2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

一次河北大暴雨的华北低涡结构和涡度收支分析

利用Micaps系统下常规资料、云图资料和NCEP全球再分析资料,对2004年7月11-12日发生在河北省中南部的一次局地大暴雨个例进行了诊断分析。结果表明：200hPa西风槽、500hPa华北低涡和中低层偏东风,是这场暴雨的直接影响系统,该过程中的华北低涡为低层冷心、高层暖心结构,具有随高度向西北倾斜的特征,涡度场特征明显。暴雨区对应着深厚的正涡度区,散度场结构零乱,非高层辐散、低层辐合的配置,暴雨区上空上升运动较强。冷空气来源于500hPa以下的东北地区,水汽的源地来自渤海,低层偏东风可能是暴雨区所需水汽的主要携带者。水平涡度平流项和水平涡度辐散项作用相反,水平涡度辐散项对总涡度起直接作用且为正贡献,而垂直平流项对总涡度贡献比较小。     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8-10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,嬲评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。     

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。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

WRF模式对舟曲“0808”特大泥石流暴雨的数值模拟分析

利用NCEP 每6h 1次的1°×1°格点资料和中尺度模式WRF（V3.2）,对2010年舟曲“0808”特大泥石流暴雨天气进行了数值模拟,运用模式输出资料对此次天气过程发生发展的机制进行了诊断分析。结果表明：舟曲强暴雨发生在高原短波槽、低涡切变线和副热带高压等共同作用的有利天气形势下,三重嵌套的WRF模式对此次暴雨具有良好的模拟能力。低层强辐合,中层无辐散和高层强辐散的配置,以及强烈的上升运动是此次暴雨发生的主要动力条件。从低层向上延伸的等θse线高能舌和水平风的垂直切变为暴雨的发生输送了大量的不稳定能量。中低层水汽的辐合上升为暴雨的发生创造了有利的水汽条件。     

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。     

基于WRF模式的雅安暴雨数值模拟研究

利用WRF模式对2010年8月21日发生在雅安地区的一次暴雨过程进行了数值模拟。对比分析模拟和实况发现,WRF模式较好的模拟了此次降水过程的时空分布,人而利用模式输出的高时空分辨率模拟资料对此次暴雨进行诊断分析。结果表明,青藏高原地形的阻挡作用使副热带高压西南缘的暖湿气流持续向四川盆地输送,在雅安地区上空700 hPa形成气旋性环流中心;主要降水时段内强降水中心从低层到高层均出现了强烈的上升运动,以及暴雨中心上空维持着高层辐散、低层辐合,高空为负涡度、低空为正涡度,且随暴雨过程发展对流层正涡度的加强作用为暴雨的生成和维持提供了有利的动力条件;对流层中低层接近饱和的空气、强烈的水汽输送以及水汽通量散度高低层的配置,为本次暴雨提供了充足的水汽条件;对流层低层大气存在明显的不稳定层结,中层为中性层结,这种对流性不稳定的维持为暴雨天气的发生提供了热力条件,有利于强降水过程的形成。     

台风“尤特”(1311)暴雨的数值模拟及螺旋度诊断分析

为了研究台风暴雨的环流特征,利用NECP/NCAR 1°×1°再分析资料,应用中尺度WRF模式对"尤特"进行数值模拟。模拟结果表明,副高的位置、西南季风急流的水汽输送和大尺度辐合是造成华南地区大范围暴雨的重要原因。利用模拟结果,对台风暴雨的垂直螺旋度特征的进一步研究后指出,垂直螺旋度能很好地反映低层大气辐合、高层大气辐散的垂直结构,螺旋度大值中心的位置与台风暴雨落区有较好的对应关系,螺旋度迅速增大预示着降水急剧增加,对台风暴雨的强度和落区预报有较好的指示作用。     

2011年湖南一次强暴雨过程中尺度分析

以LAPS局地分析资料为主,综合利用卫星云图、地面自动站资料和NCEP提供的全球分析资料,对2011年6月9—10日湖南一次特大暴雨过程进行了分析,结果表明:降水主要发生在对流云团中亮温TBB-70℃的区域的偏西一侧,在TBB-80℃的区域内降水最强;锋前暖区中的对流云团,在中低层是以条件不稳定机制为主的垂直上升运动,而在中高层,是以条件对称不稳定机制为主的垂直上升运动。中尺度对流系统在不断东移南压的过程中,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强。强气旋性切变和正涡度平流触发中尺度气旋发生、发展,β中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统。对整层的高度场和流场进行滤波分析发现,此次暴雨过程中的中尺度气旋活跃,强降水雨团与中尺度低层辐合、高层辐散中心基本重合。利用高(低)层中尺度辐散(合)中心位置确定暴雨中心有一定的预报指导作用。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

2004年初夏一次云南暴雨过程的中尺度系统及其水汽特征分析研究

利用NCEP再分析资料、地面加密降水资料和风云-2卫星红外云图,对2004年云南初夏的一次强降水过程的大尺度环流背景、中尺度系统和水汽输送特征及来源情况进行了较为详尽的分析研究。结果表明:(1) 高低空环流的有利配置、印缅槽与东亚冷槽的相互作用,为此次云南地区暴雨的产生提供了有利条件;(2) 暴雨至少与四个连续生消的对流云团活动直接相关,强降水落区与云南的地形特征相关不大,只与低层辐合线有很好的一致性,而辐合线的发展演变与冷暖空气的势力对比相关;(3) 对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为辐散、负相对涡度;中低层有较强的上升运动,低层湿度较大、有不稳定能量的蓄积和释放;(4) 对云南水汽输送分析表明,直接影响此次云南强降水的水汽输送主要来源于孟加拉湾,并且引起此次云南强降水的水汽辐合是由风场辐合引起的,而水汽平流在这一地区为弱的干平流;同时,在较强的西南气流下,水汽辐合可存在于较高的气压层。      

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

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。     

2016年8月广西地区一次东风波暴雨过程的诊断分析

利用NCEP再分析资料和常规观测资料对2016年8月广西地区一次东风波暴雨过程进行分析,结果表明：东风波及其诱生低涡是此次暴雨过程的主要影响系统,对流层高层强辐散、低层强辐合的散度场垂直结构,低层强烈的水汽输送和积聚,以及中低层暖湿的大气状态是东风波及其诱生低涡西移加强,并造成相应区域强降水的重要原因。另外,利用重新定义的热力螺旋度物理量,分析其高值区与强降水落区在出现时间和空间上的对应关系,发现两者具有较好的协调性和一致性。因此,热力螺旋度的分布与演变情况对于暴雨预报和研究具有一定的指示意义。     

一次春季江淮气旋形成发展特征及暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料,对2013年5月25-27日一次江淮气旋的形成发展及其引发的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:高空明显的正涡度平流、低层暖平流以及与辐合辐散区相对应的垂直运动是导致气旋发展的重要物理因子。气旋发展过程和湿位涡正压项及斜压项有很好的对应关系,气旋的增强阶段伴随对流层低层mpv_1的增大及mpv_2值的减小;高层湿位涡下传;使近地面大气斜压性增强,从而在低层诱生出气旋性环流。气旋的形成发展过程与对流层正涡度柱的形成相对应,与湿位涡的空间结构及其演变有密切的联系。气旋引发的暴雨位于气旋移动路径的左前方(东北象限),该区域低层强辐合中心和正涡度中心的耦合,加剧水汽和能量的辐合,为暴雨维持提供了条件。     

一次西南低涡诱发四川盆地持续性暴雨的诊断分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°日4次再分析资料,针对2011年7月3—6日四川盆地持续性暴雨过程的影响系统和各物理量作了分析研究。结果表明:暴雨过程中不断有低压短波槽东移南下,西太平洋副高西伸至高原边缘,形成了有利的大尺度环流背景。对流层高层的强辐散与中层低涡的配合,低层强劲的南风暖湿急流与北风干冷气流在四川盆地内交汇,促使西南低涡发展和维持。高低层辐合辐散、对流运动强烈,持续强劲的水汽输送为暴雨维持起到了重要作用,暴雨持续期间产生不稳定能量释放从而又造成强烈的对流活动。螺旋度对暴雨落区及维持有较好的指示意义,暴雨落区与该地区上空中低层正、高层负局地垂直螺旋度中心有较好的对应关系。     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。