梅雨锋云带内α-中尺度对流系统周边水汽风的分析

应用准静止卫星水汽图像导出的风 (简称为水汽风 )分析东亚梅雨锋云带内中尺度对流系统 (MCS)在对流层上层的流出通道。结果表明梅雨锋云带内MCS有二类流出通道。一类MCS在对流层上层呈现为一个中尺度反气旋。MCS的东部有一支中尺度高空急流 ,这支中尺度高空急流向东流出后转向南 ,流入 2 0°N附近的南亚东风急流内 ,是MCS在对流层上层的主要流出通道。另一类MCS发生在中纬度西风急流的南侧。中纬度西风与MCS南部的偏东北风构成一个反气旋环流带。MCS前方的流出通道 (中尺度高空急流 )是中纬度西风急流的一个中尺度分支。梅雨锋云带内垂直方向水平风速切变小于 1m/ (s·10 0hPa) ,垂直方向“不通风”有利于云带内MCS的维持。初步分析验证了以前数值模拟得到的中尺度高空急流及其流出通道。     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

苏北东部一次梅雨锋大暴雨过程的多尺度特征

利用美国NCEP再分析资料结合地面加密自动站、卫星、雷达等常规资料,对2006年7月3日苏北东部地区一次最强的梅雨锋大暴雨过程进行了诊断分析,揭示了此次过程不同尺度系统的特征.结果表明:(1)此次过程是一次非典型的梅雨锋对流性暴雨,贝加尔湖稳定、强大的高压脊是引发大暴雨过程的大尺度背景条件.(2)高空槽、西南涡、低空急流以及地面气旋为大暴雨提供了强劲的动力和水汽条件.(3)α中尺度上,该暴雨系统的垂直结构为中低层强烈的辐合和上层的辐散,其中心有着强烈的上升气流;同时在中高层,系统的北侧有一个高空急流强迫产生的次级环流.地面多个中尺度涡旋的上升气流汇合成高低空急流耦合产生的次级环流的上升支,这种中尺度暴雨系统的三维结构为强暴雨的形成提供了持久必要的动力、水汽和不稳定性条件.(4)云图上对应一个MCS的发展演变,雷达上弓形回波对应的速度图上的"逆风区"和"中气旋"则是这次过程中局地短时强降水、龙卷的γ中尺度系统.     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

鄂东北一次特大暴雨过程的两个中尺度对流系统分析

利用GFS再分析资料、常规及非常规观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北特大暴雨中两个连续发生的MCSs(下面分别称为MCS1和MCS2)天气背景、雷达回波特征和地面中尺度系统演变,归纳了MCSs成熟阶段准静止—后向传播结构模型,结果表明:(1)东北冷涡的发展、西风低槽的缓慢东移及副热带高压的稳定导致南北气流长时间交汇于江淮流域形成梅雨锋切变和夜间低空急流的发展,是两个MCSs形成的有利大尺度背景条件。MCS1发生于中层梅雨锋前倾结构下;MCS2则是发展加强于低层梅雨锋切变上。(2)MCS1比MCS2的"冷池"更深厚,与环境温差更大,对流触发更剧烈,但"冷池"运动方向与MCSs传播方向均一致。(3)两个MCSs都出现了后向传播特征,前者可能与大别山脉对冷池的阻挡有关,后者可能与对流更易在不稳定区触发相关;成熟阶段时,MCSs因后向传播,移动缓慢甚至准静止,降水最强。(4)在回波结构上,MCS1向前传播时新生、成熟、消亡单体沿回波长轴自下风方向上风方排列,MCS1及MCS2后向传播时则反之。     

一次梅雨锋附近“列车效应”致灾大暴雨过程观测分析

2016年7月6日在武汉发生了一次造成城市严重内涝的暴雨过程。本文利用多普勒天气雷达、逐小时地面加密观测资料和EC 0.25°×0.25°细网格模式数据,对这次梅雨锋附近极端暴雨的降水特征、中尺度对流系统演变和暴雨成因等进行了细致分析,结果表明:(1)本次大暴雨是在典型梅雨期环流形势下发生的,副热带高压西北侧的高温、高湿区配合江淮切变线稳定少动,暴雨则出现在西南低空急流风速辐合区,925 hPa西南低空气流的进退有利于东北路冷空气南下,这与雨带的落区和维持有密切联系。(2)梅雨锋狭长雨带上的降水量分布呈现不均匀性,强暴雨主要集中在几个中心,降水中心的分布与梅雨锋附近低层风场扰动有关,梅雨锋雨带上产生大暴雨是一个典型的中尺度对流系统(MCS),沿着西南一东北走向的引导气流移动,湖北特殊地形促使"列车效应"进一步加强。(3)列车线主要由江淮切变线或边界层辐合线附近的中尺度系统扰动形成,地面中尺度气旋性辐合及低空西南急流长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因。(4)MCS在雷达回波上有三个明显特征,第一个是MCS在雷达回波形态上属于带状对流,由层状云和列车线共同组成,雨带与西南气流走向一致;第二特征是层状云和列车线移动方向几乎一致,MCS移动方向与列车线走向平行,垂直于列车线的分量很小;第三个是对流单体在列车线上游新生、加强,并向下游移动,对流单体的传播方向和列车线方向相反。(5)西南急流向近地面扩展、"牛眼"结构及风随高度顺转等中尺度系统,促使近地面扰动加强,诱发强降水。     

梅雨锋云系的结构特征及其成因分析

利用逐时卫星遥感观测资料和地面测站的降水资料，分析了江淮流域2003年6月22～26日暴雨过程中梅雨锋云系的演变、结构特征和形成原因。结果表明，梅雨锋云系为一条TBB的低值带，稳定少动，其上分布着中尺度对流系统（MCS），而中尺度对流系统是由不同尺度、不同强度．的对流单体（包括中β和中γ尺度对流单体）组成的，从而使得梅雨锋云系产生不均匀的降水分布（包括时间上和空间上）。在该暴雨过程中，梅雨锋云系充分体现了中尺度对流系统中所包括的3类组织结构形式。梅雨锋云系与中高纬度云系或热带辐合带云系之间的相互作用与暴雨过程关系密切，梅雨锋云系的维持和发展与强大的黄淮气旋云系直接相关，它是江淮流域上空冷暖气流交汇的结果。     

一个长生命期准静止中尺度对流系统的观测特征及其持续的环境条件

2010年5月31日至6月1日华南特大暴雨过程经历了三次集中降水期,共有4次MCS（Mesoscale Convective Systems）演变过程,其中一个TL/AS MCS（Training Line/Adjoining Stratiform Mesoscale Convective System,邻接层状单向发展的中尺度对流系统）在广西壮族自治区中部准静止地维持了10多个小时,导致了多个观测站出现极端强降水。用观测资料和数值模拟结果重点探讨了该TL/AS MCS的观测特征及其发展持续的环境条件。结果表明,准静止TL/AS MCS发展在一个高空强辐散、低空气旋性汇合环流的天气尺度环境中,TL/AS MCS维持期间热力环境特征表现为对流层中低层持续高湿近饱和态、偏中性层结、合适的对流有效位能和极小的对流抑制能量。在对流层中低层,低空急流的加强发展维持与对流层中层相对弱的环境风形成了风垂直切变随高度呈现强逆转,近地层风垂直切变垂直于对流线的分量大,而在中层风垂直切变平行于对流线的分量占绝对优势,风切变特征可能是TL/AS MCS 准静止的原因;低空急流和中层环流的相互作用、对流层动力和热力条件有利于强上升运动的长时间维持与发展,不断触发新对流从而组织成一个长生命期准静止的TL/AS MCS     

强锋区结构的梅雨锋短时暴雨形成和维持机制

利用常规气象观测资料、FY-2E卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2011年6月14日江西北部短时大暴雨的形成和维持机制进行了分析,结果表明:(1)南亚高压、副热带高压、中纬度西风槽、季风、锋面气旋切变及其上的中尺度波动构成梅雨锋水平环流的多尺度结构,短时暴雨在对流层高层槽前的辐散抽吸较普通暴雨更明显。(2)此次暴雨过程具有梅雨锋结构的普遍特征,如在对流层中下层表现为强θse水平梯度形成的锋面,中低层正涡度柱、风和水汽的辐合带与梅雨锋对应,但同时又具有其特殊性,如短时暴雨锋面坡度小,锋区强度强,两侧存在明显的温度对比,锋区内水平风切变和垂直风切变显著。(3)边界层辐合、锋面和高空急流等抬升机制共同作用,促使湿对称不稳定能量释放,产生倾斜对流,区别于普通梅雨的垂直对流。(4)雨区上空强垂直上升运动、高空强辐散、低空强辐合与中尺度系统的发展互相耦合,深厚的正涡度柱沿锋区倾斜向上发展,是此次暴雨与其他短时暴雨在动力机制上的共性。但在低空此次暴雨比普通暴雨存在更明显的锋生,且动力条件较其他暴雨更强。(5)强盛低空急流的脉动和稳定维持使雨区存在有利的水汽输送机制,高低空水平距离的缩短有利于高低空急流的耦合,这与梅雨的普遍特征是一致的。     

地形作用下低空急流的演变与强降水对流风暴系统的相互作用

利用雷达、卫星、风廓线雷达和地面加密区域自动气象站等观测资料,分析了2016年入梅后发生在鄂东地区一次极端强降水事件的中尺度对流系统发生发展过程、结构演变及其传播特征,旨在揭示造成强降水过程中的3个中尺度对流系统（MCS）的触发、发展、维持机理以及它们之间内在的中尺度动力学关系,尤其是地形作用下的低空急流的演变与强降水对流风暴系统相互作用过程。研究表明:（1）与大多数梅雨锋上的强降水带与低空切变线平行分布不同,此次极端强降水雨带呈倾斜的“n”字形,其中两条主雨带近乎与低空切变线垂直;此次极端强降水分别由大别山迎风坡上西北—东南向MCS、湖北中东部平原地区西北—东南向MCS和桐柏—大洪山东侧东北—西南向MCS造成。3个MCS移动缓慢,都具有后向传播的特征。（2）大别山迎风坡上MCS初始雷暴是低空急流下边界不断向下扩展过程中在地形抬升作用下触发的,而湖北中东部平原地区的MCS和桐柏—大洪山东侧MCS的触发、发展、加强都与大别山迎风坡上MCS形成的冷池加速推进形成的出流边界与环境气流形成的强烈辐合抬升作用有关。（3）垂直于大别山的边界层西南急流对山坡上的对流冷池产生的顶托作用不仅平衡了冷池密度流产生的向下作用力,而且进一步强化了山区的辐合抬升强度,使得大别山迎风坡上强降水风暴系统得以长时间维持和发展;当山坡上的对流冷池堆积到足够厚度,或者由于低空急流的下边界迅速抬升时,这种平衡被打破,大范围的冷池俯冲下山并在平原地区快速推进,造成了湖北中东部平原地区大范围的雷暴大风和MCS发展加强,并沿冷池前沿逐步组织化,形成平原地区东南—西北向的强降水带。      

江苏一次突发暴雨的数值模拟

采用中尺度WRF模式（WRF3．4）和WRF-3DVAR系统,同化GTS常规观测资料和GPS反演的探空廓线资料,对2012年8月10日发生在江苏东北部地区的一次突发性特大暴雨进行数值模拟,并利用高分辨率的模式输出数据对此次暴雨过程进行多尺度分析和对流不稳定性研究。结果表明：模拟结果较好地再现了此次过程;台风低压和中纬度槽脊系统相互作用,中低层弱冷空气扩散和高、低空急流耦合为此次暴雨过程提供了有利的大尺度背景;地面中尺度辐合线和迅速发展的β中尺度对流系统（M8CS）是直接导致此次局地突发性暴雨的中尺度系统,地面中尺度辐合线的位置和暴雨的落区基本一致,M8CS的强烈发展对应于暴雨的最强阶段;暴雨发生前和暴雨发生时,对流系统中等日。线密集而陡峭,不稳定能量的突然性释放造成αθ／Oz迅速减小,口。垂直剖面呈伸向低空的“漏斗状”分布,有利于垂直涡度和对流不稳定发展。     

登陆热带气旋与夏季风相互作用对暴雨的影响

利用《热带气旋年鉴》资料、NCEP/NCAR再分析资料采用动态合成分析方法,研究了登陆热带气旋降水与夏季风急流之间的关系,同时对登陆热带气旋与夏季风急流发生相互作用的典型个例强热带风暴Bilis (0604) 利用数值模拟方法研究了二者之间的相互作用对暴雨的影响。结果表明:登陆后造成大范围强降水的热带气旋往往与低层急流长时间相连,其水汽通量和潜热能显著大于弱降水热带气旋。数值试验结果表明:夏季风低空急流向热带气旋输送水汽对热带气旋结构维持有利,当水汽输送被截断后,热带气旋气旋性结构被破坏,强降水减弱、范围明显缩小;季风急流风速增强时可增加水汽通量输送,使得强降水范围增加、强度增强;在夏季风影响背景下,热带气旋在陆上的移动改变水汽和不稳定能量的分布,而热带气旋本身独特的动力结构使得强降水强度增加。     

海南2008年秋季持续性暴雨过程的物理机制分析

利用地面常规与加密自动站降水观测、卫星云图、NCEP FNL全球分析等资料对2008年10月12—14日海南持续暴雨天气过程进行诊断分析。分析表明:热带低压、冷空气以及副热带高压三者的相互作用,导致海南低空出现持续的东(东南)风急流,该急流在海南东部沿海形成的向岸风辐合及地形强迫抬升是MCS的重要触发机制,其暖湿输送作用是暴雨区不稳定能量得以循环建立的主要途径。南海东北风冷涌前沿强辐合、潜热加热以及高空强辐散有利于热带扰动的发展与维持。热带低压与冷空气相互作用导致大气斜压性增强,地转强迫作用与惯性振荡机制使得低压北侧东北风急流加强。东北与东南急流之间的形变与辐合导致持续锋生过程,锋生强迫产生的热力直接环流上升支与低空急流左前侧次级环流上升支是对流系统发展的主要动力触发机制,低空强潜热加热也有利于对流向更高层次发展。     

A Diagnostic Case Study on the Comparison Between the Frontal and Non-Frontal Convective Systems

Two major mesoscale convective clusters of different characters occurred during the heavy rainfall event in Guangxi Region and Guangdong Province on 20 June 2005,and they are preliminarily identified as a frontal mesoscale convective system(MCS1;a frontal cloud cluster) and a non-frontal MCS(MCS2;a warm sector cloud cluster).Comparative analyses on their convective intensity,maintenance mechanism, and moist potential vorticity(MPV) structure were further performed.The convective intensity analysis sugges...     

2016年7月18—20日湖北省特大暴雨过程的中尺度特征分析

利用多种常规和非常规观测资料诊断分析了湖北2016年7月18—20日特大暴雨过程的降水特点以及中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征和环境场条件,结果表明：此次特大暴雨过程具有很强的极端性,分为梅雨锋南侧暖区降水和梅雨锋面降水两个阶段,都具有较为极端的水汽条件。第一阶段在地面风场辐合的作用下触发了初生对流单体,西南低空急流出现脉动,湿层的增厚促进了强雷暴的发展。新生单体在雷暴上游生成,迅速并入强雷暴,后向传播是其稳定少动的重要原因之一。强盛阶段,强雷暴具有暖云低质心的特征,低层垂直风切变与雷暴偏北风出流的方向配置、中气旋的出现都促进了上升运动,促使强雷暴长时间维持,造成了马良站连续数小时出现高强度降水。第二阶段,环境风平行分量远大于垂直分量,促进了东北—西南向平行层状MCS（PS型MCS）的形成。具有多单体依次排列的特征,新生单体在系统西南侧地面辐合线的作用下不断生成发展,使得PS型MCS增强维持,移动缓慢。马良站受到PS型MCS对流线和西北侧层状回波的影响,小时强降水明显较第一阶段偏弱。     

多源探测资料在一次非线状MCS分析中的综合应用

用多种加密观测资料和NCEP日再分析资料分析了2010年7月14日强降水期间咸宁地区一次非线状MCS活动造成短时强降水的发生发展机制.结果表明,14日13-18时非线状MCS回波结构组织性差,强对流单体散乱地分布在大片层状回波中,准静止地维持在湖北咸宁地区大约5h,造成了短时强降水.该MCS发生在梅雨锋锋面附近的地面涡旋环流中,高空冷空气侵入和锋前抬升运动是对流的主要触发机制,切变线南侧不稳定的暖湿气流在长江中游地区辐合集中、局地的地面气流辐合和边界层有利的风切变是该非线状MCS发展维持在成宁地区的有利条件.高时空分辨率探测资料对MCS演变过程有较好的分析能力.     

贵州2次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP每日4次的1°×1°再分析资料、地面降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度资料,针对贵州2011年6月5-6日和9月30日至10月1日的2次暴雨天气过程的形成机制进行了诊断分析。结果表明：中纬度低压槽和热带低压分别为2次暴雨提供了有利的环流条件,偏南暖湿急流与干冷气流的交汇有利于激发中尺度对流系统,2次暴雨过程都伴有旺盛的中尺度对流系统发展,MCS是造成暴雨的重要原因。对流层高层强辐散、低层辐合的配合,垂直运动的增强和充足的水汽供应形成了有利于强对流活动发生发展的条件;湿位涡的水平分布对暴雨落区及发展有较好的指示意义,湿正压项和湿斜压项的恰当配合对于垂直涡度的增长和对流活动的加强有重要作用。     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。