一次暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR分辨率为1°×1°再分析资料和气象台实测降水资料及TRMM 3 h降水资料,采用WRF中尺度数值模式,对2010年7月22日发生在黄河流域中游南部的一次暴雨过程进行了数值模拟及诊断分析。结果表明：WRF模式能较为成功的模拟出本次暴雨过程。此次暴雨在大尺度环流形势上,是由于西太平洋副热带高压与河套低压槽的共同影响产生的;来自印度洋、中国南海的大量水汽输送为暴雨提供了充足的水汽来源。处于200 hPa的高空急流,由于地转调整激发出了中尺度重力波,使用散度场、云水分布,能够确定中尺度重力波的存在和移动方向。在利用模拟资料分析重力波对甘肃省东部地区暴雨产生的原因时得出：高空急流中产生的中尺度重力波与低层大气对中尺度重力波的吸收作用,共同导致了该地暴雨的发生。由高空急流风向和非线性平衡方程的数值分布情况,可以提前判断中尺度重力波发生的区域和移动方向,从而能够提前对暴雨可能发生的区域和时间作出预报。     

2008年“7.1”鄂东北特大暴雨过程的中尺度分析

利用常规气象资料、新一代雷达和卫星云图资料等,分析了2008年7月1日鄂东北特大暴雨过程中尺度扰动系统的发生发展、暴雨中尺度对流系统（MCS）结构特征以及地形对中尺度系统的影响。结果表明,鄂东北暴雨与中尺度气旋的发生发展关系密切,红安等地特大暴雨就是中尺度气旋波冷切变上激发的多个β中尺度对流系统相继东移产生的;中尺度气旋形成于黄淮锋面气旋波发展阶段,雷达反射率因子形态、结构特征较好地反映了该中尺度气旋波发展过程;对流易在红安西侧加强,同冷空气沿大别山和桐柏山之间南下与天气尺度西南气流交汇形成局地中尺度辐合线有关;红外云图上特大暴雨MCS形态为指状云团,由不同生命史阶段的子云团构成,是产生持续性强降水的云团的显著特征。     

鲁西北一次持续性暴雨成因分析

利用地面自动气象站、NCEP 1°×1°和FY2E反演T_(BB)等资料,对2012年7月31日—8月1日发生在山东一次持续的区域性暴雨进行分析和研究。结果表明,(1)在副高稳定的形势下,低层切变线、地面冷锋是造成暴雨的主要天气系统。(2)低层锋生强迫激发了非地转垂直环流,上升气流加强,雨强增大,上升支的建立到强降水开始间隔约6 h。(3)暴雨区925 hPa湿斜压项在强降水时为负值,其增强应为低层锋生作用造成的。雨区范围和雨强随湿斜压项增强而增大。(4)对流单体的生成和加强影响降水落区和雨强,增强的单体合并时雨强最强。T_(BB)中心区位于低层切变线与锋面右侧,强降水位于两者之间。(5)地面辐合线与T_(BB)中心基本重合,辐合线左侧气旋性弯曲处与T_(BB)中心区后侧的等值线梯度大值区位置一致,强降水则出现在两者重叠处。(6)干线与辐合线是此次强降水的重要中尺度系统,干线始终落后于辐合线,其分布对暴雨落区有一定的指示意义。     

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。     

“7.27”陕北暴雨数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR 1 °×1 °再分析资料、地面观测降水资料、FY-2E卫星相当黑体温度资料,采用WRF(Weather Research Forecasting)中尺度数值模式对2012年7月27日陕西省北部一次暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析.结果表明:此次暴雨处于西太平洋副热带高压西北边缘带与贝加尔湖低压之间,中低层水汽由孟加拉湾经青藏高原东部输送到陕北;无规则小云团的自组织过程,促使中尺度对流系统得以发展.200 hPa急流出口区的右侧由于地转调整作用,在槽线上激发了中尺度重力波.高空重力波能量下传并被近地面中性层结大气吸收,引起低层大气对流发展,对暴雨的发生发展过程有很好的促进作用.     

重力波对特大暴雨的触发作用

暴雨是一种中尺度天气现象,但是它是在一定的大尺度背景下发生的,如发展着的锋面、低涡和气旋。由于这些系统的发展总是非地转平衡的,因而会激发出强的重力波。这种重力波在条件不稳定大气中传播时,低层辐合和上升气流能组织积云加热,这种积云加热反过来会促使重力波发展,在地面形成中尺度高低压系统。本文在线性绝热情况下求解大气运动方程,得到了重力波解。这种重力波解在位相上涡度中心比散度中心落后π/2,因而暴雨区落在中低压与中高压之间,且由于降水扩散,暴雨中心偏向中高压一边。在垂直结构上在对流层上层可以得到暖性中高压。理论上估计了暴雨团移动的速度和中高低压的强度等。并将理论结果与一次特大暴雨的实例进行了比较,两者是一致的。因而提出重力波在条件不稳定大气中可以是发动暴雨的一种机制。     

云南突发性特大暴雨过程成因分析

利用逐时卫星云图、雷达同波、自动雨量站等加密观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了云南4次特大暴雨的成因.结果表明,这4次突发性特大暴雨过程主要是中低层低涡切变线、西南气流的辐合造成水汽、能量的聚积,低层增暖增湿,500 hPa干冷空气入侵,形成强对流不稳定区;当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时,在500 hPa槽后易产生特大暴雨天气.卫星云图显示,特大暴雨过程由对流单体合并、加强为中尺度对流云团引起的.在雷达回波发展、移动过程中,始终存在同波合并效应,前部回波移动缓慢,后部中小尺度回波活动频繁,小单体快速生成合并,使得整块同波稳定少动,在强降雨阶段存在较强的风向、风速辐合.     

一次突发性特大暴雨的中尺度分析和诊断

利用常规探测资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2008年5月27日发生在沅陵西北部的一次突发性特大暴雨天气过程进行了中尺度分析和诊断.结果表明:这次特大暴雨是在有利的大尺度环流背景下发生的,低空西南急流为暴雨区带来了丰富的水汽和不稳定能量;产生暴雨的中βCS云团由两个对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,长时间维持少动,强降水出现在中BCS云团发展最旺盛的地方;在尺度分离的流场上,特大暴雨出现在850 hPa和700 hPa的两条中尺度辐合线之间的低层辐合区内;这次暴雨与暴雨区上空对流层中低层正垂直螺旋度、高层负垂直螺旋度中心的分布和增大减小变化密切相关;非地转湿Q矢量激发的次级环流的存在有利于不稳定能量的释放,促进暴雨发生发展;暴雨区特殊的地形对这次特大暴雨过程有明显的增幅作用.     

一次梅雨锋暴雨过程中的重力波特征

利用中尺度数值模式WRF模拟了2007年7月7~9日江淮地区发生的一次梅雨锋暴雨过程,通过动力分析和Morlet小波分析方法研究了此次梅雨锋的重力波特征。结果表明:2种非平衡流诊断指标(Ro和ΔNBE)简易有效,梅雨锋暴雨过程中的中尺度重力波系统垂直结构十分清晰;强波动发生时段集中在7日20时至8日06时,30~80 min短周期重力波能量远高于长周期;重力波在低层表现强烈,中高层的短周期能密度中心出现更早;最强波动时段与强对流相对应,波动与对流形成耦合,动力与统计分析相互补充,效果较好。     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。     

重力波对青藏高原东侧一次暴雨过程的影响

采用WRF（weather research and forecasting）模式输出资料、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料以及地面站降水资料,对2009年7月31日至8月1日四川省一次暴雨过程进行了分析。结果表明：水汽辐合区与降水区基本一致;散度场、水汽通量和水汽通量散度对降水具有较好的指示作用。在降水之前的6h中,降水中心上空的大气层结基本稳定,这种层结条件并不利于对流运动发生和发展;但是通过对散度场、非线性平衡方程和理查森数的分析,发现在暴雨开始前存在着中尺度重力波,它激发了对流运动的发展,而对流运动对暴雨的发展起到了主要作用。这说明,在整个暴雨过程中,只有同时考虑中尺度重力波与对流运动的相互作用,才能较完整地解释雨带的强度和特征得以发展和维持的原因。     

2007年6月广西柳州一次特大暴雨天气的成因分析

采用常规资料、自动雨量站加密资料、NECP 1°×10 6 h再分析资料和卫星云图资料,对2007年6月12-13日发生在广西柳州市的一次特大暴雨过程产生的环流背景和中尺度系统进行了分析.结果表明,高低层环流配置为暴雨的发生提供了有利的大尺度环流条件,中尺度气旋扰动所引发的对流云团是此次暴雨的直接影响系统;水汽输送辐合与低空急流和中尺度扰动的运动演变有着密切关联,低空急流为暴雨的发生发展提供了充沛的水汽和不稳定能量;引起此次暴雨的水汽源地可能主要是南海.     

青藏高原地区夏季两次强降水过程中重力波特征分析

为了更为全面地认识高原地区重力波对暴雨发生发展的影响,利用中尺度数值模式WRF(V3.5.1)对青藏高原东部地区2007年8月25日和2011年8月14日发生的两次强降水过程进行了模拟,分析了降水过程中的重力波特征及其与强降水之间的联系。结果表明,模拟结果较好地再现了这两次强降水过程,降水过程中的垂直速度场和散度场交替式运动完整地表现出波的传播特征,其伴随的上升运动和降水也有着密切的联系。分析Richardson数表明,5~6 km高度上垂直切变不稳定出现的时间先于这些波传播的发生,随着波动的增强,垂直切变逐渐减弱,垂直切变的不稳定气流为重力波提供能量,垂直切变和Richardson数可作为下游地区暴雨预报的指标和依据。同时,Morlet小波分析的结果表明,两次过程中主要是中尺度重力波,其中较长波长的重力波出现时间早,持续时间长,对强降水过程的加强起主要作用。这些表明中尺度重力波是该地区中尺度强降水发生的动力机制之一,在该地区夏季强降水过程中扮演着重要角色。重力波的分析有助于对该地区强降水过程的理解,进而提高青藏高原地区降水的预报能力。     

中尺度重力波指数与暴雨冰雹等强对流天气的关系

该文采用中尺度风场计算低频重力波指数,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气进行了诊断分析和预测。结果表明:低频重力波指数Cし*与对流的暴发性发展相联系,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气都有很好的预报意义;强对流天气一般发生在Cし*-10的区域;Cし*的大小与预报时效相联系;中尺度风场比大尺度风场的重力波指数更能反映出重力波指数与强对流天气的关系。     

台风暴雨次天气系统影响因素及扰动传播路径

研究了台风暴雨次天气，中尺度系统发生、发展的影响因素。数值试验表明，台风外围环流与中纬系统相互作用可促发局地次天气尺度、中尺度系统的新生扰动、造成非均匀分布的台风暴雨动云团及雨，且一大地形强迫效应在暴雨系统形成中亦起重要作用。台风环流与地形辐合抬升作用可促发中尺度扰动，并以类似重力波特征的波列路径向外传播。     

新疆特大暴雨过程中的中尺度对流系统特征

利用GMS-5卫星红外云图数值资料,普查结果表明新疆“96·7”特大暴雨期间共发生了6个中尺度对流系统,分析了它们的发生、发展过程及环境场特征。     

“98.7”鄂东特大暴雨的地面中尺度系统分析

利用１９９８年７月鄂东特大暴雨过程期间的地面加密资料,系统地分析了地面中尺度系统对这场特大暴雨发生、发展所产生的影响。经分析发现：特大暴雨发生在地面高压脊后部、低压槽前的两股偏南气流汇合处;鄂东处于辐合气流中,其地面常有中尺度系统生成和维持;地面中尺度辐合线和地面露点锋对鄂东特大暴雨起了触发、维持以及能量积累的作用。     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

初夏青藏高原东侧一次特大暴雨的综合分析

分析了2002年初夏发生在高原东侧的一次特大暴雨,认为这次暴雨的成因是新疆低槽与高原槽合并东移并引导较强冷空气在高原东侧与四川至陕西的西南暖湿气流交汇而形成的。高空西风急流增强、我国东部高压的阻挡及低层偏南暖湿气流的加强、北伸为发生暴雨提供了有利条件。冷锋前暖区内中β尺度对流系统(MβCSs)的活跃直接导致了特大暴雨的发生。低层中尺度辐合系统与中β尺度对流云团的活动、大暴雨出现的时间和落区等密切相关。中尺度对流系统(MCSs)散度垂直分布的特殊结构,即从对流层低层列高层存在的辐合辐散“双重结构”对大暴雨时强烈上升运动和深对流形成有着重要作用。