基于多源资料的乌鲁木齐市两次极端短时强降水对比分析

利用常规观测、区域自动站、FY-2G气象卫星、多普勒雷达、风廓线雷达及NCEP 1°×1°再分析等多源资料,分析乌鲁木齐2015年6月9日和27日(分别简称"6·09"和"6·27"过程)两次极端短时强降水成因。结果表明:(1)"6·09"过程是在高压脊前西北气流下,由700、850 hPa双低空急流耦合触发,配合强低层风切变,低层水汽快速聚集造成的局地性强对流天气,TBB最低为-52℃,雷达回波为典型的"列车效应",强回波达55 dBZ。"6·27"过程是在中亚低涡背景下,西南、偏西、偏东三条水汽路径使得整层增湿,配合持续时间较长的弱低层风切变,是系统性降水中的强对流天气,TBB最低为-44℃,雷达回波为混合性降水回波中分散的对流单体,强回波达50d BZ;此外",6·09"过程热力不稳定条件较好。(2)风廓线雷达显示两次过程低层均存在垂直风切变,折射率结构常数均在强降水时迅速增大并维持高值,随着降水减弱迅速减小;两次过程均发生在中β尺度对流云团TBB梯度最大处。(3)雷达回波均属于低质心对流风暴,且地面均配合有中γ尺度气旋性风场辐合或切变。     

2016年吉林省“7•26”暴雨天气综合分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星云图、多普勒C波段天气雷达以及吉林省区域自动站和加密自动站资料,运用统计分析和天气动力学诊断方法,综合分析2016年7月25—26日吉林省暴雨天气过程,此次暴雨和大暴雨落区位于吉林省四平东部、辽源、吉林和通化北部,此次暴雨过程出现东北冷涡天气背景下,25日14—22时的短时强降水由东北冷涡前部局地对流活动的加强触发中尺度对流系统(MCS)生成。500 hPa为两脊一槽形势,受西太平洋副热带高压阻挡,东北冷涡较为稳定,吉林省位于东北冷涡前沿的西南气流中,850 hPa西太平洋副热带高压西侧的西南急流直达吉林省中南部,在其北端产生西南—东南向暖锋式切变,并与地面黄河气旋暖锋区相对应。在地面中尺度辐合线、地形抬升触发下,造成中尺度对流,形成短时强降水。通过FY-2G卫星相当黑体温度(TBB)产品分析,发现吉林省上空TBB低于-52℃时,就会产生短时强降水,而TBB高于-48℃则MCS趋于消失;此次强降水的新一代C波段天气雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间短,但达到短时强降水标准。卫星TBB产品和雷达监测可为以后吉林省东北冷涡暴雨定时、定点暴雨预警提供依据。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6—8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明：1）500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统, 数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因;2）850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强;3）列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因;4）风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

2018年4月桂西南一次冰雹天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP(1°×1°)再分析资料对2018年4月14日下午—15日凌晨左右发生在桂西南的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:此次强对流天气过程具有持续时间长、影响范围广、小时雨强较大、前期以降雹为主、后期以短历时强降水为主的特点;近地层锋面和辐合线是此次强对流天气发生的重要触发机制;200 hPa高空辐散流场有利于底层辐合上升运动的加强,可以弥补500 hPa弱槽槽前动力抬升机制的不足;对流层中层具有干冷空气的侵入是预报强对流天气的关键因子,而地面强对流天气容易发生在干空气侵入700 hPa层之后数小时内;强对流天气容易发生在θse大值区或者舌区;对流层正涡度从中层下传到底层对于预报强对流天气的出现具有一定的指示意义;雷达产品分析表明回波具有明显的悬垂回波、弱回波区、辐合区、中气旋、三体散射长钉和旁瓣回波特征。     

一次强降水天气过程的数值模拟

利用MM5中尺度非静力模式对2007年6月29日发生在贵州省的强降水天气过程进行数值模拟分析,并着重研究了强降水天气过程中伴随的云场及基本反射率的发展演变。结果表明:中尺度模式MM5对此次强降水过程有较好地模拟能力。高低层含水量高值区的发展演变基本一致,高值中心的出现与云水向雨水转化的时间一致。500hPa高含水量区的出现可加大低层的雨水含量,对降水的组织和维持有重要作用。模拟的雷达基本反射率因子能较好地反映强对流回波的生消演变,为强对流天气的临近预报提供一种有效的方法。     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

一次局地大暴雨的落区分析与预报

应用常规天气资料、地面加密自动站资料、FY-2C红外TBB资料和多普勒雷达资料,并引用中尺度对流复合体(MCC)β中尺度单元(MBE)移动概念模型,对2007年7月18日天津地区出现的强雷雨、局地大暴雨天气进行了分析。结果表明:局地大暴雨是在大范围的有利天气条件下产生的,降水具有明显的β中尺度强对流系统特征;强降水出现在"人"字型回波带的头部,落区位置与中气旋的位置相对应;从地面加密自动站资料也能很好地分析出强降水雨区的位置和移动方向。通过分析FY-2C红外TBB资料表明:强降水出现在MCC中冷云顶区的右后侧,且降水强度在MCC中出现强冷云顶区时达到最强。应用MCCβ中尺度单元(MBE)移动的概念模型,通过判断MBE的移动,可以很好地预报出强降水下一时刻的具体落区位置,从而为该地区强雷雨、局地大暴雨落区的短时临近预报提供一种新的方法。     

青海省东部农业区强对流个例预报预警指标

利用Micaps利用TBB、雷达回波等非常规资料对2004-2010年4-9月东部农业区短时暴雨、冰雹、雷暴三类强对流典型个例进行中分析,掌握不同过程中尺度对流系统发生、发展和消亡的演变特征并试图寻找在强对流天气的短时临近预报、灾害性天气预警中的天气学指标。分析结果表明:(1)东部农业区冰雹强对流雷达特征较明显:强回波65dbz,有中气旋、15km回波顶高,短时暴雨强对流TBB特征明显,TBB亮温中心强度-60。(2)TBB对短时暴雨和冰雹强对流有较好的指示意义,并且TBB亮温强度对强对流的发生有2小时左右的提前预警量,可以很好地指示强对流的发生。     

2011年6月15-16日梧州北部暴雨天气过程分析

以2011年6月15-16日发生在梧州北部的强降水过程为个例,结合多种观测资料,从天气形势、卫星云图多普勒雷达资料等进行分析.结果表明:500hPa多波动气流、850hPa切变线以及地面冷空气的补充南下是这次强对流天气过程的环流背景:卫星云图上可以看出明显的中尺度对流云团特征;雷达回波基本反射率图像的PP1分析表明在强...     

2002年6月21～23日梅雨锋上的MCS分析

对2002年6月21～23日发生在黄海-长江流域梅雨锋上的一系列由中尺度对流系统(MCS)引起的强对流天气过程进行了云顶辐射亮温(TBB)和天气形势、气象要素等的诊断分析.结果表明梅雨锋上的MCS是造成这次长江流域产生暴雨甚至大暴雨级强降水的主要系统;MCS的强降水中心(区)与TBB≤-32℃的频率FM、TBB≤-52℃的频率Fs高值中心(区)关系密切,由FM和Fs可以相当明显地反映降水的总体特征,而且比使用TBB低值中心(区)来反映降水的总体特征能力要强;地面的梅雨锋、低层的切变线、对流层上层的高压这种上下层系统的配置十分有利于强对流天气的发生.     

一次局地强降水过程的中尺度特征及预报难点分析

利用常规气象资料和客观物理量场、卫星云图、多普勒雷达回波产品资料,对2007年8月30日发生在宜昌市北部的强降水天气过程的中尺度特征和预报难点进行了分析。结果表明：（1）地面中尺度辐合线、中尺度对流云团是造成此次强降水的重要中尺度系统;（2）强降水主要南-中尺度“人”字型雷达回波带稳定少动造成,回波带中有强对流单体不断新生、合并使强降水得以维持;（3）回波带上出现的逆风区与强降水落区有较好的对应关系,风切变区面积扩大和切变值增大是强对流回波单体不断发展并在一地维持的主要原因;（4）中低层偏南风到高层偏北风的转变所形成的垂直风切变为强降水的发生提供了动力条件,同时中低层暖湿平流加强为强对流云团的稳定维持提供了充足的水汽;（5）强对流单体,强回波短带,速度资料上的“逆风区”和风切变区等,可作为判断强降水落区的依据。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm?h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g?cm-2?hPa-1?s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

1998年6月8～9日香港特大暴雨中尺度对流系统分析

利用卫星和多普勒雷达的高时空分辨率观测资料,对1998年6月8～9日香港暴雨过程中的中尺度对流系统进行分析,表明:(1)此次暴雨是冷锋前暖区的对流性降水,期间有3次强降水过程,每次维持时间2～5小时,中尺度对流系统是造成强降水的主要系统.(2)雷达回波强度与卫星云图对比发现,强回波区全位于云顶温度≤-32℃的云团内,但具体分布有两种情况:一种强回波区位于通常所说的发展强盛的α中尺度云团的边缘TBB等值线密集区,一种如尺度较小的线状强回波则位于两个β中尺度云团(云顶温度≤-52℃)之间.这利用常规观测资料是无法识别的.(3)分析单多普勒雷达反演的水平风场发现:大尺度的环境风场中,存在β中尺度系统的独立流场;中尺度云团内部的流场辐合与强回波带相对应.     

2012年6月26～29日宁夏强降水成因

利用常规资料及中尺度区域自动站观测资料、FY-2E 红外卫星云图、多普勒雷达、ECMWF等资料,对2012年6月26～29日宁夏北部和南部山区持续强降水过程作了较深入细致的天气动力学对比分析。得出：强降雨起止时间及落区出现在700 hPa切变线右侧与700 hPa南风风速辐合区左侧的区域内,同时宁夏持续强降雨落区出现在低层水汽辐合、低层正涡度辐合及高层负涡度辐散、持续上升运动区、-48℃＜TBB＜-20℃云团区和回波强度为25～45 dBZ的重叠区内;重叠区内关键物理量中心值越大,雨强越强,雨强最强时段往往是关键物理量大值中心叠加的时段。     

2020年春季南疆西部一次极端暴雨成因分析

利用常规观测、FY-2G卫星、雷达、全球同化系统(GDAS)及NCEP(1°×1°)再分析等资料,分析2020年4月17—24日南疆西部喀什地区极端暴雨过程。结果表明:此次极端暴雨是在100 hPa南亚高压呈东部型的大尺度环流背景下,主要影响系统为500 hPa中亚低涡(槽)和700～850 hPa切变线;低层辐合、高层辐散的发展及持续为暴雨提供动力支持;暴雨过程中低层θse均随高度增加而减小,为暴雨产生提供了较好的不稳定条件;且中低层水汽充沛,700 hPa喀什地区水汽辐合中心强度达-10×10~(-6)g/(cm~2·hPa·s),比湿≥5 g/kg。雷达回波图上单体风暴或线性多单体风暴持续多个体扫导致强降水的发生,风暴最大反射率因子≥55 dBZ,径向速度图上具有明显的中小尺度辐合特征;TBB低值区与降雨落区紧密结合,强降雨发生在TBB梯度最大处,且TBB等值线越密集雨强越强。     

青岛地区短时强降水雷达回波特征与中小尺度系统分析

利用青岛地区2011—2015年间32次短时强降水个例的雷达反射率因子、地面雨量站数据和FNL再分析资料对产生短时强降水的中小尺度系统和雷达回波特征进行分析,结果表明:造成短时强降水的中小尺度系统主要为与低空切变(槽)、台风倒槽或在偏南(北)气流中局地发展的对流相联系的辐合区或中小尺度辐合线;雷达回波多表现为中尺度强回波带,其移向与回波带长轴的夹角较小,或为局地发展少动的强对流单体;雷达回波剖面显示回波按质心高度可分为大陆强对流型和热带海洋型,大陆强对流型强降水的平均反射率因子垂直廓线强度总体明显强于热带海洋型,对流发展更加旺盛,热带海洋型强回波集中在低层,在近地面最强,而大陆强对流型回波悬垂明显,最强回波位于2km左右;针对大陆强对流型和热带海洋型两种不同类型的短时强降水,采用分型Z-I关系法进行定量降水估测能够较好地反映强降水的落区和极值,相比于固定Z-I关系法,20mm·h~(-1)以上雨强的相对误差由70%左右下降到30%左右。     

2010年“6.15”闽西大暴雨过程中尺度特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达以及区域自动站资料,分析2010年6月15日福建省龙岩市一次大暴雨过程中尺度特征。结果表明:此次降水过程是在高空槽东移,低层强劲西南急流背景下产生的,主要强降水发生在低空切变线右前侧和低空西南急流出口左侧;此次过程暴雨落区位于层结不稳定的湿区中(θse≥348K),低层辐合、高层辐散明显;雷达回波分析表明,西南急流加强(减弱)对强降水的发生(减弱)有较强的指示作用。对于其中的五个中尺度雨团,在雷达回波上表现为中高空有冷平流入侵,中低层的中尺度辐合、中尺度风切变、西南急流以及逆风区。地面流场中的中尺度辐合线,对未来强降水落区有一定的预报提前量。     

基于多元线性回归的滇西南短时强降水预报模型研究

利用云南省普洱市2015—2017年多普勒天气雷达资料、探空资料和气象观测站5 min雨量观测资料,分析了普洱地区研究期间41次短时强降水的环境场和雷达回波演变特征。结果表明:中尺度辐合线、中气旋、逆风区是强降水触发和维持的重要成因。短时强降水发生前,整层大气水汽充沛,静力不稳定层结,大气可降水量(PW)≥35 mm、SI≤-0. 23、K> 35,可作为环境场对流潜势的判定因子;短时强降水发生时,雷达回波最强反射率因子≥40 d Bz,35 d Bz回波顶高> 5 km,径向速度的辐合切变量> 5 m·s^-1。通过多元线性回归分析,选取4个相关性显著的影响因子,建立普洱市短时强降水预报模型。所选预报因子包括:35 d Bz回波顶高、30 d Bz垂直剖面中心高度、30 d Bz以上雷达回波面积和SI。预报模型的回报检验表明,普洱短时强降水平均雨强相对均方根误差为17. 0%,局地降水持续时间相对均方根误差为33. 9%,局地过程降水相对均方根误差为25. 6%,回报效果较好。4次短时强降水预报检验中,平均雨强的预报误差每5 min小于1. 2 mm,局地强降水持续时间的预报误差小于10 min,局地过程降水的预报误差小于4 mm,模型均预报出局地连续性降水超过50 mm。预报模型有较好的预报能力,可应用于普洱短时强降水的临近预报预警。