城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用

从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用.研究结果表明:(1) 2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助.这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别.(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释     

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征 及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

山东特大暴雨雷达回波及地形作用分析

利用常规、非常规资料对2009年8月17—18日山东省出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明:“817”特大暴雨主要出现在西风槽东移、副高南退时的副高西北侧边缘,对流有效位能(CAPE)等热力环境指数对鲁南强降水有较强的反应能力。降水分布具有典型的地形影响特征,复杂山地地形对降水有显著增幅作用和对对流系统传播的阻碍作用。存在低空急流和列车效应,强回波维持时间较长是费县出现强降水的重要原因,较强的偏南气流、湿度层深厚是费县出现特大暴雨的根本原因。地形影响气流理论很好地解释了山东“817”特大暴雨降水分布,费县特殊地形对特大暴雨有很大贡献。雷达资料可以弥补常规观测的不足;地形对强降雨及其分布有重要影响。     

北京局地降水中地形和边界层辐合线的作用

利用常规气象资料、雷达、风廓线和地面自动站资料,分析2007年7月两次局地对流天气过程发现,7月13日的局地短时暴雨是由低层东南风遇山脉抬升后产生的;7月10日的局地对流是由边界层辐合线触发形成的。利用风廓线可以判断天气形势和本站气象条件的变化。利用雷达回波图和地面自动站可以识别边界层辐合线。在考虑北京地形的同时,利用雷达严密监视天气,有望提高这类局地对流天气的预报、预警能力。     

2008年洛阳地区雷暴初日的局地大暴雨分析

2008年4月7日夜间,洛阳市出现了入春以来的首次区域性雷暴天气,栾川县出现局地大暴雨,12 h降水量达到96 mm.利用常规气象资料和乡镇雨量站、新一代多普勒雷达资料,分析了此次区域雷暴过程中伴随的局地大暴雨成因,结果表明:这次局地大暴雨是在强垂直温度梯度条件下,低涡系统的东移,致使涡前切变线移入不稳定能量区,诱使不稳定能量暴发而产生的强对流天气,涡前切变线是这次过程的触发机制;前期晴朗高温天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件;K指数、SI指数等对流指数对此次局地暴雨有很好的反映;对流触发后生成的中β尺度对流系统稳定维持在栾川且获得发展是造成强降水的主因;栾川特殊的山地地形(伏牛山脉)对降水有一定的增幅作用.     

陕北北部一次罕见区域性暴雨天气过程分析

利用常规观测资料、自动站观测资料和榆林多普勒雷达(CB)观测资料,分析2009年7月7—8日发生在陕北北部榆林地区的暴雨天气过程,结果表明:这次暴雨天气过程可分为两个时段,第一个时段是强对流产生的局地暴雨,第二个时段是大范围对流天气产生的区域性暴雨。对流体中低层辐合、高层辐散情况下出现中层辐合区特征可作为强降雨出现时段和地点的一个指示,在短时临近预警时可作为强降雨预警重点区域考虑。低层偏东急流是区域性暴雨天气的触发者,区域性暴雨天气的发生,对应着低层偏东急流、中低空海拔2.0~4.0 km偏南急流、中高空海拔4.0~8.0 km风速≥12 m/s的西南气流,各层气流随高度上升顺时针旋转。区域性暴雨天气与中低空急流的出现密切相关,中低空急流建立、增强,区域性暴雨也随之出现、增强;中低空急流遭到破坏,区域性暴雨天气结束。     

2009-08-17山东特大暴雨雷达回波及地形作用分析

利用常规、非常规资料对2009年8月17—18日山东省出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明：＂8.17＂特大暴雨主要出现在西风槽东移、副高南退时的副高西北侧边缘,对流有效位能（CAPE）等热力环境指数对鲁南强降水有较强的反应能力。降水分布具有典型的地形影响特征,复杂山地地形对降水有显著增幅作用和对对流系统传播的阻碍作用。存在低空急流和列车效应,强回波维持时间较长是费县出现强降水的重要原因,较强的偏南气流、湿度层深厚是费县出现特大暴雨的根本原因。地形影响气流理论很好地解释了山东＂8.17＂特大暴雨降水分布,费县特殊地形对特大暴雨有很大贡献。雷达资料可以弥补常规观测的不足;地形对强降雨及其分布有重要影响。     

CAPE等环境参数在华北罕见秋季大暴雨中的应用

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2003年10月10～12日发生在华北地区的一次大暴雨过程进行模拟,利用模拟结果计算分析了对流有效位能(CAPE)、风暴相对螺旋度(SRH)、能量螺旋度指数(EHI),结果表明,以上3个参数对这次大暴雨的发生发展有较好的指示作用:在大暴雨发生前能量得到充分积累,大气处于强不稳定状态,强对流天气爆发后,不稳定能量逐渐释放减弱;大暴雨中心位于低层局地螺旋度大值中心南部等值线密集区。低层局地螺旋度大值中心轴线与切变线和地面倒槽辐合线走向一致,高层局地螺旋度与高空急流相对应;大暴雨过程主要发生在高风暴相对螺旋度结合低对流有效位能的环境中(SRH>200m2·s-2,CAPE<1500J·kg-1)。     

不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案对一次梅雨锋暴雨显式对流模拟的影响分析

利用WRF模式对2007年7月8日淮河地区特大暴雨过程开展显式对流(1.1 km)模拟试验,比较两种边界层参数化方案和三种陆面过程参数化方案对降水模拟的影响。结果表明,不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案主要影响模拟的强降水位置和强度,而对雨带位置的影响不大。采用MYJ边界层方案模拟的强降水更接近观测,采用YSU方案模拟的强降水偏弱;陆面过程参数化方案对比,简单的热扩散方案模拟的强降水最强、最接近观测,而RUC方案模拟的强降水最弱,Noah方案居中;同时改变陆面方案和边界层方案比单一改变其中一种方案对模拟降水的影响更大。造成强降水模拟差异的主要原因是模拟的近地面(约1 km以下)大气的湿度和温度不同,导致支持对流发生发展的入流空气的对流有效位能(CAPE)不同,进而影响模拟的对流强度和地面降水量。对强降水模拟较好的试验模拟的近地面大气湿度更大,环境入流空气的CAPE更大,对流发展更强,地面降水也更强。     

云南省一次切变冷锋型暴雨过程的中尺度对流系统分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料和多种加密观测资料,对2013年初夏云南省一次典型冷锋切变型暴雨天气过程进行诊断和中尺度分析,结果表明：青藏高原和川西高原西北气流引导冷空气和切变线南下影响云南省,地面冷锋与切变线位置基本一致,冷暖空气交汇于切变线和冷锋附近,产生强降水。天气尺度系统的有效合理配置及相互作用,为中尺度对流系统的发展提供了有利的环流背景。CAPE高能区和等Δθse(500-800)线密集区的分布与对流系统的发生、发展有一定对应关系。暴雨发生的局地性和突发性等中小尺度特征与地面中尺度辐合系统密切相关。地面锋面及叠加在其上的加密地面风场辐合区的位置和移动可以作为短时强降水短临预报的重要参考依据。地面强降水强度和落区与对流云团的TBB等值线梯度大小以及梯度大值区的位置相关。地闪频数的发生发展,可以作为对流云团发生发展的判据之一。受多方面因素影响,低纬高原不同暴雨点的地闪频数峰值出现时间与强降水峰值时间的关系复杂。大风区、第二类γ中尺度辐合区的存在和“列车效应”是造成局地短时强降水的直接原因。边界层急流为此次强降水过程提供了重要的动力强迫和水汽输送。     

北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究

首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600～900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.     

珠江三角洲“9·7”极端暴雨精细观测特征及成因

2023年9月7—8日珠江三角洲出现极端特大暴雨(简称“9·7”极端暴雨)。应用多源资料分析该过程的精细化观测特征及成因,结果表明:“9·7”极端暴雨由高层辐散、中层弱引导气流、低层西南季风和台风海葵(2311)残涡共同造成,水平尺度约为100 km的带状中尺度对流复合体长时间维持,列车效应和暖云降水特征显著,雷达回波质心低,最强降水阶段不低于45 dBZ的强回波质心位于4 km高度以下,不低于30 dBZ的强回波在深圳持续时间长达21 h。该天气过程以中小雨滴为主且数浓度较大,当降水强度大于20 mm·h^-1时,雨滴粒径增大但数浓度明显降低。“9·7”极端暴雨持续时间、强度和落区与边界层低空急流脉动、急流核区位置对应很好,强降水出现在低空急流指数迅速加强后的1～2 h内,低空急流和低空急流指数变化对强降水具有重要指示意义。台风海葵(2311)残涡在珠江三角洲的长时间滞留是此次极端暴雨的天气尺度原因,深厚的边界层低空急流提供了良好的动力和水汽条件,对流风暴的持续生成和维持是此次极端暴雨的直接原因。     

“090723”强降水超级单体风暴特征及强风原因分析

利用石家庄新乐多普勒天气雷达（SA）资料、濮阳多普勒天气雷达（SB）资料、常规观测资料和地面加密观测资料,对2009年7月23日邢台一次强降水超级单体风暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。结果表明,此次强降水超级单体风暴是在中到强的热力不稳定（对流有效位能CAPE值为1701J.kg-1）和中低层强风切变（地...     

非常规资料在天津沿海一次灾害暴雨 过程中的应用

利用风廓线雷达、微波辐射计、FY卫星亮温(TBB)及多普勒天气雷达探测等非常规资料,对2012年7月25日发生在天津沿海的一次特大暴雨过程进行分析和研究。结果表明:1)中尺度对流系统是造成暴雨的主要影响系统,地面中尺度辐合导致雷达回波列车效应从而产生区域性特大暴雨,强降水过程中50～55 dBZ强回波超过0℃层到达6.5 km高度,表现出高质心结构,雷达回波多仰角出现逆风区,持续时间近3 h,气旋式辐合增强,使对流有很强的组织性;2)暴雨过程伴随多个中尺度对流云团的强烈发展,成熟的对流云团冷中心温度达-63℃,云团后部温度等值线梯度大,对流旺盛,是引发强降水的关键;3)云液态水含量跃增与地面降水增强有直接关系,高液态水含量集中在0.8～1.6 km高度,强降水前湿层深厚,降水发生后湿层厚度迅速减小;4)风廓线雷达有能力捕捉到对暴雨预报有指示意义的信号,暴雨开始前约1～2 h边界层急流和低空急流建立,且低空急流在强降水发生前达到最强,暴雨开始前约1 h有中层弱冷空气侵入,暴雨开始前10～20 min急流可触发边界层扰动和低空扰动。     

陕西气象科技服务在公共气象服务中科学发展的战略思考

对流有效位能（CAPE）是强对流天气分析预报的重要参数。通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下对流有效位能的两个新的计算公式,便于业务应用;并讨论了对流有效位能的局地变化因子和预报思路。     

新疆西部"6.16"强降水过程的中尺度分析

利用常规观测、风云卫星、多普勒天气雷达、CMORPH卫星降水量融合资料和NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2016年6月16—17日新疆西部一次罕见暴雨过程进行中尺度分析。结果表明:(1)该暴雨过程具有累计雨量大、暴雨强度强、局地日雨量破极值、短时强降水范围广等特点。暴雨区位于200 hPa高空西南急流出口区左侧、500 hPa偏南气流及700 h Pa切变线附近。较强的CAPE和K指数对该暴雨有很好的指示意义。(2)该暴雨过程发生在低层辐合、高层辐散、低层较湿的有利背景下。强正涡度、强辐合和强上升运动不断将水汽和能量向上输送,为暴雨的产生提供有利的环境条件。(3)中亚地区中尺度雨团在发展演变过程中,逐渐形成西南-东北向带状多中心雨带,中心依次到达伊犁北部沿山地区,和原有的中尺度雨团共同作用,造成暴雨天气过程。中尺度对流云团不断产生于中亚地区,在东移过程中不断发展加强依次到达暴雨区,致使暴雨区不断产生短时强降水。(4)暴雨过程两个时段的中尺度对流系统存在明显差异,第一时段主要为孤立中尺度对流系统,造成伊宁博尔博松站成为暴雨中心并出现最强短时强降水的直接系统是风场特征明显的中γ尺度对流单体并在暴雨区维持少动。第二时段为CR达50 dBz、DVIL达4 g·m~(-3),长度达70 km、宽度达10km且呈准南北态的线状中尺度对流系统,其在向东移动过程中造成多站依次出现短时强降水天气。     

西安连续两天短时暴雨的对流条件及触发机制对比分析

2015年8月2-3日西安地区连续两天出现了短时暴雨天气,引发山洪和泥石流,造成铁路中断和人员伤亡。本文利用常规观测资料、卫星云图及西安站的多普勒雷达资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(0.25°×0.25°),对两次过程的对流条件和触发机制进行对比分析。结果表明:两天的对流条件有明显区别,2日西安为副热带高压(简称副高)控制,高温高湿,地面温度达39℃,能量充沛,对流有效位能(CAPE)值大于2000 J·kg~(-1),地面到850 hPa大气垂直温度递减率接近超绝热状态,非常利于对流触发;3日高原槽东移,西安位于低槽和副高之间冷暖空气交汇区,地面上陕北有冷锋南压,近地面层不稳定度降低,低层冷平流比2日有明显增强,地面温度降至30℃,CAPE值800 J·kg~(-1)。对比来看,3日气温、不稳定能量较2日有显著降低,但天气尺度系统强迫更强。触发机制分析显示:2日下午地面辐合线在延安触发对流,向南移动过程中产生冷池,出流的阵风锋在西安触发新生对流,由于西安地区水汽含量大,能量充足,对流回波维持时间长,产生短时暴雨,1 h降水量高达47.2 mm,而3日下午的暴雨是由冷锋触发,强锋生区域与低层冷平流区域对应较好,位于近地面层到850 hPa,锋生次级环流诊断发现,地面到850 hPa由于锋生造成的垂直运动,使得气块克服对流抑制抬升到自由对流高度,触发不稳定能量释放,产生强降水,冷锋南压过程中由于秦岭的阻挡作用,在沿山北麓边界层形成急流,沿着急流强雷暴单体不断生成并在向东移动过程中形成列车效应,造成山区的大暴雨。     

北方一次暖区大暴雨强降水成因探讨

2012年7月7日黄淮出现一次典型暖区大暴雨过程,降水持续时间长、强度大和强降水范围集中,中尺度特征明显。本文通过常规和非常规观测、NCEP分析资料对该次黄淮暖切变线引发的豫东北、鲁南和苏北等地大暴雨天气过程的成因进行探讨,结果表明:整层高湿环境有利于降低暖区暴雨对抬升条件的要求、提高降水效率和局地不断产生中尺度对流系统;低层垂直风切变和超低空急流在对流触发和维持中可能有重要作用;次天气及以下尺度的抬升条件,如地面辐合线、925和850 hPa切变和低空急流出口区的风速辐合等均可导致强降水,降水落区一般位于低层多层风速辐合的叠置区;暖区暴雨的雷达回波具有明显的后向传播、列车效应和热带降水型特点。     

对流有效位能在强对流预报中的应用研究

利用2003年3-10月清远探空站逐日资料，得到不同气块抬升高度的对流有效位能（CAPE），利用相关统计方法，对CAPE与强降水、雷雨大风的关系进行统计分析，结果表明：不同气块起始高度得到的对流有效位能相差很大，其中最佳对流有效位能始终是最大的；CAPE850与强降水呈显著正相关；CAPE850、MUCAPE、CAPEINV与雷雨大风呈显著正相关；CAPE850、MUCAPE、CAPEINV三者中，CAPE850与强对流的相关系数最高，但计算MUCAPE，了解大气的极端不稳定状况可以减少漏报的几率；CAPE变化趋势与强对流日的对应关系在前后汛期有不同的表现，前汛期对应关系较好。     

2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究

利用京津冀区域加密自动气象站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP 0.25° 再分析资料及0.03° 高分辨率地形资料研究了北京2018年7月15—16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明:（1）这次暖区特大暴雨发生在副热带高压边缘的暖气团（θ_se高能区）中,无明显冷空气强迫,斜压性弱,有丰沛的水汽,850 hPa以下出现强水汽辐合。（2）暴雨的中尺度对流系统发展有3个过程:带状对流建立和局地强雨团影响、北京北部“列车效应”南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、平原地区线状对流重建。（3）暴雨发生前,低层西南风出现风速脉动,低空急流建立。首先在2500—3500 m高度形成低空急流,2 h后2500 m以下风速显著增大,5 h后急流厚度由边界层伸展到700 hPa。急流出口区降压,低层出现气旋性风场或切变,有利于垂直上升运动发展,触发和加强对流。（4）西南低空急流暖湿输送导致高温、高湿、高能的对流不稳定层结反复重建,这是对流发展加强的重要原因。（5）地面辐合线是对流触发并逐渐组织成带状对流系统的关键影响因素。地面辐合线方向、低空急流轴、回波移动方向三者几乎重叠是造成对流后向传播和“列车效应”的有利条件。（6）太行山和燕山地形对对流触发和暴雨增幅有重要影响。北京最大雨强≥40 mm/h站点中的77.4%位于西南部和东北部200—600 m海拔高度处。偏东风在华北西部太行山局地迎风坡触发对流,西南低空急流在北京北部迎风坡和喇叭口地形处辐合和抬升更为显著,造成局地特大暴雨。