两次不同季风强度背景下的西行台风登陆过程降水特征对比分析

本文使用CMORPH卫星反演降水资料、日本再分析资料JRA-55和FY-2E卫星的云顶亮温（TBB）资料等,选取了登陆前后季风强度差异很大、路径形似且登陆后均在湘南地区引发强降水的0604号强热带风暴“碧利斯”和0708号台风“圣帕”,从对流发展的不稳定能量来源、抬升机制和环境风垂直切变方面进行对比,研究季风气流如何影响台风降水强度和分布。分析表明,在下垫面和地形基本一致的情况下,两台风导致强降水的主要成因不同,主要体现在引发对流并使对流维持的主要影响因子不同。与强季风背景密切相关的低层强烈辐合抬升和对流不稳定层结是导致“碧利斯”暴雨形成的主要因素,而弱季风背景下“圣帕”的暴雨则主要是局地地形抬升和斜压不稳定导致的。而且与“圣帕”降水相比,“碧利斯”降水存在明显的非对称性,季风气流可间接通过改变环境风垂直切变导致这种降水分布特征。     

华东登陆热带气旋降水不同分布的对比分析

利用CMORPH降水资料，将热带气旋（TC）登陆后的降水分为路径左侧降水（L型）和右侧降水（R型）两类，并针对登陆华东地区TC的 L型和R型降水的大气环流场、环境水平风垂直切变以及台风环流内的动热力条件进行对比分析，结果表明:2005～2014年间登陆华东地区的20例TC中包括12例L型和8例R型。总体来看，大气环流因子对于登陆华东TC降水分布起主要作用。L型降水TC高层南亚高压主要呈纬向带状分布，在登陆过程中路径左侧维持偏东风高空辐散气流，中层西风槽偏东，西太平洋副热带高压（简称副高）偏南，环境水平风垂直切变指向西南。R型降水TC高层南亚高压断裂，呈经向分布。TC路径左侧风场较均匀，右侧东南风高空辐散气流明显。副高的位置偏北呈块状，同时环境水平风垂直切变指向东北，有利于路径右侧降水。台风环流内，低层冷暖平流输送以及水汽辐合与降水落区也有较好对应关系。L型TC低层暖平流的输送使TC西南象限低层增暖，大气稳定度降低。同时水汽辐合区也主要位于西南象限，有利于TC路径左侧降水。而R型TC副高位置偏北可将南侧的东南暖湿气流向台风环流更西部输送，东北象限维持暖平流，有利于路径右侧降水发生。     

吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析

利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）融合降水资料以及WRF（Weather Research and Forecasting）高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13～14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:（1）东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;（2）在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;（3）中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。     

祁连山区降水的大气特征分析

利用祁连野外试验站观测资料,引入客观反映高空大气云和降水的表示方法,分析了祁连山区降水的大气特征。结果表明,高层冷云和低层暖云是祁连山区形成降水的主要云系,高层冷云由天气尺度系统决定,而低层暖云则由地形阻挡和加热等作用形成。在不同的天气系统下,地形对降水的作用不同。在西南气流影响下易形成谷风环流,从而增强降水;在西北风...     

南方三类云系云结构预报和增雨作业条件分析

2013年夏季,我国南方出现了大范围高温干旱天气。8月1—22日,中国气象局人工影响天气中心利用人影数值模式为南方高温旱区开展云结构预报和人工增雨作业条件分析服务工作。文章简要回顾了2013年8月的旱情和天气过程,重点对2013年8月南方三类云系的云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析。8月1—22日,我国南方高温旱区降水过程可分为3种类型。1—4日为台风外围云系降水;5—13日为副热带高压控制下局地对流性降水;14—22日为台风登陆后低压环流云系降水。人影模式对台风外围云系和低压环流云系降水的范围和强度基本预报正确,对云系影响时段和局地对流降水位置的预报略有偏差。利用卫星反演光学厚度、实测雨量和雷达回波检验模式预报结果,大范围云系与实况卫星反演结果比较吻合,而且能够预报出局地对流云团,以及与实况接近的云层性质和垂直结构。综合分析云带、过冷水、云垂直结构、降水等产品可知,台风外围云系和低压环流云系既有暖云降水、也有冷暖混合云降水,冷暖混合云中有最大值为0.3 g·kg-1过冷水,位于-10～0℃,冰晶数浓度较小,可能有较好的冷云催化增雨潜力;副热带高压内部局地对流云团基本为冷暖混合云降水,在初始发展阶段会出现最大值为1 g·kg-1过冷水,冰晶数浓度很少,上升运动大值区位于过冷水层下方,可能有很好的冷云催化增雨潜力。针对南方夏季积层混合云以及对流云的微物理结构和增雨条件的研究以及预报准确率还需加强和提高。     

Winnie(9711)台风变性加强过程中的降水变化研究

热带气旋变性过程是其结构、强度及其风雨分布发生显著变化的过程,常导致预报失败。基于T106格点分析资料、日本气象厅TBB资料以及MM5V3数值模式结果,对9711号台风Winnie变性加强过程中的降水变化特征及其机理进行研究。结果表明,Winnie台风变性加强过程中降水分布非对称性明显,强降水带首先出现在台风环流北部,之后向南弯曲,其强降水中心绕台风中心从北部顺时针转向东北和东南部。这种降水变化一方面与Winnie与西风带高空槽相互作用过程中环境风垂直切变明显增大,且其指向顺时针旋转有关。此间台风垂直结构发生明显倾斜,变性前期涡旋环流随高度增加先向北倾斜,发展到最强时又趋于垂直,之后又向东南倾斜。强降水区出现在垂直切变的下风方、台风气柱倾斜方向一侧。另一方面还与台风环流内冷、暖平流活动紧密相关,强降水落区与低层暖平流输送位置关系密切。对流涡度矢量垂直分量反映了Winnie台风环流内中尺度锋区与风垂直切变的相互作用,800 hPa上的大值区对其强降水落区有较好的指示意义。     

2017年6月一次华南沿海强降水的对流性特征及热动力机制研究

在华南北部或长江流域有锋面雨带活动时,华南沿海常常会出现对流性强降水,突发性很强,给预报造成很大的困惑。文章采用多种观测资料、ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料,对2017年6月15～16日华南北部的锋面雨带及沿海强降雨过程开展分析,对比了二者降水特征与环境条件,重点探讨了该次过程华南沿海强降雨的对流触发与维持,揭示了一种由边界层风切变强迫造成涡度持续发展的动力效应。结果表明:（1）锋面雨带与华南沿海强降雨在降水特征上有显著差异,并各有特点。锋面雨带以大尺度层状云降水和弱对流性降水为主,降水强度东段弱西段强。沿海强降雨以对流性降水为主,局地性强、落区集中、强降雨持续时间长、夜发性明显。（2）水汽方程诊断发现沿海强降雨在边界层水平水汽平流项、垂直水汽输送项比锋面雨带东段具有更大量级,大气层结反映出更深厚的暖层、湿层与对流不稳定,是二者降水强度及性质差异的主要原因。（3）莲花山、峨眉嶂造成气流侧向摩擦与正面阻挡促使漯河河谷内垂直涡度发展,暖湿空气堆积上升并达到自由对流高度,触发了华南沿海最初的降水。夜间建立的西南风急流使边界层垂直风速切变增强,水平涡度倾斜部分转化为垂直涡度发展,与风速水平切变造成的垂直涡度叠加,是强降雨持续时间长的动力机制。海陆边界摩擦差异造成水平、垂直两个方向的风切变增强,共同强迫垂直涡度发展是此次强降雨过程对流维持的动力效应。（4）方程诊断表明华南沿海强降雨由对流潜热释放造成的垂直上升速度占总垂直上升速度的39%～75%,持续、稳定的对流潜热释放是强降雨持续时间长的热力驱动因素。     

我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

利用2009~2017年7~9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015~2017年7~9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1版本)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。     

2019年6月黄河口6次局地冰雹实例分析

利用常规气象资料、多普勒雷达资料、加密自动气象站资料及第五代欧洲中心再分析资料(ERA5),分析了2019年6月发生在黄河口地区的6次局地冰雹天气过程。结论如下：1）6次降雹过程是在有利的环境条件下产生的,大尺度影响系统是东北（华北）冷涡与横槽、中纬度高空槽;冰雹天气即将发生前,对流层低层多存在逆温,有对流抑制,对流有效位能在1 000 J·kg-1以上,环境比较干,0 ℃层与-20 ℃层之间的厚度在1.8～2.3 km,两温度层的高度较经验值偏低。2）雹暴云在发生发展阶段存在最大组合反射率（MaxREF）、回波顶高（ET）和垂直累积液态水含量（VIL）的迅猛跃增;6次雹暴云气柱内冰水含量偏多,且积累迅速,液态水含量较少,雨水含量最少,因而造成降雹时多伴有弱降水。3）雹暴云的中层风场特征表现为雷达径向风的水平切变与垂直切变,而在对流层低层则表现为风向辐合与风速脉动。4）6次冰雹天气发生的地点多在黄河口的沿岸地区;特殊的地理位置有利于在对流层低层形成中尺度风场辐合线,在有利的环流背景下,可激发局地对流或使移入的雷暴云得到迅猛发展,这是导致该地对流频发的原因。     

北京地区降水空间分布及城市效应分析

利用1971-2010年北京地区20个测站降水资料和城市发展数据,分析了北京地区降水的大尺度变化趋势及局地降水的城市效应特征。结果表明:(1)北京地区年降水量具有大尺度变化特征,其线性倾向率为-9.12 mm·(10a)-1;(2)城市化缓慢期城市对降水影响不明显,而快速发展期则表现出明显的雨岛效应,城市化不仅使雨岛增强,还对城市下风向降水有一定影响;(3)受盛行风及热岛环流的共同影响,北京地区不同季节局地降水表现出不同的分布形态;(4)城市化过程对城区局地强降水日数存在增加效应。     

亚澳季风与长江中游夏季降水的关联

分别用850 hPa风场、200hPa风场、纬向风垂直切变、经向风垂直切变为左场,长江中游夏季(6-8月)降水场为右场,进行SVD分析.结果表明:亚澳季风环流与长江中游夏季降水密切相关,主导的亚澳季风环流与长江中游夏季降水的关系,依1月、4月、7月时间先后次序大致为亚洲冬季风偏弱(强),当年北澳夏季风偏弱(强)、北澳冬...     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(II):云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第II部分。文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果,详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化,并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比,研究了云发展过程中的地形影响。研究表明,地形云中微物理过程的发展受地形影响很大,冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(Ⅱ): 云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第Ⅱ部分.文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果, 详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化, 并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比, 研究了云发展过程中的地形影响.研究表明, 地形云中微物理过程的发展受地形影响很大, 冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变.     

热带气旋“苏迪罗”（2015）海上活动时段降水物理过程模拟诊断研究

利用WRF模式对2015年热带气旋（TC）"苏迪罗"发展演变过程开展高分辨率数值模拟,模式较好地再现了"苏迪罗"路径、强度、高低空环流、云系演变和降水分布等。应用三维地面降水诊断方程对"苏迪罗"海上活动时段的降水物理过程模拟诊断指出,Q_WVA（三维水汽通量辐合辐散率）对TC环流区域内降水相关的水汽相关过程变率（Q_WV）变化起主导作用,但环流区域内Q_WVL（垂直积分负的水汽局地变化率）和Q_WVE（海面蒸发率）亦有重要贡献（尤其是后者）,尽管Q_WVE贡献明显小于Q_WVA,但由环流区域外辐合来的水汽也可能主要源于区域外不同海域的海面蒸发,海面蒸发的总体贡献应更大。海上活动时段云相关过程变率（Q_CM）特征及变化与Q_WV相比更为复杂,环流区域内的Q_CLL（负的液相水凝物局地变率）基本维持正值（液相水凝物持续减少）,其消耗主要用于向冰相水凝物转化和地面降水,以及向区域外的三维通量辐散,6日04时之前,环流区域内Q_CIL（负的冰相水凝物局地变率）的变化主要归因于微物理转化及地面降水,而6日04时之后,来自环流区域外的通量辐合也有一定作用;降水强度逐渐增强时期,水凝物含量的短暂增长（负值Q_CLL和Q_CIL）主要归因于明显增强和垂直扩展的上升运动,伴随上升运动增强,水凝物含量明显增加,霰融化（P_gmlt）和雨滴碰并云滴（P_racw）是造成雨滴含量增加的主要微物理过程。"苏迪罗"环流内区域和时间平均的降水效率高达96%,其中Q_WVA是主要贡献项,而Q_WVE和Q_WVL亦有重要贡献,这与TC所处海洋下垫面有关,海上活动时段,充足的降水源和较小的降水汇共同造成此时段的高降水效率,雨滴生成主要微物理来源中,P_gmlt约占P_racw的72%,体现出海上活动时段TC环流内旺盛的深对流活动特征。     

关中暖切变与西安大降水

西安5—8月大降水(全区中大于或等于50mm的降水大于或等于1站或大于或等于20mm降水大于或等于2站)大约有43％的个例有关中暖切变参与。本文就暖切变对西安地区大降水的贡献做了初步分析,并通过个例对比分析指出:天气系统对降水的影响不是唯一的。测站上空的背景形势,大气层结,能量分布以及和地形密切相关的垂直运动状态等对降水的影响也不可忽视。     

南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系

使用江西省82站1959—2016年6月降水资料和NCEP/NCAR逐月再分析资料,研究了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水的关系,并运用大尺度局地涡度倾向变化方程诊断了年际、年代际变化引起的局地涡度倾向异常对江西6月降水的贡献,解释了南印度洋大气垂直环流与江西6月降水年际关系发生年代际改变的原因。结果表明南印度洋大气垂直环流与江西6月降水有密切的关系,且两者的年际关系存在年代际变化:（1）二者关系在1960年代末和1990年代初发生了两次转变,1969年前为显著正相关,1969—1989年相关性不明显,1990年后又转变为显著正相关。（2）江西6月降水偏多年,500 hPa上东亚地区从中高纬到低纬为“+ - +”距平符号分布,江西区域异常正涡度,低层南北风距平在江西上空交汇;降水偏少年环流异常则相反。（3）南印度洋大气垂直环流可引起东亚环流异常,使江西区域涡度正异常;但其影响与背景场的变化有关。动力诊断表明,1969—1989年南印度洋大气垂直环流年际异常对江西局地涡度为正贡献,但年代际异常为负贡献,削弱了年际异常的作用;1990—2016年阶段年际异常为正贡献,同时年代际异常也为正贡献,加强了年际异常的作用,使得其与江西6月降水的正相关显著。      

8·30湖州西南山区大暴雨的地形影响特征

湖州西南山区地形复杂,受地形影响产生的局地强降水造成的灾害很多.2011年8月29-30日西南山区的强降水是在满足大尺度降水条件下受地形影响加强的局地大暴雨过程.本文利用实况高空、雷达以及加密自动站对背景场、雷达回波、地面风场等几个方面进行分析得出,冷空气南下和近岸台风外围东风环流促进低层风场的调整,在大尺度降水条件下,地形对地面风场的辐合作用触发了局地强降水的发生.     

风廓线雷达探测降水过程的初步研究

为利用风廓线雷达 (WPR) 开展降水研究, 分析了2006年8月25-26日北京延庆WPR探测降水个例。降水前高空出现持续时间长达10h以上的水平风垂直切变; 在信噪比 (SNR) 时间序列资料中出现比较清晰的SNR极值层, SNR极值层所处高度与水平风垂直切变高度相吻合。降水期间及前后, 水平风探测高度明显增高2km以上。随地面降水的临近, 下降速度所处高度逐渐降低, 从高空一直延伸到低空, 持续时间长达10h。资料分析表明:国产WPR可以在降水天气工作, 其探测资料能及时反映大尺度流场的变化。通过WPR提供的功率谱密度、SNR、水平速度、垂直速度等多种资料, 可从多种角度了解降水过程; 特别是WPR可以同时探测垂直气流速度、粒子落速及其高度分布, 进而可以估计降水粒子尺度谱及其高度分布, 便于开展更深层次的降水物理过程研究。     

一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。     

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料，对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明：（1）在河北南部，太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区，而前者强度更强，体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。（2）本次过程中，三种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段，环境风维持强深层垂直风切变，相应的u风差也显著增强，利于迎风坡降雨增强；降雨结束时，深层垂直风切变为弱垂直风切变。（3）强降雨阶段，水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变，且低层风垂直切变较大；降雨结束阶段，水平风垂直切变矢量方向变化复杂。（4）太行山脉高度以下的东风不断增强，最大东风分量达到8～28 m?s-1，利于山区和山前降雨的增强。