利用风廓线雷达资料分析低空急流的脉动与暴雨关系

将1998年5～7月华南暴雨和南海季风科学试验期间香港天文台提供的风廓线雷达资料和香港的每小时天气现象及雨量进行了详细的对照发现，风廓线资料可以揭示出西南季风中和行星边界层中与暴雨相联系的中尺度现象，2km高度以上的低空急流中心早于2km高度以下超低空急流中心1～2小时出现，强降水的出现和超低层急流风速中心的出现相对应的。设计了一个表征低空急流强度和高度的指数I，它可以清楚地表示出降水强度与低空急流之间存在密切的关系。分析表明在指数I迅速加强后1—2小时内将出现强降水，因此风廓线对强降水的出现有一定的预示性。     

干旱、半干旱地区低空急流特征与暴雨关系的研究

引言暴雨天气过程发生时,对流层下部、行星边界层顶附近,经常出现一支狭窄的强风带,中心风速最大值达到12m/s或更大,人们称这支强风带为低空急流,它的存在对暴雨的发生与发展有密切的联系. 干旱、半干旱地区的低空急流与暴雨的关系和潮湿地区有明显的差别.有些特大暴雨过程,在暴雨发生时和暴雨结束后,尽管     

利用风廓线雷达资料对南京地区低空急流的统计分析

为了解南京地区低空急流的活动特点,对两部风廓线雷达在2005—2008年收集的风廓线数据,分别从低空急流的月变化、日变化、急流中心特征以及伴随的天气情况等几方面开展了统计分析和对比研究。结果表明,低空急流存在明显的月变化及日变化规律,春、夏季出现低空急流次数多于秋、冬季;凌晨和夜间是低空急流活动的活跃期,且午夜出现极大风速的概率最大;低空急流中心主要出现在1 400 m高度以下,且低空急流中心速度的增强有利于降水的发生。夏季低空急流的出现有利于暴雨的发生。边界层风廓线雷达和对流层风廓线雷达的统计结果具有较好的一致性,两部雷达都能够较好地连续监测低空急流的发生发展。      

关于行星边界层顶现象

近些年,我国气象工作者从不同角度发现,离地面1000—2000米存在一系列重要现象,如低空逆温、低空急流和低空活跃层。本文把这些现象联系起来,说明它们都是一种行星边界层顶现象,是行星边界层和自由大气大尺度运动相互作用的结果。由于行星边界层顶是对流层大气中的最活跃层,其变化特征对暴雨、强雷暴及寒潮等灾害性天气有显著的预兆性,故研究这层大气的演变规律,不仅有理论意义,而且对于短期天气预报也是需要的。 。     

陕北北部一次罕见区域性暴雨天气过程分析

利用常规观测资料、自动站观测资料和榆林多普勒雷达(CB)观测资料,分析2009年7月7—8日发生在陕北北部榆林地区的暴雨天气过程,结果表明:这次暴雨天气过程可分为两个时段,第一个时段是强对流产生的局地暴雨,第二个时段是大范围对流天气产生的区域性暴雨。对流体中低层辐合、高层辐散情况下出现中层辐合区特征可作为强降雨出现时段和地点的一个指示,在短时临近预警时可作为强降雨预警重点区域考虑。低层偏东急流是区域性暴雨天气的触发者,区域性暴雨天气的发生,对应着低层偏东急流、中低空海拔2.0~4.0 km偏南急流、中高空海拔4.0~8.0 km风速≥12 m/s的西南气流,各层气流随高度上升顺时针旋转。区域性暴雨天气与中低空急流的出现密切相关,中低空急流建立、增强,区域性暴雨也随之出现、增强;中低空急流遭到破坏,区域性暴雨天气结束。     

北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究

首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600～900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.     

海南岛不同强弱秋汛期暴雨的环流形势和动力特征分析

基于天气学诊断分析方法,对2000年10月11—14日、2010年10月1—8日和2003年10月4—5日、2005年10月10-11日4次不同降水强度的秋汛期暴雨过程进行了对比分析,研究结果表明:不同强度秋汛期暴雨过程的降水分布和高低层天气系统配置具有相似性,导致秋汛期暴雨出现强度差别的主要原因是天气系统强度、位置的差异。秋汛期暴雨强个例中,南亚高压中心位于海南岛上空,辐散强度是弱个例的2~3倍,南海热带低值系统相对更强,位置偏北,副高偏弱主体退缩至海上。南海中北部出现偏东风低空急流是秋汛期暴雨过程中最显著的环流特征。在不同强度的降水个例中,急流的分布形态、强度存在明显差别。强个例中低空急流的急流核强度、长度、厚度,以及急流核上方的风速梯度均远大于弱个例,且水平风随高度顺时针旋转现象十分显著,出现强的暖平流。此外,最强降水日中强个例的低空急流核位于海南岛东部近海上空,在水平方向上稳定少动,垂直方向和风速上则脉动剧烈。弱个例的急流核在水平方向上东西振荡明显,在垂直高度和风速上变化很小。秋汛期暴雨强个例的水汽主要由偏南风、偏东风和东北风3支气流输送而来,既有经向输送也有纬向输送,弱个例的水汽以经向输送为主,多为偏东气流所致。     

中国西南低空急流和西南低层大风对比分析

通过从垂直切变角度对中国低空急流的定义,表明西南低层大风现象有两类:有垂直轴的低空急流和无垂直轴的西南低层大风(简称低层大风),并揭示了二者的气候学和天气学特征差异。分析表明:在江南地区,低空急流主要活动在4~7月850 hPa,有明显的日变化,和华南、江淮地区的暴雨期同步;在东北地区,低空急流在全年都有较多活动,多在925 hPa,日变化不明显,和降水季节没有同步性。低层大风主要活动在700 hPa,日变化不明显,江南地区主要发生在12月至翌年4月,东北地区全年都有少量出现;江南地区低空急流日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显减小,风速随高度减小,大风只存在于对流层低层。东北地区低空急流日的气压梯度随高度减弱不明显,低空急流轴浅薄,位于925 hPa左右的低层,其上方仍然受高空急流控制。低层大风日,从850 hPa至500 hPa随着高度增加,气压梯度明显增大,风速随高度增强,大风存在于对流层整层。风场和气压场变化趋势都近似满足地转风关系。江南地区低空急流的水平尺度和垂直厚度比较大,东北地区的低空急流尺度与“狭管”地形相当。江南地区的西南低层大风当其活动高度下降到850 hPa以下并和副高西侧西南气流配合时,也有较强的水汽输送作用,伴有明显降水天气。东北地区的低空急流和低层大风,主要是与中高空大风的向下延伸和地形强迫有关,气流一般为西北再转成西南风,水汽输送能力小,不利于产生大的降水天气。总之,低空急流和低层大风有着不同的结构和成因,它们的动力热力学涵义也不同,通过对二者区分,可以更合理地理解中国低空急流与暴雨(雪)天气的关系。     

一次持续大范围暴雨过程诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料等对2010年7月10—13日江苏持续大范围暴雨过程进行诊断分析。结果表明:持续渗透的冷空气和同时存在东西两股水汽通道是此次持续大范围暴雨过程产生的关键;高空急流的位置对暴雨的落区有明显的指示作用,而低空急流的强弱对降水量的大小起着决定性的作用。当高空急流南侧的急流风速等值线密集区在3个纬距内急流风速差达到10 m/s,同时低空急流中心达到12 m/s时,在两个急流带之间易产生区域性暴雨或区域性大暴雨天气;涡度和散度场的高低空中心与暴雨的落区有很好的对应关系;对高低空急流、涡度、散度等时间平均场的分析,可以判断持续大范围暴雨过程中区域性大暴雨的落区。     

塔克拉玛干低空急流特征分析

利用2000~2013年ERA-Interim再分析资料对塔克拉玛干地区风速廓线进行分析,发现在多年平均状态下边界层内存在风速极大值中心,表明该地区可能长时间、广泛存在低空急流。为进一步判定、分析可能存在的低空急流及其季节变化特征,本文从最大风速发生高度、逆温以及风切变3个方面考虑,给出了低空急流的具体判定条件。通过客观判定表明,塔克拉玛干地区常年存在偏东方向低空急流,具有较高的发生频率,最大频率出现在8月份达68.4%,最小频率在12月份,为54.5%。急流中心高度和最大风速均存在显著的季节变化:夏季低空急流发展最高,平均高度位于地面以上339.6 m,冬季高度最低,平均高度237.7 m,春、秋季高度相近约为290 m左右;急流最大风速春、夏季最强,平均值高于7.5 m/s,秋季风速减弱为6.3 m/s,冬季达到最小值5.0 m/s。此外,分析还发现急流最大风速先随高度上升而增加,达到地面以上某一高度范围后,又随高度增加而减小。     

广西"05·6"特大暴雨天气的数值模拟分析

对2005年6月广西特大暴雨天气过程进行了分析,发现该过程是一次中尺度华南低空急流引起的暴雨过程。利用MM 5模式成功的模拟了这次暴雨前后低空急流轴走向和急流中心的强度变化,及其低空急流的左前侧850全风速变化特征,整个大气层散度场、垂直速度的分布特征,500hPa涡度发展演变特征,这些物理量的配置,显示出典型的强降水特征;模拟的暴雨强度、位置与实况也较为一致。     

珠江三角洲“9·7”极端暴雨精细观测特征及成因

2023年9月7—8日珠江三角洲出现极端特大暴雨(简称“9·7”极端暴雨)。应用多源资料分析该过程的精细化观测特征及成因,结果表明:“9·7”极端暴雨由高层辐散、中层弱引导气流、低层西南季风和台风海葵(2311)残涡共同造成,水平尺度约为100 km的带状中尺度对流复合体长时间维持,列车效应和暖云降水特征显著,雷达回波质心低,最强降水阶段不低于45 dBZ的强回波质心位于4 km高度以下,不低于30 dBZ的强回波在深圳持续时间长达21 h。该天气过程以中小雨滴为主且数浓度较大,当降水强度大于20 mm·h^-1时,雨滴粒径增大但数浓度明显降低。“9·7”极端暴雨持续时间、强度和落区与边界层低空急流脉动、急流核区位置对应很好,强降水出现在低空急流指数迅速加强后的1～2 h内,低空急流和低空急流指数变化对强降水具有重要指示意义。台风海葵(2311)残涡在珠江三角洲的长时间滞留是此次极端暴雨的天气尺度原因,深厚的边界层低空急流提供了良好的动力和水汽条件,对流风暴的持续生成和维持是此次极端暴雨的直接原因。     

“17·7”榆林特大暴雨成因及多普勒雷达特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料以及榆林多普勒天气雷达产品,对2017年7月25—26日榆林市区域性暴雨、局地大暴雨成因进行分析。结果表明:500hPa短波槽、700hPa低空西南急流和850hPa中尺度切变线是本次过程的主要影响系统;700hPa西南急流为特大暴雨的主要水汽输送系统,同时为强降水的维持提供了不稳定能量。雷达反射率演变特征表明该次过程有两个强降水时段,第一阶段为位于榆林北部的带状回波和南部的孤立雷暴单体造成的局地强降水,第二阶段为回波前部不断生成并发展的多个强回波中心给榆林南部带来的大范围短时暴雨。径向速度图上,在第二阶段对称的正负速度中心表明700hPa存在明显的西南低空急流;过程期间低空急流与强降水的发生具有较高的相关性,持续出现的中心风速为15 m/s以上的西南急流对短时大暴雨的产生有重要作用,低空急流的强度直接影响着强降水强度,急流风速增幅越大,强降水雨强增幅越大。     

华南初夏的超低空急流及其对暴雨的影响

通过华南暴雨实验获得的8次暴雨过程的资料分析,发现这些暴雨过程行星边界层下部都伴见1—2支中间尺度的偏南风强风带,它和常见的西南风低空急流有显著不同,为易于区别,称为超低空急流。分析看到,超低空急流和华南初夏的暴雨有着密切关系。     

北京奥运期间一次暴雨过程风廓线资料特征

通过分析2008年8月10—11日,北京暴雨天气过程中的两部风廓线仪(观象台、海淀)数据,总结其在此次过程中的特征发现:观象台与海淀两部风廓线仪在该地区强降水发生前,都监测到有低空急流的出现,但是出现时段、高度、维持时间、均不相同;在暴雨发生前,两部风廓线仪观测的垂直速度,均出现明显的变化,特别是海淀的垂直速度有大于8m.s-1的速度区,并到达地面;强降水发生前在垂直方向的温度平流同样有明显变化,冷暖平流随高度交替出现,且与低空急流出现的时间以及位置一致。由此可见低空急流与温度平流的变化有着重要联系。大气折射率结构常数可以与垂直速度相结合,为判断垂直方向大气的稳定程度以及降水提供辅助依据。     

950毫巴风场和温湿场与暴雨的关系

我们在华南前汛期几次暴雨过程的分析中,发现海拔500m低空(或950mb等压面)的风场和温湿场与暴雨有着很好的对应关系。一般说来,行星边界层的厚度约为1500m,海拔500m处(约950mb)可近似地代表边界层的情况(国外准备把925mb层来代表行星边界层)。在我们的分析中,发现暴雨最强的时刻,500m低空的辐合也最强,影响暴雨的温湿场特征在     

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。     

浙北梅雨季低空急流特征及其与暴雨的关系

应用2004-2011年常规探空资料、浙江北部雨量资料和2011年NCEP/NCAR再分析资料,对梅雨季影响浙北的西南低空急流进行统计,并在此基础上对急流活动与浙北暴雨的关系进行了分析,为浙江北部梅雨期暴雨的预报提供实际参考价值.结果表明:西南风低空急流在700 hPa层上出现次数最多,自上而下减少,其活动有明显的日变化特征,早晨增强,傍晚减弱;在不同类型的低空急流中,以SJ型、DJU型和TJ型居多,而DJL型急流偏少.浙北梅雨季暴雨发生前近90％伴有急流活动,其中DJU型急流较多;夜间暴雨比白天暴雨更依赖于低空急流,夜间暴雨发生前12h即有低空急流建立.2011年6月中旬的暴雨集中期对应着两次西南风低空急流的增强过程,低空急流最大风速出现在600 hPa附近并向低层伸展.     

梅雨期武汉地区的暴雨

梅雨期武汉地区暴雨预报难度较大,今根据1959年到1979年的28次的暴雨过程,从低空急流及低值系统两方面进行分析。一、低空急流与暴雨关系 1.低空急流标准:850或700mb任一层上芷江、长沙和南昌三站中有二站出现偏南风,风速≥12米/秒,定为低空急流。 2.低空急流与暴雨关系的统计分析: 从1959到1979年梅雨期的28次暴雨过程中,24小时前出现低空急流有23次,占82％;还有5次先出现降水,然后低空急流才建立。 (1)低空急流形成的方式: 从500mb上分析,低空急流形成主要有两种方式:     

边界层急流在粤东暴雨中心两次极端强降水过程中的作用

基于广东省气象观测资料、汕尾多普勒天气雷达产品和全球再分析资料CSFR,分析了2013年8月和2018年8月发生在粤东暴雨中心的破纪录极端强降水过程,阐明边界层急流的作用。结果表明:(1)两次过程的主要影响系统分别为长时间缓慢移动的1311号台风尤特残余环流和季风低压外围环流,当粤东暴雨中心处于台风环流东南侧和季风低压东侧时,边界层急流在该区域辐合抬升,形成的中尺度能量锋利于强降水的触发;(2)边界层急流为强降水提供了充沛的、源源不断的水汽条件,同时配合特殊地形的摩擦、阻挡等作用,在粤东暴雨中心内形成了明显的水汽通量辐合;(3)持续性强降水发展期间,大气层结长时间处于不稳定状态与对流层低空暖湿平流的不断输送密切相关。两次过程中不同点主要表现为边界层急流强度和风向不同,由此带来的气流辐合方式和强降水范围有明显的差异,季风低压影响过程中边界层急流作用更显著。