积云对流热力效应引起亚洲副热带锋区的加强——根据北半球预报模式实验结果

1.引言出现在初夏的东亚雨季,其带状雨带由中国南部向东伸至日本列岛。从气候上说,雨带与沿太平洋和季风区潮湿热带气团北界所形成的副热带锋区相对应,此锋日本称为霉雨锋,中国称为梅雨锋。关于梅雨锋结构有两种观点:(1)大尺度季风环流影响梅雨锋的观点;(2)积云对流总体引起梅雨锋局地加强的观点。下面简要地引述几篇关于第一种观点的著作。Murakami(1959)、Saito(1966)以及Asakura(1971)在东亚和南亚水分平衡中,曾讨论西南气流从季风区输送水汽的作用问题。Suda 和Asakura(1955)     

2013年6月26—29日江西梅雨锋暴雨天气过程分析

利用实况资料和NECP再分析资料,对2013年6月26—29日江西连续暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明,在典型的梅雨环流背景条件下,南亚高压,副高和西南季风的爆发,加之高空低槽和中低层持续性切变等系统共同配合造成了此次暴雨过程。此次过程水汽条件充沛,有2条明显的水汽输送通道:一条从孟加拉湾由西南季风分别通过云贵高原和中南半岛北部输送至副高西北侧;另一条从南海西北部由副高西侧的偏南气流向北输送。两股水汽在副高西北侧汇合加强并沿副高边缘向江南上空输送。西南季风是此次梅雨锋暴雨的关键因素,一方面有利于水汽的输送,另一方面触发了一次次的强降水天气。西南季风加强的时段与几次降水加强时段一一对应。低层锋生作用对梅雨锋有维持和加强作用。梅雨锋区的南侧存在垂直反环流圈。有次级环流上升支触发时,降水增大,造成暴雨增辐。     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

梅雨锋的典型结构、多样性和多尺度特征

在天气尺度梅雨锋的天气学定义基础上,利用GMS-5静止卫星红外云图、常规气象探空资料、NCEP再分析与最终分析资料对2002年长江流域典型梅雨期6月26—28日和二度梅期间7月23日、1998年5月梅雨与7月二度梅共4个梅雨锋个例进行了分析与比较,归纳了梅雨锋结构多样性;并着重对典型梅雨期的梅雨锋发展过程、水平以及垂直结构进行了多种物理量场(包括风场、温度场、急流、锋区、假相当位温、散度、垂直速度、静力稳定度等)的综合分析。结果表明,不同的个例,不同的地区和时期,一次梅雨过程的不同阶段,梅雨锋的结构和性质都有可能不同,它可以从比较接近极锋的性质过渡到接近赤道锋的性质。在水平结构上梅雨锋是在高、低纬度不同尺度的环流系统共同作用下形成的,从而造成了梅雨锋结构具有丰富的多样性。对典型梅雨锋结构进行综合分析表明梅雨锋对流层中下层锋面由强假相当位温水平梯度形成;梅雨锋南侧为暖湿气团、北侧为变性气团;梅雨锋南面为西南季风、北面为偏东气流;梅雨锋的上升运动和强降水主要发生在梅雨锋的前沿;梅雨锋上方对流层上半部存在与副热带高空急流相配合的高空副热带锋;对流层上部的高空热带东风与副热带高空西风急流构成了梅雨锋降水的高空辐散流场。根据典型期梅雨锋以及二度梅倾斜型梅雨锋的对流层上、中、下水平环流特征,给出了梅雨锋的多尺度概念模型,主要包括中低纬度系统相互作用、对流层高层的行星尺度的环流系统副热带高空西风急流、高空热带东风急流与南亚高压、对流层中层的副热带高压与北方的短波槽以及对流层低层的行星尺度季风和切变线。     

梅雨锋降水带中不同地域大暴雨成因的对比分析

利用NCEP再分析场、红外卫星云图的TBB值和常规观测资料对2003年7月9—10日长江流域梅雨锋上的一次大暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：这次梅雨锋暴雨是在有利的高、中、低层系统配置下，不同纬度带环流相互作用的结果，中β尺度深对流系统是暴雨的直接影响系统。但梅雨锋西段和东段暴雨的影响系统不完全相同。这次梅雨锋的锋面结构既有典型梅雨锋的一般特点，又有其独特的特征，在该次梅雨过程中不同地区梅雨锋的结构不同，梅雨锋的结构是多样的。     

论东亚梅雨锋的大尺度环流及其次天气尺度扰动

本文论述东亚梅雨锋的大尺度环流及其次天气尺度扰动,提出了以下的论点;东亚梅雨是印度季风体系与北太平洋哈得来(或信凤)体系之间的过渡带中产生的现象;梅雨锋是半热带、半温带性质的天气系统;梅雨锋暴雨的发展与梅雨锋上次天气尺度扰动有关。文中给出了东亚梅雨锋的大尺度环流及其扰动的概念模式。     

梅雨锋动力锋生方程组及其应用

利用湿静力温度Tσ作为参数，导出梅雨锋锋生的方程组，并用该方程组计算了1991年江淮梅雨锋强降水的个例。结果表明:该方程组可分析梅雨锋的动力锋生；在梅雨锋中存在近似垂直分布的对称的横向次级环流，环流中干冷侧的横向穿锋环流可建立湿状态的稳定性；非地转变形项对梅雨锋锋生（消）起主导作用，同时次级环流的上升运动与锋生有正反馈关系。另外，梅雨锋中Tσ水平锋生对未来6小时降水具有一定的指示意义。     

梅雨锋对引发暴雨的中尺度对流系统发生发展影响的研究

针对梅雨锋(湿度锋)上或附近偏南暖湿气流一侧中尺度对流系统不断发生发展和长时间维持而引发长江流域暴雨的观测事实,利用中尺度数值预报模式WRF(V3.1.1)设计了一系列三维理想数值试验,研究了梅雨锋两侧自身水汽差异效应,探讨了基本气流和风垂直切变对梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的影响,揭示了梅雨锋对中尺度对流系统的组织...     

湖北省卫星云图短时暴雨概念模型研究

利用FY-2C卫星云图,结合GMS、GOES卫星云图资料和高空、地面常规观测资料,针对2003—2008年湖北省内出现的主要区域性暴雨过程,分析引发暴雨的中尺度对流云团发生、发展、成熟与消亡的典型特征。在此基础上,总结提炼出在暴雨短时预报时效(0～12h)上,根据暴雨发生的不同大尺度环流背景和暴雨云团的演变特征,可建立5种卫星云图模型,即低涡冷槽东移型、冷切变南压型、春季暖倒槽型、梅雨锋切变型和台风西移型;湖北省短时暴雨云团主要发生在切变云带内,春季暖倒槽型和低涡冷槽东移型中,切变云带呈东北—西南向,暴雨云团沿东北—西南向发展,冷切变南压型和梅雨锋切变型中,切变云带呈准东西向,暴雨云团沿准东西向发展。     

2011年浙江梅汛期前后旱涝急转形势及梅雨锋结构特征分析

2011年浙江省出现了自1999年以来最典型、最强的梅雨降水集中期,连续4次强降水过程造成旱涝急转.本文利用NCEP再分析资料对2011年浙江梅汛期前后大尺度环流背景进行了分析并与历史同期进行了对比,同时又对4次强降水过程的梅雨锋结构进行了诊断分析.结果表明:(1)中高纬环流急转前后都具有很大的经向度,但由急转前的“三槽三脊”转变为“两槽一脊”,梅汛期为单阻形势,贝加尔湖阻塞高压前的西北气流为梅雨提供了冷空气条件.梅汛期印缅槽和西太平洋副热带高压较急转前明显加深、加强,偏强的印缅槽和西太平洋副热带高压有利于在副热带高压西北侧建立持久、稳定的水汽通道,西南气流与偏东气流在浙江构成准纬向切变,使得大量暖湿气流辐合上升,青藏高压北侧的偏北大风造成高层强烈辐散,这都为暴雨提供了良好的动力和水汽条件.(2)暴雨主要出现在梅雨锋前沿,梅雨锋区的上升运动与南北两支下沉气流相配合,北支携带冷空气向梅雨锋输送,南支与梅雨锋区上升气流构成经向垂直反环流,加强了锋区的上升运动.(3)4次暴雨过程梅雨锋都为相当位温密集带,在对流层低层垂直方向上近似直立分布.由于受冷空气影响,第一、三、四次过程梅雨锋区具有较明显的温度梯度,低层锋区向北倾斜;相反,没有冷空气的作用,第二次过程锋区无温度梯度,梅雨锋向南倾斜.     

“6.23”梅雨锋西段贵州南部大暴雨诊断分析

利用贵州国家观测站和区域自动站数据,结合NCEP再分析资料、FY-2G卫星云图及多普勒雷达资料,对2020年6月23~24日在贵州南部地区发生的梅雨锋西段持续特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:（1）此次持续特大暴雨过程是在南亚高压控制、西太平洋副热带高压北界稳定维持在华南北部背景下,短波槽东传及中低层切变和梅雨锋共同影响的结果;（2）来自孟加拉湾的西南暖湿气流与副高西侧的偏南气流在贵州中东部到长江流域一带交汇,促使低空急流建立,为持续性暴雨天气提供充足的水汽输送;（3）高空辐散、中低层切变线南侧与低空急流北侧的正垂直螺旋度为中尺度涡旋迅速发展和水汽辐合抬升凝结提供了动力条件;（4）高原槽引导弱冷空气南下有利于梅雨锋锋生,午后至傍晚生成若干γ、β尺度的中尺度对流系统导致了此次降水过程的发生;（5）暴雨过程中存在明显“列车效应”,贵州南部受对流系统叠加影响形成较强降水。      

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

Typical Structure, Variety, and Multi-Scale Characteristics of Meiyu Front

Meiyu front plays an important role in summer rainfall in central China. Based on the GMS-5 satellite images, NCEP reanalyses （2.5°×2.5°） and final analyses （1°×1°） data, and meteorological conventional sounding observations, the horizontal and vertical structures of the Meiyu front were summarized using multiple diagnostic variables, including winds, temperature, jet stream, front, pseduo-equivalent potential temperature, divergence, vertical motion, static instability, etc. In this paper, four cases were selected and analyzed, two of which are in 26-28 June and 23 July 2002 during the Experiment on Heavy Rain in the Meiyu period in the lower reaches of the Yangtze River, and the others are in May and July 1998. The two cases in July 1998 and July 2002 are the secondary Meiyu front cases. The results show that the structures and characteristics of the Meiyu front are different for various cases, or at various places and time, or at various stages of one case, and the frontal characteristics can be converted from the polar front to the equatorial front. Because of the interaction of the different scale circulations in the high and low latitudes, the horizontal structure of the Meiyu front has various forms.
The results in this paper also show that the typical Meiyu front consists of a narrow band with a high gradient of potential equivalent temperature below 500 hPa, south of which is warm and moist air mass, and north of which is the transformed air mass from the midlatitude ocean or polar continent. Below the mid troposphere, south of the front blows southwesterlies, while north blows easterlies. The ascending motion and precipitation usually occur ahead of the Meiyu front. In the upper troposphere, the subtropical front is above the Meiyu front, but two fronts are separated. In addition, the upper westerly jet stream and the easterlies to the south of the Meiyu front result in the upper divergent flow field.
The multi-scale characteristics of the horizontal structure of the Meiyu front can     

2011年梅汛期影响江苏两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料及加密自动站资料对2011年梅汛期江苏省6月17-18日和7月11-13日2次典型的大暴雨天气过程进行对比分析.结果表明:2种不同类型大暴雨的影响系统不同、动力热力机制不同:“617”过程为江淮切变线大暴雨,切变线南侧的强劲西南低空急流输送了充足的水汽和能量,低层强冷空气活动触发了强暴雨;“711”过程为热带低压倒槽大暴雨,中低层弱冷空气垂直叠加在倒槽东侧偏南低空急流携带的海上暖湿空气上,构成了产生暴雨并持续的不稳定条件.垂直螺旋度上负下正的配置及非地转垂直环流上升支为两次暴雨提供了良好的动力抬升机制.暴雨发生在能量锋区南侧、湿位涡正压项零等值线靠近负值区一侧.位势不稳定度由强变弱,能量开始释放,预示暴雨即将开始.     

与水平风切变强度不均匀相联系的CISK惯性重力波

在虚拟高度坐标系中, 用一个简单的线性模式初步研究了水平风切变强度不均匀分布对长江流域梅雨锋附近贯穿整个对流层的深厚惯性重力波发生发展的影响。结果表明:水平风切变强度不均匀对CISK惯性重力波不稳定有重要作用。在一般干的层结大气中, 实际可能出现再强的水平风切变的影响也难以使惯性重力波变得不稳定; 只有在积云对流潜热参与, 原为弱稳定条件下, 水平风切变强度不均匀能促使低空急流北侧不稳定扰动的发生发展。而水平风切变强度不均匀对不稳定贡献最大的区域是梅雨锋南侧的急流轴附近。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

2007年入梅期由横槽与低涡切变引发淮河流域强降水的诊断研究

采用对比分析、诊断和数值计算的方法, 运用NCEP资料、常规观测资料、卫星云图资料和地面降水资料, 对2007年6月19～20日发生在淮河干流及其以北地区一次特殊的降水过程 (入梅期首场强降雨) 进行研究。主要结论包括: (1)该年梅雨期降水和首场降水的特点及原因: 梅雨期雨带位置偏北(位于淮河流域而非长江流域), 并且在115°E的中部地区降雨量最大; 入梅后的降雨首先产生在淮河干流上游的湖北、 河南南部地区, 随后雨区迅速北跳至淮河以北的山东南部地区。分析表明, 在临近35°N和115°E区域, 梅雨锋强烈, 冷暖空气汇集, 加之充沛的水汽输送和高低空急流耦合所激发的上升运动, 共同导致了115°E的中部地区产生强烈降水和汛期的雨带偏北; 19～20日淮河及其以北地区阻塞形势迅速调整, 其后所产生的500 hPa横槽对于首场强降水的维持起到了重要作用。低层涡旋系统沿着锋生带, 在槽前气流的引导下向东北方向移动, 致使雨带北跳。 (2) 首场降雨主要由横槽和切变线及其所引发的涡旋共同产生。高空横槽提供了较为活跃的冷空气, 这种横槽形式在典型的梅雨期尚不多见, 但亦值得关注。锋区和低层水汽叠加较好。上升运动的持续增强, 使得不断有强降水时段出现并最终导致强降水产生。 (3) 该年入梅前后存在比较明显的气象信号变化 (包括夏季风、 副高脊线、 阻塞、 环流形势等), 入梅期实质上是中高纬大气环流由非梅雨期特征向梅雨期特征的调整和过渡期。 (4) 在切变线诱生出低涡的过程中, 动力作用比热力作用的影响更为显著。低涡生成后向东北方向移动, 这一时期虽属梅雨起步阶段, 未完全呈现典型梅雨暴雨的特征, 但中尺度云团、 雨团仍十分活跃。     

一次典型梅雨锋锋面结构分析

1999年梅雨期在长江中下游维持着一条典型的梅雨锋 ,锋面和梅雨雨带呈东西走向 ,从中国的四川省一直延伸到日本。锋面两侧的温度及湿度对比明显 ,并且其上有数个中间尺度的低涡沿梅雨锋依次向东移动发展 ,在长江中下游造成严重的梅雨暴雨和洪涝。文中分析了 1999年这次典型梅雨锋的锋面结构。结果表明 ,从温度场看 ,由于梅雨区对流和降水的显著发展 ,梅雨锋的低层温度对比几近消失 ,其中上部仍具有典型的上宽下窄的锋面结构 ,锋面随高度向北倾斜。在低层经向温度场呈现复杂的暖 -冷 -暖的结构 ,即北部华北平原为地面感热加热造成的相对较暖的变性极地大陆气团 ,中间为冷空气南下和降水冷却造成的相对较冷的梅雨区 ,南部是相对较暖的热带海洋气团。在这种温度场下 ,由北部低层变性暖气团与梅雨区偏冷空气形成了明显的温度对比区 ,文中定义这个区域为梅雨赤道锋。因而 ,在低层东亚梅雨区的锋区结构由梅雨赤道锋和减弱的梅雨锋构成。在 6 0 0hPa以上前者消失 ,只有单一的极锋型的梅雨锋结构。在此分析的基础上文中给出了东亚梅雨期锋面结构模型图。另外还指出 ,从假相当位温场分析 ,主要表现出梅雨区的深厚对流。降雨引起了高θse带及其南北高θse梯度区 ,其北侧高θse梯度区大致相当于梅雨锋 ,而南侧高θs     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。