北方一次暖区大暴雨强降水成因探讨

2012年7月7日黄淮出现一次典型暖区大暴雨过程,降水持续时间长、强度大和强降水范围集中,中尺度特征明显。本文通过常规和非常规观测、NCEP分析资料对该次黄淮暖切变线引发的豫东北、鲁南和苏北等地大暴雨天气过程的成因进行探讨,结果表明:整层高湿环境有利于降低暖区暴雨对抬升条件的要求、提高降水效率和局地不断产生中尺度对流系统;低层垂直风切变和超低空急流在对流触发和维持中可能有重要作用;次天气及以下尺度的抬升条件,如地面辐合线、925和850 hPa切变和低空急流出口区的风速辐合等均可导致强降水,降水落区一般位于低层多层风速辐合的叠置区;暖区暴雨的雷达回波具有明显的后向传播、列车效应和热带降水型特点。     

2019年5月湖北东部一次大暴雨过程诊断分析

利用NCEP 1°×1°格距逐6 h再分析资料、FY-2F逐时云顶亮温(TBB)资料、国家气象站常规探空和地面气象观测资料、湖北省区域气象自动站资料,对2019年5月25日湖北省东部一次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa中高纬低槽不断分裂南下,盆地低槽稳定维持,中低层低涡扰动,切变线和低空急流维持,是本次大暴雨的有利天气背景;有西南向的水汽输送通道并在暴雨区强烈辐合,水汽辐合中心位于900～950 hPa,500 hPa以下整层温度露点差都在4℃以下;暴雨区在150 hPa以下为正平均涡度;400 hPa以上为正平均散度,其下为负平均散度,最强降水时段高层辐散低层辐合的配置明显向对流层下层压缩,高层负涡度低层正涡度的配置催生了高层辐散低层辐合的散度配置,有利于垂直上升运动加强;暴雨区上升运动从1 000 hPa延伸到200 h Pa,整层以上升运动为主,在最强降水时段上升运动中心明显下移;有明显的上冷下暖层结结构,形成低层暖平流高层冷平流的温度平流配置,有利于产生对流不稳定;降水云顶亮温TBB≤-50℃区域与降水区对应,近似圆形的中尺度对流系统对湖北东部强降水十分有利。     

2003年一次梅雨大暴雨成因的动力学研究

运用中尺度非静力模式MN5对2003年梅雨期一次大暴雨天气进行数值模拟，在降雨模拟基本正确的基础上分析暴雨发生原因。结果表明：该次梅雨大暴雨属于切变类暴雨，对流层低层有能量锋区、高层有惯性不稳定活动，暴雨区位于低空急流的左前方、高空急流的右前方。暴雨中心物理量要素的时间一高度演变显示：低层正涡度、辐合，高层负涡度、辐散，深厚的上升运动，等相当位温线抬升，湿位涡及其正、斜压分量3者负值加大均有利于降雨加强；暴雨减弱阶段，这些要素一般向相反方向转变。该次大暴雨的直接影响系统具有明显的中尺度时、空特点，大暴雨的发生与高层惯性不稳定和低层对流不稳定有关。     

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。     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

2016年5月7—8日抚州地区对流天气过程特征及能量变化分析

基于NCEP再分析资料和常规气象观测资料,采用数值模拟方法,从大尺度环流、中尺度系统和对流能量三方面,对2016年5月7—8日江西省抚州地区的一次连续性对流天气过程的两个阶段暴雨进行了对比分析。结果表明,对流层高层辐散气流、中层短波槽前正涡度平流、低层切变线和低空急流的良好配置以及系统长时间的稳定维持,是造成此次连续性对流过程的主要原因。阶段一,对流在切变线附近产生,对流产生后形成的中尺度锋区又使得新对流在锋区附近激发,形成列车效应,造成了暴雨的发生;阶段二,对流位于暖区,由降水区上游移来的对流系统在低层暖中心附近得到发展加强,暖中心的长时间维持造成了暴雨的发生。阶段一的能量主要来源于前期大气积累的不稳定能量;阶段二的能量则是在西南气流输送下数小时内快速累积。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

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。     

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。     

2010年8月8-10日辽东半岛暴雨过程的中尺度特征分析

利用自动气象站资料、卫星资料、GTS1型数字式探空仪资料和常规气象观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对辽东半岛地区2010年8月8-10日3次暴雨过程进行了诊断分析,研究了该地区暴雨发生的天气尺度背景、中尺度对流系统发展过程及其发展的中尺度环境和触发机制。结果表明:(1)副热带高压位置偏北且稳定为此次强降水提供了有利的大尺度背景,切变线上生成的β或γ中尺度雨团发展的中尺度对流复合体是造成强降水的直接系统。(2)辽东半岛地区与低空急流水汽输送通道相连,并形成水汽辐合中心,有利于该地区强降水的产生。(3)暴雨发生前暴雨区域对流层低层的增温增湿、对流性不稳定层结及抬升凝结高度和对流自由高度的明显降低,是导致暴雨的重要条件。(4)切变线附近对流层低层的强正涡度中心和中高层的强正散度中心的耦合有利于上升运动的维持和水汽的向上抬升,促使中尺度对流系统生成,并沿切变线向东北方向移动和迅速发展,产生暴雨。强降水出现在切变线前方低空急流上的风速脉动区。     

四川盆地西部一次暖区暴雨成因分析

2018年8月1～2日四川盆地西部出现了一次区域性暖区暴雨,利用常规气象观测、区域自动站、卫星云图和雷达产品等资料,分析了其环流背景、中尺度条件以及触发机制。结果表明：东移的高原低涡触发了暴雨天气,通过诱发使低层涡度增加,形成气旋性低涡中心,高原低涡与西南低涡耦合,加强了盆地西部的垂直上升运动;低层水汽和不稳定能量在迎风坡被强迫抬升,触发对流性降水,使降水增幅,造成盆地西南部降水强度大于西北部;高湿环境、深厚暖云,以及中等偏强且呈狭长的CAPE特征,形成了高降水效率;强降水时段与云团发展强盛时段对应,辐合风场以及逆风区的形成有利于强回波的长时间维持。     

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。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

2008年“7.02”滇中大暴雨的成因诊断与数值模拟

利用常规观测、NCEP 1°×1°再分析资料、云图、多普勒雷达回波和WRF模式对2008年7月2日滇中大暴雨进行成因诊断和数值模拟。结果表明:对流层高层的干侵入和中低层冷、暖平流交汇诱发副热带高压和滇缅高压间辐合低涡迅猛发展成强中尺度对流辐合体,加上中低层来自孟加拉湾的丰富水汽输送和中低层强水汽辐合共同引发此次大暴雨。过程中,垂直螺旋度贡献主要在中层;干位涡呈现出对流层顶强正高位涡,300 hPa以下为次正高位涡,两者之间为负区的柱状分布特征,次正高位涡强中心有向下层延伸特征。WRF较好地模拟了整个大暴雨过程中强降水主体时段和大暴雨落区特点,最大对流有效位能变化趋势对强降水有较好预示作用,模拟方案在积分30小时内效果较好。     

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对山东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展, 辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高层冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。     

浙江一次梅雨期暴雨过程中尺度特征及成因分析

利用浙江省逐日降水量资料、自动站雨量及FNL 1°×1°再分析资料对2017年6月19—25日浙江省梅雨期暴雨过程的高低空环流形势和中尺度对流系统及其物理量特征进行了分析和诊断。结果表明:此次暴雨过程为典型的梅雨天气系统背景下低空急流的加强和低层切变线的北抬或南压造成的具有明显的中尺度特征的一次降水过程。强降水分为3个阶段,前两个阶段均发生在低层暖湿空气北抬的过程中:低层切变线北抬过程中,伴随着西南和东南急流增强,使得中尺度辐合抬升运动增强,暴雨过程具有明显的暖区暴雨的中尺度特征。第3个阶段则为冷空气南下过程中:中低层的切变线和急流东移南压,锋区内垂直风切变增大,不稳定能量得以增强,中尺度对流系统沿着锋区不断的产生和发展。     

低空冷式切变线引发区域性大暴雨成因分析

应用常规资料、自动站雨量资料、卫星云图及雷达资料,对2009年5月9-10日发生在鲁西北和鲁中北部的一次区域性大暴雨进行分析。分析发现,低层冷式切变线是引发大暴雨的主要系统,暴雨主要产生在低空冷式切变线右侧、西南低涡的东北象限以及低空急流的左前方,也是高低空急流耦合区。副高西侧的西南急流建立起从南海到华北中部的水汽通道,为大暴雨的发生发展提供暖湿空气和能量,使得低涡辐合加强,是低层切变线长时间停滞的必要条件。地面锋面气旋则是暴雨开始的启动机制,锋后东北冷空气与西南暖湿空气在山东上空交汇,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。在低层辐合、高层弱辐散的情况下,暴雨区低涡的涡动作用使得水汽块运动加强。多个对流单体合并形成的中尺度对流系统(MCS)经过大暴雨区,雷达回波表现为层状云为主的混合回波带,说明对流并不旺盛。     

“7·22”长江中游暴雨中尺度系统的数值模拟与分析

利用中尺度暴雨模式较成功地模拟了2002年7月22～23日发生在长江中游的暴雨中尺度天气系统，结合地面加密和常规观测资料对暴雨中尺度天气系统进行了较为详细的分析。结果表明：(1)大别山西侧的暴雨由中α尺度切变线上中β尺度低涡造成，湘鄂交界地带的暴雨由切变线上气旋性扰动造成。(2)高空槽前的正涡度平流为暴雨中尺度系统形成提供了启动机制：在正涡度平流的作用下，对流层中低层降压产生变压风辐合造成上升运动，低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发形成局地对流产生暴雨。     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

利用中尺度10层湿模式对一次梅雨暴雨过程作了数值模拟,较好地模拟了次天气或中间尺度系统的演变。由模拟结果分析表明: 1.形成暴雨的次天气或中间尺度系统的演变,雨带、暴雨中心位置和强度变化在低层涡度场上反映最清晰。与暴雨中心直接关联的是低层正涡度中心。这次过程中,两次正涡度中心的东移形成了前、后两次降水。 2.当低层正涡度中心移近或叠置在高层负涡度中心之下时,其强度增强,中层上升运动与暴雨也加强。它们是流场上高、低空急流之间动力耦合作用的结果。 3.雨区上空,边界层顶附近存在着一个主要表现为湿度逆增的湿暖盖——θ_(?e)高值中心。它与强风暴中的暖盖不同。此湿暖盖的形成和维持与西南急流输送暖湿气流有关。它的存在不仅有利于暴雨区水汽和能量的辐合,还有利于积云尺度对流的不断诱发,而且它的存在更构成了中层为不稳定,低层为稳定这一对流层的层结结构特点,从而使不稳定的对流降水叠加在稳定性降水之上,构成了梅雨锋大暴雨。