地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

2013年7月辽宁省降水异常物理机制研究

利用MICAPS常规资料和NCEP再分析资料,对2013年7月辽宁省降水异常物理机制进行了研究。结果表明:2013年7月辽宁省降水偏多发生在异常环流背景下,乌拉尔山高压脊和贝加尔湖低压槽强度大于常年,冷空气偏强且路径偏南;东亚40°—50°N处在纬向强锋区中,有利于气旋生成发展;副热带高压脊线比常年偏北2个纬度,西北侧暖湿气流活跃。7月中高纬地区有3次明显冷空气向南侵入至40°N,与中低纬北上至40°N及以北的暖湿气流交绥形成暴雨,影响系统分别为华北气旋、蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线,不同影响系统暴雨过程的物理机制存在差异。3次暴雨过程中,华北气旋暴雨水汽供应最充沛,水汽源地不仅有西太平洋、南海、东海和黄海,还有孟加拉湾;暴雨区水汽主要由副热带高压外围西南或偏南气流向北输送,东海北部和黄海是水汽汇合及输送量最大的区域。高空急流受贝加尔湖低槽强度影响,不同影响系统高空急流演变和强度不同,低空急流分布与强度及高空辐散区、低空辐合区相对高、低空急流轴分布的位置也不同;高、低空急流耦合发展及高空辐散区、低空辐合区叠置产生的强垂直上升运动造成了水汽强烈辐合,其中华北气旋暴雨水汽辐合最强,水汽辐合层顶达850hPa,蒙古气旋冷锋和副热带高压西侧辐合线暴雨水汽辐合顶在900hPa附近及以下。热力分析表明,3次暴雨过程环境大气中层均有干冷空气侵入,增加了降水对流的不稳定性。     

陕西历史最早暴雨成因初步分析

利用天气学原理和T213提供的物理量场分析了2004-02-20发生在陕西历史上最早的暴雨过程，发现此次暴雨是在新疆分裂冷空气、高原槽、低涡切变和地面倒槽的共同影响形成的，环流形势为“东高西低”和“北槽南涡”．西南低空急流、低涡切变是此次暴雨的直接影响系统，动力结构为高层强辐散和低层强辐合．能量场具有典型的“Ω”中尺度结构，700hPa层SW低空暖湿急流是主要水汽和能量输送系统，暴雨区水汽辐合强烈，暴雨发生在水汽通量的最大梯度处，与夏季暴雨水汽特征相似。     

河西走廊东部“6.27”突发性暴雨特征与成因

针对2012年6月27日河西走廊东部突发性暴雨天气过程,利用Micaps常规资料、FY-2D卫星资料、NCEP再分析资料和82个区域气象站及6个自动气象站逐时降水资料,从天气特征、高低空急流、水汽条件、中尺度特征、稳定度、垂直运动等方面进行综合分析。结果表明:(1)此次暴雨的大尺度环流特征为典型的"北槽南涡",即500 h Pa贝加尔湖冷槽东移南压携带冷空气从柴达木低涡后部侵入与其汇合,冷暖空气在河西走廊中东部交汇。同时鞍型场的稳定维持,为柴达木低涡的发生发展提供背景,进一步加强了低空锋区和动力辐合,造成本地大到暴雨及暴雨天气;(2)700 h Pa中尺度低涡和地面辐合线为此次暴雨提供了抬升条件;(3)冷空气侵入700 h Pa低涡成为此次暴雨的触发机制;(4)高原中尺度对流云团发展北上与河西走廊东部新生对流云团合并加强是造成大到暴雨的直接原因;(5)高空西风急流与中低空偏南和东南急流的耦合,中层干冷、低层暖湿,环境风垂直切变以及散度"上正下负"和涡度"上负下正"的强上升运动区都为大降水提供了有利条件。     

河西走廊西部一次暴雨过程的水汽特征分析

文章利用常规气象观测资料和GdAS、NCEP/NCAR再分析资料,对2019年5月5—7日河西走廊西部暴雨天气过程的水汽特征进行分析与讨论。结果表明:本次暴雨是由200 hPa高空急流、500 hPa短波槽、700 hPa低空急流和祁连山地形阻挡共同作用下产生的;降雨强盛时期暴雨区对流层低层维持6 g·kg-1的比湿和80%以上相对湿度;水汽主要由两路异常远距离水汽通道输送,分别是蒙古高压低层偏东回流气流引导的偏东路径,南支槽以及高原切变引导的偏南路径;暴雨区水汽主要来源于对流层中低层东边界,中低层东边界水汽输入贡献率达81.2%;利用HYSPLIT模型后向72 h模拟发现,暴雨区水汽来源主要有3条路径,分别是低层偏东路径、中层偏南路径和高层偏西路径,对应的水汽源地为蒙古国东南部、新疆东部和里海;高层300 hPa干冷空气侵入中层,与中低层上升气流在暴雨区上空辐合交汇,对降水有一定的加强作用。     

江西一次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面与探空资料、卫星资料等,对2012年5月12日发生在江西省中部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次暴雨过程发生在冷锋南侧地面倒槽区,由高层西风槽、低层低空急流及切变线、低涡共同影响所致。中低层西南气流的加强,一方面使暴雨区有充足的水汽输送,同时也使该区对流不稳定度加大,加强了暴雨区上空的对流上升运动。中尺度辐合线是强对流暴雨的触发机制,而冷锋影响使地面东风气流加强,冷空气入侵致中尺度辐合线演变为中尺度低压,中尺度低压是江西短时强降水长时间持续的机制;500hPa高空槽东移,槽前正涡度平流向江西上空输送,利于低层低涡生成和维持、上升运动加强,从而导致降水增强。冷空气影响初始阶段,〉10mm·h-1 的中尺度雨团产生在中尺度辐合线及其所演变成低压的1、2象限即中尺度辐合线或中尺度低压偏北一侧,随着冷空气的进一步入侵,中尺度雨团产生于中尺度低压的偏南一侧。     

天山北坡中部一次罕见特大暴雪天气成因

利用我国数值预报产品T6390场预报资料和新疆天山北坡中部地区的地面降雪量资料,分析新疆天山北坡中部地区2010年2月23日发生的罕见特大暴雪天气的特征及这次过程形成的原因。结果表明:这场罕见特大暴雪天气具有降雪强度强、范围广、积雪深度异常偏厚、灾情严重等特点,属60a不遇。乌拉尔山长脊、西伯利亚冷涡东移为罕见特大暴雪天气的发生提供了大尺度环流背景,冷涡外围强锋区中分裂出的中尺度短波、西南急流、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、中高压、中低压以及地面冷锋是特大暴雪的直接影响系统;高低空形势场、急流和锋区以及中尺度的动力、水汽因素的有利配合为特大暴雪的发生提供了必要条件。特大暴雪发生在高空锋区短波槽前的冷暖平流交汇区、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、西南急流、地面冷锋、中低压后部和中高压前部、强的能量锋区、高湿区以及水汽通量辐合区的重合区域内。特大暴雪发生过程中,天山北坡中部上空维持一个由低层到高层强盛的动力性纬向垂直环流圈,为冷暖气流共同作用提供了动力条件;正、负涡度中心的配置,有助于天山北坡中部上空的低值系统和锋区的加强。高空急流加强了特大暴雪天气的上升运动;强盛的低空西南暖湿急流将里咸海地区的高温高湿不稳定气流输送到天山北坡中部上空,为特大暴雪天气提供了热力、水汽和不稳定能量的条件。     

南疆西部持续性暴雨环流背景及天气尺度的动力过程分析

2013年6月14—19日南疆西部出现了持续性暴雨,使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与暴雨关系的基础上,分析了水汽远距离输送到新疆并在南疆上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,暴雨产生在大气异常潮湿的环境中,强降雨时段对流层低层比湿最大值达到16～18 g·kg-1。长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生过程中一直维持,充沛的水汽被一支从阿拉伯海和孟加拉湾的偏南气流向北输送,偏南风持续增速加大了水汽的输送。同时,随着偏南气流向北靠近新疆,对流层低层偏东急流在南疆西部产生强的水汽通量辐合,使得高空强烈辐散与低空辐合之间的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增加。暴雨的日变化与阿克苏南部中尺度垂直环流圈的间断性建立及低层偏东急流在夜间增强有关。     

大尺度低空急流附近的水汽输送与暴雨

本文利用1977—79年华南前汛期的暴雨实验资料,分析研究了大尺度低空急流附近的水汽输送及其对暴雨的贡献。研究表明,与低空急流相联系的暴雨的生成,主要是由于低空急流之下水汽的横向辐合,而不是低空急流所在层的水汽辐合。低空急流之下的水汽由急流左侧向右侧输送,在暴雨区上升,而后在低空急流之上向右侧输送并下沉,从而构成一中尺度的水汽输送环流圈,它与大尺度环流圈同相叠加,有利于暴雨的维持。由于摩擦作用,在低空急流之下的边界层中风向随高度顺转,这是水汽横向输送的主要原因,因此,暴雨可在低空急流左侧的任何位置生成。     

陕西2003年盛夏连续性暴雨过程分析

利用实时资料和 T2 1 3数值预报产品 ,分析了 2 0 0 3年 7月 1 3日和 1 5日陕西连续性暴雨 ,结果表明 :活跃的副高是造成大降水的大尺度环流系统 ,70 0 h Pa低涡切变线、偏南急流持续出现为暴雨提供了动力和水汽条件 ,暴雨落区在高空急流的右侧辐散区和低空急流左前侧辐合区、低涡东部的重叠处 ;70 0 h Pa Q矢量辐合区与暴雨区有较好的对应关系     

天津一次突发性局地大暴雨中尺度分析

利用加密自动气象站、天津MM5、NCEP1°×1°的6小时再分析资料以及多普勒雷达等资料,对2007年8月26日出现在天津东部地区的局地大暴雨进行了天气学、动力学诊断和中尺度分析.结果表明,暴雨是在大尺度环流形势由经向调整为纬向时期产生的,中低层西风槽、切变线以及地面中尺度辐合线是其主要影响系统;强降水的时空分布有明显的中尺度特征;暴雨区上空形成的斜升气流,有利于强雷暴云的稳定发展;低空东南急流和地面偏东风为暴雨区输送了大量的水汽;地面中尺度辐合线的存在和维持不仅增强了地面的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件.多普勒雷达图中明显的列车效应以及强回波伸展的高度与当天0℃层高度的对应关系也是产生强降水的主要原因.     

2013年辽东半岛2次切变线暴雨的对比分析

利用NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料、常规观测资料、FY-2E(0.1°×0.1°)云顶亮温资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料及雷达资料,对2013年7月28日和30日辽东半岛的2次切变线暴雨过程进行对比分析,研究了半岛地区暴雨中尺度对流系统(MCS)发生与发展过程的环流特征和触发机制。结果表明:(1)在有利的大尺度背景下,沿切变线生成的中尺度对流复合体(MCC)或中尺度云团是造成降水的直接影响系统。但2次过程的切变线与其北侧高空槽的相对位置不同,辽东半岛强降水的动力、热力条件及触发的关键因素不同;(2)当切变线位于北支槽前,水汽输送持续时间长,辽东半岛获得较多的水汽能量,低层水平辐合较强,上升运动和湿层深厚。低空或超低空西南气流的加强是触发MCC发展的主要因子,暴雨区出现在地面辐合线南侧的偏南急流极值区;(3)当切变线位于北支槽后,水汽输送带快速东移,获得的水汽补充相对少。暴雨区的水平辐合不强,湿层浅薄,但较大的水平风垂直切变有利于MCC发展。北槽后南下的冷空气是触发因子,暴雨区出现在地面辐合线北侧。     

梵净山东南侧夏季暖区暴雨中尺度系统演变与环境场特征个例分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3—4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析。结果表明:(1)该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hPa分流辐散区,主要影响系统为500 hPa高空槽和850 hPa暖切变线,地面无明显冷空气影响,属贵州暖区极端暴雨。(2)此次暖区暴雨是由4个对流云团连续影响直接造成,强降雨出现在对流云团中心附近及其后侧云顶亮温(T_(BB))等值线梯度大值区。(3)暴雨由积状云为主的混合降水回波造成;暖云层和湿层深厚、低层水汽输送充沛、异常偏低的自由对流高度(LFC)和抬升凝结高度(LCL)及中等强度"瘦高"型对流有效位能分布,是形成高效率降水的有利环境条件。(4)梵净山对水汽向北输送具有阻挡作用,使水汽通量大值带和水汽辐合中心集中在其东南侧;边界层偏东风在山前转向南流与南来偏南气流在暴雨区形成东西向稳定中尺度辐合线,对流在辐合线附近触发、合并、加强和东移是造成特大暴雨的重要原因;迎风坡和喇叭口地形的中小尺度动力强迫有利于边界层水汽输送和抬升凝结。     

新疆西部一次大暴雨形成机理的数值模拟初步分析

2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟,利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明:此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下,巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成,云团生成后,在向东北方向移动过程中,经过伊犁地区上空时,受天山地形抬升影响不断发展增强,造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强,风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持,类似于"列车效应",不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区,是该次暴雨持续的重要原因。     

2008年6月广东省连续性暴雨的成因

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析2008年6月12-18日广东省连续性暴雨过程的环流背景及成因。结果表明：在中纬短波槽和南支槽活跃的环流形势下,低层低涡切变线和西南急流引起的强烈上升运动是这次广东省连续性暴雨的触发因子。孟加拉湾和西北太平洋的2支水汽在南海汇合,持续向华南输送暖湿空气,并由经向风场辐合形成较强的水汽辐合中心。连续性暴雨期间,华南上空异常加热源有利于其西北侧低空异常气旋性环流的维持和广东省沿海地区西南急流的稳定存在。异常偏强的水汽输送辐合和大气热源加热是这次连续性暴雨得以维持的重要原因。     

近50年来东北冷涡暴雨过程动力条件诊断和水汽条件分析

本文统计了吉林省近50年东北冷涡暴雨过程,利用NCEP资料,计算了与降水有关的各种物理量,讨论了各种物理量的特征。并从环流系统着手,着重分析了冷涡暴雨水汽源地和水汽输送条件,结论指出,冷涡暴雨中心存在深厚、持续的上升气流,最大上升气流多数出现在500h Pa,比一般对流天气层次高;低层气流辐合,高空气流向北向东辐散的特征更加明显;上升气流中心位置、数值大小以及低空辐合中心及伸出的大值区等特征值可以作为定性判断暴雨落区指标;影响暴雨的水汽分别来自西太平洋副热带高压南部低纬热带地区和盂加拉湾,小部分来自日本海回流,两支主要水汽分别由西太平洋副热带高压后部西南气流直接向北方输送,或是分别由孟加拉湾向东和由副热带高压南部偏东气流向西输送在我国南部沿海合并后再向北输送。在水汽输送过程中,低空急流和副高位置起到了至关重要的作用。     

郑州市两次不同背景下特大暴雨诊断分析

利用NCEP资料,根据降水实况分布及各物理量分层平面分布,每隔6 h对特大暴雨中心区所在经、纬向带各物理量场作经、纬向垂直剖面图,结合高空观测图对郑州市两次特大暴雨发生的大环流形势场、触发特大暴雨发生的各物理量场进行诊断分析。结果表明:1)连续性特大暴雨区出现在低空急流轴的前方,一方面是由于低空急流前方水平辐合较强,另一方面低空急流对暖湿空气的输送,使大气不稳定度加强;局地短时性特大暴雨过程主要是冷空气侵入使冷暖湿空气团在郑州上空交汇,其对流不稳定能量释放所致。2)辐合线对暖湿空气的抬升运动起到动力加强作用,是触发中尺度雨团的根源,也是特大暴雨产生的根源。3)连续性暴雨发生、发展时,高空的反气旋起主导作用;局地短时性暴雨发生时,中低空的气旋辐合起主导作用。4)短时性特大暴雨天气,前期有较强的不稳定层结;连续性暴雨天气刚发生时,其前期存在较强的不稳定层结,在暴雨连续发生过程中不一定有强不稳定层结。5)连续性暴雨需要较强的水汽输送带,局地短时性暴雨不要求有明显的水汽输送。     

2015年6月3日江西省北部大暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规气象资料、天气雷达资料、卫星观测资料及NCEP再分析资料,对2015年6月3日发生在江西省北部的局地特大暴雨天气过程的中尺度特征进行分析。结果表明:短时大暴雨是在中低纬地区纬向环流背景下,西风带低槽、中低层切变线、急流、中尺度辐合线共同作用形成的。地面中尺度辐合线是导致大暴雨形成的触发系统,其生成和发展使地面气流的辐合和底层的上升运动得到增强。中心速度为-1.2 Pa/s的强上升区位于925—700 h Pa高度层,强烈的上升运动将中底层辐合的水汽抬升至200 h Pa高度层,释放了更多的不稳定能量。对流性回波整体移动方向和引导气流方向二者的矢量和为偏东方向,与强回波的分布方向一致,形成了明显的"列车效应"。     

湘西北一次大暴雨过程中尺度结构特征分析

利用常规观测资料、区域自动气象站资料、多普勒雷达资料、美国GFS及LAPS分析资料,对2012年6月下旬发生在湘西北的大暴雨过程的成因以及β中尺度系统的三维动力热力结构特征进行了分析,结果表明:此次过程属于典型的湖南盛夏低涡切变型暴雨过程,地面降水在时空分布上具有明显的中尺度特征。低空急流加强北推不但有利于水汽和不稳定能量向暴雨区的输送,也是β中尺度低涡发生发展和垂直上升运动加强的主要原因。地面中尺度辐合线的维持和地形的阻挡有利于暖湿气流的抬升,而上升的暖湿空气在中高层凝结释放潜热,对上升运动起到正反馈作用。产生暴雨的β中尺度系统具有明显的动力、热力结构特征。在暴雨发展的最强阶段,β中尺度系统的四周各有一个垂直环流圈,其中南北两侧的下沉补偿气流向暴雨区的分支不但有利于水汽和不稳定能量的输送,也加强了暴雨区低层的辐合;东西两侧下沉补偿气流向暴雨区的分支加强了暴雨区气流的气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度系统的辐合;基于上述研究成果,提炼了此次低涡切变线暴雨的三维物理结构示意图。      

2015年12月新疆极端暴雪天气过程分析*

2015年12月10-12日新疆大面积暴雪是欧洲脊发展衰退、乌拉尔低槽东移南下环流形势下的极端强天气过程,环流形势、高低空系统配置与新疆强降水研究成果[1-3]吻合,高低空三支急流是大尺度上升运动维持和水汽输送、辐合的重要系统。暴雪过程中存在3条水汽输送路径,水汽长时间向暴雪区输送且输送厚度较厚,水汽辐合从低层发展、东移时层次抬升强度增强,水汽输送和辐合主要出现在低层700-850hPa,当水汽输送层和辐合层降低、强度减弱后最强降水开始。天山地形强迫抬升作用明显,低层水汽在天山北坡聚集抬升,低层冷垫有利于中层西南暖湿气流向北输送。环流经向度大和槽前偏南风强、天山地形的强迫抬升和上升运动维持以及水汽持续输送和3条中尺度云带的持续影响是此次新疆极端暴雪形成的重要机制。