"2001.9.18"华西突发性强暴雨的中尺度分析

利用地面、高空和卫星观测等资料,分析了2001年9月18～20日发生在青藏高原东侧的强暴雨天气过程,揭示了暴雨的激发机制和若于中尺度特征.主要结果是(1)导致本次突发性强暴雨天气的中尺度系统是在一天内,在同一区域重复新生的2个中-β尺度对流云团.(2)边界层东南低空急流的不断加强和非地转变化对强降水天气起积极作用.(3)在强降水天气发生的每一时段,散度变化均较涡度变化对强降水天气的指示性好,前者与暴雨的关系更为密切.(4)大气运动非平衡强迫激发气流辐合增长是强降水天气的主要激发机制,未来12 h强降水发生的区域、降水强度、中心变化与非平衡强负值区变化相一致.     

江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究进展

经过新中国成立以来多次中尺度天气试验研究,江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究取得长足进展。其进展主要体现在两个方面:一是用较高分辨率的观测资料(包括地面和高空探测的加密观测以及卫星和雷达的观测)对形成暴雨和强降水的中尺度天气系统的结构特征和生命史过程建立了天气学概念模型,特别是对暴雨和强降水有重要影响的α中尺度和β中尺度对流系统,建立了观测个例的中尺度物理模型;二是探索了暴雨和强降水的动力学和热力学的物理机制,为精细化数值模式的设计提供了理论支撑,为灾害性天气预测预警提供了技术支持。本文在以往暴雨和强降水研究的基础上,着重对暴雨和强降水的中尺度天气科学试验、江淮以南地区暴雨和强降水发生主要区域的中尺度天气动力学研究进行了概述。     

应用新型辐散方程诊断“6.28”关岭大暴雨的激发和维持机制

利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、FY—2E相当黑体亮温TBB资料和区域自动站逐时降水资料,结合新型辐散方程,对2010年6月28日贵州省关岭县一次特大暴雨天气的发生和维持机制进行了诊断分析。结果表明:(1)大气运动非平衡强迫使贵州西部地区出现辐合增长,激发了该区域暴雨天气的产生;(2)能量锋生与垂直风切变的耦合强迫,促进了贵州西部地区辐合的持续增长,使暴雨得以维持;(3)对流层中低层湿位涡水平分量与垂直涡度耦合,其负值中心与地面强降水中心相对应,随后中尺度对流复合体(MCC)云团北侧出现了新生单体,第二轮暴雨随即发生并维持。     

2003年7月4~5日梅雨锋暴雨维持的诊断分析

利用卫星云图、 多普勒雷达产品以及探空资料, 结合NCEP/NCAR再分析资料, 对2003年7月4~5日淮河流域大暴雨过程发生的环境场条件、 强降水的中尺度特征、 低空急流与能量锋的配置对强降水天气的影响等进行了详细的天气学分析, 并对大气正压非平衡强迫、 低空急流与能量锋相互作用对强降水天气发生\, 发展与持续过程中的影响进行了动力诊断。结果表明： 这次梅雨锋暴雨过程, 暴雨区上空气柱内水汽较少, 孟加拉湾与南海地区向暴雨区输送的水汽占据主导地位。暴雨区的平均散度与垂直速度变化与强降水天气变化比较一致。对流层低层能量锋与低空急流的配置及其相互作用对强降水天气的发生\, 发展和维持具有重要影响。当低层能量锋与低空急流处于同时强的配置状态时, 强降水天气发生并持续; 当两者处于一强一弱或两者皆弱的配置状态时, 则没有强降水天气发生或持续。正压非平衡强迫对强降水启动作用较大, 而湿斜压热动力相互作用对强降水天气持续影响较大, 是导致强降水过程维持的主要动力机制。     

斜压热动力耦合强迫在暴雨发生维持过程中的动力诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,从新型散度方程出发,针对2007年7月16~20日川渝地区一次持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,诊断本次暴雨过程中正压大气非平衡强迫与斜压热动力耦合强迫在不同强降水时段的大小与作用,并与地面1h、6h降水观测资料和TRMM云顶亮温资料进行对比分析。结果表明:1)强降水主要是发生在区域内大气状态为弱不稳定层结或中性层结的时段。2)在强降水开始时期,正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心重合,正压非平衡强迫对强降水的激发作用显著,是本次降水开始的启动机制。3)在降水发展维持时段,正压非平衡负值中心与未来6小时降水中心对应不好,斜压热动力耦合强迫强负值区与强降水落区相对应,对强降水的发展维持起了至关重要的作用,是本次重庆西南部强降水持续的维持机制。4)正压非平衡强迫和斜压热动力耦合强迫对未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置的指示意义,有助于提高暴雨预报准确率。      

四川盆地西部一次大暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2010年7月24-25日四川盆地暴雨天气过程中尺度对流系统发生、发展的物理量特征和动力机制进行了分析.结果表明:(1)此次四川盆地西部区域性暴雨天气过程是由中-β尺度云团合并、加强所生成的中-α尺度对流系统造成的.(2)散度、涡度、垂直速度和相当位温的分布与对流系统的发生、发展较一致,特别是在中-α尺度对流系统强烈发展阶段有很好的对应关系,为中-a尺度对流系统的发生、发展提供了有利的动力和热力条件.(3)大气非平衡强迫对发生在四川盆地西部的区域性暴雨有较好的指示意义,是激发暴雨天气的动力机制.(4)暴雨发生期间降水造成的非绝热加热有利于强降水天气的维持.     

应用新型散度方程诊断暴雨的触发和增幅机理

分析散度及其变化是进行暴雨研究的途径之,而传统的散度方程不能显示包含热力场分布影响散度演变的问题。因此,利用陈忠明等导出的新型散度方程和NCEP/NCAR(1°×1°经纬度)再分析资料,针对贵州省2007年7月25—26日持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,定量诊断分析大气运动的正压非平衡强迫、湿斜压非地转与风垂直切变耦合强迫在暴雨发生发展过程中的作用,并与地面1、6h降水观测资料和卫星云图资料进行对比分析。探讨正压非平衡强迫、湿Q矢量与垂直风切变的湿斜压热动力耦合强迫导致辐合增加与暴雨发生、发展的动力机制。结果表明:强降水主要发生在近中性或弱不稳定层结条件下。大气运动的正压非平衡强迫导致辐合增加是强降水过程的触发机制;在暴雨维持和增幅过程中,湿斜压热动力耦合强迫在强降水的维持方面扮演了重要角色。当强降水过程发生后,才存在湿斜压热动力耦合强迫作用,湿斜压热动力耦合强迫作用是暴雨增幅的动力机制。未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置与散度演变的强负值区变化一致。新型散度方程对强降水预报有指导意义,可以作为诊断散度场演变的一种有效的数学工具。     

陕西中西部地区一次暴雨过程的数值模拟研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2011年7月28-29日发生在陕西中西部地区的一次中尺度系统暴雨过程,运用WRF模式模拟研究了此次暴雨过程的中尺度系统环流特征及其发生、发展的动力和热力特征。结果表明,此次暴雨过程与高空槽的发展演变密切相关,低空切变线是暴雨过程产生的中尺度系统。暴雨区存在弱低空辐合与强高空辐散,正相对涡度与垂直上升运动明显;暴雨发生前对流有效位能(CAPE)明显增大,未来3 h降水区域位于850 h Pa切变线和CAPE高值区附近,强垂直运动触发CAPE的释放,使其在12 h内减少量达2200 J·kg-1,是形成此次暴雨的重要因素。暴雨发生、发展过程中,非线性平衡方程残差大值区与未来1 h降水区相对应,与质量场和动量场之间的调整有密切关系,大气运动的不平衡通过散度场的变化调节,在中尺度区域激发出辐合、辐散的快速增长,从而激发出暴雨天气,非线性平衡方程残差值是表征激发暴雨天气的重要动力因子。     

大气运动非平衡强迫与“98·7”暴雨云团的中尺度特征

文中对 1 998年 7月 2 1日发生在武汉附近地区的突发性特大暴雨过程之激发机制与中尺度环境场特征进行诊断 ,结果显示 :(1 )引发本次突发性特大暴雨的 β中尺度对流云团 ,其环境物理场比较特殊 ,在暴雨最强时刻 ,对流层高低层没有独立的负、正涡度大值中心区与之对应 ,辐合层并不十分深厚 (低于 5 0 0hPa) ,且气流散合强度(1 0 -4s-1 )较旋转强度 (1 0 -5s-1 )大一个量级 (D ζ)。 (2 )在暴雨临发生前 ,对流层低层中尺度辐合增长较正涡度增长大一个量级 (Dt ζt) ;到暴雨最强时刻 ,尽管气流辐合已达到 1 0 -4s-1 量级 ,但涡度变化尚未适应到散度变化的水平。散度变化超前涡度变化与高空资料时间分辨率不足是暴雨最强时刻观测到D ζ的主要原因。 (3)在暴雨发生前 1 0余小时 ,大气运动已处于较强的非平衡状态 ,且越临近暴雨发生 ,U <0的非平衡性越强 ;而在暴雨最强时刻 (7月 2 1日 0 8时 ) ,大气运动即由U <0的非平衡态转为U≈ 0的准平衡态。 (4 )对流层低层大气运动非平衡动力强迫与 2 0 0hPa等压面上的中尺度强辐散是本例暴雨和β中尺度暴雨云团发生发展的重要动力启动机制     

云南冬季一次强降水天气过程的模拟与分析

利用MM5中尺度非静力模式对2003年1月5~6日发生在云南省的强降水天气过程进行了数值模拟分析。结果表明:(1)偏南低空急流是造成冬季暴雨的主要影响系统,低空急流上的扰动导致一个相对大的风速核从急流主体分裂东移,风速显著加大,风向呈气旋性弯曲,引起低层涡度增加,产生强的辐合上升运动。(2)低空急流的形成和移动与中层南支槽的关系较为密切,南支槽前的辐散为低空急流的形成提供了启动机制。(3)强降水天气出现在冷暖空气交汇的区域,锋生强迫作为暖湿气流上升的强迫机制之一,对强降水的形成起着不可忽视的作用。(4)水汽条件的分析表明,暴雨区的水汽主要由低层水汽辐合来提供。     

非平衡强迫数值诊断在暴雨预报中的初步进展

根据大气内部非平衡强迫是激发暴雨天气的动力机制的观点，利用１９９４年５至６月的逐日实时观测资料，计算分析了非平衡强迫与中尺度天气系统发展及其暴雨天气发生的关系，结果表明：非平衡强迫的数值诊断对暴雨分析预报具有积极意义，尤其是对区域性暴雨的落区，预示性较好。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

2012年8月四川盆地东部一次持续性暴雨过程的中尺度特征分析

针对2012年8月30日⁹月1日四川盆地东部的大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和物理量诊断方法,对暴雨过程的中尺度活动特征进行分析,结果得出:700hPa的中尺度辐合系统与强降水位置对应较好,且中尺度低涡引发强降雨的强度(雨强、范围)要大于中尺度辐合线(辐合中心);盆地内大气的辐合运功主要位于850hPa,造成此次暴雨的中尺度系统由浅薄逐渐转为深厚,且在整个暴雨过程中都维持着强的辐合辐散运动;暴雨天气过程中非平衡状态呈现出逐渐加强到逐渐减弱的演变规律,持续的非平衡振动激发低层辐合,高层辐散增长,从而形成强烈的上升运动。     

“94.7.3”川东突发性强对流暴雨的诊断分析

１９９４年７月２日夜至３日凌晨，在四川省东部地区的重庆、万县发生了一次突发性强对流暴雨伴大风天气过程。本文利用能量分析和小网格动力诊断分析方法对此次暴雨天气发生的物理机制进行了研究，结果表明，５００ｈＰａ快速东移的短波槽与低层大气内部的非平衡动力强迫作用相结合是激发此次暴雨天气的重要原因．低层大气内部中尺度强非平衡区与暴雨落区十分吻合。小网格诊断能够在暴雨落区预报方面发挥更为有效的作用。最后，从业务预报角度出发，提出了此类暴雨天气的预报着眼点。     

"99.8"山东特大暴雨形成机制的数值模拟分析

利用双重嵌套的非静力数值模式MM5V3,成功地模拟了1999年8月11~12日山东诸城发生的特大暴雨。利用模式输出的高时空分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析。结果表明,这次特大暴雨是在弱冷空气侵入台风低压环流,热带辐合带北伸的形势下形成的;倾斜涡度发展是特大暴雨及中尺度低涡产生、发展的重要机制,鲁东南有利的地形对中尺度低涡的形成具有重要作用;台风低压倒槽顶部的强辐合作用首先触发上升运动,产生强降水,强降水位于低层气旋性暖式切变最明显的地方;强降水释放的凝结潜热使高层气层增暖,高层辐散加强,引起低层中尺度低涡强烈发展,导致降水增幅。可见,CISK机制是特大暴雨和中尺度低涡加强的另一种机制。     

2010年8月8-10日辽东半岛暴雨过程的中尺度特征分析

利用自动气象站资料、卫星资料、GTS1型数字式探空仪资料和常规气象观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对辽东半岛地区2010年8月8-10日3次暴雨过程进行了诊断分析,研究了该地区暴雨发生的天气尺度背景、中尺度对流系统发展过程及其发展的中尺度环境和触发机制。结果表明:(1)副热带高压位置偏北且稳定为此次强降水提供了有利的大尺度背景,切变线上生成的β或γ中尺度雨团发展的中尺度对流复合体是造成强降水的直接系统。(2)辽东半岛地区与低空急流水汽输送通道相连,并形成水汽辐合中心,有利于该地区强降水的产生。(3)暴雨发生前暴雨区域对流层低层的增温增湿、对流性不稳定层结及抬升凝结高度和对流自由高度的明显降低,是导致暴雨的重要条件。(4)切变线附近对流层低层的强正涡度中心和中高层的强正散度中心的耦合有利于上升运动的维持和水汽的向上抬升,促使中尺度对流系统生成,并沿切变线向东北方向移动和迅速发展,产生暴雨。强降水出现在切变线前方低空急流上的风速脉动区。     

贵州一次大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5V3.5,对2005年5月31日至6月1日贵州省发生的一次大暴雨天气过程进行数值模拟,并利用模拟结果对该过程进行诊断分析。结果表明:模式较好地模拟这次大暴雨过程,并对与暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展做出了较成功的模拟,此次过程中,西南涡是造成大暴雨的主要影响系统。对中尺度系统的模拟表明:强降水与强上升运动区及正涡度区有很好的对应关系,低层辐合、高层辐散、西南低空急流、垂直运动增强等是此次暴雨维持和发展的重要机制之一。强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水的强弱与辐合的强弱变化一致。     

梧州市“6．8”灾害性特大暴雨分析

利用常规气象资料和卫星云图，结合梧州地面逐时雨量、探空和713天气雷达回波等资料，对2006年6月811发生在梧州市的特大暴雨过程进行成因分析，结果发现，此次特大暴雨具有典型的中尺度扰动及强对流特征，强降水的主要原因是由一个中尺度对流雨团活动而造成，雨团在移到梧州市时发展并停留约9小时。大尺度背景场分析表明，暴雨发生前梧州即处于有利降水的形势场中，地面中尺度辐合线可能是强对流的触发系统。此外还初步分析了城市周围环境对强降水的增幅作用。     

500hPa反气旋环流下滇中暴雨中尺度云团分析

利用GMS-5水汽图像,结合红外云图、micaps资料,对发生于2001年8月13日20时至14日20时500hPa反气旋环流天气背景下的滇中暴雨中尺度云团分析。结果表明：有明显中尺度结构、在红外云图和水汽图像上都白亮的区域是产生强降水的区域;由中尺度强对流系统(MCS)发展成为中尺度对流复合体(MCC),MCC的发展和维持,是直接造成此次暴雨的中尺度系统。物理机制上,高能高湿的潜在不稳定能量的聚集、垂直风切变的存在,是利于暴雨中尺度对流云团发展的有利环境条件,暴雨落区正好集中于(θε陡立密集区;温度平流和非地转湿Q矢量与湿Q矢量散度的进一步分析表明：次级环流导致扰动的不稳定发展,使低层水汽辐合抬升,引起中尺度对流云团发展和加强,是MCC生成的主要机制。     

高原低涡影响下的一次暖区强降水特征分析

利用地面和高空观测资料、雷达资料、FY-2E逐时云顶亮温TBB资料以及NCEP/NCAR（1 °×1 °）再分析资料等,对2014年7月30—31日四川盆地的暴雨天气过程的中尺度对流系统特征及触发机制进行分析和探讨。结果表明:（1）本次暴雨的地面中尺度风场辐合线与强降水落区有较好的对应关系,辐合线比强降水提前1 h出现,且强降水落区主要位于辐合线左侧有边界层弱冷空气影响的偏北气流范围内,同时强降水落区随地面中尺度风场辐合线移动;（2）暴雨过程临近时具有不稳定能量特别高、地面和低层露点温度大、抬升凝结高度低、湿层非常深厚等显著特征十分有利于强降水的发生,降水过程中有充足的水汽向暴雨区输送并在暴雨区有明显的辐合上升,为强降水的持续提供了较好的条件;（3）在高原低涡缓慢东移过程中,涡前的正涡度平流使低层涡度增加、垂直上升运动加强,触发强对流活动,是本次暴雨过程的触发机制之一;强对流降水造成的非绝热加热正反馈于大气,使强对流活动发展,强降水天气持续,是本次暴雨过程的维持机制之一。