2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_BB)资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_BB资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_BB梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。     

一次MCC过程雷达回波特征分析

2011年8月15—16日,在河北南部和山东北部地区的中尺度对流复合体（MCC）产生了区域性的暴雨,局部地区出现了大暴雨和特大暴雨。利用多普勒雷达、卫星云图、区域自动站等资料,对这次MCC过程进行了分析,结果表明：MCC中的中-β尺度结构显著,系统有多个中-β尺度对流云团发展而成;不同触发机制的对流回波的合并发展是MCC发展成熟的重要标志;辐合线右侧对流单体的生成、发展,且并入到对流云团主体,是MCC长时间维持的重要因素;径向速度场上表现为中尺度辐合线、局部逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋等特征,为强降水提供了动力条件,是出现短时强降水的重要特征;雷达径向速度场直观反映MCC的内部气流结构状况,为判断MCC的演变和强降水落区提供了重要信息。     

2005年初夏湖南致洪大暴雨中尺度分析

利用地面加密观测资料、湖南自动站雨量资料、FY-2C卫星TBB资料和多普勒雷达探测等资料，对2005年初夏湖南致洪大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明：大暴雨是中尺度辐合线、中尺度低压和中α尺度对流云团共同作用引发的，高层辐散先于中低层辐舍的抽吸机制，θse廓线呈弓形分布的上千冷、下暖湿不稳定层结，南海丰沛的水汽输送是大暴雨形成的物理条件。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统，中尺度系统对应着雨团活动，积云时流发展早于中尺度系统和雨团的发展；强降水与深对流云团及雷达回波强度强、回渡顶高、VIL大的强对流单体有密切的关系。     

一次热带低压引发上海特大暴雨过程的中尺度系统分析

作者利用每日4个时次的1.×1. NCEP资料、逐时的GMs 5卫星红外云图资料、雷达组合反射率及雷达回波顶高图像资料和上海雨量自动站观测资料,对2001年8月5至6日上海特大暴雨过程进行了分析,认为:(1)停滞在上海地区的热带低压为此次特大暴雨的发生提供了有利的背景,而低压内部不断更替出现的中尺度对流云团是暴雨的直接制造者;(2)5日夜至6日晨,热带低压内至少有四个中尺度雨团发生发展,雨团的水平长度小于100 km,宽度约50km,生命史1～3 h不等,属于典型的β中尺度系统;(3)来自西太平洋和南海的暖湿气流向上海地区输送了充足的水汽;(4)热带低压内对流层低层的辐合、高层的辐散有利于强上升运动的维持,强上升气流携带充足的水汽、能量有利于对流云团的发生发展,产生降雨.     

一次中尺度强降水天气过程分析

利用常规观测资料、卫星云图、自动站气象观测资料和多普勒雷达等资料,对2011年6月16日玉林市南部一次中尺度强降水过程进行天气动力学和中尺度分析,结果表明:这次暴雨是在有利的大尺度环流下产生,通过中尺度系统激发而产生的。高空低槽和低空切变辐合是强降水产生的前提条件,中尺度对流云团强烈发展是强降水产生直接原因;分析红外云图的TBB、多普勒雷达反射率和基本速度、地形条件等方面都很好地阐述了本次强降水的暴雨中心。     

一次中尺度强降水天气过程分析

利用常规观测资料、卫星云图、自动站气象观测资料和多普勒雷达等资料,对2011年6月16日玉林市南部一次中尺度强降水过程进行天气动力学和中尺度分析,结果表明：这次暴雨是在有利的大尺度环流背景下．通过中尺度系统激发而产生的。高空低槽和低空切变辐合是强降水产生的前提条件,中尺度对流云团强烈发展是强降水产生的直接原因;分析红外...     

新疆西部"6.16"强降水过程的中尺度分析

利用常规观测、风云卫星、多普勒天气雷达、CMORPH卫星降水量融合资料和NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2016年6月16—17日新疆西部一次罕见暴雨过程进行中尺度分析。结果表明:(1)该暴雨过程具有累计雨量大、暴雨强度强、局地日雨量破极值、短时强降水范围广等特点。暴雨区位于200 hPa高空西南急流出口区左侧、500 hPa偏南气流及700 h Pa切变线附近。较强的CAPE和K指数对该暴雨有很好的指示意义。(2)该暴雨过程发生在低层辐合、高层辐散、低层较湿的有利背景下。强正涡度、强辐合和强上升运动不断将水汽和能量向上输送,为暴雨的产生提供有利的环境条件。(3)中亚地区中尺度雨团在发展演变过程中,逐渐形成西南-东北向带状多中心雨带,中心依次到达伊犁北部沿山地区,和原有的中尺度雨团共同作用,造成暴雨天气过程。中尺度对流云团不断产生于中亚地区,在东移过程中不断发展加强依次到达暴雨区,致使暴雨区不断产生短时强降水。(4)暴雨过程两个时段的中尺度对流系统存在明显差异,第一时段主要为孤立中尺度对流系统,造成伊宁博尔博松站成为暴雨中心并出现最强短时强降水的直接系统是风场特征明显的中γ尺度对流单体并在暴雨区维持少动。第二时段为CR达50 dBz、DVIL达4 g·m~(-3),长度达70 km、宽度达10km且呈准南北态的线状中尺度对流系统,其在向东移动过程中造成多站依次出现短时强降水天气。     

黄土高原一次γ中尺度致洪大暴雨环境场特征分析

为了提高对黄土高原γ中尺度致洪暴雨预报和预警能力,利用NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒天气雷达资料等,对2015年7月18日黄土高原发生的一次γ中尺度致洪暴雨进行了诊断分析。结果表明:700~200 h Pa深厚低涡和低层切变是这次暴雨的主要影响系统;暴雨发生前暴雨区大气层结对流不稳定增强和对流有效位能的增长为强天气的发生提供了有利条件;暴雨发生前地面图上生成的湿焓高能中心、850 h Pa和700 h Pa等压面上生成的对流涡度矢量垂直分量高值中心和暴雨落区形成很好的对应关系;线状中尺度对流系统中β中尺度对流云团的发展加强对强降水有直接影响;线状中尺度对流系统在雷达回波图上体现为多个对流单体组成的带状回波,影响暴雨区的对流单体回波中心强度50 d BZ,径向速度场分析表明γ中尺度气旋性辐合的生成和维持为暴雨的持续提供了动力条件。     

渤海西海岸带大暴雨中尺度云团空间结构分析

利用FY-2E和CloudSat卫星、多普勒雷达、T639L60物理量、雷电及实测降水等资料,分析了2010年7月19日、8月4日和21日渤海西海岸大暴雨天气的中尺度云团时空分布.结果表明,从红外云图、水汽云图与6h雨量叠加可明显看出有多个β、γ中尺度云团,并以50～60 km·h-1的速度沿副热带高压588 dagpm线西北侧的引导气流方向移动,强降水时段TBB温度值为-96～-115℃,涡旋状云系对应低层中尺度低涡,带状云系对应低层中尺度切变线.同步雷达反演显示,β中尺度对流云团强、弱交替变化周期为3～6h,天津地区减弱的雨团移到河北海岸带,在有利的低层风场辐合区产生了新的暴雨云团;该暴雨云团减弱后,对下游锦州上空的中尺度雨团发展是一个快速波动传输过程,且与多单体风暴的传播机理相似.闪电频数与强降水时段的峰值较一致,中小尺度雨团合并和低层辐合是造成短时强降水的原因之一.     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。     

2006-06-13贵州省望谟县大暴雨的诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析资料、观测资料、FY-2C的红外云图TBB资料以及多普勒雷达的实时监测资料,对2006年6月13日发生在贵州省望谟县的突发大暴雨天气进行了研究,综合分析了此次强降水天气过程的影响系统、中尺度对流云团的发生发展演变、雷达回波特征及物理量场特征。结果表明,望谟县的短时强降水是受河套冷空气快速南下影响而致使贵州中部的辐合线南压锋生诱发β中尺度云团的生成与强烈发展所引起的。强降水区域与低层辐合带直接相关;对流层低层有能量锋出现,锋前积聚较强的潜在湿有效位能,在斜压扰动下,激发了倾斜垂直涡度的发展,导致大气层结对流性不稳定强烈发展,使中尺度对流系统得以发展和维持;雷达回波图反映了典型的中尺度系统特征。     

基于多尺度小波边缘检测的对流降水和闪电分析

为准确估测对流降水,提出了多尺度小波边缘检测算法,借鉴小波变换的多尺度分析和边缘检测原理,对雷达反射率数据进行处理,有效地识别出对流云回波区域,进而反演对流降水,精细化分析其和闪电的相关关系。选取了南京2009年7月6—7日的一次强雷暴降水过程中对流活动较剧烈的180 min为例,对采自南京龙王山雷达站的真实数据进行了算法识别分析,反演得到对流降水,统计6 min时间间隔内的闪电频数与同期降水进行相关分析,得到该时段中每次闪电所表征的降水量（RPF）的范围在7.47×106～4.46×107 kg,平     

“0811”暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

利用T639 1°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温(TBB)、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即"0811"暴雨过程)中的中尺度对流复合体(MCC)和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,(1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。(2)山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。(3)在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5 880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5 840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流入口区的右侧。(4)MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。(5)山西南部MCC影响区和5 880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。(6)山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对"0811"暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

2010-07-23陕西中西部大暴雨天气诊断分析

分析结果表明：①山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成、发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个B中尺度对流云团发生、发展、合并形成,β中尺度对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随副高的南压而南压。②副高西进北抬背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5880gpm边缘弱的斜压环境里,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5840gpm边缘较强的斜压环境里,高层则出现在急流人口区的右侧。③MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌、暖温结构更深厚。④南部MCC影响区及5880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在北部一般暴雨云团影响区及5840gpm线附近。一般暴雨云团影响下比MCC影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。⑤山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋的南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对0811暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

IMPACTS OF TWO TROPICAL CYCLONES EXPERIENCING EXTRATROPICAL TRANSITION DURING NORTHWARD PROGRESSION ON THE RAINFALL OF LIAODONG PENINSULA

Both of Typhoon Winnie (9711) and Matsa (0509) underwent an extratropical transition (ET) process when they moved northward after landfall and affected Liaodong Peninsula. However, Matsa produced half as much rainfall as Winnie, although it struck Liaodong Peninsula directly while Winnie passed through the Bohai Sea. The relations between the ET processes and the precipitation over Liaodong Peninsula are examined. The result shows that the precipitation difference between Winnie and Matsa was closely related to the interactions between the westerly systems and typhoons during their ET processes. Winnie was captured by the upper westerly trough and then coupled with it when moving to the mid-latitudes, and the positive anomaly of moist potential vorticity (MPV) was transported downward from the upper troposphere over the remnant circulation of the tropical cyclone (TC). It was favorable to the interaction between tropical warm and wet air and westerly cold air, causing convective cloud clusters to form and develop. The rain belt composed of several meso-β cloud clusters over the Liaodong Peninsula, resulting in heavy rainfall. On the other hand, Matsa did not couple with any upper trough during its ET process and the positive anomaly of MPV in the upper troposphere and its downward transfer were weak. Only one meso-β cloud cluster occurred in Matsa’s rain belt during its ET process that tended to lessen rainfall over Liaodong Peninsula.     

上海暴雨和强对流天气的地面观测分析

近年来,人们利用卫星、雷达和地面观测资料相结合的分析方法,得到了一些暴雨和强对流天气预报的经验。例如,姚祖庆、肖稳安等利用卫星云图资料概括出影响长江中下游暴雨和强对流天气的5种环境云场特征和在这些云场中暴雨和强对流云团的演变过程,通过追踪这些云团活动来作暴雨和强对流天气的预报。杜秉玉等以雷达资料为主设计了长江三峡和荆江地区暴雨预报的临近预报系统。文中利用上海地区稠密的地面观测资料,分析1983年9月3日、1985年7月11日、1983年7月26日影响上海的暴雨和龙卷天气过程中地面气象要素场和物理量场的先兆表现,期望从地面观测资料的变化特征提供暴雨和强对流天气预报的依据。     

广西大范围暴雨期间孟加拉湾强对流演变及东移特征

分析1980~2002年主汛期(5~7月)广西锋面型大范围暴雨期间孟加拉湾对流云团演变及与之相应高低空环流变化,结果表明:孟加拉湾强对流在广西暴雨发生前3天发展最为旺盛,受孟加拉湾低槽引导,对流云团爬上中南半岛进入广西,当其与高原东移的云团相结合时再次发展,造成广西大范围暴雨。分析200 hPa高度场和流场结果表明:当广西暴雨发生时,孟加拉湾、中南半岛及广西受200 hPa南亚高压控制。分析850 hPa水汽通量矢量场结果表明:广西锋面型暴雨发生时,从孟加拉湾到广西上空有一西南气流的水汽输送带,广西暴雨水汽主要来源于孟加拉湾。     

基于葵花8号卫星资料的沈阳两次暴雨过程中对流云特征对比分析

应用葵花8号卫星资料,结合NCEP FNL再分析、GNSS遥感水汽、风廓线雷达、全国智能网格实况融合分析资料,对2017年7月14日和2018年8月7日沈阳两次暴雨过程(分别简称过程Ⅰ和过程Ⅱ)中对流云特征进行了比较分析,重点探讨了对流云的触发维持机制与影响降水特征差异的因素。结果表明:(1)两次过程分别为局地突发暴雨和区域性极端暴雨,沈阳市区暴雨均由两个对流云团引发,对流云团合并使得降水持续。过程Ⅱ云团合并发生在其移动方向的后侧,具有后向传播特征,合并云团沿其长轴方向移动影响沈阳市,使降水时间延长。(2)在降水前至降水初期,过程Ⅰ对流云顶和水汽层顶快速上升且云顶迅速超过水汽层顶,而过程Ⅱ亮温下降缓慢。短时强降水发生前红外和水汽亮温同步快速降至-60℃,可作为提前预判对流云团产生短时强降水的参考指标。10 min雨量大于10 mm的对流云云顶集中分布在红外亮温低于-55℃、亮温差为-5~0℃的范围。(3)两次过程中,沈阳市分别位于东北冷涡后部和副热带高压北缘。过程Ⅰ,探空曲线呈“X”型,CAPE高达2584 J·kg^-1,造成对流云深厚,云底以下干层导致雨滴蒸发,使降水强度减弱,该过程高强度降水仅发生在对流云团合并加强阶段。过程Ⅱ,云底到地面湿层明显,保证了雨滴降至地面,产生相同量级降水的云团的TBB比过程Ⅰ高。(4)强降水发生前,地面风场存在明显辐合,当大气可降水量2 h内跃增8 mm时,站点出现强降水;局地水汽跃增可能是低空西南气流偏南分量增大或偏北冷空气侵入到暖湿空气中所致。     

一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

GENERATION AND DEVELOPMENT OF MESOSCALE CLOUD ON HEAVY RAIN BELT ON THE PERIPHERY OF TYPHOON 9608 (Herb)

Typhoon-induced heavy rains are mostly studied from the viewpoint of upper-level westerly troughs. It is worthwhile to probe into a case where the rain is caused by tropical cyclone system, which is much heavier. During August 3 ~ 5, 1996, an unusually heavy rainstorm happened in the southwest of Hebei province. It was caused by 3 mesoscale convective cloud clusters on the periphery of a tropical cyclone other than the direct effects of a westerly trough. Generating in a weak baroclinic environment that is unstable with high energy, the cloud clusters were triggered off for development by unstable ageostrophic gravity waves in the low-level southeast jet stream on the periphery of the typhoon. There was a vertical circulation cell with horizontal scale close to 1000 km between the rainstorm area and westerly trough in northeast China. As shown in a computation of the Q vector of frontogenesis function, the circulation cell forms a mechanism of transforming energy between the area of interest and the westerly trough system farther away in northeast China. Study of water vapor chart indicates that high-latitude troughs in the northeast portion of the rain migrate to the southeast to enhance anti-cyclonic divergence in upper-level convection over the area of heavy rain and cause rain clusters, short-lived otherwise, to develop vigorously. It is acting as an amplifier in this case of unusually strong process of rain.