一次持续性梅雨锋暴雨的中尺度对流系统特征分析

利用常规气象观测资料、地面自动站加密观测资料和FY2G卫星云图资料以及NECP 1°×1°FNL再分析资料等,对2016年6月30日—7月5日安徽省安庆地区梅雨锋暴雨过程中的中尺度对流系统(MCS)活动特征、MCS发展的环境场特征以及低层风场对MCS发展影响进行了分析。结果表明:梅雨锋上有多个MCS先后(或同时)生成、发展并沿正涡度带向下游移动并发展增强,成"列车效应"经过安庆地区并带来持续强降水。强降水落区发生在中尺度低空急流核的左侧,辐合区和上升运动区位于涡度中心东侧,导致MCS持续的向东发展移动并增强。对流层低层西南风急流为MCS发展增强提供了动力条件,并带来大量水汽在梅雨锋区汇集辐合。湖北至安徽上空850～500 hPa的湿度锋为强降水提供了有利的不稳定条件。     

重庆地区一次暴雨天气过程分析

利用常规探测、地面加密观测、NCEP 1°×1°的6小时资料和卫星、雷达等资料对2008年7月22日重庆地区暴雨进行了天气动力学和中尺度分析.结果表明:这次暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,造成强降水的雨团在时空尺度上具有中尺度系统的特征,不断移入的对流回波是降水的直接制造者,西南涡及切变线为降水发生提供了有利的触发条件,低空南风急流的激发了对流运动的产生,同时低空南风急流的维持为降水过程提供了有利的水汽来源.     

一次伴有尾随层状云类MCS强降水过程结构特征

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料及NCEP再分析资料,对2018年5月18日湖北省中东部地区一次尾随层状云类中尺度对流系统(MCS)的雷达回波特征和地面中尺度系统演变特征进行了分析。结果表明:1)短波槽东移南压,引导冷空气南下,与副热带高压外侧强劲的西南暖湿急流长时间在湖北省中东部地区交汇,形成有利于诱发MCS的大尺度环流背景;2)强降水的主要发生时段集中于尾随层状云降水回波对流线形成的初始阶段和成熟阶段,强雨团主要位于对流线附近及层状云降水回波头部,同时伴有雷暴大风天气;3)西南涡的发展为尾随层状云类MCS高效降水产生提供有利的环境场,边界层中尺度辐合线在对流的触发、发展、组织的过程中起到重要的作用,地形的抬升作用及阻挡作用,使MCS持续发展,同时,MCS后部"冷池"能量累积溢出形成雷暴冷出流与环境南风辐合,不断激发新的MCS;4)对流线附近存在明显的上升气流,环境风入流提供了充足的水汽供应,其前侧、后方分别有一支不同高度的下沉气流(出流或入流),并与环境风辐合,使MCS向前持续发展,并在后方不断激发新的MCS,造成较长时间的强降水。     

四川盆地“8.11”暴雨过程中低空急流作用分析

利用高空探测、地面加密区域自动气象站、NCEP1°×1°再分析、FY-4A红外云图、多普勒天气雷达和风廓线雷达等资料,分析了2020年8月11~13日四川盆地一次区域性暴雨过程的降水时空分布、环流背景和风暴系统演变等特征,并重点探讨了低空急流在此次过程中的作用。结果表明:（1）此次过程发生在“东高西低”的环流背景下,主要影响因子为500 hPa低槽、副高和西南涡。（2）低空急流的出现有利于正涡度柱的形成和上升气流支的建立,盆地西北部地形作用可以使上升辐合增强。（3）低空急流为暴雨区带来水汽和不稳定能量。（4）急流对降水风暴系统的影响主要分两个阶段。第一阶段以东南急流为主导,一方面引导对流系统向西北方向移动和增强,一方面在四川盆地西北部山前激发强对流回波带。第二阶段以西南涡西北象限的东北急流为主导,一方面在急流出口左侧形成强动力辐合,一方面将低涡南部的暖湿空气向MCS输送。整个影响过程中,急流主体下边界由3000 m下降到600 m,主导风向由东南风转为西北风。（5）低空急流增强时,MCS维持在代表站上游地区,呈准静止后向传播特征;低空急流减弱时,MCS的准静止状态被打破,对流系统迅速移向代表站,带来短时强降水。（6）龙泉山脉使近地层东北急流气旋性弯曲增大,水平辐合增强。当MCS经过时,龙泉山为地形辐合带,激发新生单体在山麓西侧形成并沿山脉向东北方向移动。      

四川盆地一次西南涡作用下大暴雨过程的短时强降水分析

利用常规地面、高空观测资料、自动站资料、NCEP1°×1°再分析资料和新一代多普勒天气雷达观测资料,分析2015年8月16—18日四川盆地持续性大暴雨过程,给出了此次大暴雨过程不同阈值短时强降水的时空分布特征,研究此次大暴雨过程中造成短时强降水的成因。结果表明:螺旋度的变化对短时强降水有指示作用,螺旋度等值线密集(稀疏),短时强降水增强(减弱)。水汽收支方程中,水汽通量散度项为短时强降水的发生提供了主要的水汽来源。永川雷达反演的风场上具有明显的低空急流、低层辐合,以及局地气旋性涡旋的中小尺度环流特征。通过对比分析发生在2013年6月30日的相似大暴雨过程,发现两次过程的关键影响系统均是西南涡。"8·17"大暴雨过程低涡前部偏南暖湿急流及低涡后部东北冷流均显著,是斜压锋生类短时强降水";6·30"大暴雨过程低涡前侧偏南暖湿急流显著,暖平流建立的不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。雷达特征显示"8·17"过程强反射率因子面积小,回波质心发展较高,有明显的辐合特征";6·30"过程强反射率因子面积大,回波质心发展低,并伴有中气旋活动。     

成都两次暴雨期间风廓线雷达观测的低空风场特征

利用风廓线雷达高时空分辨率资料,对2018年7月成都两次暴雨期间低空风场特征进行分析。结果表明:(1)强降水开始前,中低层(2~4 km)偏南风增强,甚至可以达到急流强度,低空急流指数峰值出现时间较短时强降水开始时间有一定提前量;(2)短时强降水开始于中低层冷空气入侵之时,0.5 km高度附近的风场扰动出现时间较强降水开始时间提前约1 h;(3)两次强降水过程显示,南风增强产生的强垂直切变有利于强降水发生,而北风增强产生的强切变使得降水减弱。     

一个长生命期准静止中尺度对流系统的观测特征及其持续的环境条件

2010年5月31日至6月1日华南特大暴雨过程经历了三次集中降水期,共有4次MCS（Mesoscale Convective Systems）演变过程,其中一个TL/AS MCS（Training Line/Adjoining Stratiform Mesoscale Convective System,邻接层状单向发展的中尺度对流系统）在广西壮族自治区中部准静止地维持了10多个小时,导致了多个观测站出现极端强降水。用观测资料和数值模拟结果重点探讨了该TL/AS MCS的观测特征及其发展持续的环境条件。结果表明,准静止TL/AS MCS发展在一个高空强辐散、低空气旋性汇合环流的天气尺度环境中,TL/AS MCS维持期间热力环境特征表现为对流层中低层持续高湿近饱和态、偏中性层结、合适的对流有效位能和极小的对流抑制能量。在对流层中低层,低空急流的加强发展维持与对流层中层相对弱的环境风形成了风垂直切变随高度呈现强逆转,近地层风垂直切变垂直于对流线的分量大,而在中层风垂直切变平行于对流线的分量占绝对优势,风切变特征可能是TL/AS MCS 准静止的原因;低空急流和中层环流的相互作用、对流层动力和热力条件有利于强上升运动的长时间维持与发展,不断触发新对流从而组织成一个长生命期准静止的TL/AS MCS     

“17·7”榆林特大暴雨成因及多普勒雷达特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料以及榆林多普勒天气雷达产品,对2017年7月25—26日榆林市区域性暴雨、局地大暴雨成因进行分析。结果表明:500hPa短波槽、700hPa低空西南急流和850hPa中尺度切变线是本次过程的主要影响系统;700hPa西南急流为特大暴雨的主要水汽输送系统,同时为强降水的维持提供了不稳定能量。雷达反射率演变特征表明该次过程有两个强降水时段,第一阶段为位于榆林北部的带状回波和南部的孤立雷暴单体造成的局地强降水,第二阶段为回波前部不断生成并发展的多个强回波中心给榆林南部带来的大范围短时暴雨。径向速度图上,在第二阶段对称的正负速度中心表明700hPa存在明显的西南低空急流;过程期间低空急流与强降水的发生具有较高的相关性,持续出现的中心风速为15 m/s以上的西南急流对短时大暴雨的产生有重要作用,低空急流的强度直接影响着强降水强度,急流风速增幅越大,强降水雨强增幅越大。     

地形作用下低空急流的演变与强降水对流风暴系统的相互作用

利用雷达、卫星、风廓线雷达和地面加密区域自动气象站等观测资料,分析了2016年入梅后发生在鄂东地区一次极端强降水事件的中尺度对流系统发生发展过程、结构演变及其传播特征,旨在揭示造成强降水过程中的3个中尺度对流系统（MCS）的触发、发展、维持机理以及它们之间内在的中尺度动力学关系,尤其是地形作用下的低空急流的演变与强降水对流风暴系统相互作用过程。研究表明:（1）与大多数梅雨锋上的强降水带与低空切变线平行分布不同,此次极端强降水雨带呈倾斜的“n”字形,其中两条主雨带近乎与低空切变线垂直;此次极端强降水分别由大别山迎风坡上西北—东南向MCS、湖北中东部平原地区西北—东南向MCS和桐柏—大洪山东侧东北—西南向MCS造成。3个MCS移动缓慢,都具有后向传播的特征。（2）大别山迎风坡上MCS初始雷暴是低空急流下边界不断向下扩展过程中在地形抬升作用下触发的,而湖北中东部平原地区的MCS和桐柏—大洪山东侧MCS的触发、发展、加强都与大别山迎风坡上MCS形成的冷池加速推进形成的出流边界与环境气流形成的强烈辐合抬升作用有关。（3）垂直于大别山的边界层西南急流对山坡上的对流冷池产生的顶托作用不仅平衡了冷池密度流产生的向下作用力,而且进一步强化了山区的辐合抬升强度,使得大别山迎风坡上强降水风暴系统得以长时间维持和发展;当山坡上的对流冷池堆积到足够厚度,或者由于低空急流的下边界迅速抬升时,这种平衡被打破,大范围的冷池俯冲下山并在平原地区快速推进,造成了湖北中东部平原地区大范围的雷暴大风和MCS发展加强,并沿冷池前沿逐步组织化,形成平原地区东南—西北向的强降水带。      

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。     

江南一次持续性暴雨过程中线状中尺度对流系统模态转换机理研究

利用地面观测资料、探空资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料及WRF输出资料,研究了2014年6月20—21日发生在江南地区的一次持续性暴雨过程中中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)的演变过程、结构特征及模态转变机理。此次暴雨发生在500 h Pa东移发展的短波槽前、850 h Pa切变线与低空暖湿急流之间的不稳定区。MCS演变过程中组织模态发生转变,对流东移发展形成拖尾型(tailing stratiform,TS) MCS,后逐渐转变为平行型(parallel stratiform,PS) MCS。环境风场上,TS型MCS表现为垂直对流线的相对入流,弓状回波北侧有气旋生成; PS型MCS低层表现为垂直对流线的相对入流,中高层表现为平行向相对入流。TS型MCS中,强对流区位于正扰动气压带,形成垂直作用于对流线的气压梯度力,导致相对入流垂直对流线;而在平行对流线方向上,扰动气压变化小,平行相对气流弱,整体呈现为较强的垂直向相对气流; PS型MCS中,气压扰动整体表现为西南正气压扰动与东北负气压扰动的分布特征,在西南-东北向气压梯度力作用下,形成平行对流线向后的相对入流,导致MCS模态的转变。     

一次西南低涡影响下的川渝地区 暴雨个例分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、卫星以及雷达资料对2015年8月16—18日影响川渝地区的一次持续性大暴雨过程进行了分析。结果表明:在亚洲中高纬和低纬相对稳定的环流背景下,两次高原涡东移、两次冷空气南下侵入四川盆地共同促进了西南低涡生成发展,造成此次大暴雨过程。西南低涡"初生形成"阶段,地面热低压东北侧有冷锋侵入,中心偏北形成暖锋,低涡近于正压;"稳定持续发展"阶段,冷锋南段移至地面热低压南侧,北段与暖锋结合形成准静止锋,低涡斜压性明显且呈近圆形,持续性暴雨主要出现在西南低涡的暖切变线附近和冷槽东侧;"东移变形减弱"阶段,冷空气第二次侵入,冷锋持续增强,西南低涡东移变形减弱。低层辐合、高层辐散、充沛的水汽输送以及不稳定能量的累积为西南低涡的加深、发展和强降水的维持提供了重要条件。西南低涡暖切变线和南侧冷槽附近发展起来的对流云团是暴雨产生的直接原因,强降水主要发生在云团上风方TBB梯度相对较大的区域。此次强降水过程的局地环流有低空急流和低空辐合线或切变线配合,雷达体积速度处理(velocity volume processing,VVP)法反演的风矢图可更直观地判断风向风速、天气系统所处的发展阶段以及判识辐合线或切变线,低空辐合线或切变线的演变以及低空急流的强度和移向对强降水天气产生的动力条件、维持时间和回波外推预报具有重要的指导意义。     

一次西南涡东移引起的长江上游流域强降水过程分析

利用MICAPS常规观测资料、FY2E卫星云图资料、fnl 1°×1°资料和三峡梯级调度自动化降水资料对2016年6月30日长江上游流域的暴雨过程进行分析。结果表明:在有利的大尺度环流背景配合下,产生此次强降水过程的主要影响系统是西南涡和低空急流,副热带高压和大陆高压的稳定维持使得西南涡移动缓慢,低空急流的加强使得西南涡加强,从而造成大范围的暴雨;本次过程地面没有冷空气触发,是一次在西南低空急流中出现的暖区强降水过程;高空分流区增强了高层辐散抽吸作用,使得西南涡不断发展加强。      

一次高原涡突发大暴雨的数值分析

通过改变中低层冷空气、低层水汽、西南低空急流和低涡的特征,利用η—坐标中尺度数值模式进行数值试验,分析探讨它们在2003-07-15高原东侧低涡切变突发大暴雨形成过程中的作用,结果表明它们对雨带形状、大暴雨范围和量级有明显影响,合适冷空气是高能暖湿和强烈不稳定产生强降水的必要条件。     

低纬高原两次冬季南支槽强降水的对比分析

利用常规高空观测资料,对发生在云南低纬高原2007年1月31日_2月1日和2008年1月26_27日的两次南支槽强降水过程进行对比分析。结果表明,两次南支槽降水的环流形势及影响系统均不同,前者为高原南支槽前西南暖湿气流与低层切变、冷锋共同影响,属典型的“槽潮”天气;后者无明显强冷空气配合,因中低层西南急流的建立并长时间维持,新生南支槽东移补充、西南涡及静止锋的共同影响造成。物理机制上,湿位涡的CSI机制分析表明,两次过程均属于对称不稳定降水;在2007年的强降水过程中,θac密集带在地面锋区附近形成,冷暖气流形成次级垂直环流国,导致强降水强降温并伴有大范围降雪的寒潮天气出现。后者无次级垂直环流圈形成,但有两个口。,密集带锋区长久维持,滇中以西持续的上升气流不断增强且深厚,滇中以东中低层形成有弱的气流辐合带,故强降水以液体降水为主,降温不明显;两次强降水过程均有锋生,前者锋生是由切变增强西移,低层冷高压促使冷锋增强,后者锋生为东移西南涡与稳定持续的强劲西南风低空急流触发而成。     

闽北一次初春强降水的成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、新一代天气雷达资料,对2012年3月6日-7日福建省北部地区暴雨成因进行诊断分析。结果表明:此次降水过程在高空西风槽南下带来的冷空气与西南暖湿气流交汇的背景下产生,暴雨区位于低空西南急流北侧、低层切变南侧、地面冷锋附近;强降水落区位于层结不稳定的湿区中,低层辐合、高层辐散有利于对流发展;干冷空气的侵入时高层高值位涡库向北向下伸展,促使中低层气旋涡度发展,从而导致强降水的发生;雷达回波分析表明,低层暖平流、高层冷平流、区域上空辐合形势都有利于对流性降水的产生。     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

豫北一次强降水过程的多尺度诊断

2013年7月8日河南濮阳发生强降水天气,利用常规天气观测资料、NECP再分析资料、地面自动站加密资料、卫星云图和天气雷达产品,诊断此次强降水过程产生的原因及中尺度特征。分析表明:(1)此过程属切变线暴雨过程,高空低槽东移、副热带高压加强北上、西南暖湿气流加强、中低层切变线和地面倒槽发展是强降水过程的环流特征。强降水发生在大气层结不稳定区域,低层水汽充沛,有低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。降水中心位于中低层"人"字型切变顶端右侧暖切变线附近、地面倒槽顶端冷暖空气气旋性辐合最强区域;(2)沿倒槽辐合线强烈发展的β中尺度的对流云团东北移与濮阳周围发展的对流云团合并加强,形成较强的中α尺度的对流系统(MCS),对流性强降水落区处于MCS的前端对流发展旺盛区及附近,此处云顶亮温(TBB)值达到最低(203 K);(3)多普勒雷达回波图上,多条中尺度回波短带汇合加强,形成"人"字型带状回波北抬,与濮阳附近发展的对流回波合并加强,强回波在濮阳当地打转滞留,造成强降水;径向速度图上,低层较大的东南风入流和中层大范围强盛的西南风入流在雷达站周围形成中小尺度的强旋转辐合风场,使对流上升运动增强,造成极端对流性强降水。同时此处也是地面中小尺度的气旋性辐合处。     

“12.7.21”西南涡极端强降雨的成因分析

利用常规观测资料、ECMWF分析场、区域自动站、多普勒雷达及SWAN系统产品等资料对2012年7月21日西南涡暴雨过程及盘龙极端强降雨进行分析。分析发现：此次过程是“北槽南涡”形势下,地面冷空气触发西南涡其东侧辐合上升运动强烈发展,高层强辐散,因而产生了对流性暴雨天气过程;冷空气从西侧侵入西南涡是925 hPa “S”形冷锋形成的直接原因,也是地面辐合线形成的重要因素;极端短时强降雨就发生在西南涡东侧中尺度雨带的中部偏北区域,有地面辐合线相配合,降雨最强时MCC冷云中心TBB达最低值。雷达回波表明：西南涡两侧冷暖空气的交绥促进了β中尺度气旋式环流的形成;偏南风低空急流为强降雨提供了充足的水汽,增强了中低层的垂直风切变,有利于强降水超级单体风暴的发展和维持;盘龙的极端短时强降雨是β中尺度气旋式环流中,伴随有深厚中气旋的强降水超级单体风暴在环流中心附近持续发展的结果。     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。