一次江淮暴雨中中尺度低涡的数值模拟及分析

利用MM5模式对2003年7月4—5日一次江淮梅雨暴雨过程进行了数值模拟。分析表明：暴雨与江淮地区对流层中低层中尺度低涡的发生发展有密切关系。中尺度低涡与中尺度雨团相伴移动，低涡强度与雨强的演变近于一致；低涡中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展；低涡低层有不稳定能量的积聚。应用螺旋度理论分析指出，较大的螺旋度是对流层中低层低涡发生和发展的一种有利机制。     

三场暴雨中湿位涡的中尺度分析

利用中尺度数值预报模式 MM5v3.6,对发生在山东境内的三场不同影响系统的暴雨天气过程进行了数值模拟,并应用湿位涡理论,对这三场暴雨过程进行了诊断分析.结果表明这三场暴雨都产生在θse 陡峭密集区附近,θse 面的陡立易导致湿斜压涡度的发展,有利于上升运动的显著增长;暴雨的发展与湿位涡有很好的联系,暴雨主要出现在 850 hPa 的 MPV1 负值区和MPV2 正值区等值线密集区附近,降水中心位于 MPV1 负值中心前部对流不稳定区中.     

2003-08-28致洪暴雨过程的数值模拟分析

利用较高分辨率的非静力中尺度数值模式MM 5和NECP资料,对2003-08-28西北东部致洪暴雨天气过程进行数值模拟,重点研究α、β中尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量诊断分析。结果表明:α中尺度低涡越山后迅速生成发展,在有利背景条件下生成多个β中尺度系统,不同尺度系统共同作用形成本次区域性暴雨。强降水主要出现在低涡系统的发展阶段。暴雨区南侧600 hPa附近存在干冷层,上部大气层结稳定,抑制垂直扩散,有利于水汽和能量沿着低空向雨区集中输送。暴雨区上空水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放。位涡、散度、垂直速度等物理量的空间分布,有利于强对流天气发生。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

一次梅雨期暴雨的中尺度数值模拟分析

利用常规气象资料、AREM模式输出资料,对发生在2005年梅雨期湖北的一次暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明,强降水发生时,在对应的中尺度对流系统中存在两个分别位于300hPa和600hPa附近的强上升运动中心,低层辐合、高层辐散的单模态分布是上升运动得以维持的重要条件;环境风场并不能控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;强降水形成可概括为低层切变线东移诱发地面低压发展、引起垂直上升运动迅速增加、触发低层水汽的垂直输送和高不稳定能量强烈释放等过程。     

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

“98.7”暴雨β中尺度低涡生成发展结构演变:双向四重嵌套网格模拟

用非静力中尺度模式MM5.V3全物理湿过程和双向四重嵌套网格技术及四维资料同化分析张弛方法,对1998年7月20～22日(简称"98.7")鄂东武汉沿江地区特大暴雨进行了36 h数值模拟,结果大大改进了原二重和三重嵌套网格的模拟,特别是水平分辨率为2 km的嵌套子域D04能更正确地模拟出暴雨的落区及雨强中心,进而揭示了强暴雨β中尺度系统发生和发展的结构及演变. 其主要结果包括(1)β中尺度切变线在鄂东沿江低空强烈发展及辐合中心的出现与其β中尺度低涡的形成和发展直接关联.(2)β中尺度切变线强烈发展的垂直结构强辐合层和强辐散层复式迭置并与强上升运动耦合发展;强涡度层和强位涡度层与强辐合层互伴发展;低空湿位温中心与中空饱和水汽带共存.(3)β中尺度低涡生成的垂直结构散度和上升运动均呈双支柱状发展;涡度和位涡度均呈单支柱状发展;高湿能柱呈双支耦合发展,水汽通道呈阶梯斜升状.(4)β中尺度低涡发展的垂直结构V字型散度柱和上升运动柱互耦发展;涡度和位涡度呈双支柱状;双支高湿能柱强烈发展,阶梯斜升水汽通道变宽增厚.至此低涡发展达最强,其结构具有典型性.模拟结果还指出,发展时空分辨率更高的多重嵌套网格模拟技术和应用四维资料同化方法,将有助于更细致的了解β中尺度强对流系统发生和发展的结构及其演变,并能进一步提高对暴雨落区及雨强的预报水平.     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

“91.7”江淮暴雨低涡发展结构和演变的中尺度数值模拟

本文对１９９１年７月４－７日发生在江淮流域的一次低涡切变线特大暴雨过程进行了高分辨行星边界参数化的中尺度数值模拟。所用模式是通过系列检验和改进的ＭＭ４。控制模拟结果揭示：“９１．７”江淮暴雨过程与中尺度暴雨低涡的生成和发展以及特有的动力和热力结构密切相关；垂直气旋性涡柱的形成和发展是这类暴雨低涡持续发展的一种重要而特有的中尺度结构；伴随暴雨低涡涡柱耦合发展的强上升运动是维持其低涡持续发展以及完成高     

西南地区东部一次大暴雨的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5V3 5对2007年5月23-25日发生在贵州的一次大暴雨过程进行48 h的数值模拟研究,并结合天气形势、雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行分析.结果表明:模式较成功地模拟了这次强降水过程,模拟出了暴雨的强度、位置以及随时间的变化.导致这次大暴雨发生的主要影响系统是中尺度低涡,它的稳定维持是暴雨产生的主要原因.中尺度系统的发展、增强、减弱,主要由低层的正涡度产生.高层辐散、低层辐合、强烈的垂直上升运动是大暴雨天气维持和发展的可能机制之一,强降水与强烈的上升运动区和正涡度区有很好的对应关系.     

江西“6·19”特大暴雨天气过程诊断分析

利用NCEP逐6 h 1°×1°的grib再分析资料和常规气象观测等资料,对2010年6月19—20日江西地区特大暴雨天气过程的物理量演变及高低空急流配置进行了分析。结果表明,此次特大暴雨过程发生在副高与高空槽稳定维持的有利背景场环境下。暴雨落区上空强烈的垂直上升运动,持续的西南水汽输送和高低空急流配置,共同造成了此次大范围暴雨的发生和维持。在高空急流入口区右后侧、低空急流的前方造成正涡度辐合上升运动,暴雨出现在低空急流的左前方。气流的高层辐散与低层辐合的叠加,形成强烈的上升运动,为这次暴雨天气的产生提供了有利的环境条件,也是对流维持、持续的重要机制。湿位涡低层为负、高层为正,高、低值中心和密集带的演变显示了强对流系统暖湿气流与外界干冷空气的相互作用。     

20120705河南省区域性暴雨中尺度特征分析

为研究区域性大暴雨的特征与机理,利用NCEP资料、常规探空资料、卫星云图、雷达及区域站观测资料对2012年7月5日河南省区域性大暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:在低槽及副热带高压影响下,低空切变线、低空急流与地面中尺度辐合线相互作用产生了此次区域暴雨过程.冷空气的移动、对流层深厚的西南急流、中尺度辐合以及切变的形成和发展,对强降水有很好的指示作用.700 hPa等压面上正垂直螺旋度中心的移向和强度变化与降水落区及趋势变化有很好的对应关系,对区域强降水的落区有一定的指示意义.研究结果为改进区域大暴雨预报提供了有益的信息.     

贵州2次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP每日4次的1°×1°再分析资料、地面降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度资料,针对贵州2011年6月5-6日和9月30日至10月1日的2次暴雨天气过程的形成机制进行了诊断分析。结果表明：中纬度低压槽和热带低压分别为2次暴雨提供了有利的环流条件,偏南暖湿急流与干冷气流的交汇有利于激发中尺度对流系统,2次暴雨过程都伴有旺盛的中尺度对流系统发展,MCS是造成暴雨的重要原因。对流层高层强辐散、低层辐合的配合,垂直运动的增强和充足的水汽供应形成了有利于强对流活动发生发展的条件;湿位涡的水平分布对暴雨落区及发展有较好的指示意义,湿正压项和湿斜压项的恰当配合对于垂直涡度的增长和对流活动的加强有重要作用。     

广西区域极端特大暴雨成因个例分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测资料、雷达探测资料以及自动站雨量资料等,对2010年6月28日广西极端特大暴雨过程进行分析;结果表明：①暴雨灾害具有区域小、降雨时段集中、过程雨量大、短历时降雨强及引发次生灾害特别重等特点;②亚欧中高纬度500 hPa呈两脊一槽型、200 hPa南亚高压脊线贯穿广西上空及西南季风活跃是暴雨的环流背景;高空低涡、地面干线是主要天气系统配置,属低涡暴雨型;③强不稳定能量及层结的存在、850 hPa以下低层辐合、700 hPa附近明显涡旋、整层大气上升运动、850 hPa以下层高湿及水汽强烈辐合是主要物理量特征;④中尺度低压、低涡及气流辐合等是中尺度对流触发条件.FY-2E红外云图上对流云团生成、合并对强降雨有重要指示意义,暴雨发生在云团合并发展阶段,FY-2E的TBB值小于200 K可以作为短历时强降雨的指标.低质心雷达回波产生的列车效应和地形作用是造成强降雨的重要因素,低层辐合、高层辐散导致的强烈上升运动,有利于强对流的发展与维持.     

1211号“海葵”台风登陆后引发两段大暴雨过程的对比分析

利用地面加密自动站观测资料以及NCEP再分析资料,对1211号“海葵”台风登陆后在江苏引发的两段降水对流特征差异明显的大暴雨天气进行对比分析。结果表明:第一段区域性大暴雨天气发生在台风环流中心及北侧偏东风急流附近,此时台风环流完整,中心维持正压结构,环流中心及其北侧偏东急流附近伴有较大范围的水汽辐合和强上升运动,有利于区域性大暴雨天气发生,但降水发生在近乎中性的层结下,降水分布较均匀,发展平缓,降水期间对流活动较弱;第二段大暴雨则发生在远离环流中心的台风倒槽顶部,降水期间暴雨区中高层伴有较明显的冷平流,有利于对流不稳定层结发展,降水发展过程中,地面风场出现中尺度扰动,增强了局地辐合和气旋性涡度,加之地面锋区发展,促进了中尺度对流系统的形成和发展,此段降水中尺度特征显著,发展迅速,雨强大,伴有明显的对流特征,导致出现局地特大暴雨天气。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是：暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1〈0同时MPV2≥0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是：在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。     

2005年7月一次大暴雨过程的模拟和诊断分析

基于2005年7月9—10日河南、安徽等地一次大暴雨的巨大影响,利用中尺度模式（MM5）对此次过程进行了模拟,并使用NCEP/NCAR再分析资料和模式输出产品作了多种物理量诊断分析,结果表明,贝加尔湖附近阻高、下游的东北冷涡及其伴随的高空槽造成了有利的环流形势,低层切变线及急流是此次暴雨过程的最主要影响系统。散度、涡度、垂直速度、螺旋度及位温的分布和演变反映出在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,中低层大气层结不稳定性强,上下层大气物质交换强烈,在暴雨区上空螺旋度呈＂下正上负＂的垂直结构,螺旋度正的大值区对应强降水中心;水汽通量散度的分布说明暴雨区有充足的水汽供应,而锋生条件为降水的形成和维持提供了一定的能量。     

致洪暴雨过程中尺度涡旋的结构和准平衡特征分析

利用2008年6月广西致洪暴雨过程高分辨率数值模式资料,分析引起暴雨的中尺度涡旋在移动和持续性发展过程中其内部结构的演变以及系统的动力学特征。研究结果表明,中尺度涡旋是导致此次广西暴雨的主要系统,其发展移动过程中伴随有强烈上升运动的深厚湿对流,并在中高层持续形成明显的暖心结构。此次涡旋系统移动过程可分为涡旋南移和涡旋东移两个阶段,由于受到环境场的影响,涡旋中心区域动量、热量和水汽的再分配为其持续性发展提供有利条件。同时诊断分析表明,涡旋内部存在具有继发特征的长时间维持的组织化深厚湿对流系统,以强非地转分量为特征的超地转流,并表现出涡散运动共存且同量级的特征,具有典型的准平衡特征。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

2012年7月北京一次大暴雨过程的湿Q矢量和湿位涡分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21日发生在北京地区的一次大暴雨天气过程进行非地转湿Q矢量(Q*)和湿位涡等物理量诊断分析,研究暴雨期间Q*散度、锋生函数和湿位涡的时空分布特征,以及它们与强降水之间的关系。结果表明,Q*在850 hPa高度层上对暴雨表现出良好的诊断特性,冷、暖气流的汇聚加强了锋生作用,强锋生中心出现几小时后即出现暴雨。暴雨区位于Q*辐合区内,Q*散度对6 h后暴雨的落区有很好的指示意义。暴雨落区基本位于MPV1正、负值交界处的等值线密集带上以及MPV2负值区内。暴雨区上空,从近地面到对流层低层的对流性不稳定与条件性对称不稳定同时存在,两者共同作用,这很可能是此次暴雨的中尺度对流系统发生发展的重要条件之一。