宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

内蒙古巴彦淖尔市一次强降水过程诊断分析

运用常规气象资料和自动站实测资料,从低涡系统的演变规律及物理机制等方面对2010年9月6-9日发生在内蒙古巴彦淖尔市一次强降水过程进行诊断分析.结果表明:此过程是在中高纬稳定的大尺度环流背景下,由地面气旋、低涡和副热带高压共同作用下产生的,东移的冷空气与西南暖湿气流在巴彦淖尔市上空交绥是造成此次强降水的主要原因.充足、稳定的水汽输送和较强的水汽辐合,为此次强降水提供了充足的水汽条件.高空强烈的辐散,通过抽吸作用引起低层强烈的辐合,从而促使垂直上升运动增强,是此次降水天气发生的动力.500 hPa层以上大气层结稳定,阻挡暖湿空气向上输送,促使不稳定能量在500 hPa层以下积累,为此次强降水发生提供了足够的能量条件.850 hPa偏东风暖湿气流受阴山的阻挡和抬升,降水量增加,而山后降水量减少.乌拉山与白云查汗山形成狭长山谷,边界层东风气流穿过,狭管效应有利于此地风速增大,将大量的水汽输送到巴彦淖尔市上空.     

四川冕宁“6.26”暴雨的中尺度特征分析

利用FY4卫星、天气雷达以及加密自动站资料,分析了冕宁“6.26”暴雨过程的中尺度特征。结果表明:700 hPa切变线、冷平流、强的不稳定能量以及不稳定层结等条件非常有利于强对流的发展;早期触发对流的关键系统为九龙一带的切变云系,云系在下山过程中触发对流云团,强降水始终位于强的亮温区南端,且短时强降水的发生时间比MCS发展最旺盛期滞后1 h;雷暴中产生的下沉气流导致地面阵风的不断增强与维持,同时与地面偏北冷空气配合,在冕宁南部一带形成明显的偏北风,进而在喇叭口地形和南侧的辐合处触发雷暴;新生雷暴在低层偏南风的作用下不断与北侧母体雷暴合并,形成了明显的后向传播特征,同时在山脉的阻挡作用下,雷暴长时间维持且移动缓慢,最终导致冕宁地区发生持续强降水。      

对流层低层偏东风对北京局地暴雨的作用

本文利用风廓线仪、地面自动站观测资料及NCAR/NCEP 1°×1°分析资料等,对北京地区两次局地暴雨天气过程的对流层低层偏东风进行了对比分析研究,重点分析了浅薄和深厚两次偏东风的形成机制、偏东风的垂直结构特征和温、湿特性,以及偏东风在北京局地暴雨中的作用等。主要结论如下:(1)浅薄偏东风活动在距地面高度500 m 以下,水平尺度约250 km,时间尺度约12 h, 地面风速平均约1 m/s;深厚偏东风活动在距地面高度3000 m 以下,水平尺度大于600 km,持续时间大于24 h,地面风速平均约4 m/s。(2)浅薄偏东风由边界层内浅薄的次天气尺度暖性低涡引起,深厚偏东风由天气尺度地面暖性低压倒槽的发展引起。(3)偏东风具有高相当位温的属性,其源地是北京东部或东南部的暖湿气团;在暖湿偏东风上方800～600 hPa 存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结;浅薄偏东风暖湿能量的局地集中特征更为显著,而深厚偏东风在水汽和能量的持续输送方面,以及与500 hPa 偏西风形成较强的、有利于强对流风暴发展的低层垂直风切变方面作用更为显著。(4)浅薄偏东风在时间和空间上与近地面层辐合中心对应较好,与中高空辐散有较好配合,动力作用明显,直接起到了对流风暴的触发机制作用;深厚偏东风与辐合中心对应较差,与垂直运动及上层辐散也没有很好的配合,与对流风暴的触发没有直接的关系。但是深厚偏东风在对流层低层对应厚达3000 m 的潮湿空气层,削弱了雨滴下落过程中产生的蒸发降温作用,有利于对流的发展和维持。     

850hPa低空急流影响下的一次雅安暴雨天气过程分析

利用地面、探空和雷达实况观测资料,以及ECMWF-ERA5逐小时再分析资料,分析了雅安地区2020年8月29～30日一次区域性大暴雨天气过程。结果表明：台风和副热带高压配合下的低纬环流对此次暴雨天气的低层水汽输送有重要影响。850hPa偏东风低空急流的建立触发了强对流的产生,低空急流的稳定维持为持续性强降水输送了水汽和不稳定能量;低空急流和喇叭口地形的共同影响在雅安东部地区形成了稳定的低涡,并使中尺度对流系统在该地区稳定少动,从而导致了此次区域性大暴雨天气过程。     

武陵山区一次暖区强降水触发和维持机制分析

利用自动站观测资料、多普勒雷达资料、ERA5 0.25 °×0.25 °再分析资料及WRF数值模拟资料，对2018年5月19—20日发生在重庆武陵山区一次暖区暴雨过程中尺度环境条件及中小尺度对流系统演变、触发和维持机制等进行分析。结果表明:（1）此次过程无明显冷空气强迫，斜压性弱，边界层高温高湿，对流层中下层存在明显条件不稳定层结；（2）石桥强降水中小尺度对流系统演变主要有3个阶段:分散对流组织成东西向带状对流、带状对流断裂后雨团准静止维持、东北-西南向带状对流快速重建；（3）沿武陵山脉分布的边界层辐合线触发雷暴发生，强回波单体沿辐合线移动和加强，形成“列车效应”；（4）石桥东部山顶雷暴冷池出流下山，与环境暖湿气流和地形作用共同维持石桥强降水；（5）山区地形对降水有重要影响，近地面偏东风与石桥西部山体相互作用形成局地气旋性小涡旋触发降水，而受到石桥东部山体阻挡作用，地形性涡旋移速变慢，利于强降水维持。      

一次由“列车效应”引发的梅雨锋暴雨研究

利用Micaps软件系统、多普勒雷达和NCEP 1°×1°再分析等资料,对2011年6月14日江西北部地区一次超历史极值的短时强降水过程的天气尺度系统和中小尺度系统及其两者关系进行了分析。结果表明,南支槽移动缓慢、中层干冷空气入侵、强盛的西南急流、高低空急流耦合及地面辐合线维持是造成此次极端降水的主要影响系统。反射率因子表现为低质心、垂直发展旺盛、高效率的强回波连续经过同一地区;同时,回波具有明显的后向传播特征和热带降水回波特点;径向速度表现出锋面过境特征,"牛眼"结构表明了低空西南气流较强。当暖湿急流输送方向与地面辐合线平行时,孟加拉湾的水汽被低槽前西南气流源源不断地输送到辐合线上空,使辐合线稳定、维持或发展。干冷气流入侵有利于对流单体的产生;大风速区和辐合区的发展有利于中小尺度对流单体及其次级垂直环流的维持、发展,且这些次级环流规则排列,从而"列车效应"得以维持。有组织的多单体风暴活动、地面静止锋及其附近多条中尺度地面辐合线长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因;降水回波处于东北—西南向的高能舌北侧移动,江西东北部特殊的地形作用促使"列车效应"形成和维持。     

弱天气尺度背景下太行山极端短时强降水预报失败案例剖析

2015年7月31日夜间,太行山区出现极端短时强降水天气,石家庄和邢台的西部山区有5个雨量站雨量超过100mm,其中石家庄市赞皇县院头镇和邢台市临城县南中皋村最大雨强都超过50mm·h~(-1),3h雨量超过100mm,属极端短时强降水。数值预报、上级指导预报以及各级台站预报对暴雨均为漏报。本文利用常规高空地面观测资料、加密自动站观测资料、石家庄新一代天气雷达资料以及数值预报检验,反思该极端短时强降水预报思路和预报失败原因。此次极端短时强降水是发生在青藏高压东北侧高空西北气流的弱天气尺度背景下,预报的关键在于把握太行山东侧边界层偏东风与地形的作用、青藏高压加强使中层西北气流加强使垂直风切变加大、低层切变线东移影响、西南暖湿气流增强使水汽输送增加、中空干层与加厚的低空湿层叠加使对流不稳定性加强的特征。预报失误的主要原因是没有分析最大不稳定能量(订正CAPE值)导致对山西不稳定条件的低估,致使对山西雷暴在夜间的再次发展估计不足,同时预报员没能有效地使用非常规资料用于实时检验和订正数值预报结果,导致没能预见到雷暴下山增强的可能。目前对弱天气背景下强降水产生条件缺乏有效的概念模型,数值模式可预报性较差,未来需要提高预报员对观测资料的全面分析能力和对数值预报产品的释用能力,通过大量个例的研究发展有效的预报(概念)模型。     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

江西西北部地形对一次大暴雨过程影响的数值模拟分析

2019年6月8—10日江西出现了一次持续的大暴雨天气过程.使用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP/NCAR再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF模式对大暴雨过程进行数值模拟,分析罗霄山脉地形对此次持续暴雨过程的影响.结果表明:此次暴雨过程发生在稳定维持的"两槽一脊"环流形势下,高空西风气流、低空西南急流、沿海大槽、上游移来短波槽和近地面辐合线是大暴雨过程形成的主要天气系统.中尺度云团不断生成于江西省西北部的罗霄山脉北支和中支的迎风坡附近,受沿海大槽阻挡而缓慢东移,与系统性云团合并从而导致江西省西北部地区出现持续性强降水.湘、赣两省交界处的罗霄山脉北支和中支地形对暴雨强度有实质性的影响,去除相应罗霄山脉地形的数值试验模拟的降水量明显减少.罗霄山脉附近持续长时间的辐合线是引发此次大暴雨过程的直接中尺度天气系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关.受地形抬升作用,对流天气系统在地形迎风坡附近不断生成并持续向东移过江西省西北部,是造成暴雨持续的重要原因.     

梵净山一次局地特大暴雨雷达回波特征分析

利用铜仁市新一代天气雷达资料及贵阳和怀化探空站资料,对2015年5月14—15日发生在铜仁梵净山东侧的一次特大暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:高空向南加深的槽结合中低层低涡切变线、地面弱冷空气共同作用造成此次特大暴雨;近地层,暖湿气流北上受东北回流冷空气及梵净山地形的横向阻挡作用被迫抬升,使得对流回波维持,对特大暴雨的形成起到重要作用;对流有效位能(CAPE)值的突增是对流暴雨发生的一个重要指标;降水回波伸展高度较高、云层深厚是此次对流暴雨云团的主要特点;垂直液态水含量的突然跃增且高的VIL值长时间维持,可作为短时强降水发生的预报预警参考;较强回波伸展高度较高及强中气旋的发展及维持,为短时暴雨的发生提供了有利的动力条件。     

九华山暴雨地形增幅作用的观测分析

利用常规气象观测资料和安徽省中尺度自动气象观测网的加密资料,对2007-2008年九华山的7次暴雨天气过程,经过山区雨量和周边测站雨量的比较及山区小地形作用引起的风场变化对降水影响的综合分析,得到如下结论:九华山山区降水量明显多于周边丘陵地区,其雨量分布具有明显的山区地形雨特征.山区降水量分布受地形影响很大,迎风坡及喇叭口雨量偏多,不同高度上雨量分布存在差异.地形作用形成的风场辐合影响强降水和强对流天气的形成和发展,气流过山造成的气流加强效应有利于低空急流的加强和维持.强降水发生前,山区风场变化明显,且风场发生改变与强降水的开始和增强有一定的时间对应关系,风垂直切变的维持与强降水时段也有较好的相关性.     

云南昭通“7·05”副高外围极端强降水中尺度分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时相当黑体温度(TBB)、自动站实时观测资料等,对云南昭通2016年7月5日副高外围的极端强降水进行中尺度分析。结果表明:副高西伸加强,触发低层产生中小尺度系统,在近地面层弱冷空气影响配合下,冷暖气流交汇,产生降水;中尺度雨团在副高的影响下在原地不断的生成、发展、消亡是产生此次极端强降水的主要原因;700 h Pa垂直螺旋度或垂直螺旋度梯度迅速增大,且对应500 h Pa垂直螺旋度为较大的正值或较小的负值的地区,有较强的降雨产生;地形抬升作用也是促成此次极端强降水的重要原因。     

秦岭山区东麓一次短时强降水特征及成因分析

摘要：利用陕西省区域自动站常规观测资料、NCEP 0.25o×0.25o再分析资料、华山站地面雨滴谱观测资料、商洛市雷达观测资料,从宏观和微观两方面对2021年7月22-23日秦岭山区东部一次强降水过程的特征进行分析。结果表明：本次山区暴雨在实况上具有强降水范围小、持续时间长、短时雨量大、极易引发地质灾害的特点。本次山区暴雨发生在弱天气强迫和强层结不稳定的环境下,由地形抬升和850 hPa冷平流共同触发此次对流。高层辐散抽吸使得上升气流加强,合并商洛市山阳县特殊地形的增幅作用共同造成山阳县法官镇短时雨强的极端性,小尺度地形作用下风的辐合和温度差异使得强降水在局地长时间维持。强降水在微观层面上表现为高浓度的小雨滴和部分大雨滴的共同作用。850 hPa水汽通量在此次暴雨预报中具有一定的指示意义,22日20时山区强降水在发展之前,商洛市东南部水汽通量突增至20～30 g·cm-1·hPa-1·s-1。雷达上表现为商洛市北部和南部30～45 dBz的大片层积混合云回波长时间维持,局地回波云团的合并对应降水增强。     

2019年韶关“5·18”局地特大暴雨极端性成因分析

2019年5月18日,广东省韶关市出现了局地特大暴雨,刷新了韶关有气象记录以来的雨量记录。利用常规观测资料、区域气象自动站观测资料、韶关双偏振多普勒天气雷达资料,以及NCEP 1 °×1 °再分析资料对本次过程进行详细分析,探讨本次过程发生的极端性成因。(1) 本次过程是粤北历史罕见的局地暖区突发性特大暴雨过程,天气尺度的背景场较弱,极端性条件不显著,但能从中尺度分析场分析出暴雨潜势。(2) 暴雨发生之前,韶关一直处于偏南暖湿气流控制的区域,并且随着对流抑制减小为0,对流有效位能增强,自由对流高度下降至近地面,使得气块更容易被强迫抬升。(3) 多个单体持续发展与合并,出现“列车效应”,近地面冷池维持向南楔入,低层西南风加强叠加于冷池上导致强风速辐合辐散区和中气旋的出现,是维持强回波持续发展的重要原因;回波呈暖区降水的垂直结构特性,也呈现出近地面层冷池对暖湿气流强迫抬升的结构特征,侧面说明了强降水触发机制。(4) 地形对对流触发和暴雨的增幅有重要影响,峡谷和喇叭口地形加强了偏南气流的汇入及辐合作用,山前迎风坡除了地形抬升作用外,位于山前的地面辐合线对于对流既有触发又有加强与维持的作用。(5) 山前强水平温度梯度为对流发生提供了有利的环境条件,当初生对流出现降雨之后,水平温度梯度进一步加强,形成了温度梯度与对流强度之间的正反馈过程,因而对流持续发展与维持。(6) 对于此类突发的短历时强降水造成的暖区暴雨,监测和短临预警仍然是主要手段。      

2013年7月四川盆地一次特大暴雨的中尺度系统演变特征

利用常规观测资料、地面加密资料、卫星观测资料和NCEP再分析资料等,对2013年7月8日四川盆地西部大暴雨过程的天气背景、水汽来源、地面环境场特征、中尺度云团活动等进行了分析并开展了数值模拟研究。这次过程发生在中纬度“东高西低”的环流背景下,西风槽与西太平洋副热带高压稳定的同时有高原东部小槽东移,孟加拉湾低槽槽前西南暖湿气流在盆地转为偏东风,输送充沛水汽。地面偏东风与偏北风形成的中尺度辐合线上有对流云团发展加强,为此次大暴雨的发生提供了有利的中尺度辐合条件。模拟结果表明,在川西高原地形阻挡影响下,偏东气流被迫抬升,配合中低层低涡发展形成的辐合上升,形成有利于对流系统发生和维持的环境条件。近地层辐合线北侧偏北冷空气的侵入促使对流不稳定能量释放,对对流的触发和维持有一定作用。     

峡谷地形对两次极端降水的作用

利用地面加密自动站、常规观测资料、NCEP再分析资料和两种模式产品,对发生在宜昌峡谷地区2016年7月7日局地极端短时强降水过程和2018年4月22日稳定性极端降水过程形成原因及模式预报性能进行检验分析。结果表明:(1)强的块状回波稳定少动,造成7月7日高效率的对流降水。4月22日降水既有沿山中尺度对流回波造成的对流降水,也有螺旋状涡旋回波形成的锋面层状云降水。(2)山谷风形成中尺度切变线,触发对流,中尺度切变线发展为中尺度涡旋使对流加强是极端短时降水形成的主要原因。(3)地形强迫抬升使对流降水强度明显增大,锋面层状云回波受地形阻挡影响长时间维持是稳定性极端降水形成主要原因。(4)地形相差大的地区模式预报性能差异较大,模式对复杂地形下的对流降水预报偏弱,导致系统强度出现差异,进而影响降水强度预报。     

常德市2010年6月19日暴雨过程分析

利用常规天气图资料、NCEP1°×1°FNL分析场资料和卫星TBB资料等,分析了2010年6月19日发生在常德地区的一次区域性暴雨天气过程。分析发现,高空低槽及中低层低涡切变是造成该过程的主要影响系统;高低空风场的配置和通气管指数可判断垂直风切变的大小;而高空风的垂直切变又能判断不稳定能量聚集的多少,高空急流高度下降,加速了低层扰动,从而增强了垂直上升运动,使得对流发展旺盛,云顶亮温TBB最低值中心及强度指示了强降水的落区和移动方向,湿Q矢量锋生函数与暴雨落区的对应关系较好,南北向山脉走向对东风气流的阻挡有利于气流的抬升和辐合,使得强降水云团在同一地区得以维持。