华北秋季强弱线型对流发展时天气尺度环境条件探讨

华北地区进入秋季以后,弱对流过程增加.为了提高秋季对流天气强度的诊断识别能力,选择了9月份发生在相似背景下,强弱不同的两个线型对流个例作了对比分析.结果表明,强对流发生在深厚的天气尺度上升区中(上升运动伸展到200 hPa附近),而且对流层低层环境大气的绝对湿度较大;而弱对流发展时,上升运动仅存在于500 hPa以下,边界层内的比湿只有5～7 g·kg-1,较强对流个例低2～5 g·kg-1.它们是导致对流强弱不同的主要原因.强对流个例深厚的上升运动源于低层辐合切变线、露点锋和高空槽的强迫,此外对流层上部的强辐散叠置在低层辐合区上空,有利于上升运动加强并向高层发展.弱对流产生时,冷空气侵入到对流层中层以下,造成下沉区的下边界较低,不能产生深厚的上升运动.这是强弱个例垂直运动伸展高度不同的动力因素.热力学条件差异主要在对流层中下层.强对流产生时,对流区内有能量聚积,CAPE达到1087 J·kg-1,而且暖湿层和对流性不稳定层伸展到600～700 hPa.弱对流个例,仅边界层相对暖湿,CAPE只有68J·kg-1.上述关于力和热动力条件差异研究结果表明,天气尺度上升运动伸展的高度、对流层下层空气的绝对湿度、暖湿层和不稳定层的厚度等可能是影响华北秋季对流强弱的重要环境因素.     

与台风”海鸥”相关暴雨过程的水汽和干侵入研究

利用常规观测资料、NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料和WRF3.2模式的模拟结果分析了一次由台风"海鸥"与西风槽远距离相互作用产生的山东暴雨过程的水汽和干冷空气活动。结果表明:水汽辐合主要来自南边界的水汽流入,南边界水汽输入的增强主要是台风向北的水汽输送造成的,对流层低层的低涡使水汽在山东中西部地区集中。南北方向水汽辐合的大小与降水量有较好的对应关系。暴雨过程中有明显干冷空气活动,暴雨初期,对流层顶的干冷空气先行侵入降水区,引起高层西风加速和辐散加强,进而导致上升运动发展。暴雨发展期,对流层中层(500 hPa或600 hPa)干冷空气由西北向东南以偏西气流的方式侵入降水区,与暖湿空气以东西风的形式辐合上升。暴雨强盛期,对流层中层不仅有来自中纬度西北方向的干冷空气侵入,而且还有来自高纬的干冷空气侵入。干侵入始终具有高层超前于低层的特点,有利于位势不稳定的发展。干冷空气与暖湿空气活动的加强使山东地区中低层锋生加强,激发非地转垂直上升运动,是上升运动加强的机制之一。暴雨过程中对流性不稳定和条件性不稳定共存,干冷空气侵入使等相当位温面倾斜及强迫暖湿气流沿锋面倾斜上升,有利于条件性对称不稳定的发展。     

一次江淮暴雨过程中干空气侵入的诊断分析

利用中尺度数值模式MM5(V3)，对2003年7月4日20时至5日20时发生在江淮地区的一次梅雨锋暴雨过程进行模拟，并采用模式输出的具有较高分辨率和动力协调性的网格资料，就干空气侵入及其对暴雨过程的作用进行了诊断研冤。结果表明，此次暴雨过程中有明显的干空气侵入，且干空气侵入对暴雨过程产生重要作用：干空气侵入将对流层高层高位涡带入低层，促进了对流层低层气旋及对流运动的发展，继而引起降水的增强。     

干侵入对陕西“2008.07.21”暴雨过程的影响分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年7月21日发生在陕西西南部一次暴雨过程的大尺度环流背景和水汽条件,运用相对湿度、风矢量、湿位涡和垂直涡度等多种物理量场,研究了该暴雨过程中干侵入的机制和特征,以及对暴雨发生、发展和维持的影响.结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低空气旋的有利形势下产生的.水汽主要来源于孟加拉湾,持续的高层辐散、低层辐合的环流配置保证了低层源源不断的水汽辐合并抬升凝结,有利于转化为降水.受高空低槽发展东移的影响,干侵入在垂直层次上表现为由对流层中高层向低层的注入,水平方向上主要表现为由西向东的侵入,其中在103°E以西地区存在较强的下沉运动是干侵入的载体.应用湿位涡与倾斜涡度发展理论分析表明,当对流层中高层具有高值位涡的干空气侵入到低层时,由于湿位涡守恒特性,引起倾斜涡度发展,进而导致低层垂直涡度的急剧发展,有利于上升运动将水汽向上层输送,冷暖空气相遇,产生此次暴雨过程.     

一次台风远距离暴雨中的干侵入分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2008年7月17—19日发生在山东地区的台风远距离暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。结果表明:降水期间有来自中高层的干冷空气的侵入,主要有两种表现形式:对流层顶附近向下的干空气侵入和对流层低层由西北向南的干空气侵入。干侵入存在于300~600 hPa之间,高层略微落后于低层,不利于对流不稳定的发展。但干冷空气侵入使得等相当位温面倾斜,有利于条件性对称不稳定的发展。干侵入使原来不饱和湿空气出现饱和,有利于降水增幅,雨区始终位于500 hPa干区前沿。高层正位涡扰动沿相当位温密集带向低层输送,500 hPa位涡高值区与降水有较好的同位相关系,对降水的发展和移动有一定的指示意义。     

一次强沙尘暴过程中干空气侵入的数值模拟和诊断分析

利用非静力MM5模式对2004年3月26-28日主要发生在内蒙古中部偏北地区的强沙尘暴天气进行了数值模拟，并利用模式输出结果对这次过程进行了干空气侵入的诊断和分析。模拟和诊断分析结果表明，此次强沙尘暴过程中有明显的干空气侵入，这种干空气侵入将对流层高层高位涡带入低层，促进了对流层低层气旋及对流运动的发展，继而引起强沙尘暴的发生。     

干空气侵入对河南省2006年1月18-19日暴雪形成的作用

利用NCEP再分析资料和常规气象观测资料,分析了2006年1月18-19日发生在河南省的一次暴雪过程,结果表明,这次暴雪过程中存在干侵入现象.干侵入的发生发展对暴雪过程具有重要作用:干侵入沿相当位温密集带向下向北传播,引起对流层低层气旋性涡度发展,增强辐合上升运动,导致降水的增强;高层干冷空气向下注入,引起温度场扰动,在对流层中低层形成逆温层,有利于暴雪天气的发生;高空急流入口区北侧的下沉运动为对流层高层干空气和高位涡的下传提供了动力条件.     

一次山东特大暴雨干侵入的作用

以2009年7月17—18日一次山东特大暴雨为研究对象,利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星水汽资料及常规气象观测资料,通过数字化卫星水汽图像与大气动力场相结合的方式,揭示干侵入在本次暴雨过程中的特征及其对暴雨发生、发展的作用机制。结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低层低涡切变的有利形势下产生的。暴雨过程与干侵入密切相关,干侵入在对流层中高层随高度向东倾斜,强降水出现在干侵入前沿湿度梯度最大值处的湿区一侧。卫星水汽图像干侵入暗区与对应着350hPa位涡高值区、干冷区。与干侵入相伴随的高位涡下传,使低层气旋性涡度加强,气旋发展。高层干冷空气下传有利于干层的形成和维持,干层的存在加强了暴雨过程的对流不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用。     

干空气侵入对河南省2006年1月18-19日暴雪形成的作用

利用NCEP再分析资料和常规气象观测资料,分析了2006年1月18-19日发生在河南省的一次暴雪过程,结果表明,这次暴雪过程中存在干侵入现象。干侵入的发生发展对暴雪过程具有重要作用:干侵入沿相当位温密集带向下向北传播,引起对流层低层气旋性涡度发展,增强辐合上升运动,导致降水的增强;高层干冷空气向下注入,引起温度场扰动,在对流层中低层形成逆温层,有利于暴雪天气的发生;高空急流入口区北侧的下沉运动为对流层高层干空气和高位涡的下传提供了动力条件。     

一次东北冷涡过程的数值模拟与降水分析

本文利用WRF模式对2007年7月8日至12日的东北冷涡过程进行模拟。通过分析天气尺度背景场可知, 在对流层中高层出现干侵入过程, 干空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部, 随着东北冷涡一起呈涡旋状运动, 在对流层中层的干侵入更加明显; 东北冷涡的东部为水汽通量辐合区, 说明此处水汽丰沛, 该处的暖湿空气与干冷空气相汇, 有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知, 中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处, 此处的对流层低层易形成强辐合区, 而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动, 在对流不稳定区配合着强上升运动, 有利于对流系统发展而产生降水, 因此在低压系统东南侧及东北侧的 “气旋曲度” 区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知, 在东北冷涡中的东南侧和东北侧, 对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有很好的指示作用。     

山东地区一次台风降水事件的干侵入特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料对2008年7月17～21日发生在山东地区的强降水事件进行了分析,发现这次强降水是在中低纬度系统相互作用下产生的.对干侵入特征的分析表明,这次强降水事件中干空气主要以纬向侵入为主,这与济南“7.18”暴雨不同.通过对假相当位温(θx)的诊断分析发现,干空气侵入一方面有利于锋区的形成和维持...     

干冷空气活动对2008年梅雨降水的作用

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年梅汛期暴雨过程中干冷空气侵入对暴雨发生、发展和维持的作用.结果表明:梅雨期中高纬度环流的演变和调整与暴雨过程密切相关,亚洲北部阻塞高压(高压脊)的建立和维持,使得500hPa高度上西风锋区南压,导致干冷空气南下,极涡活动的异常偏东和加强有助于冷空气向江淮流域输送,有利于江淮流域暴雨的发展.在江淮流域梅雨期间,干冷空气的活跃与暴雨过程相对应.干冷空气来源于中高纬度和中高层.干冷空气侵入有利于对流层中高层干层的形成和维持.而且,干冷空气侵入是梅雨湿度锋形成和维持的一个重要动力和热力原因.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

一次区域暴雨天气过程分析

利用常规气象观测资料、1°×1°NCEP/NCAR的再分析资料等,对2009年4 月 24 ～25日广东出现的一次区域暴雨过程进行诊断分析,结果表明:高层辐散、高空槽过境与低层低涡东移耦合,冷空气和西南暖湿气流在广东中心部地区交汇,形成明显的气旋性辐合,促进了强降水的发展;弱冷空气入侵触发了此次降水过程,而低空西南急流...     

2014年“5.8”广东大暴雨中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料、地面常规观测、FY-2E卫星TBB资料,对2014年5月8—9日发生在华南南部的一次暖区暴雨过程进行了研究。得出以下结论:1)第1阶段暴雨发生变性高压脊后部,未受冷空气影响,属于华南典型的回流暖区暴雨过程,第2阶段在东路弱冷空气的触发下再次产生暴雨,属于非典型回流暖区暴雨。2)1个中α尺度MCC和1个中β尺度MCS是该次广东大暴雨直接制造者,其中MCS-D在广西境内生成并逐渐东移,多个对流系统的并入延长了MCS-D的生命史,最后形成中α尺度MCC。3)东南气流是该次暴雨的主要水汽来源,中层小股干冷空气侵入,高层强烈辐散、深厚的上升运动的配置条件有利于中尺度对流系统发展和维持。4)区域自动站风场资料分析表明,夜间陆风(偏北风)与加强的东南风在112.5°E附近的汇合,可能触发了中尺度对流系统MβCS-H的生成。     

热带风暴“海高斯”诱发清远市暴雨过程分析

对0817号热带风暴"海高斯"造成的暴雨进行了天气动力学诊断分析。结果表明,热带气旋右侧生成的低空急流,将低层高能暖湿空气向暴雨区不断地输送,加上低层辐合,为此次暴雨的产生提供了充沛的水汽输送和层结不稳定条件。同时,来自中纬度西风槽后部的弱冷空气,在对流层低层与暖湿空气相互作用,对暖湿空气具有明显的抬升作用,促使了热带低压的对流发展和暴雨的产生。     

地形对门头沟一次大暴雨动力作用的数值研究

2002年6月24—25日,北京门头沟附近发生了一次大暴雨过程。为探讨地形在本次过程中的动力作用,采用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS模式,对大暴雨过程进行了数值试验。控制试验采用27、9 km双重单向嵌套网格,网格覆盖范围约为3000 km×3000 km、900 km×900 km。两层网格均采用全物理过程,使用的都是全球30″的地形资料。在控制试验的基础上,进行了3组敏感性试验:第1组试验采用干过程模拟,即不考虑凝结潜热的作用;第2组试验将地形整体向东/西平移1°;第3组试验是将门头沟西部的局地地形抠除一部分。试验结果表明,在不考虑凝结潜热作用时,东南风气流仍然可以爬升到2 km以上,超过了大气的抬升凝结高度,证实了地形的动力作用是本次大暴雨的触发机制;将地形向东/西平移1°后,由于大气的对流稳定度发生了改变,模拟的降水强度和落区也发生了变化,表明山坡和山顶的对流不稳定大气是导致本次大暴雨的必要条件;抠除局地地形后,模拟的降水量也发生了不同程度的改变,再次证明大暴雨是在多尺度地形以及一定的天气系统配置下产生的。     

1909号台风“利奇马”登陆后强降水分布特征

利用逐小时加密观测站资料、三源融合降水资料以及NCEP/NCAR再分析数据,分析了2019年第9号台风"利奇马"登陆后强降水的分布及演变特征,并对不同时段内与强降水落区有关的大尺度环境条件及水汽条件等因素进行了分析。结果表明:"利奇马"登陆后强降水范围出现了三次增幅,分别出现在登陆后3 h、登陆后14 h和次日清晨。进一步分析发现降水效率在登陆后也明显增加,第一次强降水主要由台风本体降水造成,并与低空急流的维持以及水汽输送的贡献有关;第二次降水增幅与北侧螺旋雨带的稳定维持密切相关,另外干冷空气的侵入也是造成降水结构非对称的原因;第三次在山东半岛出现的强降水与台风倒槽和干冷空气的叠加形成的锋生作用有关。     

0509号台风暴雨过程分析与暴雨灾害评估

针对2005年8月8～10日辽宁区域性台风暴雨过程,以常规气象资料、自动站资料及卫星云图资料为基础进行分析。结果表明:暴雨是台风、副热带高压与西风槽相互作用的结果,较好的水汽条件是产生台风暴雨的重要条件之一,低空急流是水汽输送的通道,也是台风暴雨的明显特征之一;结合单站气压连续变化以及云系变化判断“麦莎”登陆时间地点;应用基于概率分析的暴雨事件快速评估模型对暴雨灾害进行评估,评估表明暴雨过程为三级暴雨灾害,属中度级别。     

天津地区两次副高边缘特大暴雨过程的多尺度对比分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图资料、多普勒天气雷达资料和雷达变分同化分析系统（VDRAS）资料、风廓线资料,对2012年7月21—22日和25—26日两次特大暴雨过程（分别简称＂7·21＂过程和＂7·25＂过程）进行对比分析。结果表明：（1）＂7·21＂过程的主要影响系统是低槽和地面冷锋,暴雨发生前,其动力条件较好;而＂7·25＂过程属于槽前暖区降水,其发生前热力不稳定条件较好。（2）两次过程中,台风＂韦森特＂顶部的东南气流与副高边缘的偏南气流共同构成了这两次华北暴雨的水汽通道,但两支气流辐合的位置不同。（3）＂7·21＂过程在冷空气侵入后,槽前辐合明显,对流组织性加强,而＂7·25＂过程主要是由中低层南风风速辐合导致;两次过程的维持机制均与雷暴高压的出流与偏南气流辐合有关;＂7·21＂过程中尺度对流系统伴随着高空槽系统的东移南压,自西北向东南方向移动,而＂7·25＂过程中尺度对流系统则是在西南气流引导下,自西南向东北移动。     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。