一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306mm、环江218 mm、灵川270mm、桂林251 mm、柳城177mm和田林163 mm.采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究.结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构.(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失.过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系.在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生.(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关.     

一次锋面气旋云系中强对流云团的识别

利用NOAA-16/AMSU-B微波亮温资料和GOES-9光学遥感资料对2004年6月16日一次锋面气旋云系中的强对流云团进行识别, 尝试了NOAA-16/AM SU-B微波两窗区通道亮温、3个微波水汽通道间亮温差, GOES-9红外亮温阈值、水汽和红外通道亮温差、红外和水汽通道亮温多光谱逐个修改聚类等方法, 通过比较各种方法的识别结果, 分析各种识别技术的特点, 同时采用地面常规观测资料进行叠加, 对识别方法进行了验证。结果表明:微波对强对流云团均能较好识别, 但89 GHz通道亮温受地表影响较大, 不能很好剔除过冷水体, 150 GHz通道亮温与微波水汽通道间亮温差的识别结果较一致, 3个微波水汽通道间亮温差对阈值的依赖性相对较小; GOES-9红外亮温阈值因其随时空变化对识别结果会造成较大差别, 而水汽和红外通道亮温差对强对流云团能进行较好定位, 但识别范围较小, 多光谱逐个修改聚类方法对积雨云的识别效果较好, 且和NOAA-16/AMSU-B识别结果有较好的对应关系; 地面常规观测资料的叠加结果也说明, 多波段遥感资料对强对流云团的识别结果与当时的天气现象及积雨云状均有较好的对应关系。     

一次极端短时强降水过程中FY-3微波湿度计观测特征分析

利用FY-3微波湿度计资料和常规观测资料,对2016年贵州至湖北一次强降水事件中极端短时强降水站点、一般性短时强降水站点上空对流云的微波观测特征进行了对比分析。结果表明:(1)极端短时强降水站点上空150 GHz附近窗区探测通道亮温低于一般性短时降水站点。(2)极端短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布呈现漏斗状,对干侵入有一定指示作用,亮温最低值出现在183.31±7 GHz附近,主要为暖云降水;一般性短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布则呈竖条形,亮温最低值出现在183.31±3 GHz和183.31±7 GHz探测通道附近,为冷云暖云混合降水。(3)极端短时强降水站点上空未出现冲顶对流,但低层对流发展旺盛;一般性短时强降水站点上空出现冲顶对流,但低层对流发展强度偏弱。     

应用AMSU-B微波资料识别强对流云区的研究

微波遥感可以穿透云顶直接探测对流云内的冰态粒子分布,受冰晶粒子的强烈散射衰减作用,AMSU-B的3个微波水汽吸收波段亮温随冰粒子的增加而降低.由于探测权重高度不同,辐射传输过程中受冰粒子的散射影响也不尽相同,3个水汽通道之间存在亮温差异,这种差异与对流云的强弱密切相关.利用微波向量辐射传输模式(VDISORT)模拟了云雨粒子对微波水汽通道观测的影响,并利用2005年8月12日华北地区的对流天气过程,分析了AMSU-B通道亮温与对流强弱变化之间的对应关系.在此基础上,建立了一种利用NOAA卫星AMSU-B水汽通道亮温差定量判识深对流云和冲顶对流云的方法.利用该方法对典型对流降水云团进行判识,结果显示,微波识别的对流云区可以较好地表征强降水的分布,其中的冲顶对流区与可见光云系的上冲云顶结构有着很好的对应.     

“2010.5.6”广东暴雨FY3卫星资料综合分析

利用FY3A卫星VIRR资料、微波湿度计资料和广东地面加密区域站降雨资料,分析了2010年5月6日广东大暴雨的云团特征,强降水区的微波亮温(水汽)垂直结构,进而初步总结了FY3A资料与华南暴雨3至6小时降雨量关系和短时强降水的预警意义。     

襄樊特大暴雨FY-3A微波资料分析

搭载在中国新一代极轨卫星FY-3A上的微波湿度计对于大气湿度以及云雨分布特征具有较好的探测能力。利用其150 GHz极化波段亮温和183.31 GHz附近的水汽吸收波段亮温及其反演产品,对2008年7月22日襄樊特大暴雨中10：00—11：00强降水成因进行了分析。结果表明：襄樊10：00—11：00强降水产生时,微波湿度计5个波段亮温均处于低值区的大梯度带;极化比、极化差出现明显的大、小值分裂;微波湿度计的高频通道资料表明,襄樊处于深对流中心地带,正是这种深厚的对流系统导致了襄樊的强降水。     

2008-07-22襄樊特大暴雨FY-3A微波资料分析

搭载在中国新一代极轨卫星FY-3A上的微波湿度计对于大气湿度以及云雨分布特征具有较好的探测能力。利用其150GHｚ极化波段亮温和183-31GHｚ附近的水汽吸收波段亮温及其反演产品,对2008年7月22日襄樊特大暴雨中10：00-11:00强降水成因进行了分析。结果表明：襄樊10：00-11:00强降水产生时,微波湿度计5个波段亮温均处于低值区的大梯度带;极化比、极化差出现明显的大、小值分裂;微波湿度计的高频通道资料表明,襄樊处于深对流中心地带,正是这种深厚的对流系统导致了襄樊的强降水。     

2013年广西一次前汛期暴雨过程分析

利用地面观测资料、探空资料和卫星观测资料对2013年4月29日至5月1日广西东部地区出现的一次暴雨天气过程进行分析,结果表明：（1）本次强降雨过程前期具有典型的暖区暴雨天气过程,主要受高原槽、低层急流系统影响,低层风向辐合高层辐散的配置触发了暴雨天气的产生,后期冷空气南下影响,触发强对流云团发展,造成强降雨天气的持续;（2）过程期间涡度场、散度场低层辐合高层辐散配置较好,水汽辐合上升强烈;（3）中尺度雨团在广西东部连续的生成并维持,造成桂东地区大范围的暴雨天气.     

2009年7月初广西致洪暴雨过程综合分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和NCEP再分析资料对2009年7月1～6日广西致洪暴雨过程进行分析,发现:850hPa西南急流为广西输送大量的水汽和不稳定能量,急流轴随时间逆转阻断水汽和不稳定能量北上,使之在广西积聚,500hPa低槽下高原后加深并出现闭合低涡,低涡附近强烈的上升运动,触发了暴雨的发生,同时地面闭合低压环流使低层辐合明显,闭合低压环流附近出现强降雨带。桂北静止锋云团、桂南辐合抬升不断加强生成对流云团,是造成了南北两条强雨带的重要原因。     

西南低涡对流云团及其降水的一些特征

基于FY-2C静止卫星红外和水汽通道资料,简单分析了发生在四川盆地的西南低涡暴雨云团生消过程,给出了一些有意义的云团生命特征。同时,结合相应的地面自动站降水资料,详细分析了卫星红外和水汽通道云顶亮温与对流云团降水之间的关系特征,结果表明:对于一完整对流降水过程,1小时内最低水汽亮温和水汽亮温增量能很好地描述地面1小时累计降水特征。然而,用静止卫星红外或水汽通道亮温来表征的云团降水特征是非常复杂的。尽管具有相同的最低云顶红外或水汽亮温,但对不同的对流过程其总体降水量级趋势不一样。而且,对于同一对流过程的不同发展阶段,即使出现云顶红外或水汽亮温一样,但其地面降水特征也是不一致的。甚至是对于同一时刻具有相同最低红外或最低水汽亮温特征的云,其降水落区与量级都不尽相同。正是这些复杂的降水特征,使得西南低涡对流云团的降水估算具有很大的难度。      

河池市复杂地形的一次强降雨分析

基于349站自动站雨量资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星TBB资料以及河池市复杂的地形特征对2016年6月14-15日强降雨过程进行分析,结果表明:此次暴雨过程分为两个阶段,前一阶段是由超低空急流在山脉迎风一侧辐合抬升及地面中尺度锋区共同作用下产生的暖区暴雨,后一阶段为高空槽引导冷式切变线南下,地面有冷锋相配合产生的锋面暴雨。最强降雨出现在九万大山迎风坡一侧的喇叭口地形处,并且强降雨落区与能量锋区、低层水汽通量辐合及整层可降水量大值区有较好对应。强降雨出现在对流云团TBB大值中心附近,暴雨云团列车效应及中α对流系统在河池东北部山区长时间停滞,是导致该地累积雨量大的重要原因。     

梵净山东南侧夏季暖区暴雨中尺度系统演变与环境场特征个例分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3—4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析。结果表明:(1)该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hPa分流辐散区,主要影响系统为500 hPa高空槽和850 hPa暖切变线,地面无明显冷空气影响,属贵州暖区极端暴雨。(2)此次暖区暴雨是由4个对流云团连续影响直接造成,强降雨出现在对流云团中心附近及其后侧云顶亮温(T_(BB))等值线梯度大值区。(3)暴雨由积状云为主的混合降水回波造成;暖云层和湿层深厚、低层水汽输送充沛、异常偏低的自由对流高度(LFC)和抬升凝结高度(LCL)及中等强度"瘦高"型对流有效位能分布,是形成高效率降水的有利环境条件。(4)梵净山对水汽向北输送具有阻挡作用,使水汽通量大值带和水汽辐合中心集中在其东南侧;边界层偏东风在山前转向南流与南来偏南气流在暴雨区形成东西向稳定中尺度辐合线,对流在辐合线附近触发、合并、加强和东移是造成特大暴雨的重要原因;迎风坡和喇叭口地形的中小尺度动力强迫有利于边界层水汽输送和抬升凝结。     

眉山一次持续性强降雨天气过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL再分析资料、FY-2卫星云图以及雷达资料,对2020年8月15～18日眉山一次持续性强降雨进行研究,结果表明：(1)高原涡和西南涡耦合是造成此次强降雨的影响系统,副热带高压强盛稳定形成阻塞,冷平流和中低层强水汽输送造成了持续性强降雨天气。(2)上冷下暖,大气层结不稳定;低层辐合,高层辐散促进对流的发展,强降雨过程上升运动显著增强,低层有强水汽辐合,有利于水汽汇集,为强降雨提供了重要的水汽条件。(3)强降雨发生在低亮温对流云团中,且对流云团有强烈的垂直上升运动,雷达回波强,并形成了急流轴,有利于强降雨的发生和持续。     

“6.18”梅雨锋西段黔东南大暴雨个例诊断分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2C云顶亮温(TBB)资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月17—18日发生在黔东南地区的典型梅雨锋西段暴雨进行了诊断分析。结果表明:(1)在500 h Pa两槽一脊单阻型梅雨形势下,冷空气沿贝加尔湖阻塞高压东侧南下与来自南海、孟加拉湾的暖湿气流在黔东南交汇,500 h Pa短波槽东移促使低空切变线东移南压和地面梅雨锋发展,配合200 hPa南亚高压东部脊附近的"辐散抽吸"作用,共同触发了中尺度对流系统(MCS)而造成暴雨;(2)大暴雨由多个MCS新生、东移、合并与发展加强造成,强降雨主要发生在对流云团发展到成熟阶段,TBB降低过程与降雨增强过程较为一致;(3)梅雨锋雨带上一镶嵌若干γ、β中尺度云团的α中尺度对流系统在黔东南地区维持是造成该地区清水江流域持续强降雨的直接原因;(4)低层正螺旋度中心、中高层负螺旋度中心均向下移动,且低层正螺旋度迅速增大,有利于低层切变线快速发展和降水增强;(5)低层850 h Pa水汽通量辐合带与强降雨带吻合较好。     

陕西中部一次远距离台风暴雨过程成因分析

2010年第03号台风“灿都”诱发渭河流域7月23日出现了远距离台风暴雨,利用常规高空、地面观测资料、NCEP/NCAR逐6h1°×1°再分析资料以及FY2E卫星云图资料对该次暴雨的成因进行了分析,结果表明登陆台风对暴雨的作用主要表现在以下几个方面:①为暴雨提供了水汽和能量,②为暴雨区低层提供了较强的正涡度平流,③为中尺度暴雨系统的形成提供了有利的环流背景,直接或间接地影响了中尺度云团的生消.地面中尺度系统是中尺度云团的直接影响系统,而低空急流是中尺度云团的动力源;强降雨时段与云顶亮温TBB小于等于233K区域有较好的对应关系.     

“0811”暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

利用T639 1°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温(TBB)、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即"0811"暴雨过程)中的中尺度对流复合体(MCC)和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,(1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。(2)山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。(3)在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5 880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5 840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流入口区的右侧。(4)MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。(5)山西南部MCC影响区和5 880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。(6)山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对"0811"暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

江汉平原一次突发性特大暴雨的诊断分析

利用NCEP 1°×1°逐6h分析资料和湖北省自动气象站雨量资料分析了2006年5月24日夜间江汉平原南部一场突发性大暴雨、局部特大暴雨过程的成因.结果表明,这次强降雨发生之前,高空急流南界先向北移出湖北省上空,伴随着强降雨的发展与减弱,急流南界又重新南扩到湖北南部;急流核在强降雨发生之前在35-40°N之间东移,特大暴雨发生时已位于暴雨区东北方向渤海湾一带.这次特大暴雨发生在边界层中尺度正涡度区合并加强过程中.暴雨过程伴随着高层惯性稳定度的减小与低层位势不稳定的维持:南海西北部到华中地区西南水汽通道的建立是特大暴雨发生的有利条件,水汽输送主要集中在中、低层.特大暴雨发生之前低层正值湿螺旋散度增加明显.     

MCC和中尺度暴雨云团发生发展环境场对比分析

利用常规观测、地面加密观测、卫星云图以及tBB等资料,对比分析2007年8月8—9日中尺度对流复合体（MCC）与2006年6月2—3日一般暴雨云团之间发生发展环境场的差异。结果表明：暴雨云团发生在对流层低层切变线中,高层急流人口区的右侧;MCC的发生,低层除了有中尺度低涡外,还有台风的影响。MCC对高温高湿能量的需求比中尺度暴雨云团更高,要求高能舌范围更广、更深厚,对流不稳定区范围更大。MCC发生在高层南亚高压北侧的反气旋环流与低涡耦合的强烈上升运动区,中尺度暴雨云团则发生在急流人口区的右侧与低层切变线耦合产生的次级环流上升运动区。     

陕西2次相似天气系统下强降雨差异的成因诊断

利用常规观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、自动站资料,从水汽、动力、不稳定条件方面,采用诊断分析方法对2011年7月28日(简称过程Ⅰ)关中西部、陕南西部区域性强降雨和2013年7月25日(简称过程Ⅱ)陕北南部分散性强降雨进行对比分析。结果表明:2次过程前期天气状况、环流形势、影响系统类似,但降雨差异大。过程Ⅰ低层切变线和辐合线明显,过程Ⅱ则弱;地面上,过程Ⅰ强降雨区处在高、低压之间的气压梯度密集带上,过程Ⅱ强降雨区则处于均压场中;过程Ⅰ强降雨区中低层比湿呈单峰型变化,水汽通量辐合强度大且深厚,有强烈水汽输入,过程Ⅱ强降雨区中低层比湿基本无变化,水汽通量辐合强度弱且浅薄,水汽输入弱;过程Ⅰ强降雨区中、低层有明显冷空气作用产生系统性强降雨,过程Ⅱ强降雨区仅在近地层有浅薄的弱冷空气扰动,在西南气流中激发湿对流;过程Ⅰ强降雨区低层对流不稳定、中高层为条件对称不稳定的混合型大气层结,而过程Ⅱ强降雨期间中层、低层大气均为对流不稳定层结。     

基于卫星雷达等多源资料的短时暴雨预警

利用2017—2018年葵花卫星(Himawari)TBB亮温资料,计算最低亮温、亮温梯度、红外与水汽亮温差和低亮温区面积及其随时间变化率等特征参量,确定短时暴雨的卫星参数阈值,并融合了雷达参数阈值及过去1 h地面加密降水实况资料,采用指标叠加法判定监测区域内某一云团未来2 h能否产生区域性短时暴雨天气,并采用交叉相关法外推云团的移动,进而对强降水云团进行预警。对2019年几次暴雨过程预报检验结果是:预警命中率(POD)为80.6%~97.1%,平均为91.0%,临界成功指数(CSI)为77.2%~79.2%,平均为77.9%,所预警的云团未来2 h影响区域出现≥30 mm/h短时暴雨站数占全省短时暴雨站数的76.4%~96.2%,平均为85.2%,整体预警效果较好。