大气层结对流稳定条件下一次区域性暴雨的成因

利用常规气象观测资料、地面逐时降雨量、物理量场和雷达、卫星云图资料,对2011年9月5-6日陕西中部一次区域性暴雨的成因进行了综合分析,结果表明:这次区域性暴雨出现在连阴雨当中,覆盖了陕西中部和南部地区,具有降水强度弱、持续时间长、局地性不强的特点,属于稳定性降水。强降水是在大气层结对流稳定的条件下产生的,低层对流有效位能和高架的CAPE都是0 J·kg-1;分析条件性对称不稳定条件发现降水前期的垂直运动来自于锋面强迫以及锋面上的条件性对称不稳定,后期的垂直运动主要来自于锋面强迫。低层东路冷空气不仅起到冷垫的抬升作用,还增强了大气低层锋区和大气的斜压性,有利于暴雨的产生;卫星云图、雷达回波证实强降水主要是弱对流云带或层状云造成的;低层充沛的水汽条件、较强的锋区和水汽辐合是此类暴雨产生的主要原因。     

武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征分析

利用自动气象站逐小时和逐5 min观测资料、长江中游雷达组合反射率因子SWAN拼图产品及NCEP FNL再分析资料,对武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征进行分析。结果表明:不同的天气背景诱发的对流系统特征不同,低层暖强迫造成的斜压不稳定背景下,环境条件高能高湿,雷暴冷池的积累有利于稳定性降水前沿触发线状强对流;斜压锋生天气背景下,冷暖剧烈交汇使得大气斜压性显著增强,地面多有中尺度气旋波发展,锋区冷区稳定性降水中多伴随短时强降水,而暖区能量、湿度条件更好,易诱发短时强降水等分散性强对流;准正压天气背景下,大气斜压性弱,环境高能高湿,多由近地面层流场强迫和局地热力差异触发剧烈的热对流活动。从对流风暴雷达回波特征和降水特征来看,TS类线状中尺度对流系统(MCS)移速较快,短时强降水范围小;准静止类表现为带状走向的大范围层状云回波稳定维持,中间伴有多个积云对流生消迭代,每一阶段降水增强都与新生对流单体途经武汉站点相对应;组织合并类在回波合并时,意味着短时强降水的发展增强,合并后的回波形态和走向影响着降水的强度和持续时间。在不同的环境背景、触发诱因和组织形态下,短时强降水发生前后地面气象...     

广东前汛期锋面强降水和后汛期季风强降水特征对比分析

应用近二十年的历史观测资料和EC再分析资料,对由锋面和季风槽两种不同天气系统影响下广东发生的两组暴雨过程的天气形势、降水/短时强降水落区及其对流活动和物理量特征进行了诊断分析和对比分析。结果表明:无论是前汛期锋面降水还是后汛期季风降水,珠三角（珠江三角洲）地区都是次中心,有大到暴雨量级降水。珠三角地区也是小时雨量≥50 mm的短时强降水高发区。前汛期锋面对流活动的抬升凝结高度约在900~850 hPa,南北方向的温度梯度提供了斜压不稳定能量,0~3 km强的风垂直切变使对流易于维持和发展;对流区有较强的水汽通量辐合;风暴相对螺旋度较大,对流的旋转性和沿着旋转方向的移动特征明显。相对而言,后汛期季风强降水对流凝结高度更低,对流活动具有正压的热带对流性质,可在弱的水汽通量辐合和垂直风切变环境中维持,但对流强度不如前汛期。以上结论可为同类天气的短期和短临主客观预报提供预报思路和依据。      

北京“7.21”暴雨的不稳定性及其触发机制分析

本文利用WRF模拟的高分辨率资料对2012年7月21日北京特大暴雨过程的对流不稳定和条件对称不稳定性及其触发和维持机制进行了诊断分析。分析结果表明:(1)在临近暴雨发生时刻及暴雨初期, 大气低层主要以对流不稳定为主, 随后对流触发, 不稳定性减弱, 而低空急流和湿斜压性的增强, 使得条件性对称不稳定加强, 维持和加强了暴雨的不稳定性。(2)分析表明, 在暴雨过程中主要由于较强的水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量异常, 从而导致条件性对称不稳定的产生。(3)本文分别对暴雨发生过程中的对流不稳定与条件对称不稳定的触发机制进行了分析, 主要结论如下:暴雨初期对流性降水阶段, 切变线上有利的垂直上升环境与地形的强迫抬升相互配合, 触发了对流性降水。另外, 北京上空的干冷空气入侵, 也增强了大气的对流不稳定性, 更易触发对流;对称不稳定导致的降水阶段, 主要是由于北京上空冷暖空气的长期对峙, 冷空气逐渐深入到暖湿空气下方, 使得暖湿气团沿冷气团爬升, 从而触发对称不稳定, 造成持续性降水。此次暴雨过程中0900～1300 UTC时刻暴雨增幅的重要原因是0900 UTC北京风向突变, 转为偏东风, 且风速骤增, 北京西北侧的喇叭口状的地形的强迫抬升作用, 与上空750 hPa移来的切变线上的垂直运动相互叠加, 形成中尺度涡旋, 产生了强烈的上升运动, 触发不稳定, 产生大暴雨。     

一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

一次春季江淮气旋混合型对流天气特征及成因分析

采用天气雷达、高空地面观测、1°×1°NCEP再分析场资料,分析一次春季江淮气旋形成发展过程中混合型(冰雹、大风、短时强降水)对流天气特征,初步解释了不同类型对流天气形成发展的原因。结果表明:不同类型强对流天气在时空分布和对流特征上存在差异,其中局地冰雹主要由气旋形成阶段离散对流线产生,带状短时强降水由气旋形成阶段人字形对流线上及发展阶段S形对流线后部的列车线/邻接层状云类中尺度对流系统(MCS)产生,大范围大风主要由江淮气旋发展阶段S形对流线上尾随层状云降水类MCS产生。江淮气旋是大尺度天气系统斜压发展的结果,对流活动使锋面低层辐合增强,对气旋形成发展有加强作用。强对流天气的产生与江淮气旋动力热力场有密切关系。气旋形成阶段,西南涡结合山区地形提供了有利于鄂西南大冰雹形成的环境场,暖式切变线以及气旋发展阶段受南支槽影响的冷式切变线,提供有利于风暴列车效应形成的环境场而产生短时强降水;气旋发展阶段,冷式切变线提供有利于后部入流急流形成的环境场而产生大范围大风。     

1991年江淮梅雨期对称不稳定与降水关系的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料对1991年5月18日—7月13日江淮地区梅雨期的湿位涡、正压湿位涡、斜压湿位涡以及它们的扰动量进行了诊断分析,并讨论了经向风场及温度、湿度场和大气对称不稳定度的演变特征及其与降水的关系。结果表明:对流层低层的对称不稳定度与降水的发生发展有较好的对应关系,较强对称不稳定对应较强降水的发生,当对称不稳定度减弱,降水也随之减弱或渐止。对称不稳定度的大小与对流不稳定、惯性不稳定以及大气湿斜压性和风的垂直切变紧密相关。西南风活跃、冷暖空气交汇,形成对称不稳定倾斜上升气流区,是导致在梅雨锋上暖湿空气一侧发生强降水的重要原因。     

一次南岭山脉前汛期强对流天气过程诊断分析

利用常规观测资料、FY-2G/2E卫星黑体亮温(TBB)资料、多普勒天气雷达资料与ERA-Interim再分析资料,对2016年4月17—18日南岭山脉一次强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)该过程前期,受地面倒槽与辐合线影响出现暖区降水,后期随着地面冷空气侵入配合低空切变线与高空槽东移南压迅速转变为锋面降水,强降水落区与南岭山脉走向一致,大暴雨由多个中尺度对流系统(MCS)移入和有利地形作用造成;大冰雹、雷暴大风主要出现在暖区降水时段,暖区短时强降水以高质心降水为主,锋面越山之后强天气主要为低质心短时强降水,雷暴大风和冰雹较少出现。(2)雷达回波图上中层径向辐合的出现,对雷暴大风具有预警参考意义;中气旋、高垂直累积液态水含量(VIL)、回波悬垂、有界弱回波等回波特征对提前预警大冰雹有一定的指示作用。(3)不同类型强天气发生的大气层结条件存在差异,上层干区深厚、低层湿度条件较好有利于产生大冰雹,大的0—6 km垂直风切变有利于冰雹增长;大的下沉对流有效位能(DCAPE)是预报雷暴大风的一个参考指标;整层温度露点差和DCAPE小是判断只出现短时强降水的参考依据。(4)南岭及其附近地区"喇叭口"地形和迎风坡地形有利于低层气流辐合触发对流,造成暴雨多发和降水时间延长,南岭背风坡的锋生作用使南岭山脉南麓出现雷暴大风、冰雹等天气的可能性增大。     

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。     

一次西南涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料对2013年5月25~26日发生在我国中东部大范围的暴雨过程进行了湿位涡诊断分析,结果表明:(1)暴雨发生时低层湿位涡明显增加,湿位涡正压项自底层至高层呈现出“负-正”的分布特征,湿斜压项负值中心的演变反应出斜压性在强降水发生时所起的重要作用;(2)本次暴雨过程分两个阶段,第一阶段主要是因为强垂直风切变作用,使得降水具有强对流特征;第二阶段则是由于斜压性作用,降水分布广、持续时间长;(3)干冷空气沿着等熵面向下入侵到低层负位涡之上会导致对流不稳定度进一步加大,垂直运动发展使得低层水汽抬升,凝结潜热释放有利于中低层低涡的维持和发展。      

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨，根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现：第1类暴雨往往与对称不稳定有关，第2类暴雨与对流不稳定有关，且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定，降水相对较大；第3、第4类暴雨是稳定性降雨，高层一般不具备惯性不稳定，雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。     

近50a东北冷涡异常特征及其与淮河流域降水的关系

利用美国国家环境预报/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析月平均数据分析了1960—2009 年夏季东北冷涡的异常特征,研究了夏季东北冷涡与同期淮河流域降水的关系,发现:东北冷涡偏强时,淮河流域的降水很可能偏多,东北冷涡偏弱时,淮河流域的降水很可能偏少。东北冷涡异常强年,淮河流域高低层环流具有斜压性,且低层有显著的正涡度发展,促进了上升对流运动活跃发展。而东北冷涡活动异常频繁,有利于引导潮湿阴冷的北方气流南下,与东亚夏季盛行的西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,在上升运动的触发下,导致淮河流域降水明显增多;东北冷涡弱年的情况正好相反。     

一次飑线过程对流稳定度演变的诊断分析

针对2016年5月2日发生在华东地区的一次飑线过程,利用WRF模式进行高分辨率数值模拟。在成功模拟飑线发生、加强和移动的基础上,对此次过程中对流不稳定特征以及引起对流稳定度变化的原因进行诊断分析。结果表明:（1）在降水发生前,低层大气表现为对流不稳定;降水发生后,对流不稳定能量得到释放,大气趋于稳定。为了分析引起对流稳定度变化的原因,推导了局地直角坐标系中相当位温垂直梯度的倾向方程,其中位势散度是引起位势稳定度局地变化的主要强迫项。在弱降水区,低层位势散度为负值,有利于增强位势不稳定;强降水区及其前沿为位势散度正值区,倾向于抑制位势不稳定。在强降水区低层,位势散度的主要分量为垂直风切变项,代表垂直风切变和大气湿斜压性的综合作用;高层的主要分量为散度项,代表水平散度和位势稳定度的耦合作用。（2）位势散度能综合表征降水区上空垂直风切变、大气湿斜压性、水平辐合辐散和大气位势稳定度变化等特征,因而与降水联系紧密。本文利用位势散度对飑线降水进行预报,结果表明,位势散度与小时观测降水在时间和空间上吻合较好,对降水区有一定的指示意义,可以为飑线降水业务预报提供参考。     

雅安一次极端强降水的超级单体风暴特征及成因分析

2020年8月10日-11日雅安市出现了一次区域大暴雨天气过程,其中芦山县出现了特大暴雨,此次特大暴雨天气过程,持续时间长,最大累积降水量、最大小时雨强较大,均突破了历史极值,具有较强的极端性。通过分析雷达回波可知,此次极端强降水由强降水超级单体风暴的稳定少动造成,本文根据雅安市365个区域自动站雨量数据、micaps实况资料、雷达以及NCEP 1°×1°再分析资料等资料,分析其产生的原因：（1）行星尺度和天气尺度系统稳定少动,低层夜间低层急流发展,输送暖湿平流,有利于对流不稳定层结的建立,为强降水超级单体风暴的发生提供了有利的环流条件。（2）地面到低层的假相当位温异常偏高,有利于对流不稳定的进一步发展,在强对流风暴附近还存在中尺度的假相当位温的密集区,锋区的动力强迫生成的次级环流有利于低层不稳定能量和水汽向高层输送,同时也触发不稳定能量的释放,产生较强的上升运动。（3）强的垂直风切变以及大的对流有效位能有利于强降水超级单体风暴的发生和维持其有组织的程度。（4）水汽条件异常也是此次强降水超级单体风暴的重要原因。（5）极端的高能高湿的大气状态下,边界层的中尺度辐合线是触发此次强降水超级单体风暴的直接原因,并且受地形的阻挡作用,强降水超级单体稳定少动,造成了此次极端强降水的发生。     

冷空气和热带低压共同作用下的一次暴雨预报失败原因分析

利用NCEP再分析资料、高空、地面观测资料和雷达资料分三个阶段,从水平、垂直方向分析了2014年8月18—20日冷空气和热带低压共同作用下的浙江暴雨过程中水汽输送、垂直运动过程,以及对流不稳定特征,总结预报失败原因。结果表明:(1)第一阶段浙北的暴雨主要是由冷锋引起的,但南海热带低压的存在加强了西南暖湿气流,使得北方冷空气与西南暖湿气流相遇,产生变形场锋生作用。预报偏小的原因主要是没有注意到热带低压的存在和影响,其次是对降水时间的长度也估计不足。(2)第二阶段浙中南的大暴雨,水汽主要是由热带低压东侧和南侧的偏南或西南气流输送的。热带低压在福建登陆后,与冷空气相遇,移动缓慢,导致低层在浙南有中尺度辐合线长时间维持。两个系统耦合,产生了强烈的上升运动,低层又有不稳定能量释放,最终产生了大暴雨。预报偏小的原因是对热带低压的作用估计不足(包括水汽、动力和不稳定能量方面)。(3)第三阶段预报偏大的原因主要是数值预报误差较大。得出的一些启示:预报暴雨时要注意分析降水时间长度,也应重视分析热力条件,以及对数值预报的订正应用。热带系统和中纬度系统相遇,往往会造成大暴雨,主要原因是两个系统耦合会造成强烈的上升运动,同时两个系统对峙会使强降水区长时间维持在同一个地方,热带系统附带的急流又提供了充足的水汽、能量,所以实际雨量往往会比数值预报更大。     

梅雨锋降水运动诊断分析与（大）暴雨形成——江淮梅雨锋暴雨的天气学成因个例分析

对T213 L31再分析模式大气,在等熵坐标系上对天气学大尺度凝结函数降水、水汽通量散度降水做了诊断计算;同时,对整层对流不稳定性降水和气块（团）湿不稳定降水做了理想设计与诊断计算.对2003年7月江淮梅雨锋暴雨的计算与分析表明：两种天气尺度波动的大尺度稳定性降水运动的降水量级较小,都不足以直接形成暴雨;而对流不稳定降水运动可以形成暴雨,却不足以形成大暴雨;只有气块不稳定降水运动,才是梅雨锋上大暴雨的自组织、正反馈的唯一降水机制.研究表明,该江淮梅雨锋暴雨虽然存在着明显的梅雨锋天气尺度降水系统,但充沛的水汽通量和异常高温高湿气团的维持,使得在梅雨锋上发生着的非等熵湿绝热运动及其对流不稳定降水和气块不稳定降水,是（大）暴雨发生的天气学成因.     

Impacts of the Thermal Effects of Sub-grid Orography on the Heavy Rainfall Events Along the Yangtze River Valley in 1991

A P - σ regional climate model using a parameterization scheme to account for the thermal effects of the sub-grid scale orography was used to simulate the three heavy rainfall events that occurred within the Yangtze River Valley during the mei-yu period of 1991. The simulation results showed that by considering the sub-grid scale topography scheme, one can significantly improve the performance of the model for simulating the rainfall distribution and intensity during these three heavy rainfall events, most especially the second and third. It was also discovered that the rainfall was mainly due to convective precipitation. The comparison between experiments, either with and without the sub-grid scale topography scheme, showed that the model using the scheme reproduced the convergence intensity and distribution at the 850 hPa level and the ascending motion and moisture convergence center located at 500 hPa over the Yangtze River valley. However, some deviations still exist in the simulation of the atmospheric moisture content, the convergence distribution and the moisture transportation route, which mainly result in lower simulated precipitation levels. Further analysis of the simulation results demonstrated that the sub-grid topography scheme modified the distribution of the surface energy budget components, especially at the south and southwest edges of the Tibetan Plateau, leading to the development and eastward propagation of the negative geopotential height difference and positive temperature-lapse rate difference at 700 hPa, which possibly led to an improved precipitation simulation over eastern China.