江西北部地区一次大暴雨过程湿Q矢量诊断分析

利用NCEP提供的FNL资料和ECMWF提供的逐小时降水资料,从湿Q矢量散度、湿Q矢量锋生函数以及湿Q矢量在以等温线为参照线的自然坐标系中分解(PT分解)函数三个方面,对2019年5月12日发生在江西省北部地区的一次大暴雨天气过程进行了分析。结果表明:暴雨初期,关注低层湿Q矢量散度场的辐合中心,可以预报未来6 h后暴雨的可能落区,当这些落区中层辐合开始加强为辐合中心,则基本可以判定为暴雨中心区域;低层湿Q矢量锋生函数有助于确定雨区范围,中层的湿Q矢量锋生函数对强烈的冷暖气流交汇反映更为明显,有助于进一步确定强降水中心位置。在强降水初期大尺度的强迫作用是垂直运动发展的主导因子,而在强降水旺盛时期中尺度锋生作用占主要作用,在暴雨发展的不同阶段可以重点关注不同尺度天气特征对暴雨形成发展的影响。     

2019年5月湖北东部一次大暴雨过程诊断分析

利用NCEP 1°×1°格距逐6 h再分析资料、FY-2F逐时云顶亮温(TBB)资料、国家气象站常规探空和地面气象观测资料、湖北省区域气象自动站资料,对2019年5月25日湖北省东部一次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa中高纬低槽不断分裂南下,盆地低槽稳定维持,中低层低涡扰动,切变线和低空急流维持,是本次大暴雨的有利天气背景;有西南向的水汽输送通道并在暴雨区强烈辐合,水汽辐合中心位于900～950 hPa,500 hPa以下整层温度露点差都在4℃以下;暴雨区在150 hPa以下为正平均涡度;400 hPa以上为正平均散度,其下为负平均散度,最强降水时段高层辐散低层辐合的配置明显向对流层下层压缩,高层负涡度低层正涡度的配置催生了高层辐散低层辐合的散度配置,有利于垂直上升运动加强;暴雨区上升运动从1 000 hPa延伸到200 h Pa,整层以上升运动为主,在最强降水时段上升运动中心明显下移;有明显的上冷下暖层结结构,形成低层暖平流高层冷平流的温度平流配置,有利于产生对流不稳定;降水云顶亮温TBB≤-50℃区域与降水区对应,近似圆形的中尺度对流系统对湖北东部强降水十分有利。     

多普勒雷达径向散度在迎风坡降水中的应用

以太行山东部3次迎风坡降水过程为例,分析了由多普勒雷达原始资料计算得到的径向辐合与迎风坡降水分布的关系:迎风坡降水大值区落在临近径向的辐合大值区的弱辐合区内,且降水中心落在正径向速度开始减小的边界同NE风急流相交的位置。连续分布的径向辐合越强,降水越强。同时以2004年7月11—12日过程为例说明单站径向辐合和降水率的关系:径向辐合越强,降水越强,且径向辐合变化超前于降水率变化1h以上;径向辐合持续减弱3h以上,降水率减小,直至结束。径向散度对迎风坡区域的降水预报有很好的指示作用:综合分析区域径向辐合分布和单站径向辐合随时间的变化,可以预测迎风坡降水的落区、发展及生消。     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

鲁西北持续性暴雨非地转湿Q矢量分析

利用常规观测资料、NECP/NCAR提供的1°×1°FNL全球再分析资料,对2012年鲁西北一次持续性暴雨进行了湿Q矢量方法诊断分析。结果表明：此次持续暴雨出现在有利的环流背景下,降水区域集中并有明显的中尺度特征,湿Q矢量方法是分析强降水落区很好的工具;925～850 hPa湿Q矢量散度与强降水落区有较好的对应关系,但暴雨并不总是出现在湿Q矢量散度负值区中心,有时出现在湿Q矢量散度梯度大的负值区一侧;700 hPa湿Q矢量涡度正值中心与散度负值重叠的区域是中尺度低值系统发展有利的区域,与未来6～12 h暴雨落区有很好的对应;湿Q矢量锋生函数差值预报强降水落区明显优于锋生函数。     

基于螺旋度和非地转湿Q矢量的一次东移高原低涡强降水过程分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料以及常规观测的地面和高空资料,应用螺旋度和非地转湿Q矢量原理,对2000年7月9～15日一例东移高原低涡产生强降水过程进行了天气动力学诊断分析.结果表明:500 bPa z-螺旋度水平分布对低涡中心的移动、降水落区和强降水中心的分布具有较好指示性,强降水中心发生在500 hPa z-螺旋度梯度值最大的区域.z-螺旋度分布能较好地反映暴雨发生时大气的动力学特征,暴雨区上空,高层负涡度辐散与低层正涡度辐合相配合,是触发暴雨的动力机制.相对螺旋度更能全面地反映降水落区及降水中心分布情况,并对未来6 h后的降水落区及走向具有较好的预报性,强降水中心发生在相对螺旋度正、负中心连线梯度最大值的正值一侧.低层非地转湿Q矢量散度的辐合区与降水区相对应,辐合中心与强降水中心基本吻合,是降水落区定性诊断分析的有力工具;湿Q矢量散度的垂直分布对未来6 h降水的落区和移动预报提供了很好的参考信息.     

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24-25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水.另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值.     

热力散度垂直通量在延安强降水过程中的诊断分析

利用NCEP1°×1°6h再分析资料对2013年7月22日延安地区强降水过程进行了热力散度垂直通量诊断分析,结果表明:当高空辐散区叠加在弱的低层辐合区上方时,促进低值系统的发展,使高低层的辐散辐合均加强,从而引起强烈的上升运动,为强降水的产生提供了有利的动力条件。在强降水区,广义位温等值线呈"漏斗"状,从对流层高层向下伸展到对流层低层,且在对流层低层垂直梯度比较显著。在此次降水过程中,高空主要有两股干冷空气影响延安地区,一股位于延安西侧的中高层,一股位于其东部的对流层低层,这两股冷空气夹击延安地区上空中层的暖湿气流,加强了降水区附近的湿斜压不稳定,为强降水的产生提供了有利的热力不稳定条件。热力散度垂直通量的垂直分布及整层积分的结果与地面6h强降水落区有很好的对应关系,它的变化趋势及移动方向与强降水区的变化趋势和移动方向也较为一致,对强降水落区预报有一定的参考意义。     

豫中南一次秋季区域性暴雨成因分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP 1°×1°分析资料、FY-2E卫星及雷达资料等,采用诊断分析和对比分析方法,分析了2014年9月27—28日豫中南区域性暴雨的环流形势、强降水成因、中尺度特征及该过程与夏季暴雨的异同。结果表明:本次秋季暴雨过程是高空低槽、副高、中低层切变线、高低空急流、地面倒槽等系统共同作用的结果。持续的水汽辐合为暴雨提供了充沛的水汽条件,水汽通量大值区与水汽辐合中心分布及暴雨落区吻合;低层涡度的发展和水平风的切变导致垂直涡度发展,动力条件较好;K指数高值区对预报暴雨尤其强降水落区有较好指示意义,暴雨中心上空θse值随高度递减,高层低能舌叠加在低层高能区之上,强降水落区位于二者交汇的区域。低层偏东气流与高空槽前西南气流配合产生经向次级环流,上升运动增强;200 h Pa西风急流稳定维持,导致高层抽吸作用明显,有利于区域性暴雨发展。降水云团tbb一般在-32℃左右,发展高度明显低于夏季暴雨云团;降水前期回波为层云回波,后期转变为混合性回波,强降水主要由混合降水回波中的强对流云团导致的。中高层没有明显强冷空气,低层冷空气作用较大,东路冷空气一方面形成冷垫造成动力抬升,另一方面在低层与暖湿气流形成强水汽辐合,是本次秋季区域性暴雨的形成机制,也是不同于夏季暴雨的主要特征。     

2013年浙江两次汛期暴雨过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,对2013年4月29日(4.29)和6月6日(6.6)浙江两次汛期暴雨的天气形势场、热力动力和水汽条件进行对比分析,研究浙江暴雨的机理,为暴雨预报提供依据。结果表明:1)4.29暴雨影响系统高层为西风槽、低层为低涡;6.6暴雨高低层影响系统均为低涡。2)4.29暴雨高空西风急流强,垂直方向上存在正向环流圈,低层辐合对应高层辐散;6.6暴雨高空西风弱,垂直方向上无明显环流圈,散度场分布较复杂。3)4.29暴雨主要水汽来源为孟加拉湾、南海-西太平洋;6.6暴雨主要水汽来源为孟加拉湾、南海-西太平洋和东海。4)4.29暴雨过程中锋区呈东西走向,有较强冷空气侵入,而6.6暴雨过程中锋区呈东南-西北走向,只有较弱冷空气侵入。     

一个新动力因子在登陆台风“凤凰”强降水过程中的应用

根据波动和风场辐合辐散与登陆台风强降水密切相关的特点,利用高分辨率的数值模拟资料,采用分别表征强降水区波动特征和辐合辐散特征的两个动力参数——位势散度波作用密度和散度垂直通量,对登陆台风"凤凰"的强降水过程做诊断分析;同时结合波扰动和辐合辐散两特征,发展了一个新的物理量——热力切变散度参数,并据此对台风"凤凰"的强降水过程做进一步诊断分析,结果表明在整个研究时段内,地面雨区被热力切变散度参数的异常值区始终覆盖,二者具有较一致的空间分布和时间演变趋势。基于GFS(Global Forecast System)预报产品的动力释用分析表明,利用数值预报场计算的热力切变散度参数的强信号出现在强降水区,而弱信号出现在非降水区,该参数对强降水落区有较好的指示作用。     

用雷达反演资料诊断江苏地区一次暴雨过程

对2010年7月12日发生在江苏中部地区一次暴雨天气过程产生的原因、多普勒雷达图像产品特征及由雷达数据反演的物理量场进行了诊断分析和定量评估,得出如下结论:雷达径向速度图像特征变化反映了风场辐合辐散特征的变化,有助于了解雨势增减情况。多普勒雷达径向速度提取的散度数据与NCEP散度数据整体趋势上是一致的,但辐合辐散中心区位置及强度存在差别,雷达反演散度强度较NCEP大4~5倍,天气过程变化期间两者散度在垂直高度场的配置调整均能反映降水动力场变化;400hPa及以下高度反演的平均散度更可信;对于雨强小于等于16mm/h的降水天气过程效果更好。由雷达基数据定量计算得到的平均散度特征和垂直速度随时间和高度的变化,能较好的反映出强降水过程的动力学特性;雷电频次与强降水出现时次有一定相关性,约有1~2h提前量,雷电发生随时间演变与雷达回波强度时空分布较为吻合,云底动能施力参量一定程度可以描述闪电增长情况,较降雨量约有40min左右的提前量,有一定预警能力。     

一次梅雨暴雨过程的数值模拟

运用中尺度暴雨MRM模式,采用常规报文资料作为初始场,对2003年7月8-10日的一次江淮地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：该模式对降水场模拟结果同实况基本相似,模式对暴雨的位置、强度、中心都有较好的模拟,嬲评分较高;西南气流对水汽的输送作用及江淮地区上空水汽通量的高值区,为暴雨的形成与维持提供了重要的水汽条件,水汽辐合区与暴雨落区相对应;中低层辐合、高层辐散的散度垂直分布形势,对暴雨的发生提供了十分有利的动力条件;强降雨出现在低层正涡度中心和负散度中心附近。     

“7.21” 暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21～22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS（Equitable Threat Score）评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

2019年韶关“5·18”局地特大暴雨极端性成因分析

2019年5月18日,广东省韶关市出现了局地特大暴雨,刷新了韶关有气象记录以来的雨量记录。利用常规观测资料、区域气象自动站观测资料、韶关双偏振多普勒天气雷达资料,以及NCEP 1 °×1 °再分析资料对本次过程进行详细分析,探讨本次过程发生的极端性成因。(1) 本次过程是粤北历史罕见的局地暖区突发性特大暴雨过程,天气尺度的背景场较弱,极端性条件不显著,但能从中尺度分析场分析出暴雨潜势。(2) 暴雨发生之前,韶关一直处于偏南暖湿气流控制的区域,并且随着对流抑制减小为0,对流有效位能增强,自由对流高度下降至近地面,使得气块更容易被强迫抬升。(3) 多个单体持续发展与合并,出现“列车效应”,近地面冷池维持向南楔入,低层西南风加强叠加于冷池上导致强风速辐合辐散区和中气旋的出现,是维持强回波持续发展的重要原因;回波呈暖区降水的垂直结构特性,也呈现出近地面层冷池对暖湿气流强迫抬升的结构特征,侧面说明了强降水触发机制。(4) 地形对对流触发和暴雨的增幅有重要影响,峡谷和喇叭口地形加强了偏南气流的汇入及辐合作用,山前迎风坡除了地形抬升作用外,位于山前的地面辐合线对于对流既有触发又有加强与维持的作用。(5) 山前强水平温度梯度为对流发生提供了有利的环境条件,当初生对流出现降雨之后,水平温度梯度进一步加强,形成了温度梯度与对流强度之间的正反馈过程,因而对流持续发展与维持。(6) 对于此类突发的短历时强降水造成的暖区暴雨,监测和短临预警仍然是主要手段。      

北京一次暴雨过程的成因分析

2011年6月23日下午到夜间,受蒙古低涡东移南下天气过程及冷暖空气共同作用影响下,北京地区出现了强雷雨天气过程,局部地区降雨量达到大暴雨标准。此次大暴雨过程具有突发性、局地性、短时性和高雨强等特点。利用常规天气资料、fnl再分析6 h资料等,对此次大暴雨过程进行了分析,并对其成因作了初步讨论。结果表明:东移南下的蒙古低涡及北京北部、贝加尔湖以东的外蒙古境内的阻塞高压为此次天气过程的影响系统,北京地区处于低槽前部的不稳定区。由垂直速度场可以看出,北京地区处于垂直速度大值中心,同时位温随高度增加而减小的分布状况,表明暴雨发生时北京地区大气层结是极不稳定的,地面低压辐合带配合高空东移的横槽造成高低空辐散带叠加,产生了极强的上升运动,有利于大暴雨的发生发展。近地面东南风将渤海的水汽源源不断地输送到北京地区,借助强的上升运动,在高空呈现很强的水汽通量辐合,为大暴雨的发生提供了充足的水汽条件。     

弱冷空气与台风残留低压相互作用对一次大暴雨过程的影响

本文利用多普勒雷达资料、中尺度自动站雨量资料,结合经过控制试验的高精度数值模拟输出的诊断物理量,研究了2010年＂莫兰蒂＂台风低压环流在浙江中北部地区引发的大暴雨天气过程的物理原因。结果表明：这次大暴雨过程主要由＂莫兰蒂＂残留云系、副高边缘的暖湿气流和北方的弱冷空气共同影响产生,降水回波为积层混合性降水回波,降水效率高;杭州地区多个中小尺度系统的相互作用使得对流云团在该地区持续加强和发展,而强降水中心附近风速的加强和面积的扩大,使整个降水时段内不断有水汽输入降水区,为降水提供了丰沛的水汽条件;对流层中低层正的垂直螺旋度,低层负湿位涡区和中高层正湿位涡区的配置形成的不稳定能量在弱冷空气入侵时有利于造成较强烈的中尺度上升运动,加上降水引起的潜热释放对中高层空气的加热作用,从而能够形成持续的抽吸作用。这些条件能引起持续性的强降水,导致了杭州地区暴雨的发生。研究此次大暴雨过程,对预报有一定的指示意义。     

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析。结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气。两次暴雨过程与高低空急流关系密切,"0803"过程中高低空急流均更强,暴雨区位于高低空急流耦合形成的垂直次级环流的上升支。"0801"过程,暴雨发生前大气对流不稳定,辐合抬升及次级环流上升气流的共同作用触发对流,促使不稳定能量释放,形成强降水。"0803"过程,暴雨期间大气对流稳定,锋区中层的CSI有利于降水强度的增强及维持,锋面强度更大,由锋面辐合抬升形成的上升运动范围更广,造成更大范围的强降水天气。在暴雨区上空由于凝结潜热释放而引起广义位温高值区向下伸展,强暖平流促使中低层湿斜压性显著增大,利于暖锋锋生。水汽散度通量和水汽垂直螺旋度能够较好地描述强降水过程,强降水区与水汽散度通量正值区及水汽垂直螺旋度负值区相对应。