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。      

青海高原短时强降水天气的葵花-8卫星监测预警特征对比分析

为获得青海高原（以下简称高原）对流云团的强降水监测预警特征和预警方法,使用葵花-8卫星数据跟踪识别高原典型强降水天气过程的对流云团,计算并分析具有提前预警意义的云团特征参数。结果表明：（1）本文提出的对流云团识别的改进多通道法,经与传统多通道法对比检验,证明所得云团更接近对流主体,该方法适用于高原对流云团识别。（2）对流形成到成熟阶段,特征参数起伏变化,但红外与水汽通道亮温差（DTB13）和云顶亮温（Tmin）整体下降,云顶亮温梯度（GTmax）整体上升;在对流发展阶段仅红外1和2通道亮温差（DTB12）平均可达预警极值,在成熟阶段则是Tmin、DTB13、GTmax、深对流指数（DCI）等平均可达预警极值。高原上强降水天气的对流云多发展成深对流,降水发生在云团特征参数极值附近,短时强降水发生在深对流云区内特定云顶（上冲云顶或近似上冲云顶）所在特征参数极值区内或边缘附近。（3）特征参数极值对一般降水和强降水的开始时间分别提前0～1 h和0.5～4.5 h出现,在西风型流场下对强降水开始的提前时间相对较长。降水开始前,副高型流场下对流云团向深对流发展变化最剧烈,表现为DCI和GTmax平...     

“5·6”四川盆地对流云团特征及触发机制

利用FY-2卫星资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析研究了2016年5月6日四川盆地暴雨对流云团的特征及其形成机制。结果表明:四川盆地对流云团易发生在青藏高原东侧边坡陡峭地形带,初生对流云团的云顶亮温低于-45℃,边缘最大温度梯度为15~20℃,水汽-红外通道亮温差值介于-5~0℃,分裂窗-红外亮温差值介于0~2℃。强降水出现在红外和水汽亮温快速下降到最低值、水汽-红外通道差值达0℃附近、分裂窗-红外亮温差为正值和温度梯度达0℃后的几小时内,最大雨强出现在强对流云团成熟后开始迅速减弱的初始阶段(即云顶亮温开始回升的阶段)。较大范围的强降水由发展成熟的云顶最低亮温约为-70℃的对流云团产生,主要出现在红外亮温低于-50℃的区域,集中在红外亮温-65℃~-60℃、水汽亮温为-65℃~-60℃的云顶较为平滑的次低值中心区域内,并不与云顶最低亮温中心相吻合。机制分析表明,对流云团生成区域均受偏东风影响,且形成于高的对流不稳定能量条件下,发展于高湿区,近地层冷空气扩散南下与气旋式流场中的辐合共同触发对流在辐合线以北生成,而中层垂直风切变的加强、中低层暖平流和高层冷平流的发展促使对流云团发展旺盛。     

一次对流云团合并的卫星等综合观测分析

利用FY2C卫星观测反演得到的云物理特征参数,结合雷达、微波辐射计和地面雨量等资料,综合分析了2008年7月17日中国安徽一次强降水过程的云合并特征。结果表明：对流云团发展合并是这次强降水发生的主要原因,同一区域内FY2C卫星反演的云光学厚度、雷达回波以及地面降水的分布演变具有较好的一致性,强降水落区与云光学厚度大值区以及雷达强回波区基本对应;对流云团中的液水分布不均匀,以团块状结构为主,对流云团合并时,常先有云体上部（云顶）的合并,一旦云中不均匀的液水合并,合并部位的云光学厚度迅速增加,地面微波辐射计观测的整层液水含量跃增,地面将会出现强降水;一般降水增强之前云顶抬升,光学厚度增大;若云顶高但光学厚度较小时,地面降水一般不明显,光学厚度与降水的关系更密切;对流云团合并初期,云底由小粒子组成,T-re图上表现为深厚的凝结增长区域,合并时整层云粒子的有效半径增长明显,粒子相态达到混合相态区和冻结层的温度不断升高。     

辽宁长历时暴雨中尺度对流系统特征分析

选取发生在辽宁的3次典型长历时暴雨过程,利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析、FY-2E黑体亮温TBB、多普勒天气雷达和自动气象站等资料,分析了降水实况、天气形势背景、卫星红外云图、雷达回波的结构和强度变化的代表性特征。结果表明:辽宁长历时暴雨是在有利于产生暴雨的大尺度环流背景下,异常稳定的形势场导致冷暖空气在某一地区长时间相互对峙而形成的。该型暴雨的降水实况具有雨强变化小、强降水无明显阶段性特征和雨强变化大、强降水具有明显阶段性两种特征。一般性对流云团、暖云和深对流云团均可造成该型暴雨,其中一般性对流云团的云顶亮温变化幅度小,在-47～-36℃,暖云的云顶亮温在-8～3℃,深对流云团的云顶亮温-68～-50℃且强降水发生在云顶亮温低值中心偏向温度梯度大值区一侧。该型暴雨的雷达反射率因子强回波质心较低,表现为上游回波同一方向连续移入形成的"列车效应"、本地生成回波并不断加强以及不同方向的强回波先后移入影响三种类型,小时平均回波强度及其变化对降水强度和趋势有较好的指示意义。需要特别关注副热带高压西侧低层高能高湿、凝结高度低、整层近乎饱和且又具有局地地形抬升触发条件地区的暖云强降水的分析和监测。     

青藏高原和四川盆地夏季对流性降水特征的对比分析

本文利用TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,针对青藏高原和四川盆地各两次对流性降水天气进行了对比分析,结果表明:(1)高原降水系统以对流云降水为主,弱降水样本数量高,由孤立零散的块状降水云团组成,对流中心离散,降水范围小,雨区极不均匀,垂直发展厚度浅薄,降水粒子数量少,雨滴小,潜热释放以地面以上2~5 km高度层为主,夏季近地面层冰晶粒子含量高,降水过程中云顶亮温与地表雨强之间的相关性差,云顶亮温越高的对流云团其闪电频数越高。(2)盆地降水系统强降水样本数量高,由一个主降水系统和周边零散的降水云团组成,降水范围大,对流中心相对集中,雨区较均匀,垂直发展厚度高,对流系统深厚,雨滴大并集中,潜热释放呈一致的双峰型结构,峰值分别出现在7和16km高度上,冰雹粒子在对流层较高层含量高,云顶亮温与地表雨强之间呈显著的负相关,盆地的闪电频数显著高于高原地区,且闪电活动主要集中在亮温偏低的降水云体中。     

一次短时强降水过程中的干侵入作用

以2012年7月15日凌晨榆林地区一次短时强降水过程为研究对象,利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示冷涡影响下降水过程中干侵入的特征及其对短时强降水发生、发展的作用机制。结果表明:此次短时强降水过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的黑体亮温高值区与干冷区相对应,干冷区的伸入使得对流云团边缘亮温梯度增大,同时对流云团发展;干侵入与对流层高层的下沉运动、高值位涡以及干冷区相对应,因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在强降水区上空出现了对流不稳定层结,为短时强降水的发生创造了有利的环境条件。另外,此次降水过程水汽条件主要集中在对流层低层,风场辐合带来的短时间水汽辐合为短时强降水集聚了一定的水汽条件。在地面中尺度辐合线的触发作用下,将不稳定层结中包含水汽的气块抬升,从而形成降水。     

西安一次突发性短时暴雨环境条件及成因分析

利用常规气象观测资料、长安站风廓线雷达和NECP 1°× 1°再分析资料等,对2016年7月24日西安短时暴雨的环流形势及中尺度特征进行分析。结果表明：此次暴雨突发性强、过程雨量大、降水时段集中、对流性明显,主要受中低层快速东移南压的冷式切变线和地面低压等系统影响,副热带高压外围西南暖湿气流为暴雨天气建立了稳定的水汽通道;层结“上干下湿”、“上冷下暖”,高温、高湿、高能的环境非常有利于不稳定能量集聚与释放;造成西安地区短时暴雨的对流云团具有初生强度大、发生发展迅速等特点,当关中地区椭圆形对流云团与陕南南部的中β对流云团逐渐合并,使对流云团发展加强,云顶亮温（black body temperature,TBB）大值区主要位于西安地区,TBB中心值降至-70 ℃,TBB中心附近出现666 mm/h最大雨强;秦岭北麓山区反射率因子超过55 dBz的分散孤立对流单体迅速发展合并,易引发暴雨灾害,需加强雷达资料监测研判;强降水发生前,风廓线雷达的低空风速明显增大,形成低空急流,冷暖平流加强层结不稳定,配合超低空急流产生短时强降水。     

陕南东部一次短时强降水天气的成因分析

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量和卫星云图资料,对2017年4月15日发生在安康东部的一次局地短时强降水天气进行诊断分析,结果表明:西风带的中层弱冷空气与安康附近的东南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层850 hPa东南气流为局地短时强降水提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空300 hPa的较强辐散与低层850 hPa较强辐合叠加,提供了较强的上升运动;在卫星云图上表现为一个水平尺度为100～200 km,云顶亮温TBB最低为-56℃,生命史为10 h的中-β尺度对流云团。     

2009年5月广东连续暴雨的云图特征分析

利用中国气象局气象推广项目＂FY-2C产品质量检测及在暴雨预报中的应用＂软件,分析了2009年广东连续暴雨云团的云顶面积、最低云顶亮温与降水的关系;重点追踪了水汽图像上水汽输送带、水汽暗区和水汽羽的演变,并结合NCEP再分析资料,解析水汽图出现上述演变特征的原因。分析表明：当选定区域对流云团和其中的强对流云团发展都旺盛的时候,降雨最强;暴雨发生前,西南季风控制区域和副热带高压边缘可以观察到水汽爆发和输送。     

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。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

两次高原涡与西南涡作用下的暴雨过程对比分析

利用FY-2D卫星TBB资料、NCEP1°×1°再分析资料和地面自动站观测资料,对2008年7月20~22日和2012年7月20~22日两次由高原涡和西南涡相互作用,造成四川暴雨过程进行对比分析,结果表明:(1)强降雨落区与引导高原涡移动的高空槽有密切关系,高空槽的移动和变化大致决定了强降雨的落区。(2)造成两次暴雨过程的对流云团生成和发展虽然有一定的差异,但最终会发展合并形成一个MCC;并且强降雨位于对流云团TBB最大梯度区,一般靠近亮云核,并在亮云核的西北部。(3)两次暴雨过程期间,均有低层辐合高层辐散,对应着强的涡度和强的上升运动,并且散度、涡度和垂直速度都是增大的。(4)两次暴雨过程期间水汽来源存在着差异,但水汽是逐渐增强的,并且水汽辐合中心与强降雨落区相对应。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF CLOUD INTERACTION AND FORMATION MECHANISM OF HEAVY RAIN IN MIXED CONVECTIVE-STRATIFORM CLOUD

Using the numerical model of mixed convective-stratiform clouds(MCS)in the paper(Hong1997)and the averaged stratification of torrential rain processes,the evolution processes,interaction of the two kinds of clouds,structure and the precipitation features in the MCS toproduce heavy rain are simulated and studied,and the physical reasons of producing torrential rainare analysed.The results indicate that the stratiform cloud surrounding the convective cloudbecomes weakened and dissipates in the developing and enhancing of the convective cloud,and therainfall rate and water content in the stratiform cloud increase as the distance from the convectivecloud becomes larger.The numerical experiments find out that the stratiform cloud provides abenificial developing environment for the convective cloud,i.e.,the saturated environment and theconvergence field in the stratiform cloud help to lengthen the life cycle of the convective cloud,produce sustained rainfall with high intensity and intermittent precipitation with ultra-highintensity.These and the ice phase microphysical processes are the main factors for the torrentialrain formation and the MCS is a very effective precipitation system.     

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10 分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011 年6 月28 日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovm?ller 分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10 分钟雨量资料联合前推1 小时内7 次平均10 分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C 静止气象卫星红外1 通道亮温、红外1 通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。     

2013年和2017年7月昆明大暴雨过程对比分析

利用NCEP/NCAR1°×1°再分析资料和多种加密观测资料,对2013年7月18～19日和2017年7月19～20日发生在昆明城区局地性大暴雨进行诊断分析。结果表明:这两次昆明局地性强降水过程既有相同点,也有不同点。相同点有,两次过程的主要大尺度影响系统是青藏高压与西太平洋副热带高压之间的辐合区以及低层切变线。来自南海和孟加拉湾洋面的水汽在辐合区交汇,产生强烈的水汽辐合,并在昆明地区附近形成深厚的水汽辐合层,是这两次局地大暴雨天气的主要水汽特征。两高辐合区对暖湿不稳定气流辐合抬升作用,触发昆明地区产生中β尺度对流系统(M_βCS)云团,强降水出现在TBB等值线梯度比较大的区域。M_βCS云团不断生消,也引发了两次过程中短时强降水的发生。不同点有,2013年过程由于登陆台风影响,使得水汽辐合更持久,加之上升运动也较强,因此过程降水持续时间也较长,达17小时。在强降雨开始前,昆明地区上空存在明显的对流不稳定能量的积聚过程。2017年过程降水对流性更强,最大雨强70mm·h-1以上。      

湖北一次大暴雨过程两个强降水时段的诊断分析与数值模拟

根据NCEP/NCAR再分析资料、常规观测和加密观测站资料以及FY-2C TBB资料,对2008年8月28-30日湖北暴雨过程两个强降水时段的大尺度环流背景和中尺度对流系统进行诊断分析。在此基础上,利用中尺度数值模式WRF的模拟结果对影响大暴雨过程两个强降水时段的中尺度对流系统和其他物理量场深入分析。结果表明：湖北大暴雨过程存在明显的两个降水增强阶段,它们发生与结束的时间近乎一致,并且第二阶段的强降水要比第一阶段强度更大;强降水第一阶段是由低涡切变与地面暖湿气流影响造成的,强降水第二阶段是由低涡切变、中低纬短波槽和地面冷空气共同影响造成的。两个强降水时段逐小时的降水与云团特征表明,雨团与云团的活动规律一致,其增幅均出现在晚上到凌晨时段。同时表明,β中尺度对流云团与此次暴雨过程关系密切;暖切变线自南向北影响第一时段降水增幅,西南涡中伸展出的冷切变线自西向东影响第二时段降水增幅,模式结果表明由冷切变线引起的第二时段降水增幅更大;两个强降水时段雨区上空均有较强的能量,强的水汽通量辐合贯穿整个降水过程,地面降水中心与其上空湿位涡大值中心有较好的对应关系。     

基于TRMM卫星资料对四川盆地降水的三维结构特征分析

利用TRMM卫星多种探测仪器得到的观测资料,分析研究2010年7月15~18日由西南低涡引发的四川盆地区域性暴雨天气过程,重点揭示了该次过程降水的三维结构特征。结果表明:红外和微波亮温数据均能从一定侧面反映低涡云系的降水特征;西南低涡引发的降水属于中尺度系统降水,层云降水对总降水的贡献率超过90%,存在明显的亮带结构;大范围降水区内包含一条主雨带和若干独立的对流性雨团,表现为大范围层云降水围绕对流降水的结构特征,对流性降水云顶最高能发展到17km,局部最大降水率出现在2~5km高度;降水凸起部分为独立的对流降水云团,呈塔状立体结构。      

一次西南低涡特大暴雨的中尺度对流云团特征

针对2007年7月8~10日四川盆地南部的特大暴雨天气过程,利用逐小时红外云顶黑体亮度温度结合地面加密雨量资料对其进行了对比分析。分析指出此次特大暴雨是由西南低涡内几个中尺度对流云团连续生消造成的,在其开始阶段有一中尺度对流复合体沿基本气流方向强烈发展,此阶段云团虽发展旺盛,但由于雨团随系统移动较快,并未造成洪灾。此云团减弱后,低涡环流仍维持并少动,又依次触发了3个中尺度对流的生成,这3个中尺度对流云团逆基本气流向SSW方向缓慢移动,造成的降水落区集中,中心雨强大,持续时间长,由此导致了暴雨洪涝的产生。强降水位置对于前向传播系统,一是在其发展的前端,二是在冷云中心的略偏后的位置,最大雨强出现在云团成熟之前发展最剧烈时,而后向传播的低涡云团强降水主要在冷云中心附近,最大雨强出现在云团发展最旺盛(冷云中心TBB最低)时。