一次华南双雨带暴雨中的位涡演变与雨带间的相互作用

利用实况资料和WRF中尺度数值模式对2008年6月12日18时—14日00时的华南双雨带暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明:随着锋面的南压,在锋面的西南方向(广西沿海)生成一低涡,该低涡作为位涡源在中高层表现稳定,分别为锋面雨带(北雨带)与暖区雨带(南雨带)提供正位涡。南雨带对北雨带的作用主要体现在中层(112~114°E附近),南雨带中有位涡的大值向北输送,其输送过程导致两条雨带在该处相连,而在115°E以东的南雨带则无明显的输送过程。同时,北部高空槽中也有大值位涡向北雨带输送,以维持北雨带。研究还发现,本次过程中暖区暴雨与锋面暴雨雨带的结构差异明显,锋面雨带的结构与传统雨带的结构比较一致;有利于暖区暴雨降水的形势主要表现在中高层。RIP轨迹模式的结果也表明,质点在运动过程中位涡的输送源是位于广西沿海的低涡,可见该位涡源对双雨带形成有重要的作用。     

山西2006年雨季天气气候特征分析

2005年6月17～24日,华南地区发生了连续多日的暴雨天气过程,其显著特征是存在着南北两条雨带,北支雨带(福建中北部)由准静止的梅雨锋造成,南支雨带(广东中东部)发生在锋前暖区之中,这种连续多日共存的双雨带现象引起了气象学家的广泛关注.为了探究锋面和锋前暖区暴雨的成因,加深这两类不同性质暴雨的认识,利用NCEP每6 h一次的1°×1°经纬度再分析资料以及华南地区加密观测的逐小时地面降水等资料,以此次连续多日维持的双雨带降水过程为例,详细分析了锋面附近与锋前暖湿区内暴雨系统的主要物理差异.结果发现:梅雨锋暴雨和锋前暖区暴雨不仅在中尺度雨团活动、系统动力结构、大气不稳定机制和大气加热结构等存在明显的差异,而且在水汽输送、中尺度环境以及与暴雨有关的垂直环流之间也存在着不同点,这些差异可能是造成锋前暖区暴雨难以模拟和预报的主要原因.     

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。      

山东一次暖区暴雨的环境场特征和触发机制

利用常规观测资料、区域自动站及NCEP再分析资料,对2018年5月15—16日山东暴雨过程的环境场特征和触发机制进行分析。结果表明:(1)该暴雨过程分为暖区暴雨和锋面暴雨2个时段,高空槽、暖切变线和地面辐合线是造成暖区暴雨的主要影响系统;(2)暖区暴雨开始前大气具有产生对流的不稳定环境条件;(3)850 hPa暖切变附近的暖区暴雨有明显的能量锋区,而发生在暖切变南侧暖区的暴雨锋区不明显;(4)暖区暴雨期间,暴雨区上空的垂直风切变均达到中等以上强度,垂直环境条件有利于暖区对流天气的发生、发展;(5)地面中尺度辐合线是暖区暴雨的触发机制,辐合线的位置和移动方向与雨带的落区和移动方向一致;(6)低空急流和超低空急流的加强和向下传播也会触发不稳定能量的释放。     

辽宁地区暖区和锋面暴雨个例对比分析

2013年7月1—2日,辽宁地区出现了持续时间较长的暴雨天气过程,此次过程可以分为3个阶段,其中包括两次暖区降水和一次冷锋锋面与暖区降水共存的过程,第一阶段的暖区降水和第三阶段的锋面降水形成了西北雨带,第二阶段的暖区降水形成了东南雨带。利用NCEP再分析资料、常规自动站观测资料、加密自动站观测资料和卫星资料,详细分析了此次过程中各阶段降水产生的机制以及锋面降水和暖区降水的主要物理差异。结果表明:暖区强降水主要出现在干线冷湿气团一侧或地面辐合线附近,并且由于暖区高温、高湿的特点,其产生的降水通常比锋面附近强,同时暖区降水与锋面降水在触发机制、中尺度环境条件、动力、热力结构等方面也存在着差异。     

北京7·21暴雨暖区中尺度对流系统的数值模拟

许多业务模式对北京2012年7月21日特大暴雨的预报均是以锋面降水为主。在冷锋过境前,实际北京西南部强降水主要以暖区降水为主。本文利用30个成员的中尺度非静力数值模式（WRF）,通过3次集合卡尔曼滤波(EnKF)同化地面和探空资料,对这次暴雨过程进行了集合数值模拟。通过对比分析模拟降水较好与较差成员发现,好的成员能够模拟出河北中西部及北京西南地区触发出的暖区中尺度对流系统（MCS）以及相对稳定的系统配置,使得MCS在北京上空充分发展,从而较好地模拟了这次特大暴雨过程中的暖区降水;而较差的成员则没能模拟出暖区降水过程,降水以锋面降水过程为主,并且雨带位置偏南、出现时间滞后。集合成员间模拟结果出现的较大差异,和初始场中低值系统位置的较大差异有直接关系,因此通过EnKF提高模式成员初始场的准确率,从而准确模拟后期主要影响系统的移动和发展,是成功模拟暖区对流系统触发和维持的关键所在。     

中尺度对流系统内β尺度双雨带不稳定机制及锋生对比分析

利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,分析造成2016年6月1—2日重庆地区暴雨天气过程的MCS及内部2条β中尺度雨带的演变特征,并着重对比分析2条雨带锋区、锋生及不稳定机制的差异。结果表明:(1)此次暴雨天气过程由MCS造成,其内部有南、北2条β中尺度雨带,分别位于MCS南、北两侧TBB梯度大值区;(2)北雨带位于低层锋区内,是一条与锋面近于平行的中尺度雨带,而南雨带位于锋区前缘的高湿区和高能区中,对流性降水更强;(3)锋生函数各项对南北雨带锋生贡献有显著不同,北雨带以水平运动作用锋生为主,而南雨带则以垂直运动作用锋生为主,南北雨带锋生各项这种差异,与大气层结稳定度有关;(4)南北雨带不稳定机制有显著不同,南雨带为对流性不稳定机制,北雨带沿着锋面有向冷区倾斜的斜升气流发展,为对称不稳定机制。     

华南前汛期锋面对流系统和暖区对流系统的多尺度特征和集合预报敏感性对比分析

2018年5月7日华南地区受锋面中尺度对流系统和暖区对流系统影响,出现多条中尺度雨带。其中锋面对流系统形成降雨区范围较广,雨量分布不均;在锋前30～200 km暖区内,多个离散的短生命史β中尺度对流系统形成范围较小的中尺度雨带;而在华南沿海地区中尺度线状对流长度超过300 km,稳定维持时间超过12 h,形成局地300 mm以上的沿海强降雨带。雷达回波分析表明华南地区的锋面对流系统、暖区对流系统均以低质心型对流单体为主,其中锋面对流单体35 dBz回波顶高平均为5.5 km,暖区对流系统35 dBz回波顶高平均为4.7 km。利用ERA5再分析资料诊断降水效率表明,锋面系统降水效率平均在10%～15%,暖区对流系统的降水效率波动明显,瞬时降水效率可超过90%。此次降雨过程中雨滴谱分析表明,小粒子直径、高雨滴数密度的暖云降水特征突出,沿海暖区对流系统在各个降水强度量级上都具有更大的粒子直径和数浓度,因此降水效率较高。预报检验表明主流业务数值模式对于暖区对流性降水预报能力有限,欧洲中心再预报改善了暖区对流性降水离散度分布,中尺度区域数值模式能够反映锋面对流和暖区对流的基本特征,但在沿海暖区对流系统的强度、组织上仍然有偏差。比较锋面降水和暖区降水的集合预报敏感性表明,锋面降水对于锋前低压槽、低空急流等天气系统强迫具有较高预报敏感性,而沿海暖区降水对于上游入流区不稳定能量分布具有更显著的敏感性。     

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。      

黑龙江省春季两次罕见暖锋暴雨过程诊断分析

利用常规和加密气象观测资料、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,NCEP)的再分析格点资料及FY-2E卫星云顶亮温(Temperature of Black Body,TBB)观测资料,对2010年和2016年5月初黑龙江省两次罕见的春季暖锋暴雨过程进行追踪和诊断分析,探究两次春季暴雨过程的动力、水汽和不稳定条件及暴雨期间暖锋锋生和对称不稳定特征。结果表明:黑龙江省5月初两次暴雨过程的高空影响系统均为高空槽切断成冷涡,只是新生冷涡位置不同,导致暴雨落区不同。两次暴雨过程均出现了垂直于暖锋的次级环流,次级环流的出现有利于加强上升运动,从而加强降雨强度。两次暴雨过程大气均表现为热力稳定结构,暖锋前冷区低层有冷垫,并伴有弱下沉运动,暖湿空气在冷垫之上沿着锋面爬升,是造成持续性降雨的主要原因;不同之处在于2016年暴雨过程锋面之下的冷空气中,下沉运动的范围和厚度更大,冷垫和地形的共同作用使上升运动主要出现在锋区中上层。两次暴雨过程均发生在暖锋锋生时,降雨与锋生相伴,锋生最强时段也是降雨强度最大的时段;锋生作用减弱,降雨强度亦减弱;转为锋消时,降雨结束。对流层中层的湿对称不稳定,有利于降雨的维持和发展,并出现了与暖锋相平行的中尺度雨带特征。     

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.     

佛山市5月大暴雨特征分析与预报判据

对背景流场、触发条件、物理量等方面的分析表明,佛山市5月大暴雨的产生,深厚的热带暖湿气流起着决定作用,而南支槽、能量锋区、低层中间尺度辐合系统和中尺度辐合带上的小涡旋直接起着触发作用,文中结合12场大暴雨分析和值班经验,总结归纳出10条发生大暴雨的必要条件。     

切变线暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

利用中尺度数值预报模式MM5V3.6,对2005年9月19—21日发生在山东中南部的区域性切变线暴雨天气过程进行了数值模拟。并用高时空分辨率的模式输出资料,对此次暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度的发展,形成θse陡峭密集区,密集区内容易发生暴雨。通过湿位涡的分析,揭示了暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构,表明切变线暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的联系。暴雨主要出现在850hPa的ζMPV1负值区和ζMPV2正值区等值线密集区附近,降水中心位于ζMPV1负值中心前部对流不稳定区中。     

一次青藏高原东侧大暴雨过程的诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料以及中尺度模式所提供的高时空分辨率资料，对2002年6月8～9日发生在青藏高原东侧陕西省的一次罕见大暴雨过程的环流形势及位涡场特征进行了诊断和分析。结果表明，湿位涡的时空演变对中尺度气旋及暴雨的发生发展有指示意义，强降水发生在对流层低层较大的正负湿位涡区域交界处，中尺度气旋的迅速发展与对流层高层位涡扰动的下传有密切联系。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

梅雨暴雨系统中的θse暖盖

本文利用一个10层中尺度湿模式，对长江流域的一次梅雨暴雨进行数值模拟。结果如下:1. 梅雨暴雨系统中有θse暖盖存在，并在降水过程中维持加强。它与美国中西部强风暴暴雨系统中的干暖盖不同，是湿暖盖。2．降水多发生在暖盖北侧或东北侧、θse水平梯度大的地区，该地区还处于850—700百帕层的位势不稳定中心和强上升区重叠处附近。3．暖盖的作用除了可抑制其下层（边界层）位势不稳定能量的随时释放外，还起到增强其上层（对流层中低层）位势不稳定度的作用，因而暖盖在暴雨过程中提供了有利于深厚积云对流发生发展的热力环境条件。4．从对热成风涡度方程的讨论可知，暴雨多出现在暖盖上层的位势不稳定中心区和强上升区附近，是由于该处的位势不稳定度及其水平分布不均匀性和上升速度及其水平分布不均匀性的互相耦合，造成热成风不平衡，引起抽气式垂直环流的发生发展，并引起重力惯性波的不稳定之故，所以暖盖还对大气不平衡状态的发展起促进作用。 5．由暖盖的个别变化方程可知，暖盖生成的决定性因子是地转热成风（Vg/p）对水汽的平流和热成风不平衡（v’/ p）引起的θse平流。因此雨区南侧低空偏南湿急流的存在对雨区暖盖的增强极为有利。     

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。     

MOIST POTENTIAL VORTICITY DIAGNOSIS OF A MEIYU FRONTAL HEAVY RAIN PROCESS SIMULATION DURING SUMMER, 1991

In this paper,the heavy rain process from June 30 to July 2,1991,has been simulated by MM4.and three-dimensional moist potential vorticity distribution of the simulation results has been calculated.It is shown that moist potential vorticity is an important physical variable to reveal heavy rain structure and dynamic mechanisms.Negative moist potential vorticity corresponds to the Meiyu front-wind shear line system and the negative center corresponds to the heavy rain center.Negative moist potential vorticity mainly attributes to the effects of meridional baroclinic term and convective unstable term.The former is favourable to the maintenance of zonal precipitation and the latter is the mechanism of the heavy rain center propagating along the rain belt.The heavy rain is contributed by the cooperative effects of conditional convective instability,baroclinic instability and upper air inertial instability.     

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

MOIST POTENTIAL VORTICITY DIAGNOSIS OF A MEIYU FRONTAL HEAVY RAIN PROCESS SIMULATION DURING SUMMER,1991

In this paper,the heavy rain process from June 30 to July 2,1991,has been simulated by MM4.and three-dimensional moist potential vorticity distribution of the simulation results has beencalculated.It is shown that moist potential vorticity is an important physical variable to reveal heavyrain structure and dynamic mechanisms.Negative moist potential vorticity corresponds to the Meiyufront-wind shear line system and the negative center corresponds to the heavy rain center.Negativemoist potential vorticity mainly attributes to the effects of meridional baroclinic term and convectiveunstable term.The former is favourable to the maintenance of zonal precipitation and the latter is themechanism of the heavy rain center propagating along the rain belt.The heavy rain is contributed bythe cooperative effects of conditional convective instability,baroclinic instability and upper air inertialinstability.