西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

一例台风诱发副高西北侧连续性暴雨过程的动力学机制分析

利用ncep 1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料,采用动力诊断分析方法,对2008年9月22～ 26日发生在四川盆地西北部连续性暴雨的形成机制进行探讨.分析表明:连续性暴雨天气过程前期(对流性降水阶段),湿位涡正负区叠置的形式有利于低层气旋式辐合发展,强降水出现在对流层中下部MPV1 ＜0和低层MPV2＞0的范围内,而MPV1负值中心和MPV2正值中心及其包围的密集区,是暴雨产生的警戒区.后期(稳定性降水阶段),对流层高层MPV2负值位涡舌的向下伸展,有利于中低层大气斜压性增强,使垂直涡度发展,降水维持.湿螺旋度垂直分布能很好地反映暴雨发生时大气的动力特征,暴雨区上空低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制.强降水发生时段,湿螺旋度有显著增加,这对于降水发生的预报要优于z螺旋度.     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

一次西南低涡诱发四川盆地持续性暴雨的诊断分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°日4次再分析资料,针对2011年7月3—6日四川盆地持续性暴雨过程的影响系统和各物理量作了分析研究。结果表明:暴雨过程中不断有低压短波槽东移南下,西太平洋副高西伸至高原边缘,形成了有利的大尺度环流背景。对流层高层的强辐散与中层低涡的配合,低层强劲的南风暖湿急流与北风干冷气流在四川盆地内交汇,促使西南低涡发展和维持。高低层辐合辐散、对流运动强烈,持续强劲的水汽输送为暴雨维持起到了重要作用,暴雨持续期间产生不稳定能量释放从而又造成强烈的对流活动。螺旋度对暴雨落区及维持有较好的指示意义,暴雨落区与该地区上空中低层正、高层负局地垂直螺旋度中心有较好的对应关系。     

青藏高原切变线对四川盆地西部突发性暴雨影响的数值试验

使用η模式对１９９５年８月２４日四川盆地西部一次突发性暴雨进行了数值模拟和无高原切变线、无西昌小高压的数值试验。由试验结果分析得出：（１）高原切变线活动可使四川盆地西部暴雨增强，而西昌小高压的存在则便四川盆地西部暴雨减弱；（２）高原切变线活动使暴雨增强的主要机制是暴雨区上空对流层低层流场辐合、上升运动、正涡度、水汽通量辐合和对流层中层流场辐合、水汽通量辐合等的加强；（３）对流层低层的动力、水汽条件     

四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统分析

利用ERA5再分析资料、新一代雷达拼图资料,探究了2017年5月初四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统及动力影响因子。结果表明:此次暴雨事件的主要影响系统有中纬500 hPa东移低槽、西伸的西太平洋副热带高压、对流层中低层的西南低空急流以及低层切变线。大尺度的低空急流与中小尺度的山区低空急流的叠加使四川盆地东北部形成正涡度柱和低层强辐合柱的动力耦合,低空急流最大风速出口辐合上升区与地形的辐合抬升作用叠加形成盆地东北部强烈的垂直上升运动,成为山地暴雨突发的动力触发条件,因低空急流建立的位势不稳定层结构成暴雨的热力条件。冷空气自低层逐渐向高层侵入是暴雨第二阶段增幅的主要原因。盆地东北部地形是本次暴雨的另一个增幅因子,其对暴雨过程中垂直上升运动有加强作用,秦巴山脉迎风坡的抬升作用对暴雨第一阶段的降水量贡献较大,青藏高原东麓背风坡的辐合效应对第二阶段降水量贡献较大。此外,盆地东北部山地对东移的中尺度对流系统有阻挡作用,使其停滞并旺盛发展。     

2003年7月8～9日江淮流域暴雨过程中涡旋的结构特征分析

2003年淮河流域梅雨期 (6月29日～7月11日) 的强降水过程有三次: 6月29日～7月1日、 7月3～5日及7月8～11日。本文对7月8日12时～9日12时期间湖南、 安徽和江苏发生的强降水过程的中尺度数值模式MM5的输出资料进行了诊断分析。分析结果表明: 除大尺度系统的配置有利于此次降水的发生以外, 此次降水主要发生在由西南及偏南暖湿气流与偏北气流辐合形成的梅雨锋切变线上, 切变线上辐合中心处生成并发展的两个中尺度低涡是造成降水的直接系统。低空西南风急流形成了从孟加拉湾、 南海至华东地区的强水汽输送带以及湖南、 安徽和江苏的水汽辐合中心, 为暴雨创造了十分有利的水汽条件。在低层切变线的辐合中心处有两个低涡分别生成或发展, 并沿切变线向东北方向移动, 这两个低涡生成的位置是低空急流左前侧急流达到极值的区域 (也是正涡度中心区), 其生成可能与低空急流的加强有关。在低涡附近, 低层水汽辐合较强, 且对流层中低层形成了强正涡度中心和强散度中心相耦合的动力结构, 并有强上升运动维持, 使得低层辐合的水汽被抬升到对流层高层, 有利于暴雨的发生。     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。     

1991年7月上旬贵州地区暴雨过程物理机制的诊断研究

本文对1991年7月上旬在贵州地区发生的几次暴雨过程的位涡场、Q矢量激反场以及相对螺旋度等物理量场进行了诊断分析。结果表明,暴雨的发生发展与对流层高、低层湿位涡（MPV）扰动和中层的负MPV的增强、Q矢量辐合区随高度呈倾斜状分布且输合中心强度明显增强、以及相对螺旋度的增强等过程密切相关。说明高空低润发展、静止锋锋生、斜升气流发展以及低空急流的加强等是贵州地区暴雨发生发展的有利机制。     

低空冷式切变线引发区域性大暴雨成因分析

应用常规资料、自动站雨量资料、卫星云图及雷达资料,对2009年5月9-10日发生在鲁西北和鲁中北部的一次区域性大暴雨进行分析。分析发现,低层冷式切变线是引发大暴雨的主要系统,暴雨主要产生在低空冷式切变线右侧、西南低涡的东北象限以及低空急流的左前方,也是高低空急流耦合区。副高西侧的西南急流建立起从南海到华北中部的水汽通道,为大暴雨的发生发展提供暖湿空气和能量,使得低涡辐合加强,是低层切变线长时间停滞的必要条件。地面锋面气旋则是暴雨开始的启动机制,锋后东北冷空气与西南暖湿空气在山东上空交汇,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。在低层辐合、高层弱辐散的情况下,暴雨区低涡的涡动作用使得水汽块运动加强。多个对流单体合并形成的中尺度对流系统(MCS)经过大暴雨区,雷达回波表现为层状云为主的混合回波带,说明对流并不旺盛。     

四川盆地一次暴雨过程的初步分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、结合多种数值预报产品对2007年7月27-29日发生在四川盆地的大范围暴雨过程进行了分析。结果表明：这次暴雨环流不同于四川盆地常见的四种基本类型,主要表现为500hPa中高纬度为两槽一脊并在贝加尔湖南侧伴有大范围阻塞高压,西太平洋副热带高压588线西端位于114°E附近,同时河套附近的冷涡为此次降水的发生补充了冷空气。大气低层伴有西南低涡,云南、贵州、四川一带维持一支8-12m／s的西南急流;高层辐散、低层辐合的垂直配置及暴雨区维持的垂直环流是此次暴雨发生的动力条件;暴雨区的降水中心变化,与垂直环流的上升区域位置变化有密切关系：欧洲数值预报产品对此次暴雨发生的环流形势预报效果较好,具有很好的预报参考价值,但数值预报产品对降水量级的预报误差较大。     

贵州2次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP每日4次的1°×1°再分析资料、地面降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度资料,针对贵州2011年6月5-6日和9月30日至10月1日的2次暴雨天气过程的形成机制进行了诊断分析。结果表明：中纬度低压槽和热带低压分别为2次暴雨提供了有利的环流条件,偏南暖湿急流与干冷气流的交汇有利于激发中尺度对流系统,2次暴雨过程都伴有旺盛的中尺度对流系统发展,MCS是造成暴雨的重要原因。对流层高层强辐散、低层辐合的配合,垂直运动的增强和充足的水汽供应形成了有利于强对流活动发生发展的条件;湿位涡的水平分布对暴雨落区及发展有较好的指示意义,湿正压项和湿斜压项的恰当配合对于垂直涡度的增长和对流活动的加强有重要作用。     

江西“6·19”特大暴雨天气过程诊断分析

利用NCEP逐6 h 1°×1°的grib再分析资料和常规气象观测等资料,对2010年6月19—20日江西地区特大暴雨天气过程的物理量演变及高低空急流配置进行了分析。结果表明,此次特大暴雨过程发生在副高与高空槽稳定维持的有利背景场环境下。暴雨落区上空强烈的垂直上升运动,持续的西南水汽输送和高低空急流配置,共同造成了此次大范围暴雨的发生和维持。在高空急流入口区右后侧、低空急流的前方造成正涡度辐合上升运动,暴雨出现在低空急流的左前方。气流的高层辐散与低层辐合的叠加,形成强烈的上升运动,为这次暴雨天气的产生提供了有利的环境条件,也是对流维持、持续的重要机制。湿位涡低层为负、高层为正,高、低值中心和密集带的演变显示了强对流系统暖湿气流与外界干冷空气的相互作用。     

"碧丽斯"台风暴雨影响广西的湿位涡诊断分析

应用湿位涡理论,对发生在广西境内由台风减弱的低压引发的大暴雨过程进行诊断。结果表明:暴雨产生在eθ面陡峭密集区附近,eθ陡立密集区附近易导致湿斜压涡度发展;当对流层低层M PV 1<0,同时M PV 2>0时,暴雨易发生,暴雨产生在高低空正负湿位涡柱的下方;对流层高层高值湿位涡下传,使得对流层低层稳定度降低,导致对流不稳定能量释放,有利于暴雨产生。低层西南暖湿气流加强,不稳定能量在释放的同时不断得到补充,使得暴雨增幅。     

等熵位涡在一次淮河流域大暴雨分析中的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°逐日再分析资料、常规气象观测资料,通过等熵位涡理论对淮河流域2009年9月24—25日的大暴雨过程进行分析。结果表明:淮河流域对流层低层的中尺度低涡的发生发展与此次暴雨密切相关;315 K等熵位涡高值中心的移动和强度变化很好地反映出中尺度低涡系统的发展变化情况,其移动方向与雨带走向一致,降水落区主要位于等熵位涡高值中心轴线移动方向右侧的强西南气流处,对应于345 K等熵面上干冷空气移动方向前部的暖湿区内;在暴雨发展强盛时期,淮河流域暴雨区上空从对流层高层至低层均存在明显的正等熵位涡平流,干冷空气的侵入使得低涡加强发展,辐合上升运动增强,有利于暴雨的增幅,这是引发此次暴雨过程重要的触发机制。     

一次海南秋季台风暴雨的特征和成因分析

利用ECMWF再分析资料、TRMM-3B42降水资料及FY2E卫星TBB资料综合对2013年一次海南秋季台风“海燕”的暴雨特征及成因进行了诊断分析。结果发现:(1)台风内的中尺度云团是造成海南大暴雨的直接影响系统, 地形抬升作用和弱冷空气的入侵加剧了海南大暴雨的强度, 暴雨中心落在五指山迎风坡; (2)偏南气流和东南气流的辐合及低空急流的存在是触发和维持大暴雨的有利条件; (3)暴雨产生在θ_e面陡峭密集区, 陡立密集导致了倾斜涡度发展。MPV1和MPV2与强降水有很好的对应关系, 暴雨发生时, 对流层低层MPV1 < 0, 同时MPV2>0;(4) 850 hPa垂直螺旋度正值区对未来6 h强降水落区有很好的指示意义。      

"7.21"北京大暴雨过程的地形作用分析和数值试验研究

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21-22日北京地区的大暴雨过程中的地形作用进行诊断分析,研究其对暴雨过程前后的热力、动力及水汽条件的影响。并利用WRFV3.2模式尝试进行一些地形敏感性数值试验,探讨地形改变后对此次暴雨过程的影响,初步得出了一些结论：高空槽配合中层切变线,在低层形成低涡,低涡的东移并加强引发了此次暴雨。暴雨发生前,中低层强的正涡度中心和负散度中心配合很好,它们在东移过程中,组织起了一个很好的垂直环流圈。此环流圈加强了迎风坡气流的上升运动;对流层中低层东南和西南两条水汽通道提供了强大的偏南气流,不断往北京地区上空输送暖湿空气,从而在低层积累了大量的不稳定能量;对流层中低层的位涡从高处往下传,且正位涡中心在东移过程中加强,对应山前迎风坡出现了局地大暴雨,由此说明位涡中心与暴雨落区具有良好的对应关系。地形敏感性数值试验验证了地形虽然对于整体降雨带的影响不大,但对于局地暴雨落区和中心强度的影响却很大。     

贺兰山东麓两次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析

利用自动气象站雨量资料、MICAPS4调阅资料以及NCEP再分析资料,对比分析了2016年8月21日和2018年7月22日宁夏贺兰山东麓两次局地暴雨过程的降水特征、环流形势等,重点对两次过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:两次暴雨过程第一阶段均为暖区降水,表现出降水范围小、时间短、强度大,相对第一阶段降水,第二阶段降水范围较大、雨强较小。两次过程强降水均发生在假相当位温(θse)等值线密集区,并沿低空急流轴呈长条状分布,强降水时段与θse最大值出现时间相一致。暴雨区位于位涡(PV)负值中心区附近,暴雨发生发展过程与PV负值中心的移动和变化较为一致,PV负值中心的加强和减弱以及移动方向对局地暴雨的预报有很好的指示意义。对流层500 hPa以上湿位涡正压项(MPV1)正的大值区对应700 hPa以下负的大值区,正负中心区垂直叠加的配置有利于暴雨发生发展。垂直剖面图上600 hPa都存在湿位涡斜压项(MPV2)负极值中心,对流层中低层MPV2负极值中心的强度和维持时间以及变化对局地暴雨的预报有一定的指示作用。