山东省极端强降水天气概念模型研究

利用山东省1971—1999年逐日降水资料,采用百分位法确定各站极端强降水阈值。据此阈值,在2000—2009年中挑选了39个极端强降水天气过程并进行天气分型,得到高空槽类、副高外围类、切变线类、气旋类、热带气旋类5类极端强降水概念模型。研究表明:切变线类、气旋类和热带气旋类暴雨区范围较大,而高空槽类和副高外围类暴雨区范围较零散;5类极端强降水均伴有低空急流,暴雨区一般位于700 hPa与850 hPa切变线(或槽线)之间、低空急流左侧风向风速辐合处;高空槽类、副高外围类、切变线类一型和气旋类均有冷空气影响,暴雨区位于850 hPa冷温度槽前部;5类极端强降水的产生机制不同,落区与θse的配置也不尽相同。     

一次广西大范围暴雨过程分析

2004年7月9~12日,广西东北部和南部出现了一次大范围暴雨天气过程,暴雨导致部分河流超警戒水位。现简要分析了这次大范围强降雨的原因,主要是华北低槽在东移加深过程,与北涌的西南季风云系相遇,从而进一步加强次级环流所造成的。华北低槽在缓慢东移过程中,引导河套的冷空气南下入侵到广西。同时,在副热带高压西侧由于季风云系北涌,华南西部盛行西南气流,南北风在广西境内交换,高空槽的南伸为冷暖空气交换提供了次级环流加强的条件,为强降雨天气的产生提供了有利的动力条件,它直接产生的动力不稳定扰动是造成这次暴雨天气的主要原因。另外,西太平洋副高处于加强期,对高空槽起到阻挡作用,使低槽东移缓慢或滞溜,恰遇西南季风爆发与北方弱冷空气汇合,造成持续性暴雨天气的产生。在11日850hPa图上可分析出,切变线的右下方,出现一支西南-东北向的低空急流,急流核位于广西中部,入口在北部湾,出口在湖南东部,平均风速达到16m.-s 1,大暴雨出现在广西东北部,24h达到7站,从而验证了这种低涡切变线配合形势,是造成华南暴雨、强对流天气发生的主要触发机制的结论。重点分析了高空环流形势的演变以及物理量场配置的一些征兆,发现在850hPa比湿场图上,广西东部有一狭长的比湿高值带,它正好位于高低空急流系统之间,q值普遍在14g.k-g 1以上,最大值达到了16g.k-g 1。表明有充足的水汽输送带为暴雨区提供了源源不断的水汽和不稳定能量。在10日8时的850hPa水汽通量图上,高值区位于广西的东北部,中心达到了22g/cm.hPa.s,满足强对流天气发生条件(指标20g/cm.hPa.s),所以广西境内出现最的强降水在10日和11日,也都发生在桂东北,而沿海地区的强降雨则是由季风云团北涌过程在沿海迎风坡作用所形成。随低槽移近,在850hPa涡度图上,8日20时正涡度中心位于广西西北上空,广西西北部暴雨开始,11日08时850hPa正涡度中心达到极大,中心数值达40×10-5~60×10-5S-1,并且复盖整个广西大部分地区,这天正是广西暴雨最多的一天。     

青藏高原东部“7.29”区域性强降水天气特征分析

利用micaips系统常规资料、物理量产品、卫星云图、区域自动站实测资料,对2012年7月29-30日发生在青藏高原东部的区域性强降水天气过程进行分析。结果表明:(1)强降水是在冷空气与西南暖湿气流交汇的过程中产生的,500hPa副高外围槽前西南暖湿气流与西移冷空气交绥是造成此次区域性强降水天气原因。(2)南亚高压和西太副高位置变化对此次强降水有重要影响。(3)此次降水过程前期有稳定的水汽输送和较强的水汽辐合;大气不稳定有利于强对流云团发展。(4)中尺度对流系统(MCSs)是造成这次区域性强降水,局地暴雨的直接原因。     

钦州市“7·20”大暴雨成因分析

通过对2004年7月19~20日钦州市出现的一场大暴雨过程的环流形势及物理量进行分析,揭示了这次大暴雨天气的一些特征,为今后钦州市的大暴雨预报提供了参考依据。(1)环流形势分析7月18日08时500hPa图上,我国的新疆东北部为一强大的高压脊控制,河套附近有一闭合低压,从该低压中心到北部湾海面为一阶梯槽。副热带高压稳定,呈南北块状分布,位置偏东、偏北。高空槽前西南气流与副高西侧强盛的偏东南气流在我区的东南部交汇,这为此次大暴雨的发生提供了充沛的水汽来源。从7月18日08时开始,副高逐渐加强西伸,使得500hPa低压槽东移缓慢。7月19日08时对流层低层出现两个辐合区中心,其中一个在钦州沿海,而高层则处于反气旋环流的右侧,属于相应的高度场的高值区和辐散区,在这种低空有较强的辐合、高空有较强的辐散的有利形势下,20日钦州出现了大暴雨。21日08时副高继续加强西伸北抬,500hPa低压槽西退减弱,强降水中心也随之西移,此次强降雨过程趋于结束。(2)物理量分析1水汽条件分析在大暴雨过程中,暴雨区上空维持了深厚的湿层,暴雨区位于水汽通量密集带内,暴雨的出现与维持,和存在有深厚的水汽通量输送带有密切关系。2涡度、散度场暴雨发生前一天,对流层中低层广西沿海为强烈辐合区,而在对流层高层对应负的涡度区,这样有利于在暴雨区上空形成强烈的上升运动区,它为暴雨的发生提供了所需的动力条件。3θse场θse是反映大气对流不稳定和温湿条件的一个物理量。分析7月19日和20日08时700hPa、850hPa的θse水平分布,发现700hPa能量锋区叠加在850hPa高能区上,在广西沿海建立起了中尺度位势不稳定区,有利于暴雨的产生。随着高空槽的东移和副高的加强西伸,激发了不稳定能量的释放,大暴雨过程随之产生。7月20日08时850hPa仍为θse高能区但θse值减小,但700hPa的能量锋区明显减弱,表明这种位势不稳定已经被打破,21日强降水过程结束。     

一次副高控制下的江西暴雨过程模拟分析

利用WRF数值模式输出的高分辨率模式资料,对2010年7月14—15日江西出现的一次副高控制下的暴雨过程进行了分析。结果表明,此次暴雨过程同样也存在充沛的水汽输送,比湿、水汽通量散度基本都达到江西暴雨的阈值;暴雨区以北能量锋区密集,梯度达到12 K/纬距,大暴雨出现在强能量锋区南缘的高能量舌中;干冷气流侵入地面暖槽,地面扰动有利于强不稳定能量的释放,激发中尺度对流系统发展;强降水发生在切变线附近的西南气流中,并且强降水发生时中低层为一致的上升运动;低层辐合、高层辐散的抽吸作用对上升运动的维持十分有利;300 hPa层以下有正涡度柱存在,在其两侧有下沉气流,并有次级环流存在。     

2009年7月8-9日泰安市暴雨成因分析

2009年7月8-9日发生在泰安的暴雨天气过程主要是在副高西进北抬、副高边缘西南暖湿气流与高空低槽东移南压相结合的大尺度环流下,由黄河北部的低层中尺度切变线和鲁中地区的小低涡以及低空西南急流共同作用造成的.低空西南急流为大暴雨的产生输送了充足的水汽,低涡加大了辐合上升运动和水汽辐合.850 hPa低空大气散度辐合中心正处于泰安,垂直速度强上升区也在鲁中地区,为暴雨产生提供了足够的动力条件,低层850 hPa假相当位温θse＞75 ℃的高能舌为这次暴雨提供了不稳定能量.     

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。     

粤东一次前汛期大暴雨过程分析

利用常规气象站观测资料,广东区域自动站、多普勒雷达以及NCEP/NCAR再分析资料等,分析了2011年6月15—17日粤东出现的一次副高边缘的强降水过程。结果表明,200 hPa南亚高压的缓慢东移、副热带高压的稳定维持、季风槽的缓慢北抬是影响此次暴雨发生的直接系统。强劲的低空急流、超低空急流为此次暴雨提供了充沛的水汽条件和不稳定条件。地面弱冷空气渗透是此次暴雨的主要触发机制。地面中尺度辐合线对水汽和能量的积聚,使得降水强度增加。     

2011年7月两次区域性暴雨天气过程对比分析

2011年7月5—6日和28—29日陕西出现两次区域性暴雨天气过程,陕西省气象台对两次区域性暴雨的预报均比实况推迟12 h左右,利用常规气象观测资料和T639物理量,分析两次过程的高低空形势、物理量、卫星云图等。结果表明:7.5暴雨是在西太平洋副热带高压东退、西风槽东移加深时产生的,7.28暴雨是副高明显北抬,与东移分裂西风槽共同影响,并且南海有热带系统生成时产生的;两次暴雨低空均有辐合切变存在,地面有弱冷空气补充南下;卫星云图上,7.5暴雨为不同尺度的对流单体,7.28为明显高空槽云系;两次暴雨期间均有强烈的上升运动和水汽辐合。在暴雨落区预报方面,当暴雨区在副高边缘且高压稳定时,暴雨区稳定或沿副高外围向北发展;当副高东退时,在西风带系统影响下,暴雨落区向东移动。     

阻塞形势下内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨过程水汽特征分析

使用常规观测资料、FY-2G卫星及1°×1°的NCEP再分析资料,对2017年7月6—7日内蒙古东南部地区一次冷涡暴雨天气过程进行分析。结果表明:在稳定的"一槽一脊"型环流背景下,阻塞高压稳定维持,西风槽东移受阻移动缓慢,加深为涡,暴雨发生在冷涡发展加强阶段;低空急流建立,一方面形成偏南水汽输送,为暴雨提供源源不断的水汽,水汽收支主要集中在700 hPa以下,暴雨发生前水汽净收入明显增大,南、北边界水汽贡献率大;另一方面,偏南暖湿气流的输送使不稳定层结建立,能量在暴雨区积聚,偏南低空急流与高空急流耦合,又为暴雨发生提供了动力条件;暴雨发生前后湿度场变化显著,大气可降水量最大达到55—60 kg·m^-2,且暴雨发生前增幅显著,增幅近2倍。暴雨区700 hPa (850 hPa)上比湿不低于7 g·kg^-1(12 g·kg^-1),强降水出现在水汽图上白亮区断裂消失后,高层比湿峰值附近和相当黑体温度<230 K为强降水高发区。     

T213数值预报释用技术的研究

通常情况下副高控制下的稳定层能抑制对流的发展,天气晴好。但有极少数的局地强降水,是发生在大尺度高压脊附近。本文通过对2004年8月10日阳泉地区在副高控制下的暴雨天气从环流背景、物理量特征等方面,进行了综合分析和探讨,结果表明,当低层水汽充足,局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时,在500hPa副热带高压内部也会出现中尺度暴雨云团,产生强降水。     

副高边缘两次大暴雨天气过程物理量特征分析

利用常规气象资料、NCEP 1°×1°再分析资料对2012年7月1~4日副高边缘四川省达州市连续两次大暴雨天气过程的物理量进行了重点分析。分析结果表明K指数和假相当位温垂直梯度变化与暴雨对应关系较好,850hPa比湿能很好的反映低层大气水汽含量情况,可以为暴雨预报的一个重要参考指标;副高边缘偏南气流提供了较好的水汽条件;垂直螺旋度与暴雨中心位置和强度有较好的对应关系;副高边缘西南气流使得垂直涡度增大,系统斜压性加强,有利于暴雨产生。      

2003年初夏咸宁市一次连续暴雨过程的能量学分析

根据暴雨发生的三个基本条件,使用850hPa、700hPa、500hPa天气图及地面天气图资料,以及不同层次(1000hPa、850hPa、700hPa、500hPa、300hPa)总温度场及比湿场资料,分析了2003年6月23-25日发生在咸宁市的一次连续性暴雨过程的成因。结果表明：能量经向剖面“鞍型场”配置,提供了不稳定能量;比湿经向剖面湿度脊的存在,提供了良好水汽条件;地面存在江淮切变线,中低层存在暖式切变线,中低层至地面长时间维持强辐合天气系统,导致垂直上升运动;强降水落区主要发生在700hPa能量锋及湿度不连续线南侧、高能舌及湿舌北部、高能管北界壁附近、湿度脊下方。     

低涡切变暴雨环流特征及物理量特征分析

根据铜仁10个站点2013—2017年雨量资料,选取5—7月的区域暴雨个例,利用常规天气资料和NECP资料,总结了暴雨天气的主要影响系统,对比分析了冷性低涡切变暴雨和暖性低涡切变暴雨的环流特征及物理量特征。分析发现,①冷性低涡切变暴雨的环流特征表现为:500 hPa高空副高脊线稳定,多波动槽,中低层有明显的低涡切变,低涡中心在川渝一带,东移路径;地面无明显锋面,有弱冷空气渗透,多以偏北路径为主,无明显降温;其发生频率是低涡切变型暴雨的33%,以5—6月为主。②暖性低涡切变暴雨的环流特征表现为:500 hPa高空副高脊线稳定,中低层有明显的低涡切变,850 hPa低涡多位于铜仁上空,东移南下路径;地面多为均压场,处于暖低压底部,海上高压后部;其发生频率是低涡切变型暴雨的67%,以6—7月为主。③冷性和暖性低涡切变暴雨物理特征表现为:水汽条件在暴雨发生时段最大,结束时减小;动力条件和热力条件及k指数在暴雨发生前、发生时两个时段逐渐增大(发生时最大),发生后减小;其他不稳定能量条件没有规律;暴雨的发生与不稳定能量的相关性不大。     

远距离台风“康森”与高空西北气流共同作用对大暴雨的影响

利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料、中国地面与CMORPH融合0.1°×0.1°逐小时降水产品、FY2E卫星资料和常规观测资料,对2010年7月14—15日江西东北部大暴雨天气进行分析,重点讨论了15日远距离台风与高空西北气流的相互作用。结果表明:(1)暴雨发生在副高北缘和高空为西北气流的背景下,低层存在台风"康森"的远距离水汽输送,低涡切变、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生,其中远距离台风"康森"与西北气流起了主导作用;(2)由于副高结构不够深厚强盛,强降水发生于南亚高压东侧偏北气流、500 hPa大陆高压和海上副高之间的西北气流、700—850 hPa副高西侧的西南急流中:台风"康森"北侧强劲的东南急流和副高西侧西南急流叠加将低纬大量的水汽和热量沿着大陆高压和海上副高之间的甬道向北输送,使江南北部成为高温高湿高不稳定区,200 hPa上16~20 m·s-1西北气流带动500—700 hPa干空气向南移动,与同步加强的暖湿气流相遇形成斜压锋区,使辐合系统稳定于江南北部;(3)高空西北气流和远距离台风的共同作用使斜压锋区的水平和垂直梯度加大、垂直风切变加强,有利于气旋性涡度发展、锋生加剧,强烈的上升气流穿越锋区,引起强的水汽辐合,加大了层结不稳定,在斜压区激发出多个中尺度涡旋,促进对流发展、强降水发生。(4)预报业务中,关键在于对副高、500 hPa冷槽、台风等外强迫系统强弱的预估,一方面需关注上下层系统作用对比的强弱,找出占主导地位的天气系统,另一方面应注意低层扰动环境的改变。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称“副高”)边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明：此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温tbb≤-60 ℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的“列车效应”,强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶tbb≤-70 ℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

邯郸地区一次登陆台风大暴雨过程观测分析

受登陆台风"海棠"减弱后低压与东移锋面云系的共同影响,2005年7月21日夜间到23日早晨邯郸地区出现了大范围的暴雨天气。本文从天气形势、水汽输送特征、云系演变特征和大气不稳定条件等方面进行分析,探讨了这次登陆台风暴雨天气的成因。结果表明,台风低压、稳定少变的副热带高压以及500 hPa低槽相互作用,共同造成了这次暴雨天气过程,高纬弱冷空气南下,与台风携带的暖湿空气相遇,加之太行山地形的影响,造成暖湿空气抬升,使得冀南地区产生中尺度对流云团,进而发生强降水。地面自动站以及加密站风场资料分析指出,低空偏北风与偏东风之间的中尺度辐合线对暴雨发生有重要作用,其出现的时间和位置决定了中尺度暴雨天气的发生时间和位置。在水汽输送方面,西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海和东海,而东部平原地区的大暴雨,其水汽主要来源于南海。简单的层结分析表明,暴雨区上空存在对流不稳定和对称不稳定共存的现象,两者共同为系统发展和暴雨发生提供了不稳定条件。     

双雨带过程中的回流暖区暴雨个例对比研究

利用常规观测资料、NCEP 1 °×1 °FNL资料、自动站降水资料,对华南两次双雨带过程中的回流暖区暴雨个例进行了对比分析,结果表明:(1)与暖湿的南到西南气流相比,变性高压脊后部回流的东到东南气流具有一定干冷属性,边界层两支不同性质的气流汇合形成辐合渐近线和边界层锋区。回流暖区暴雨实际是先有回流、预先在东侧形成浅薄的冷池,后有高空槽加深东移、带来边界层西南风,与东南风辐合,形成低层辐合抬升条件,西南风暖平流使边界层锋区加强并缓慢东移,产生的暴雨。回流和高空槽均起到关键的作用;(2)回流暖区暴雨区域在边界层内具有弱对流性不稳定或湿中性层结、而在中低层具有明显对流性不稳定,其发生发展机制有别于锋前暖区暴雨和典型锋面暴雨;(3)边界层较大水平螺旋度与回流暖区暴雨有良好对应关系,对回流暖区暴雨预报有指示意义,是回流暖区暴雨区别于锋面暴雨的重要动力学特征;(4)回流暖区的水汽输送主要集中在850 hPa以下,以925 hPa最显著,北侧锋区的水汽输送主要集中在850~700 hPa;南北两支雨带低层的水汽输送通道可能存在部分重合,当南侧暖区雨带的对流发展起来后,部分水汽可能被南侧辐合系统截留,从而影响北侧的水汽输送强度。这可能是导致北雨带降雨强度不如南雨带的一个原因。      

“8.24”桂西南大暴雨过程分析

利用常规高空和地面观测资料、中尺度自动站观测资料、多普勒天气雷达等非常规资料,对2011年8月24日高空槽、切变线和地面弱冷空气共同影响下桂西南出现的大暴雨过程的热力、动力、水汽等环境条件和雷达特征进行了分析,表明暴雨前期水汽及能量条件不满足广西典型暴雨天气特征,暴雨前0-12小时水汽、动力、热力条件的急剧增加,水汽辐合上升运动的强盛,有利于触发中小尺度对流系统的发生发展,对暴雨的临近预报具有一定的指示作用,中尺度系统的维持少动对此次强降水过程的维持发生具有触发作用.     

基于探空资料的1961—2018年新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明:新疆大气比湿自西向东、自南向北递减,且随高度增加而减小,新疆比湿远小于东亚季风区;夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850和500 hPa各站之间比湿差异较大,而700 hPa各站比湿差异较小;850、700和500 hPa比湿均表现为线性增加趋势,并表现为1967—1986年偏干、1987—2005年偏湿,1987年为突变点;850、700和500 h Pa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1～2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春、秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2～3倍,春、秋季需要更多的水汽产生强降水。