冷涡背景下MCS的统计分析

文章首先给出冷涡的定义,根据冷涡的定义识别出冷涡,2005—2011年4—9月7年共识别出60个冷涡,主要形成在蒙古和我国的东北地区。然后根据中尺度对流系统(MCS)的标准按尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统（MαCS）和β中尺度对流系统（MβCS）,又按MCS的形状将MαCS分类为中尺度对流复合体（MCC）和持续拉长状对流系统（PECS）,MβCS分类为β中尺度对流复合体（MβCC）和β中尺度持续拉长状对流系统（MβECS）。利用FY 2C(2005—2009年)和FY 2E（2010—2011年）的TBB资料对60个冷涡背景下的MCS进行识别并对其时空分布特征及其与冷涡的关系进行统计分析。结果表明：(1) 60个冷涡过程识别出61个MCS,MCS通常产生在我国东北和华北,MCC和PECS生成较分散;MβCC主要集中在华北和东北地区;MβECS主要集中在东北地区。(2) 6月生成的MCS最多,有16个,9月最少。MCS大多形成于当地的下午和晚上,此时对流发展旺盛,有利于中尺度对流系统的产生,到了夜间MCS发展成熟,至凌晨—日出时分消散。(3) 冷涡背景下的MCS的移动路径多数是从西向东偏北的,其生成后主要向东移动,这和我国中纬度西风带天气系统的移动路径基本一致,但由于受冷涡等天气系统的影响,会出现不同的移动方向。位于冷涡东侧且距离冷涡中心距离较近的MCS有向东偏北方向移动的趋势;位于冷涡南侧且距离中心较远的MCS有向东偏南方向移动的趋势。(4) 冷涡背景下的MCS主要产生在冷涡的发展阶段,成熟和消散阶段相对较少。(5) 冷涡背景下的MCS主要形成在冷涡的东南部,西南部也有一小部分。(6) MβCS系统发展较MαCS系统快,持续的时间也较MαCS短。     

基于静止卫星红外云图的MCS普查研究进展及标准修订

基于静止卫星红外云图的MCS普查标准不统一不利于各种MCS普查结果的对比分析, 该文在总结MCS普查研究进展的基础上, 依据Orlanski尺度分类标准对MβCS普查的最小尺度标准作了修订, 即修订为TBB≤-32 ℃的连续冷云区直径≥20 km。根据马禹等的MβCS普查标准和该文修订的MβCS普查标准, 利用GOES-9卫星红外云图普查了2003年6月19日—7月22日淮河大水期间的MCS, 结果发现共有10个MαCS和24个MβCS, 并对24个MβCS作了普查标准修订前后的统计结果对比, 发现新的普查标准比根据马禹等的MβCS普查标准获得的结果多7个MβCS, 并且这7个MβCS中有6个都引起强降水, 因此这种对比分析结果表明:新MβCS普查标准对揭示淮河大水和MCS的关系更具合理性。此外, 还分析了3个因MβCS而引起局地强降水的典型个例, 这些MβCS的直径尺度只有几十至一百多公里, 不符合马禹等的MβCS普查标准。对这3个MβCS分析结果表明:该文新MβCS普查标准有助于对产生剧烈天气的MCS的普查研究和预报。     

2016年夏末南疆地区中尺度对流系统(MCS)活动特征

2016年夏末南疆地区短时强降水天气频发,中尺度对流系统活动频繁。利用强降水频发时段2016年8月8日至9月16日逐时FY-2G红外亮温（TBB）资料对南疆地区中尺度对流系统（MCS）进行分析,共获得92个生命史≥3小时的中-β尺度对流系统（MβCS）,包括β中尺度对流复合体（MβCCS）和β中尺度持续拉长状对流系统（MβECS）。根据南疆地区的极端干旱气候背景,本文中-β尺度对流系统的尺度判定标准为云顶亮温（TBB）≤-32℃的连续冷云区直径≥20 km。对MCS的分布和活动特征进行了分析,结果表明：圆状MCS和带状MCS发生的频次相当。天山南坡和昆仑山北坡是MCS活跃区,MCS移动方向主要以偏东或东北方向为主,南疆地区活动最频繁的MCS生命史为3～4个小时。南疆地区MCS具有明显不同的日变化特征,午后和傍晚是MCS最活跃的时段。与MβCCS相比,MβECS具有更明显的夜发性特征。昆仑山北坡MCS的最活跃时段早于天山南坡MCS,而天山南坡MCS夜间和凌晨形成的特征更为显著。生命史为3～5小时的短生命史MCS主要在午后和傍晚形成发展,并在形成后2小时达到成熟,生命史超过6小时的长生命史MCS多发于午后和凌晨,并且其发展阶段更长。本文给出了1个引发短时强降水的MβCCS和1个MβECS的云团演变特征。     

弱天气背景下鲁南一次暖区大暴雨触发 与维持机制分析

利用区域自动站资料、ERA5再分析资料、FY-2F云顶亮温资料和多普勒雷达资料等,对2019年8月5—6日鲁南大暴雨过程的环流背景、环境场条件、中尺度对流系统（MCS）演变特征及其触发机制进行了分析。结果表明：（1）这次暴雨过程发生在副热带高压边缘的弱天气强迫背景下,大尺度环流形势配置不是很有利;（2）深厚的湿层、较低的抬升凝结高度（LCL）和自由对流高度（LFC）、上干下湿的不稳定层结为大暴雨的产生提供了有利的环境条件;（3）暖区强降水发生在鲁中山脉向苏北平原的过渡带上,呈狭长带状,5日午后和夜间先后生成的准静止β中尺度对流系统（MβCS）共同导致大暴雨过程的发生,小时强降水中心主要出现在MβCS云团TBB梯度大值区附近;（4）5日午后鲁南和6日凌晨枣庄中部强降水的触发机制为地面中尺度辐合线,MCS沿着辐合线不断新生和发展,形成“列车效应”,造成大暴雨。6日凌晨临沂西北部强降水由850 hPa露点锋触发,鲁中山脉峡谷风效应和迎风坡的动力抬升作用促使MCS增强发展;（5）强降水的持续与850 hPa露点锋、冷池和边界层暖湿气流增强引起的地面辐合线的长时间维持有关。     

云南及其周边地区中尺度对流系统时空分布特征

依据卫星云图红外辐射亮温资料 (TBB) ,对云南及周边地区中尺度对流系统 (MCS)进行了统计分析 ,获得了该地区MβCS ,MαCS和MCC的时空分布特征。结果表明 :MCS多发生在低纬度高原东部的滇黔和中越之间 ;平均每年 6～ 8月为MCS主要发生时段 (占总发生次数的 6 7.1% ) ,MCS特别是MαCS和MCC发生频率最高的是 6月 ,其与季节性变化 (东亚季风和印度季风爆发 )和下垫面加热易形成空气热对流有关 ;低纬高原地区MCS除了 18～ 2 3时有 1个高峰发生时段外 ,0～ 7时还有 1个次高峰发生时段 ,这与中国其他地区有明显的不同 ,说明高原地区的MCS还具有地域特点。另外还对MCS的移动路径进行了分析。     

一次强对流天气过程中尺度对流系统特征分析

利用NCEP／NCAR再分析资料、FY2C云图及广州新一代多普勒天气雷达产品,对2007年6月9～10日发生在广东省的一次强对流天气过程中的中尺度对流系统（MCS）进行了分析,主要结论有：1）对流层中高层辐散低层辐合,以及“上千下湿”相配置的垂直环流结构特征,和不稳定的大气层结为此次暴雨的形成提供了所需的动力条件和水汽条件;2）MCS云系生成、发展于南支槽和西南低涡东南侧的暖湿气流所形成的云系中;3）在雷达回波图上,MβCS回波的发展具有明显的右移风暴移动特点和“列车效应”,且发展成熟阶段的回波呈显著的“弓形”和“人字形”水平回波演变结构。     

我国中东部地区夏季MCS统计分析

目前较详细的中尺度对流系统(MCS)分类普查研究还较少.文章使用我国风云2号地球静止卫星红外数字图像资料分类普查了2008-2010年夏季(6-8月)我国中东部地区(27°～40°N、110°～124°E)中尺度对流系统时空特征.根据尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),又根据MCS形状将MαCS分类为中尺度对流复合体(MCC)和持续拉长状对流系统(PECS),MβCS分类为β中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉长状对流系统(MβECS).3年夏季共识别了208个MCS,其中68个MαCS和140个MβCS,拉长状系统居多,占MCS总数79.3％,这表明拉长状的MCS是该区域夏季的主要对流系统.从月际变化来看,7月最多,8月次之,6月最少.大部分MCS移动路径自西向东,少数为自南向北或自北向南的移动路径,自东向西的路径极少.MCS形成高峰时段为9-10 UTC(世界时),成熟高峰时段为10-11 UTC,消散高峰时段为12-13 UTC,生命史约为6.5h.MαCS从形成到成熟需3～4 h,成熟至消散需4～5 h;MβCS发展和减弱时间相当,为2～3 h.     

东北地区一次短时大暴雨β中尺度对流系统分析

为了探寻东北短历时暴雨的预报线索,利用自动站、卫星和常规气象观测资料相结合的方法,研究2006年8月10日最大1 h雨量达到90.8 mm(泰来,其中,后半小时降水82 mm)的东北中西部百年一遇短历时特大暴雨中尺度对流系统(MCS)发展过程,及其发生的天气尺度背景和中尺度环境与触发机制.通过红外卫星云图和高分辨率的可见光云图,分析MCS如何从一个γ中尺度发展为α中尺度对流复合体(MCC)的过程.分析表明,与6个市(县)半小时雨量超过33 mm相关联的MβCS分别发生在2个阶段,第1阶段在MCC形成之前,MβCS主要向东移动(最后合并成MCC),第2阶段,在MCC成熟阶段.MpCS出现在MCC的西南边缘,而且最强短历时暴雨就发生在这里.从分辨率更高的可见光云图上可以发现,有北、西两条积云线,它们交汇的地方MβCS强烈发展并产生暴雨.分析MCS加强和产生暴雨的原因表明:(1)暴雨发生前夕暴雨区域具有高温、高湿和对流性不稳定层结,并存在明显的对流有效位能增加、抬升凝结高度及自由对流高度降低的现象,有利于暴雨发生;(2)β中尺度云团之间的合并,使MCS迅速发展,产生暴雨;(3)北、西两条积云线分别与地面风场中的两条辐合线相对应,在它们交汇处的较强辐合导致β中尺度云团强烈发展产生暴雨.分析MCS在MCC西南方向传播的原因表明,两条辐合线的移动方向和速度决定了暴雨MCS的传播方向.另外,偏北气流的出现和新老云团的新陈代谢过程是触发暴雨的关键因素.上述分析结果也为短历时暴雨的预报提供了有用的线索.     

局部大暴雨形成的机理与中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6 h的1°×1°的再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料、多普勒雷达探测资料,对2012年7月7-8日河南商丘地区大暴雨天气过程形成机理和中尺度系统活动特征进行了研究.结果表明:500 hPa低槽与低层东西向切变线和低空急流相互配合、共同作用是此次大暴雨形成的大尺度环境条件。中尺度分析显示:多个中尺度雨团的活动形成了4个大暴雨中心,中尺度雨团与MαCS相伴,而MαCS是由多个MγCS和MβCS合并、加强的结果。这些MγCS和MβCS是由地面中尺度辐合线或辐合中心触发产生并发展,MαCS覆盖区下强降水回波的移动和发展与地面中度辐合系统对应较好,大暴雨出现在地面辐合系统形成后的1~2 h内;而暖平流导致的局地升温,是地面中尺度辐合系统形成的主要原因。TBB梯度与降水强度成正比,当▽TBB/0.5°E≥34℃,并且TBB≤-63℃时,将产生30mm·h~(-1)的强降水;当MCS发展成熟时强降水发生在中尺度对流云团TBB低值中心附近,当TBB在1 h内降低31℃以上时,1~2 h后该地将出现雨强为50 mm的短时强降水。因此,地面热力不均匀导致的局地升温是此次地面中尺度辐合系统生成的主要原因,而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展,导致了局部大暴雨的产生。根据中小尺度对流云团的TBB强度及变幅,可提前1~2 h预报短时强降水。     

中尺度对流系统与东北暴雨的关系

利用2005-2007年6～8月FY-2C卫星逐30min红外云图资料,对东北及其邻近地区中尺度对流系统（包括椭圆型（MCC型）和持续拉长型（PECS型））进行普查分析,并把中尺度对流系统（MCS）分成3种尺度：MCC（或PECS）、MαCS和MβCS,统计分析了它们的时空分布及其与暴雨的关系。结果表明,MCS主要分布...     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

近50年中国霾年代际特征及气象成因

根据1961-2013年全国745个国家基准站的长期观测资料,分析中国霾日数年代际变化特征及可能的气象成因。结果表明:近50年来,中国霾天气主要集中在东部从华南到华北的大部分地区,霾日数呈增加趋势。秋冬两季是霾天气发生最频繁、变化最明显的两个季节。中国东部淮河以南地区秋冬两季霾日数在2000年前呈增加趋势,其后增加趋势变得较为平缓,20世纪90年代前霾日数与近地面风速呈显著负相关关系,90年代后则与大气相对湿度呈显著负相关关系,随着90年代前近地面风速减小和90年代后大气相对湿度降低,该区域霾日数表现出明显的增加趋势。中国东部从淮河到华北大部分地区秋冬两季霾日数1980年后增加趋势变得不明显,这可能与该区域近地面风速和大气相对湿度的变化趋势较为平缓有关。     

江淮流域2003年强梅雨期的水汽输送特征分析

在分析2003年6月21日到7月11日江淮流域强梅雨期间降水概况和大气环流基本特征的基础上,通过对水汽输送流函数及非辐散分量、势函数及辐散分量及江淮地区水汽收支的分析,表明江淮流域是该时期全球范围内水汽汇的一个高值中心,且水汽通量大值区和水汽辐合区与降水大值区基本一致.从水汽的输送来看,夏季印度风环流和南海夏季风是向江淮流域输送水汽的主要通道.梅雨期内,中层大气中的水汽主要是垂直上升运动对低层水汽的抬升作用,同时,低纬大洋上的水汽也可途经青藏高原后再从西边界向东输入到江淮地区,它的输送有可能增大江淮流域上空对流层中层大气中的水汽含量,从而有利于强梅雨在江淮流域的发生.计算分析还表明2003年强降水从前期的长江流域移到后期的淮河流域,是与大范围的水汽输送和辐合中心北移相联系的,较小空间范围的强暴雨洪涝的发生在有利的大尺度环境下,还与其他条件有关.     

淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

本文基于1961～2016年淮河流域四省（江苏、安徽、河南、山东）逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:（1）淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°～36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;（2）南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;（3）南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。     

显著经验正交函数分析及其在淮河流域暴雨研究中的应用

经验正交函数分解（EOF）是气候特征研究中常用的分析方法,但由于方法本身的原因,EOF 主要模态不一定都能有效揭示资料场包含的气候模态。利用中国基本站和基准站1950—2009年逐日降水资料,运用显著经验正交函数分解（Disˉ tinct EOF,DEOF）方法研究了淮河流域暴雨的统计特征。结果表明 DEOF 第1模态呈现了淮河流域暴雨量在南北方向上存在相反的变化,即流域中部、南部偏多（偏少）时,北部则偏少（偏多）,第1主成分具有显著的16—17 a 周期性变化,表明流域南北的旱涝变化存在年代际振荡;第2模态表现了淮河流域中部暴雨量的异常变化,第2主成分有明显的线性趋势,说明近50年来流域中部地区暴雨量有明显的上升趋势,并且在1990年前后由偏少转为偏多。对比 DEOF 和 EOF 的分析结果,发现DEOF 能排除资料场中与随机扩散模型相关性较高的空间特征,能抓住与随机扩散模型有显著差异的分布特征并凸出显示出来,能从较强的背景噪声中凸出物理信号,因而能更好地估计真实的气候模态。     

2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国地面观测站的逐日降水资料, 研究了2007年夏季淮河流域洪涝与亚洲地区大气低频振荡的联系, 通过分析研究表明: 2007年夏季淮河流域降水低频振荡的主要周期是30～70天, 该低频序列的方差大约占了总方差的47%; 在降水低频振荡的位相5～8 (1～4), 亚洲季风区从阿拉伯海北部经孟加拉湾到我国南海地区, 以及我国淮河流域经渤海到日本地区主要受低频热源 (热汇) 的控制; 并且在极大降水位相7, 我国东部地区 (10°N～45°N, 110°E～120°E), 从北到南, 〈Q1〉低频分量的分布呈负正相间的低频热汇、 热源、 热汇、 热源形式(位相3则呈相反的分布形式); 在位相5～8 (1～4), 亚洲季风区〈Q1〉低频分量的分布有利于 (不利于) 气流向淮河流域汇合并形成辐合上升; 受低频环流变化的影响, 在位相5～8, 大量的水汽被输送到淮河流域, 辐合上升形成降水; 相反, 在位相1～4, 来自西太平洋上的水汽在该地区辐散, 不利于降水的发生。     

基于静止卫星红外云图的MCS自动识别与追踪

由于缺乏成熟的中尺度对流系统 (MCS) 自动追踪工具,使基于静止卫星红外云图的MCS研究的深度和广度受到制约。手工目测法识别追踪MCS,工作量大且容易造成误差,无法用于长时间序列卫星云图的MCS普查。该文结合我国中尺度对流天气的特点,在重新定义MCS云团识别标准的基础上,给出了一种基于图像处理和时间序列分析技术的MCS自动识别、存储、追踪和时间序列特征统计方法。通过对2003年淮河大水期间连续时次卫星云图的MCS自动识别、追踪和特征统计,对该方法的应用效果进行了检验,结果表明:该方法不仅能对每个时次的MCS进行快速识别,同时也能对多时次的MCS进行有效追踪。     

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目“淮河流域能量与水分循环试验和研究（HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX）”于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。      

一次MCS过程的卫星云图和数值模拟分析

本文应用卫星云图与数值模拟结果对2000年6月2日发生的一次影响江苏的江淮气旋暴雨过程进行研究分析，阐述了这次暴雨过程表现的MCS基本特征。分析表明：MCS的形成可以由几个中β尺度对流云或对流带开始，在特定的环境场中汇合成合并；在其发展过程中必须维持湿度平流，低层到中层有暖平流，骨强偏南风急流伸向形成区，同时在其东北方向有一支高空西风急流相耦合；低层的辐合、整层凝结潜热的释放、垂直运动的增强、高层的辐散引起的正反馈机制是MCS发展的动因。