夏季青藏高原低涡研究进展述评

高原低涡是造成我国暴雨的重要天气系统之一。本文在简要介绍第一次青藏高原科学试验及以前研究工作的基础上,重点介绍了第二次青藏高原科学试验及近年来的一些主要研究成果,包括高原低涡的活动特征、高原低涡发展东移的机理、高原低涡发展东移的大尺度条件及高原低涡的结构特征等。并指出了目前高原低涡研究的局限性和待改进的方向。     

中亚低涡研究若干进展及问题

总结了50多年来中亚低涡研究及其对新疆天气影响的主要成果,从低涡定义、时空分布特征、生命史、活动规律及其对新疆极端天气的影响,以及低涡环流配置、相应水汽输送、三维动热力结构、长维持的物理成因进行了总结。由于新疆地区天气受到的关注和研究相对较少,近些年中亚干旱气候背景下的中亚天气学发展和预报预警技术研究与东部季风区差距日益加大,致使目前“丝绸之路”核心区建设气象防灾减灾的能力严重不足。提出了中亚低涡研究待解决的问题：中亚低涡背景下中尺度结构特征和演变规律、强对流天气物理模型和中尺度分析诊断量,中亚低涡造成强对流天气的关键影响因子和预报预警指标,这些问题的研究对推进中亚天气学、短期短时天气预报技术的发展,增强防灾减灾能力具有重要意义。     

2000年以来西南低涡的研究进展

西南低涡是形成于我国青藏高原东南侧的一种α中尺度涡旋,是导致中国夏半年暴雨的主要天气系统之一。文中简要回顾了2000年以来有关西南低涡的最新研究成果,主要包括西南低涡的人工智能识别、西南低涡频数的长期变化及其气候学特征、西南低涡的集合预报、双核西南低涡的首次发现等。在此基础上,归纳出该研究领域需要深入探讨的若干问题,包括西南低涡频数变化的外强迫因素,青藏高原特殊地形导致的地形Rossby波、重力波与西南低涡之间的相互关系,双核西南低涡的形成机制以及双核西南低涡与经典西南低涡形成机制的差异等。     

重庆"7.21"暴雨天气过程的初步诊断分析

利用1°×1°每6小时一次的NCEP再分析格点资料和自动站资料分析了2008年7月21～23日发生在重庆地区的暴雨.结果表明高原槽和西南低涡是此次暴雨过程的主要影响天气系统,850hPa水汽主要来自南海和孟加拉湾,而700hPa上的水汽则主要来自孟加拉湾.在低涡的发展演变过程中,中层一直伴有涡旋的存在.然而中层涡旋发展演变过程与西南低涡明显不同.中层涡旋的发展不像低层西南低涡那样单边持续地增长或衰减,中层涡旋的正涡度值呈现明显的增长-衰减-再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层低涡的也并不一致.对湿位涡的分析表明,在暴雨发生前,低层水汽和不稳定能量不断累积,为这场暴雨的发生提供了必要条件,这可能是暴雨爆发的触发条件之一.     

山西一次低涡暴雨过程的成因分析

采用地面、高空常规观测资料和NCEP全球再分析资料（空间分辨率1°×1°）,对2005年7月1日20时至2日20时（北京时）发生在山西的一次低涡暴雨过程从环流形势、物理量场方面进行了初步的分析,发现这次暴雨过程是受5OOhPa高空槽、副热带高压以及中尺度低涡等天气系统共同作用产生的。利用数值模拟输出的高时空分辨率资料探讨了此次暴雨过程的发生发展特征和机理,指出中低层中尺度涡旋是造成这次过程的主要天气系统,低涡的时空演变与暴雨中心的移动和雨强的变化有着较好的对应关系。湿位涡诊断表明：强降水发生时,暴雨区上空低层是不稳定区,湿位涡负中心出现在暴雨中心附近,且对流不稳定性远大于湿斜压性。地形的敏感试验进一步揭示了地形对暴雨的增幅作用。     

南宁市一次暴雨过程分析

利用常规天气资料、雷达资料和数值预报产品,应用天气分析和诊断分析方法,对2013年6月9日至10日南宁市出现暴雨天气过程进行分析,结果表明,此次过程是由阶梯槽东移加深合并,槽后西北气流引导低涡、切变线、地面冷空气南下,大量暖湿气流在桂中附近辐合抬升凝结造成的;辐合线和中小尺度涡旋是此次暴雨的直接原因,地面冷空气对暴雨起增幅作用.低层的偏南大风为此次过程提供了大量的水汽和不稳定能量,底层辐合,高层辐散及强烈的上升运动加强了水汽的抬升凝结.雷达资料的应用为暴雨和强对流天气的预报等都有着重要意义.     

黔东南州一次连续暴雨过程分析

利用ＭＩＣＡＰＳ人机交互系统实测资料和Ｔ１０６数值预报资料对６月３０日至７月２日我州连续出现大范围暴雨和大暴雨天气过程进行分析,表明高空低槽和中低层低涡切变相互作用造成了这次强对流天气,并分析了Ｔ１０６的几个物理量的主要特征。     

低涡活动规律与黑龙江省暴雨

对低涡影响黑龙江省暴雨的一次天气过程进行了分析，低涡活动规律与黑龙江省暴雨，从中找出预报着眼点。     

上海地区两次强对流天气过程灾害成因及预警研究

对2014年8月24日和9月1日上海地区两次强对流灾害天气过程的环流背景、动力条件及水汽条件、不稳定层结、多普勒雷达观测等方面进行了对比分析,研究两次强对流过程的成因,并对强对流天气进行了预报预警。结果表明:上海地区8·24过程和9·01过程均发生在副热带高压边缘,均有明显的低空急流输送,两次强对流过程预报的开始时间均较实况偏早。8·24过程为槽前型强对流过程,冷锋前飑线和中尺度阵风锋造成强雷电天气。9·01过程为低涡东移型强对流过程,造成了暴雨天气。槽前型强对流过程高层为强辐散,低层为强辐合,有利于强雷暴的产生;低涡东移型强对流过程湿层深厚,降水时间长有利于产生暴雨。垂直风切变趋势预报对雷暴维持和加强具有较好的指示作用。槽前型强对流过程伴随强垂直切变配合,产生区域性强雷暴;低涡东移型强对流过程垂直切变较弱,产生区域性对流暴雨。槽前型对流系统影响时间短,需重点分析地面中小尺度低压辐合区的发展,低涡东移型强对流过程的降水起始时间与暖区对流性降水有关。     

低涡与怀柔暴雨

对产生怀柔县暴雨的三类低涡（蒙古低涡、西北涡和西南涡）进行了统计分析。对各类低涡暴雨的个例对比分析发现，三类低涡暴雨有相同的不稳定度和水汽条件，但垂直运动条件则不同，这些为暴雨预报提供了依据。     

一次低涡暴雨过程发生机制及其模式预报分析

为了揭示低涡暴雨发生机制,认识高分辨率的区域数值模式对低涡暴雨类天气的预报能力,应用多种观测资料,NCEP再分析资料和区域数值模式WRF和GRAPES预报资料,分析了2012年7月20—23日西南地区一次高原涡和西南涡带来的大暴雨过程。研究结果表明:(1)高原低涡与西南低涡耦合有利于低涡发展维持,中层的正涡度平流、低层的辐合上升运动是低涡发展的重要机制。低涡强烈发展时期,对流系统发展极为强盛,-64℃云盖呈圆形。(2)对流层中低层低涡的维持和发展,使四川盆地处于辐合上升环流控制中,提供了有利于降水的动、热力条件,是盆地强降水发生的重要机制。(3)两个模式都较好地反映了低涡影响下的盆地大暴雨过程。与实况的差异主要表现在降水发生时间提前,降水落区移动偏快或偏慢,有利于降水的动、热力场更强等等。相对而言,WRF模式预报与实况更接近。模式预报的低涡位置及伴随的物理量演变决定了降水预报的差异。     

一次影响河南的西南涡演变及造成的暴雨分析

利用MICAPS和NCEP1°×1°再分析资料,对一次典型东北路径移动西南涡演变及产生的致洪暴雨进行研究.通过对低涡的生成源地、环流特征、移动路径、强度变化、生命史及所形成暴雨过程进行分析,指出影响低涡致洪暴雨的天气系统配置,为影响河南地区的低涡及致洪暴雨预报提供依据.     

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。     

高原低涡、切变线暴雨研究新进展

在引发中国东部夏季降水的天气系统中,高原低值系统扮演着十分重要的角色,其中高原低涡与高原切变线对强降水的协同作用是高原天气影响的一种常见样式,预报员将其称为低涡切变暴雨。本文回顾了高原低涡、切变线及其暴雨的研究历史和当前研究所取得的最新成果,重点探讨了人工智能应用、诊断计算、动力理论以及数值模式等多方法研究高原切变线与高原低涡的关系、相互作用过程以及诱发暴雨机理等科学问题,并基于低涡、切变线暴雨的最新研究成果和相关理论方法、技术手段的发展应用趋势,提出这一研究领域值得关注的一些新方向。由于目前对这两类几何形状迥异但物理属性相近的高原低值天气系统关系的认知仍存较大分歧,两者相互作用进而引发高影响天气过程的物理机理尚不十分清楚,高原低涡、切变线气候学统计结果的差异还相当明显。因此,对这一研究领域的深入探索与交叉拓展,不仅对推动青藏高原天气、气候影响的理论发展有重要科学意义,对高原及下游灾害性天气、气候业务能力的提升亦有较大应用推广价值。     

“080825”上海大暴雨综合分析

利用常规天气资料以及非常规高密度观测资料、物理量场资料、云图资料以及PWV可降水汽资料等,对2008年8月25日上海地区的强对流暴雨进行了分析.分析表明三支气流在长江中下游及江南北部地区交汇有利于低涡的生成发展,为上海强对流天气的发生提供了有利的天气背景条件;中低纬度系统相互作用为上海强对流暴雨天气提供了水汽、能量和触发条件.在大暴雨开始前12～24小时,水汽、能量和中低层大的正涡度有向长江下游汇合的趋势,在上海附近逐渐形成强的位势不稳定.上升运动集中在1个经度左右非常窄的地区,是产生特强降水原因之一.GPS/PWV探测可以及时了解大气水汽总量的变化,仅靠本地上空的水汽全部落下是远远不够的,还需要大量的水汽辐合.对流云团合并,云核合并后强烈发展移动缓慢同样是产生特强降水原因之一,在对流云团的后侧,对应温度梯度最大,是降水最强的地方.     

2003-08-28致洪暴雨过程的数值模拟分析

利用较高分辨率的非静力中尺度数值模式MM 5和NECP资料,对2003-08-28西北东部致洪暴雨天气过程进行数值模拟,重点研究α、β中尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量诊断分析。结果表明:α中尺度低涡越山后迅速生成发展,在有利背景条件下生成多个β中尺度系统,不同尺度系统共同作用形成本次区域性暴雨。强降水主要出现在低涡系统的发展阶段。暴雨区南侧600 hPa附近存在干冷层,上部大气层结稳定,抑制垂直扩散,有利于水汽和能量沿着低空向雨区集中输送。暴雨区上空水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放。位涡、散度、垂直速度等物理量的空间分布,有利于强对流天气发生。     

山东省春季大暴雨天气的形成机制个例分析

应用T213数值预报产品的分析场和6h预报场资料对山东省春季一次暴雨天气的成因进行了分析,结果表明：这次春季暴雨主要是受850hPa低涡和地面气旋影响产生的,低涡中心和气旋中心北部的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放,产生暴雨。低空西南风急流为暴雨提供了充足的水汽和不稳定能量。暴雨区低层有较大的正螺旋度和非地转Q^*矢量辐合,说明暴雨区有中尺度和大尺度上升运动相叠加。与夏季暴雨的不同在于副热带系统较弱而西风带系统起主导作用,暴雨前后冷暖空气活动剧烈。     

高原涡与西南涡耦合作用的个例诊断

对1982年7月26～28日由500hPa高原低涡与850hPa四川盆地浅薄低涡耦合作用引发盆地低涡强烈发展与大面积特大暴雨天气发生的机理进行了诊断研究。结果表明,高原低涡东移到100°E附近时,其低涡东部的正涡度平流与负值非平衡强迫与850hPa四川盆地浅薄低涡发生垂直叠加时,两者之间发生耦合作用。导致盆地浅薄低涡与500hPa高原涡同时发展,四川盆地发生大面积暴雨。     

湿位涡守恒条件下西南涡的发展

运用高分辨率数值预报模式 (HIRLAM)模拟了一次中国西南地区在多种活跃天气系统影响下 ,西南涡的发展过程。分析了东亚季风、青藏高压、地形等多种尺度与不同高低空环流形势配合以及在湿位涡守恒条件下对流发展时 ,潜热及不稳定能量的释放 ,对中尺度涡旋和强对流发生发展的作用 ,探讨了西南涡和局地降水增强与消亡的成因与理论 ,并具有实用意义     

邵阳市西南低涡型暴雨预报方法

使用天气动力学和统计学相结合的方法，以850hPa影响系统为依据对1969－1998年5－7月邵阳市47次暴雨天气过程进行分类，划分为低涡型，切变线型，台风型3类，以西南低涡型为例，根据预报经验，选取相应的起报条件和预报因子，用以预报邵阳市5－7月未来24h的暴雨，用此方法对2001年5－7月进行试报，效果较好。