2012-08-13关中西部致灾大暴雨中尺度分析

利用实时资料、自动站加密资料、FY-2C卫星、宝鸡多普勒雷达等资料,对发生于关中西部宝鸡2012-08-13大暴雨天气成因进行分析,重点揭示其中尺度系统特征。结果表明生命史10 h的中尺度对流系统(MCS)是大暴雨的直接原因。而MCS是天气尺度和中尺度系统共同影响造成的:天气尺度东北急流提供大尺度辐合上升运动动力、水汽输送、辐合,从而使关中水汽、稳定度演变为利于对流性降水天气发生,且携带冷空气触发形成MCS,地面中尺度切变线提供带状辐合使对流组织加强。雷达图上,带状、块状强回波对应强降水,当组合反射率因子40 dBz、垂直液态含水量5 kg.m-2、回波顶高9 km时,雨强≥16 mm/h(出现短时暴雨)。     

延安盛夏一次局地暴雨中尺度特征分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料和延安多普勒天气雷达资料,对2013年7月25日发生在延安地区的局地暴雨天气过程进行了初步分析,结果表明:本次暴雨发生在典型的中高纬两槽一脊形势下,西太平洋副热带高压西侧的偏南风急流形成了向陕西输送水汽和能量的重要通道;副高边缘西南暖湿气流向北输送形成陕西高温高湿天气,为暴雨产生积累了不稳定能量。700hPa和850hPa切变线与地面辐合线的重叠非常有利于边界层湿暖空气辐合抬升,激发对流单体的发生和强烈发展。中α尺度对流云团自西向东发展加强,依次造成延安北部县区的短时强降水;黄陵短时大暴雨出现在中β尺度对流云团发展到强盛阶段,在雷达回波上表现为对流系统持续的"列车效应"。     

贵州一次辐合线锋生极端暴雨过程的中尺度特征分析

利用地面常规观测资料及加密自动站观测资料、FY-2G卫星云图、多普勒天气雷达产品和ERA5再分析资料,对2021年5月10日贵州东部和北部的一次辐合线锋生极端暴雨过程中尺度特征进行分析,初步探讨其形成机制。结果表明：此次极端暴雨过程发生在低涡切变背景下,低层强盛的南风为中尺度对流系统发生发展输送了充足的水汽和不稳定能量,地面辐合线及锋生提供了触发条件,暴雨区主要位于云团云顶亮温低值中心西侧或南侧梯度大值区,并沿地面辐合线呈东西向带状分布,最强降水发生在对流云团合并阶段。辐合线锋生作用在其西侧频繁触发对流单体,新生对流单体沿地面辐合线东移发展,持续影响贵州东部和北部地区。在降水最强的两个阶段,雷达回波呈现暖云和悬垂结构特征。地面辐合线及其锋生、上游降水带来的降温增压以及持续增强的南风有利于暴雨区水汽辐合增强,而垂直方向上纬向、经向中尺度次级环流上升支正好位于特大暴雨中心附近,有利于中尺度对流系统维持和增强。     

海陆风环流在天津2009年9月26日局地暴雨过程中的作用

利用常规天气资料、地面加密自动站资料、天津中尺度模式产品资料以及卫星云图和多普勒雷达等资料,对2009年9月26日出现在天津地区的局地暴雨过程进行天气学、动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明,本次暴雨的天气尺度主要的影响系统是500 hPa高空槽,中尺度系统是由海陆风环流形成的地面中尺度辐合线.降水前天津市具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有利的动力条件,一定量级的水汽辐合,边界层的东风将渤海的水汽输送至天津市,是本次过程的主要水汽来源.天气尺度的积云对流与海风锋的碰撞触发不稳定能量的释放,引发第一阶段的强降水,边界层东风急流再度加强所产生的抬升效应引发第二阶段的降水.中尺度切变线通过提供带状辐合上升运动起着胚胎和组织积云对流的作用,使得降水回波和对流云团沿中尺度切变线发展、加强和移动,产生了明显的列车效应,导致了这场历史罕见的秋季局部暴雨过程,也充分凸显出海陆风环流对本次暴雨的重要作用.     

一次致洪暴雨的中尺度分析

利用多普勒雷达等多种观测资料,分析2003年6月22日发生在湖北省安陆北部的山洪,并初步概括了引发山洪暴雨的概念模型,结果表明：①引发安陆山洪的暴雨强度大、持续时间短,强降雨带(团)具有明显的中β尺度特征,山洪爆发地区的强降水由中β尺度降水带上与深厚对流云活动有关的中γ尺度强降水雨团造成;②引发山洪暴雨的概念模型可以描述如下：在有利的大尺度环流背景及高低空急流耦合下,天气尺度系统影响产生大范围降水,当受外界强迫或者存在大气对流不稳定度增强和对流触发机制时,大范围降雨带上产生中β或中γ尺度强对流雨团导致大暴雨甚至特大暴雨天气,在有利的地形条件下爆发山洪,特别是在山区前期发生了降水,土壤湿度大,地表渗透系数小的情况下极易发生。     

华南一次强对流天气过程中环境条件对MCS形态特征的影响

2014年5月22日华南地区出现了一次大范围强对流天气过程,该过程中出现了两个中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)MCS-A和MCS-B,两个MCS表现出迥异的形态特征,产生了不同的强对流天气。利用多源观测资料以及高分辨率数值模式分析了环境条件对于MCS形态特征的影响,结果表明:(1)广西夜间到凌晨边界层顶附近强盛的低空急流,使得MCS-A在北部山区出现后向建立(BB, back building)的形态特征,有利于大量级的短时强降水的出现;(2) MCS-A进入广西平原地区以后,强盛的边界层以上的低空急流使得能量垂直廓线的极大值在边界层高度以上,且风垂直切变特征不利于冷池前方的垂直运动发展,冷池前方无法连续触发对流,MCS-A逐渐演化成线状对流/层云伴随(TL/AS, Training Line/Adjoining stratiform)的形态特征,而后消亡;(3)在广东,能量极大值出现在大气底层,环境风廓线有利于冷池前方垂直运动发展,进而触发新的对流,新生成的MCS-B呈现典型的层云拖曳型(TS,trailing stratiform)形态,最终形成飑线,造成雷暴大风天气。      

鄂伦春自治旗一次暴雨天气过程诊断分析

文章综合利用常规观测资料、雷达回波资料、卫星资料,对2015年8月2—3日发生在鄂伦春旗南部的暴雨天气过程从环流背景和中尺度特征方面进行诊断分析,结果表明:500hPa高空槽和850切变线形成前倾结构,前倾槽结构为暴雨的发生发展提供了热力和动力条件;700、850hPa西南急流对鄂伦春旗低层增温增湿作用明显,加之地面、850hPa东南急流辐合上升,增加了大气层结不稳定度,这两支急流在鄂伦春旗上空形成了强烈的水汽通量的辐合。与地形因素相关联的近地面层切变辐合促成下边界层辐合是此次暴雨过程的触发点,其附近陆续生成的中等强度块状的对流单体,形成暴雨。此次暴雨过程的中尺度特征:影响云带主要由有序的中尺度对流云团和中尺度对流复合体组成,降水时空变率大,雷达回波强度达到60dBz,走向与低空切边线移动方向一致。     

福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析

利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明:(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速辐合、水汽和能量大值区发展东移南压,中高层先于低层转偏北气流,表现出前倾特征,垂直风切变加大,冷空气从中高层先扩散南下,与低层暖湿空气交汇使对流加强,冷暖气流的交汇叠加风速辐合使得强降水加强并维持。对流单体后向传播向东移动产生的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。     

内蒙古典型暴雨过程的中尺度雨团观测分析

利用FY-2E逐时云顶黑体亮温资料 (TBB)、闪电定位资料、自动气象站资料和逐时降水资料,对2009—2013年6—8月内蒙古7例暴雨天气过程的中尺度雨团特征进行分析。结果表明:内蒙古暴雨的降水强度在1~3 h即可达到暴雨或大暴雨量级,中尺度雨团活动是内蒙古暴雨过程形成原因,而80%雨团活动是中尺度对流系统 (MCS) 造成的。MCS内TBB不超过-52℃冷云区和地闪密度大值中心对雨团强度和发展具有重要的指示作用,冷锋云系中MCS造成的雨团多原地生成和消亡,TBB不超过-52℃冷云区面积小,维持时间为2~8 h,地闪密度增长缓慢而且发生频次低;冷涡云系中雨团跳跃式出现在MCS冷云区或冷空气流入一侧,出现TBB不超过-62℃冷云区,雨团出现频次高,持续出现时间可长达24 h,地闪密度增长迅速且发生频次高。7次暴雨过程中约有60%雨团伴有地闪活动,地闪密度达到最大值时刻预示未来1~3 h最强雨团出现和MCS发展到成熟。地面加密风场中尺度辐合线先于MCS和雨团出现,中尺度辐合线造成的局地辐合可作为MCS发展的启动机制。     

四川盆地“8.11”暴雨过程中低空急流作用分析

利用高空探测、地面加密区域自动气象站、NCEP1°×1°再分析、FY-4A红外云图、多普勒天气雷达和风廓线雷达等资料,分析了2020年8月11~13日四川盆地一次区域性暴雨过程的降水时空分布、环流背景和风暴系统演变等特征,并重点探讨了低空急流在此次过程中的作用。结果表明:（1）此次过程发生在“东高西低”的环流背景下,主要影响因子为500 hPa低槽、副高和西南涡。（2）低空急流的出现有利于正涡度柱的形成和上升气流支的建立,盆地西北部地形作用可以使上升辐合增强。（3）低空急流为暴雨区带来水汽和不稳定能量。（4）急流对降水风暴系统的影响主要分两个阶段。第一阶段以东南急流为主导,一方面引导对流系统向西北方向移动和增强,一方面在四川盆地西北部山前激发强对流回波带。第二阶段以西南涡西北象限的东北急流为主导,一方面在急流出口左侧形成强动力辐合,一方面将低涡南部的暖湿空气向MCS输送。整个影响过程中,急流主体下边界由3000 m下降到600 m,主导风向由东南风转为西北风。（5）低空急流增强时,MCS维持在代表站上游地区,呈准静止后向传播特征;低空急流减弱时,MCS的准静止状态被打破,对流系统迅速移向代表站,带来短时强降水。（6）龙泉山脉使近地层东北急流气旋性弯曲增大,水平辐合增强。当MCS经过时,龙泉山为地形辐合带,激发新生单体在山麓西侧形成并沿山脉向东北方向移动。      

The Major Research Advances of Mesoscale Weather Dynamics in China Since 2003

This paper reviews the main theoretical progress of mesoscale weather dynamics since 2003, including： （1） The dynamic mechanisms of balanced and unbalanced flow are applied to study the genesis and development problems of mesoscale circulation. The symmetric instability and transverse-wave instability are analyzed in line and vortex atmosphere convection, and further research has been done on nonlinear convective symmetric instability. The interaction between forced convection and unstable convection and the wave characteristics of mesoscale motion are also discussed. （2） Intermediate atmosphere dynamic boundary layer models are developed. The complicated nonlinear interaction is analyzed theoretically between the atmospheric boundary layer and the free atmosphere. The structure of the topography boundary layer, atmospheric frontogenesis, the structure and circulation of the low-level front and other boundary layer dynamic problems are discussed. （3） The formation and development of meso-β-scale rainstorms under the background of the East-Asia atmosphere circulation are diagnosed with the variation of MPV （moist potential vorticity） anomalies. And some physical vectors are modified and applied in the moist atmosphere.     

A review of major progresses in mesoscale dynamic research in China since 1999

Mesoscale research conducted by Chinese meteorologists during the past four years is reviewed.Advances in theoretical studies include (a) mesoscale quasi-balanced and semi-balanced dynamics, derived through scale analysis and the perturbation method which are suitable for describing mesoscale vortices;(b) subcritical instability and vortex-sheet instability; (c) frontal adjustment mechanism and the effect of topography on frontgenesis; and (d) slantwise vorticity development theories, the slantwise vortex equation,and moist potential vorticity (MPV) anomalies with precipitation-related heat and mass sinks and MPV impermeability theorem. From the MPV conservation viewpoint, the transformation mechanism between different scale weather systems is analyzed. Based on the data analysis, a new dew-point front near the periphery of the West Pacific subtropical high is identified. In the light of MPV theory and Q-vector theory, some events associated with torrential rain systems and severe storms are analyzed and diagnosed.Progress in mesoscale numerical simulation has been made in the development of meso-α, meso-β vortices,meso-γ-scale downbursts and precipitation produced by deep convective systems with MM5 and other mesoscale models.     

贵州南部一次突发性大暴雨的中尺度分析

利用地面加密观测资料、贵州自动站雨量资料、FY-2C卫星红外辐射亮度温度(tbb)资料等,对2006年6月12日夜间贵州南部突发性大暴雨过程进行了中尺度分析.结果表明:具有类似于MCC(Mesoscale Convective Complex)特征的中尺度对流云团的发生发展及其缓慢东移是造成此次大暴雨的直接原因.对流层中低层大量的水汽输送和对流有效位能的积累为大暴雨的形成提供了有利的环境条件,中高层弱冷空气入侵使偏南暖湿气流被迫抬升、地面中尺度低压和辐合线的形成是暴雨发生的可能触发机制.中尺度天气系统具有低层辐合、高层辐散的高、低空配置,暴雨区南、北两侧的正、反垂直环流构成了中尺度次级环流圈的垂直结构特征.     

一次中纬度特大暴雨过程的中尺度分析

用Shuman-Shapiro中尺度滤波方法，结合大尺度环流背景，对1999年8月11－12日山东半岛特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这将过程是热带中尺度气旋北上发展造成的；地面冷空气侵入西移的中尺度低压所导致的对流发展，是热带中尺度气旋发展的原因；大尺度环境场丰富的水汽输送为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与其配置的切变线上的波动点对降水落区有指示意义。     

Vorticity budget investigation of a simulated long-lived mesoscale vortex in South China

A vorticity budget investigation is performed using the output data from a numerical simulation of a typical MCV (mesoscale convectively generated votex) case in South China. Results suggest that the divergence caused by convection in the low troposphere is the main producer of positive vorticity, while vertical vorticity transferred by the tilting term from the horizontal vorticity compensates the upward output of cyclonic vorticity. Scale analyses of the vorticity equation suggest that the advection of planetary vorticity can be neglected owing to the low latitude, which is different from the larger scale systems in high latitude areas. In addition, the distribution of relative vorticity tendency on pressure level is not uniform. A vortex will move along the vector from the negative to the positive vorticity tendency region. The mechanism of the phenomenon-that nearly all of the convectively ascending region is located southward/southeastward of the vortex center-is also discussed. Convergence with regard to latent heat release would be in favor of the spin-up of meso-vortex, however, the horizontal vorticity caused by windshear is tilted by vertical motion due to convection. Consequently, the negative and positive vorticity tendencies are located symmetrically about the convective center, which suggests that the vortex southward movement is dynamically driven by convection.     

“2004.7”沙澧河流域特大暴雨成因分析

应用常规、加密气象资料及卫星云图,分析了2004年7月16～17日沙澧河流域特大暴雨成因.结果表明：高、低空急流耦合区中西南低涡及MCC特征云团的形成和维持是造成此次特大暴雨的直接影响系统.提出利用逐时的中尺度辐合中心、卫星红外云图云顶亮温及雷达回波降水率做中尺度雨团量级预测思路.     

Numerical Simulation on the Formation of Mesoscale Vortex in Col Field

There exist typically two kinds of low-level col fields over the middle and lower reaches of the Yangtze River of China during summer.One is associated with the mesoscale vortex embedded in the Meiyu f...     

鄂西南山区一次罕见的秋季暴雨转暴雪天气成因分析

利用常规的地面观测资料、micaps卫星资料以及NCEP再分析资料,对2016年11月7到9日发生在湖北西南山区一次大范围暴雨转暴雪灾害天气的成因进行了分析。结果表明：此次极端雨雪灾害天气,是东移南下强冷空气与西南强暖湿气流共同作用的结果。低空急流的形成与维持,南支槽前正涡度的加强,以及中层正好处于冷暖气流交汇区,这种高层辐散、低层辐合的有利配置,是7到8日产生大范围大雨,局部暴雨的主要天气背景。8日夜间到9日的暴雪产生,除中层西南暖湿气流加强对降雪增幅的贡献外,还主要受东、西两路冷空气汇合加强共同影响;动力锋生产生的正、反两支锋面次级环流是造成降雪最直接的中尺度系统;此次雨雪持续期间,水汽充沛,并伴有强的水汽辐合上升运动,在强降雪影响期间,影响区上空存在NE-SW带状动力结构,这种锋面斜压性特征,加强了暖湿气流沿冷空气垫的爬升;针对秋季雨雪转换的温度层结特点,重点关注中层逆温和近地层气温变化。综合相关文献及本次研究结果,针对湖北地区降雪,850 hPa在0℃或以下,地面气温在2℃或以下,可作为雨转雪或雨夹雪的温度指标。中层逆温不是降雪必备条件,但对于产生强降雪需要适宜的中层逆温,本次降雪逆温出现在-1℃附近,该指标也可作为秋季降雪的参考指标。     

基于GRACE数据的长江流域地表水储量变化

基于GRACE RL06 Level-2卫星产品数据,采用高斯滤波、P3M9去相关滤波等方法对2002年4月-2017年6月长江流域地表水储量变化进行了反演。结果表明：近16年来,长江流域整体水储量处在一个缓慢上升的状态,地表水储量变化速率为4.1±1.1 mm/yr,总体水量在这一期间增加了大约1.1×1011T,基于水文要素的统计分析显示这一结果较为准确的反映了长江流域的水量收支状态。     

The Evolution of a Meso-β-Scale Convective Vortex in the Dabie Mountain Area

The evolution of a mesoscale convective system (MCS) that caused strong precipitation in the northern area of Dabie Mountain during 21-22 June 2008 is analyzed, along with the evolution of the associated meso-β-scale convective vortex (MCV). The mesoscale reanalysis data generated by the Local Analysis and Prediction System (LAPS) at a 3-km horizontal resolution and a 1-h time resolution during the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) were utilized. The results show that two processes played key roles in the enhancement of convective instability. First, the mesoscale low-level jet strengthened and shifted eastward, leading to the convergence of warm-wet airflow and increasing convective instability at middle and low levels. Second, the warm-wet airflow interacted with the cold airflow from the north, causing increased vertical vorticity in the vicinity of steeply sloping moist isentropic surfaces. The combined action of these two processes caused the MCS to shift progressively eastward. Condensation associated with the MCS released latent heat and formed a layer of large diabatic heating in the middle troposphere, increasing the potential vorticity below this layer. This increase in potential vorticity created favorable conditions for the development of a low-level vortex circulation. The vertical motion associated with this low-level vortex further promoted the development of convection, creating a positive feedback between the deep convection and the low-level vortex circulation. This feedback mechanism not only promoted the maturation of the MCS, but also played the primary role in the evolution of the MCV. The MCV formed and developed due to the enhancement of the positive feedback that accompanied the coming together of the center of the vortex and the center of the convection. The positive feedback peaked and the MCV matured when these two centers converged. The positive feedback weakened and the MCV began to decay as the two centers separated and diverged.