入,导致行星边界层内能量锋区的加强,从而有利于MCS的发生发展。     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

江西省一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制分析

利用地面和高空、卫星TBB、多普勒雷达和GFS(0.5°×0.5°)逐6 h再分析等资料,对2011年6月10日江西省西北部一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制进行分析。结果表明:1)此次过程是在有利的高、低空系统配置下发生在梅雨锋南侧的暖区暴雨,边界层急流和低空急流提供了充足的水汽条件,增强低层热力不稳定;高空分流区使大气动力不稳定发展,高低空急流的耦合作用为MCS维持提供了必备的不稳定机制;中低层热力不稳定,中高层对称不稳定,形成此次对流性强降水。2)地面中尺度辐合线、非锋性斜压带、能量锋的抬升作用为MCS生成和发展提够了启动机制。3)低层强盛的水汽输送、层结不稳定和地面持续而强的中尺度抬升使得多个雷暴单体在江西省西北部连续传播,形成"列车效应",降水强而集中。4)在水汽和不稳定条件具备的情况下,暖区对流性强降水发生在强低层辐合与强高层辐散相重迭的区域。     

广东2008年罕见“龙舟水”特点及成因诊断分析

2008年5月下旬末至6月中旬,广东出现了历史罕见的持续时间长、范围大、强度强、灾害重的暴雨到大暴雨降水过程,并有4个明显降水期.诊断分析发现:过程是在亚洲中纬度两槽一弱脊,东槽明显的平均背景场产生的,副高较弱位置较东,南支槽活跃,每一强降水期与一次西风槽的影响相联系,高空急流和低层切变线的南压过程配合一次强降水的发生;低空急流的最大风速变化与暴雨的发生同步,降水的减弱期伴随低空急流的向上抬升;过程的水汽源于孟加拉湾和南海,而以前者为主,水汽的辐合主要发生在华南沿海;龙舟水期间存在两个明显的局地经向环流,低层的两股气流在20～25°N区辐合抬升为持续性强龙舟水的产生提供了稳定的上升运动背景;4个主降水期有3个是在层结不稳定的条件下出现暴雨.     

天山山区夏季MαCS时空分布特征

利用常规观测、FY-2E卫星及EC-Interim 0.5°×0.5°再分析资料对2010-2014年夏季天山及其两侧地区α中尺度对流系统(MαCS)的时空分布特点进行分析,并对典型个例的云图特征和环境条件进行了深入的探讨。结果表明:(1)6月为MαCS出现的高发期且椭圆形MαCS占多数。MαCS形成和发展期主要集中在午后和后半夜,消亡于前半夜,三个时期最易发生时间依次滞后大约2 h,圆形和椭圆形MαCS日频次分别呈单峰和多峰型变化分布。MαCS生命史主要为3~6 h,其中6月生命史分布较广,7-8月较集中;大部分椭圆形MαCS较圆形MαCS生命史和消亡阶段长,圆形MαCS在形成阶段维持时间较长。(2)MαCS多生成于山边平原或浅山区,并在山区主脉上空形成直至成熟,在河谷和山脉两侧的平原区消亡。MαCS成熟期冷云盖长轴长度集中在500~800 km,云顶面积随MαCS出现频次增加而逐渐减小。圆形MαCS发展期移动缓慢,成熟后移速加快,椭圆形MαCS始终移速较慢。MαCS云团TBBmin呈现单峰型且近似正态分布,圆形较椭圆形MαCS的TBB平均梯度大。(3)天山山区MαCS的形成主要是通过层云中多个独立的β中尺度对流云团合并形成。MαCS易发生在高层急流带的抽吸区以及中层低槽前部的辐合上升区,中低层西南和西北气流携带的充沛水汽在大气不稳定层结、不稳定能量持续聚集的背景下辐合上升,促使MαCS不断发展。     

长江中游两次MCC过程环境流场及物理条件分析

利用常规气象资料、GFS05°×05°再分析资料以及云图资料,分析了2007年长江中游2例中尺度对流复合体（MCC）的大尺度环境场和物理量特征。结果表明：①MCC是低槽云系尾部由几个β、α中尺度云团合并增强结果,合并是其形成最重要的一个因子;②MCC发生在有利的天气形势背景下,中层有短波槽、低层有冷暖切变线和范围宽广的西南急流带,强盛西南急流给暴雨区提供充足的动力、水汽、不稳定条件。西南暖湿气流维持、边界层暖切变线形成且稳定少动对MCC形成起关键作用,在低层冷切尾部和暖切顶部,干冷与暖湿空气交汇出现锋生导致上升运动加强,激发不稳定能量释放,MCC在此处形成。能量锋生与高空急流右后侧辐散气流耦合可能是导致MCC发展主要动力强迫机制;③MCC环境流场表现为对流层上部为反气旋性辐散环流,中层和低层均为气旋性辐合环流,从低层到中层正涡度柱连成一片,形成深厚垂直正涡度柱,中低层深厚辐合为MCC维持提供了有利动力条件。     

一次中尺度对流系统（MβCS）触发特大暴雨机理研究

采用MICAPS提供常规和非常规资料,通过对2008年4月12日出现在桂东南大暴雨的大尺度环流背景和中尺度对流系统及发生发展机制研究后认为:(1)中高纬地区呈现"两槽一脊型",为冷空气的南下提供了有利的环流条件,高原槽和南支槽的东移为暴雨的产生提供了有利的动力、水汽条件;(2)高低层急流形成优质配置,高层强辐散与中低层强辐合及强上升运动为MβCS的发生发展提供了有利的动力条件;(3)水汽通量和水汽通量散度的强辐合以及对流不稳定为MβCS的发生发展提供了有利的热力条件;(4)最强降水时段主要发生在MβCS突然增强阶段.     

2005年“5.31”湖南暴雨过程触发维持机制

利用实时观测资料和NCEP 1°×1°的6小时再分析场,对2005年5月31日至6月1日湖南暴雨发生的大尺度背景、环境场条件以及触发、维持机制进行了分析和诊断.结果表明高低空急流的优势配置,耦合形势的建立以及高空急流右侧的强辐散场的存在为暴雨的发生提供了有利的环境条件;从低层到中高层偏南暖湿气流的突然爆发对暴雨对流系统的启动十分重要,暖湿空气在中高层凝结释放潜热,加热高层大气,对上升气流起到正反馈作用;200hPa大气的强"抽吸"效应对此次暴雨过程的维持和发展起着主导作用,并且和凝结加热相互作用.     

锡林郭勒盟一次槽涡型大雪天气过程分析

利用高空、地面形势场和物理量场等气象资料,对2011年2月26日锡林郭勒盟地区出现的大雪天气过程诊断分析。结果表明:这次大雪是在稳定的行星尺度天气系统作用下,受低空切变线配合河套气旋影响,满足了高低空急流耦合提供的动力抬升、低空急流建立的水汽输送及辐合、低层暖湿气流产生的能量不稳定等条件下产生的,属弱冷空气类槽涡型;西南涡(槽)和华北脊对大雪的产生和落区起到重要的决定作用,低层强盛的暖湿气团为不稳定能量的产生提供了条件;通过分析、总结,结合实际预报经验,提出了预报要点和指标。     

2013年3月19日江西省冰雹天气成因分析

利用常规观测资料和卫星、雷达、自动站等非常规观测资料以及NCEP再分析资料,对2013年3月19日江西省大范围冰雹天气过程形成原因进行分析。结果表明,该过程是在有利的环境条件下发生的：对流层中低层强热力不稳定和强动力不稳定为冰雹生成和增长提供了不稳定机制;暖湿边界层偏南风急流和低层西南急流以及中层“干”西南急流对热力不稳定和动力不稳定机制发展有重要贡献;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹增长。江西北部冰雹天气是在边界层有锋面逆温的条件下发生的,为“高架雷暴”类对流,南部冰雹天气是在边界层有较强暖平流的条件下发生的,为非“高架雷暴”类对流,两类对流的边界层温度层结分布差异明显。与历史同类个例比较发现,假相当位温垂直变化不仅能表征条件不稳定发展程度,对雷雨大风类强对流天气的判断也有一定参考意义。     

一次陕西关中强暴雨环境条件及中尺度系统分析

综合利用T213再分析资料和高时空分辨率观测资料包括地面区域逐时加密观测资料,对2007年8月8—9日陕西关中特大暴雨过程的环境条件和中尺度系统进行了分析。天气学分析表明:500 h Pa西太平洋副热带高压和青藏高原高压形成的高压坝在陕西中部断裂形成东北—西南向切变线、250 h Pa西风急流入口区右侧发散场和700 h Pa东西向切变线相互配合是特大暴雨形成的有利环境条件;低层风向快速变化使关中暴雨区低空水汽经历了减小—突然增加—快速减小的过程,关中周围水汽通过偏东气流输送至暴雨区为暴雨的发生提供了水汽和位势不稳定条件,而水汽的快速变化又形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;高空反气旋涡度的发展形成强烈的"抽吸作用"、双圈垂直次级环流和强垂直上升运动及其两侧的弱下沉运动形成的不对称结构是暴雨形成的动力机制。强降水的中尺度特征分析显示:强暴雨是由一个中α尺度对流系统(MαCS)的发生发展产生的,MαCS又是由2个中β尺度对流系统(MβCS)合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成岐山、礼泉和高陵3个大暴雨中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水的强弱与地面中尺度辐合系统的强弱有很好的对应关系,地面中尺度辐合系统的形成和加强可能是强降水的触发机制和增幅原因之一。     

局部大暴雨形成的机理与中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6 h的1°×1°的再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料、多普勒雷达探测资料,对2012年7月7-8日河南商丘地区大暴雨天气过程形成机理和中尺度系统活动特征进行了研究.结果表明:500 hPa低槽与低层东西向切变线和低空急流相互配合、共同作用是此次大暴雨形成的大尺度环境条件。中尺度分析显示:多个中尺度雨团的活动形成了4个大暴雨中心,中尺度雨团与MαCS相伴,而MαCS是由多个MγCS和MβCS合并、加强的结果。这些MγCS和MβCS是由地面中尺度辐合线或辐合中心触发产生并发展,MαCS覆盖区下强降水回波的移动和发展与地面中度辐合系统对应较好,大暴雨出现在地面辐合系统形成后的1~2 h内;而暖平流导致的局地升温,是地面中尺度辐合系统形成的主要原因。TBB梯度与降水强度成正比,当▽TBB/0.5°E≥34℃,并且TBB≤-63℃时,将产生30mm·h~(-1)的强降水;当MCS发展成熟时强降水发生在中尺度对流云团TBB低值中心附近,当TBB在1 h内降低31℃以上时,1~2 h后该地将出现雨强为50 mm的短时强降水。因此,地面热力不均匀导致的局地升温是此次地面中尺度辐合系统生成的主要原因,而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展,导致了局部大暴雨的产生。根据中小尺度对流云团的TBB强度及变幅,可提前1~2 h预报短时强降水。     

云南南支槽飑线雹暴中尺度特征及环境条件

利用自动站、FY-2E卫星、地闪及1°×1°NCEP再分析气象资料对春季两次南支槽影响下云南飑线雹暴中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明:南支槽前的高低空偏西急流不仅为强对流雹暴提供水汽条件,而且相互耦合加强上升运动为强对流雹暴提供动量条件,雹暴发生在500 h Pa和700 h Pa南支槽前的偏西急流耦合区内;高空深厚强急流带和强垂直风切变导致中高层强斜压性加大而加强上升运动促使雹暴发展,且中低层强垂直风切变影响雹暴的组织和发展,雹暴发生在中低层垂直风切变大于等于3×10~(-3)s~(-1)的区域;青藏高原500 h Pa低槽东南移引导北方冷空气南下,形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定,为强对流雹暴发生发展提供重要的对流不稳定条件,雹暴发生在850 h Pa与500 h Pa温差T_((850-500))≥27 K的强烈不稳定区域内;上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致南支槽对流积状云形成,后侧中层冷平流侵入和高空急流动量下传作用进一步发展形成逗点状对流云系和弓形飑线,而偏西急流强弱和强垂直风切变大小是导致两次飑线雹暴发展差异的直接原因。     

两次西行热带气旋影响云南降水对比分析

利用常规观测资料、中国气象局上海台风研究所(CMA-STI)热带气旋最佳路径数据和FY-2C卫星云图观测资料,以0608台风派比安和0809强热带风暴北冕两个西行热带气旋影响云南降水为例,通过其路径、降水量、移动速度、环境场和物理量场的对比分析,结果表明:两次台风源地、移动路径及登陆地点、影响时段、最大降水落区相同,但影响时间长度、影响范围和造成的灾害程度后者强于前者;西南季风与热带辐合带(ITCZ)较活跃,副热带高压西伸增强,并有低空急流、辐合区配合台风低压环流共同作用是热带气旋导致云南强降水的重要天气背景;云图中尺度分析发现,多种系统的共同作用,导致台风环流持久不消,进而易激发多个α-中尺度对流系统(MαCS)和β-中尺度对流系统(MβCS)云团生成并持久维持,是台风低压强降水发生的直接原因;物理量场的诊断分析表明,活跃的季风系统,使孟加拉湾和南海构成强大的水汽通道,伴随低空急流的建立和增强,致使大量不稳定能量和水汽向云南输送,在云南形成条件性对称不稳定(CSI)和深厚斜压性的正反馈机制,是导致云南强降水的重要物理机制。     

2015年梅雨期长江下游地区两次暴雨天气过程的成因对比分析

利用基本气象站观测资料、ECMWF ERA资料和NCEP FNL资料,通过对强降雨时刻的多种物理量场诊断,分析了2015年梅雨期发生在江苏省沿江地区的6月16—17日和27—29日两次大暴雨的形成原因。结果表明,两次大暴雨过程均发生在西太平洋副热带高压稳定维持、西南气流强盛、高层有冷空气不断入侵的大环流背景下,受中低层江淮切变线和西南急流共同影响,冷暖空气一直在沿江一带交汇,造成沿江地区持续强降水过程。两次大暴雨发生时32°N附近梅雨锋很明显,锋面随着高度的升高向北侧冷区倾斜,强降水主要位于梅雨锋南侧的暖区内。该侧700 hPa高度层以下湿位涡为负值表明大气为对流不稳定,且随着降水的发生,中层有弱冷空气入侵,使得大气的对流不稳定性进一步加强。强的降水区主要位于低空急流的左侧和高空急流的入口区右侧,高低空急流的这种配置带来了风场高层辐散、低层辐合,有利于垂直上升运动加强。同时低层暖平流和中高层正的相对涡度平流交汇于32°N附近,也有利于暴雨区的上升运动加强。暴雨区与850 hPa水汽通量散度负值中心相吻合,表明低层西南急流为暴雨区源源不断地提供水汽。     

2017年河套地区一次暴雪天气过程分析

利用常规气象资料、FY-2C卫星云图和鄂尔多斯多普勒雷达资料,对2017年2月20—21日内蒙古河套地区的暴雪天气过程进行分析,结果表明:此次暴雪天气是在两脊一槽的环流形势中,高空槽、低层切变线与低空急流配合地面倒槽产生的;高低空急流耦合,为降雪天气的发生提供动力条件,低层700h Pa低空急流源源不断的将南海水汽输送至河套地区上空,为降雪天气的发生提供水汽条件;卫星云图上显示,强降雪主要发生在明亮密实的盾状云区,高低空急流与云区一一对应;雷达回波强度整体偏弱且稳定,但持续时间近12h,长时间的停留是此次暴雪天气发生的主要原因,回波顶高度基本位于6km以下,低层有暖平流进入,反映出此次降雪过程为稳定的层状云降雪。     

华南前汛期一次特大暴雨过程的数值模拟及其诊断分析

利用WRF3 DVAR同化常规观测和全国自动站资料的WRF模拟结果,对2010年6月18—20日华南前汛期一次特大暴雨过程发生发展的动力条件和热力条件进行详细的诊断分析和研究。结果表明,同化观测资料的WRF模式能较好地模拟出特大暴雨过程的强降水中心、雨带分布及降水强度的变化趋势。稳定的大尺度环流是特大暴雨发生的背景条件。高低空急流及其耦合产生的次级环流的建立是特大暴雨过程的主要动力机制。地面不稳定能量的累积和西南急流输送的充沛水汽和不稳定能量在强垂直运动作用下形成的湿上升,以及中高层冷空气在次级环流的下沉支作用下向低层侵入是特大暴雨过程的热力条件。湿位涡和锋生函数的诊断表明,对流层中高层的干冷空气在次级环流作用下向低层侵入与上升的暖湿空气相互作用,促使斜压不稳定和对流不稳定的释放和发展,是特大暴雨发生发展的触发机制。