副热带高压控制下一次区域性强对流暴雨成因分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站等资料,对2016年8月24日夜间关中地区出现的强对流暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)副高异常强盛,横槽转竖引导冷空气南下,与副高内部的暖湿气流交汇是造成这次强对流暴雨的主要背景条件;(2)造成这次强对流暴雨的水汽来源主要是本地水汽的聚积和辐合,整个过程大气处于对流性不稳定状态,锋面过境是该次过程的抬升触发机制;(3)对流不稳定、中等强度的对流有效位能和合适的对流抑制能量更有利于高降水效率和强降水的形成;(4)中尺度对流系统东移的过程中,尺度明显增大,并配合有利的对流条件,发展为MCC且维持时间较久,从而造成区域性强对流暴雨。     

2008年5—6月华南地区强降水过程的大尺度环流背景

利用华南地区逐日降水量资料以及美国NCEP/NCAR逐日再分析资料,对2008年5—6月华南连续强降水过程的大尺度环流、水汽输送及其与南半球相联系的环流背景进行分析。结果表明:(1)强降水期间西太平洋副高偏强,位置偏西偏南;鄂霍次克海地区多有阻高出现,形成一脊两槽的经向环流形势,有利于冷空气分裂南下与西南暖湿气流交汇。(2)4次强降水期间索马里急流的水汽输送均异常偏强,孟加拉湾及南海的水汽输送亦偏强;4次降水过程的水汽输送特征又有所差异。(3)4次强降水过程的发生与越赤道气流及南半球马斯克林高压、澳大利亚高压的加强密切相关,索马里越赤道气流的特别强劲是华南发生暴雨的主要原因之一。前期马斯克林高压、澳大利亚高压以及索马里、西太平洋越赤道气流的异常活动,对于华南强降水过程具有预报指示意义。     

副高断裂前后四川盆地一次暴雨过程的比较分析

利用NCEP1°×1°6 h再分析资料,对副热带高压与西风槽典型环流形势配合下发生的一次四川区域性暴雨过程的不同阶段进行对比分析。结果表明,前期暴雨天气过程,其动力条件占到了主导地位,具有明显的经向垂直环流圈和垂直上升运动支,而在副高断裂后较强冷空气作用下,在副高边缘发生的区域性暴雨过程受西风带槽前的能量锋区影响,动力强迫作用和热力强迫作用激发的次级环流,进一步加强了四川盆地垂直运动的发展;冷空气作用前期的暴雨过程和冷空气进入后副高边缘发生的区域性暴雨过程中暴雨区域内的假相当位温均强于高层,大气处于对流性不稳定层结状态,对四川盆地暴雨的增强也起了不可忽视的作用,但由副高控制到副高逐渐断裂,湿位涡的斜压扰动是逐渐增强的过程,导致倾斜垂直涡度发展,激发更为强烈的上升运动;副高与西风槽环流形势相配合的暖区暴雨过程水汽主要来自中低层孟加拉湾;而副高断裂后发生在副高边缘的区域性暴雨过程,水汽主要来自850hPa层南海和孟加拉湾,从对流层中到低层,四川盆地东部恰恰是冷暖气流的交汇处,偏南气流将海上充沛的水汽输送到盆地东部,为暴雨的发生提供充足的水汽条件,并与对流层低层秦岭附近的东北冷气流交汇。     

鲁西北连续两次强降水过程对比分析

利用各种观测资料和NCEP/NCAR 1×1°再分析资料,对2012年7月30日夜间和31日夜间鲁西北连续两天强降雨天气进行诊断和对比分析。结果表明:强降水产生在西风槽前和副热带高压边缘的偏南暖湿气流中,西风槽稳定少动,台风在东南沿海北上,副高加强北抬,为鲁西北连续两天的强降水提供了天气尺度背景。925hPa及以下的低层,来自于渤海的偏东气流和来自于华东沿海的东南气流同时向鲁西北强降水区输送水汽,低层比湿大,CAPE和K指数较高。第1次强降水产生在偏南气流的暖区中,降水强度大,维持时间短。第2次强降水期间,低层有冷空气锲入,把暖湿气流抬升,前期为对流性降水,中后期转为稳定性降水,降水强度小,维持时间较长。850hPa及以下倒槽式切变线和中尺度低涡环流是造成强降水的中尺度影响系统,近地面层来自于渤海的东北气流与来自于东南沿海的东南暖湿气流形成中尺度涡旋,产生气旋式辐合上升,触发对流不稳定能量释放。对流云团在鲁西北形成长形的中尺度对流系统(MCS),稳定少动,有明显的列车效应和后向传播特征。强降水具有较强的日变化,夜间发展增强,白天减弱。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

鄂东一次大暴雨过程的成因分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图TBB资料和逐小时地面降水资料对2012年7月12~13日发生在湖北东部地区一次大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)在华北横槽转竖带动冷空气南下的过程中,中低层有中尺度低涡的发生发展,中尺度低涡的稳定维持与副高外围西南暖湿气流共同作用,导致了这次强降雨的发生。(2)鄂东强降水主要由两个中尺度暴雨云团影响,前一个暴雨云团为MCC,受副高外围西南气流向偏东方向移动,后一个暴雨云团受冷空气影响向东南方向移动。(3)低层露点锋与本次强降水天气过程的发生发展有较好的对应,锋区北侧偏北气流穿越露点锋,使得低层气旋式涡度增大、辐合加强。(4)本次过程干湿空气的相互作用形成能量锋区,锋区的维持和加强导致了强降水的发生。      

2003年与2005年淮河流域强降水过程环流特征的对比分析

利用淮河流域气象中心提供的淮河流域降水量资料和NCEP资料对2003年与2005年夏季强降水过程进行了对比分析.结果表明2003年与2005年强降水过程无论是降水分布还是环流形势都十分相似:(1)强降水中心都位于安徽省西北部(2)2003年与2005年南海夏季风建立时间均偏晚;(3)110~125 °E之间的西南风气流前沿均位于32.5 °N附近(4)在500 hPa高度场上,两个年份强降水过程中,副高脊线、588线北界和584线北界位置基本一致,并且在库页岛附近有阻高存在,日本岛附近均有一较强的低槽维持;(5)120 °E副高脊线与105 °E附近越赤道气流均存在着30 d左右的低频振荡,并且越赤道气流的变化要超前于副高脊线的变化.(6)冷空气活动对副高脊线的变化有着重要的影响(7)高低空耦合情况相似.     

北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007-2014年6-8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim（0.5°×0.5°）全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明：（1）造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压（副高）与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。（2）不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异：在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南-西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南-东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。（3）从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流（冷池出流）和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。     

2005年10月秋季连阴雨中暴雨天气特征分析

利用常规气象观测资料、FNL再分析资料和FY-2C气象卫星资料,应用天气学原理和方法对2005年9月28日—10月2日陕西中南部秋季连阴雨中暴雨过程的天气特征进行了分析。结果表明:暴雨发生在500 hPa稳定的东高西低形势下,乌山阻高、巴湖横槽和副高为连续暴雨产生提供了有利的环流背景条件。低空急流、切变是暴雨产生的主要影响系统。暴雨系统的动力和能量空间结构与盛夏暴雨相比有明显差异:涡度、垂直速度中心随高度升高向北倾斜明显;涡度、散度中心绝对值及垂直速度的数值偏小;降雨强度偏弱,持续时间长,具有中-α尺度系统特征。在暴雨过程中,共有2个中-α尺度系统生成发展,每个中-α尺度系统都是由多个中-β尺度系统发展加强、有规律移动、最后合并生成。     

2005年江西一次秋季暴雨天气过程诊断分析

利用天气图、T213物理量场以及相关实况资料,综合分析了2005年11月8—11日江西一次暴雨天气过程的主要天气系统和行星尺度环流背景。分析结果表明,副高异常偏强且位置适中,孟加拉湾低槽偏强,中高纬度“双阻”形势以及东北冷涡异常偏强,导致了这次超历史强度的连续暴雨过程;高空低槽、西南气流、低层切变、地面倒槽和静止锋是主要天气系统;暴雨区始终集中在急流以北风速辐合最大处和地面静止锋的北侧。通过对物理量的比较分析发现,此次过程的热力条件和水汽条件均低于汛期,但动力抬升条件则明显强于汛期。     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。     

“15.7”广西超长持续性暴雨过程多尺度特征分析

利用多源气象资料,通过综合诊断分析方法,对2015年一次广西持续性暴雨过程进行多尺度特征分析。(1) 南亚高压经历了双体型构建,副热带长波槽有利于冷空气南下和高空急流的建立。El Ni?o状态下,副高强度偏强,位置偏西、偏南,有利于暖湿气流向广西输送。南亚高压过渡层与副高对峙,有利于冷暖空气在广西交汇。(2) 影响天气系统有高空槽、切变线、冷锋、低空急流、季风槽及低涡等多天气系统。降雨分为锋前暖区、锋面、高空槽加强、季风槽与低涡等四个阶段。(3) 中尺度特征为锋前暴雨发生在MCC云团形成到减弱期,雷达强回波呈弓型,对流性强;锋面暴雨发生在MCC减弱后云带,雷达强回波为弓型向直线型转换,对流性减弱;高空槽加强暴雨为直线型云系和雷达回波增强;季风槽与低涡暴雨为增强的涡旋型云系和雷达强回波。(4) 暴雨发生在总体地势为云贵高原下坡和地面喇叭口地形辐合的桂西北、海陆分布差异的沿海及山脉迎风坡的桂东南。可见,长时间持续性暴雨过程是一个多尺度和多天气系统相互作用的结果,暴雨发生在有利的大尺度环流背景和天气系统配置下的中小尺度系统频繁发生处,地形助推暴雨作用明显。深刻理解持续性暴雨发生的尺度特征可提高该类天气预报能力。      

一次高原低涡切变东移引发的持续性特大暴雨过程分析

利用常规观测的地面和高空资料、地面加密自动站资料、美国国家环境预测中心(NCEP)提供的一天4次1°×1°再分析资料以及FY2E卫星TBB资料,对2013年7月15～19日高原低涡切变东移诱发的四川盆地特大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水落区发生在副高边缘西北侧的不稳定区域内,低层和地面冷空气扩散南下是触发特大暴雨发生的关键因素。强降水主要出现在MCS系统发展和成熟阶段,最大降水出现在MCS中心最冷云顶面积达到最大的时候。中低层水平湿Z－螺旋度负值区域分布与相应时刻的降水落区和天气系统有较好的对应关系。垂直分布上,暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

2012年7月27日陕北佳县特大暴雨天气的成因

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量、NCEP再分析资料和卫星云图,对2012年7月27日发生在陕北佳县的一次特大暴雨天气进行诊断分析,结果表明：暴雨前期副热带高压较强,当西风带的冷空气与副热带高压西北侧的西南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层700 hPa西南气流、850 hPa东南气流为特大暴雨提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空200 hPa陕西北部位于浅槽的前部、急流入口区的右侧,存在正涡度平流,这一区域有强烈的辐散,提供了较强的上升运动,是特大暴雨产生的主要机制;在卫星云图上表现为一个水平尺度为200~400km、云顶亮温最低为-60℃,生命史为14 h的中-α尺度对流云团。     

2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨对比分析

应用多种常规观测资料、加密自动气象站资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨过程进行了对比分析。研究表明：“尤特”台风暴雨直接由台风环流引起,具有锋前暖区降水的特点;而“天兔”台风暴雨由台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用引起的,其降水属于典型的锋面降水。“尤特”由东风带进入西风带,其与副高相对位置的变化是导致其登陆后路径北翘的主要原因。“尤特”低压环流与南海季风相互作用,充沛的水汽输送对台风低压环流的长时间维持以及湘东南暴雨的形成和发展起到了重要的组织和促进作用。而“天兔”登陆后南海季风位置偏南,不利于“天兔”的长时间维持以及向暴雨区的水汽输送。低层暖式切变线附近强辐合与高层强辐散耦合、低层强正涡度与高层负涡度的耦合为“尤特”台风暴雨的发生发展提供了动力条件。由中低层冷空气入侵导致的锋生强迫和高低空急流耦合形成的次级环流,加强了“天兔”低压倒槽内冷暖气流的辐合,是触发倒槽内中尺度对流发展和暴雨产生的重要动力机制。     

一次高原强降水过程及其云物理结构的数值模拟

本文利用中尺度WRF数值模式,对2010年8月7—8日发生在青藏高原东部一次强降水过程进行数值模拟,利用常规观测资料、FY卫星云图和数值模拟结果对此次强降水过程的宏微观演变特征和降水机制进行分析。本次模拟选用Milbrandt-Yau(MY)微物理方案,有较为完整的双参数计算过程,较为全面地考虑了各类云物理过程,对云微物理结构的描述和处理精细而复杂。结果表明,此次强对流降水发生在副热带高压与南亚高压相连、中高纬短波槽分裂南下、并与西南暖湿气流相遇形成低涡切变线的有利天气形势下,西南暖湿气流带来大量水汽、降水区存在大量不稳定能量、以及低层辐合高层辐散的高低空配置为暴雨发生发展提供了必要条件。WRF模式较好地模拟出了此次强降水过程的降水落区、降水中心和降水量级,对青海平安和甘南上空云团合并过程、强对流云团范围也模拟较好。对云微物理结构的分析结果表明,此次对流云降水为冷云降水,暖层浅薄,冰相粒子丰富,其中霰粒对过冷水的碰冻能力最强,使得其含量远大于冰雪晶含量,其融化是雨水的主要来源。雪晶含量最少,或与其碰冻过冷水能力较弱有关。     

低涡影响下湖南一次致洪极端暴雨过程成因分析

利用NCEP再分析资料和地面自动站观测数据,从环流特征、低涡演变等方面,诊断分析了2019年7月6~9日湖南中南部地区的一次致洪极端暴雨过程的成因。结果表明:此次极端暴雨具有显著极端性和“潇湘夜雨”的日变化特征,在副高长时间稳定、主体异常偏南的环流背景下,地面浅薄冷空气侵入,不对称的位涡分布、中低层持续较强上升运动促使低涡加强并长时间维持是造成湖南此次极端暴雨的主要原因。低涡加强时段与降水最强时段、正位涡中心与暴雨中心均对应较好。强降雨发展阶段垂直螺旋度维持“下正上负”分布特征,低层正值中心的大小与降水强度变化一致。湖南中部以南强雨带与低层正螺旋度大值中心均出现在南岭山脉北麓的陡峭地形区。水汽主要来源于边界层,925 hPa水汽汇合中心出现时刻、区域与暴雨发生时段、落区吻合,两支主要的水汽输送带分别来源于孟加拉湾的偏西气流和南海的西南气流。      

北京一次暴雨过程的成因分析

2011年6月23日下午到夜间,受蒙古低涡东移南下天气过程及冷暖空气共同作用影响下,北京地区出现了强雷雨天气过程,局部地区降雨量达到大暴雨标准。此次大暴雨过程具有突发性、局地性、短时性和高雨强等特点。利用常规天气资料、fnl再分析6 h资料等,对此次大暴雨过程进行了分析,并对其成因作了初步讨论。结果表明:东移南下的蒙古低涡及北京北部、贝加尔湖以东的外蒙古境内的阻塞高压为此次天气过程的影响系统,北京地区处于低槽前部的不稳定区。由垂直速度场可以看出,北京地区处于垂直速度大值中心,同时位温随高度增加而减小的分布状况,表明暴雨发生时北京地区大气层结是极不稳定的,地面低压辐合带配合高空东移的横槽造成高低空辐散带叠加,产生了极强的上升运动,有利于大暴雨的发生发展。近地面东南风将渤海的水汽源源不断地输送到北京地区,借助强的上升运动,在高空呈现很强的水汽通量辐合,为大暴雨的发生提供了充足的水汽条件。