榆林市2017年两次暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL1°×1°间隔6 h再分析资料,对2017年7—8月榆林市相继出现的两场区域性暴雨过程（7月26日暴雨过程,简称“7·26暴雨”;8月22日暴雨过程,简称“8·22暴雨”）的热力、动力机制进行对比分析。结果表明：两次暴雨与高低空急流关系密切,当高低空急流加强,出现强动力抬升时出现强降水,暴雨落区位于低空急流左前侧的强水汽辐合区。“7·26暴雨”低空急流和水汽辐合更强,大暴雨出现在高低空急流耦合的强上升区。两次降水过程热力机制有所不同,“7·26暴雨”过程中层有冷空气卷入,中低层存在强对流不稳定,低层切变线触发不稳定能量释放,产生强降水;“8·22暴雨”过程大气整层饱和,锋面作用显著,暖湿空气被冷空气抬升,低层存在对流不稳定,大尺度稳定降水系统伴随中小尺度对流发展,降水加强。对流层低层VMP1（湿正压项）负高值中心对暴雨落区有较好的预报指示意义。     

两次副热带高压北侧暖锋暴雨动力热力诊断

使用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对黑龙江省两次副热带高压(简称副高)北侧暖锋暴雨过程(简称"0801"和"0803"过程)进行动力热力机制诊断分析。结果表明,两次暖锋暴雨过程,均有台风活动,造成副高西伸北抬,副高外围的西南低空急流向北输送大量高动量的暖湿空气。两次暴雨过程与高低空急流关系密切,"0803"过程中高低空急流均更强,暴雨区位于高低空急流耦合形成的垂直次级环流的上升支。"0801"过程,暴雨发生前大气对流不稳定,辐合抬升及次级环流上升气流的共同作用触发对流,促使不稳定能量释放,形成强降水。"0803"过程,暴雨期间大气对流稳定,锋区中层的CSI有利于降水强度的增强及维持,锋面强度更大,由锋面辐合抬升形成的上升运动范围更广,造成更大范围的强降水天气。在暴雨区上空由于凝结潜热释放而引起广义位温高值区向下伸展,强暖平流促使中低层湿斜压性显著增大,利于暖锋锋生。水汽散度通量和水汽垂直螺旋度能够较好地描述强降水过程,强降水区与水汽散度通量正值区及水汽垂直螺旋度负值区相对应。     

黄土高原一次副高外围暴雨的对流环境及触发条件分析

利用常规气象观测资料、EC-interim逐6 h 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和雷达资料,对2017年7月25—26日陕北大暴雨过程成因进行了综合诊断分析,结果表明:河套地区西风东移与副高外围暖湿气流在陕西交汇,为暴雨提供了有利的环流形势;陕北暴雨区有两支水汽输送带,700 hPa上西南风急流水汽输送以及850 hPa上偏东风急流水汽输送,为暴雨提供了充沛的水汽和能量;700 hPa上榆林东部水汽辐合抬升,加之850 hPa偏东风在东部河谷辐合爬升,造成榆林东部地区的大暴雨天气;对流条件分析发现,暴雨发生前陕北地区中低层湿度较好,850 hPa比湿达到15～17 g/kg,大气不稳定度强,850 hPa和500 hPa的温差达到28℃,假相当位温相差18℃,CAPE值达到了2 354 J/kg,充沛的水汽、能量条件为对流提供了十分有利的条件;河套东北侧弱干冷空气与西南暖湿气流在陕北形成假相当位温密集带,大气湿斜压性增强,锋生触发陕北地区不稳定能量释放,形成强降水;不稳定分析表明,在降水前期及初期,大气对流不稳定度高,随着降水的产生,对流不稳定能量释放,强降水凝结潜热对中层大气的加热作用,又使得大气斜压不稳定增强,中层大气锋生造成的垂直运动使得陕北地区的强降水持续,造成大暴雨天气。     

鲁西南2020年两次区域性大暴雨过程形成机制分析

利用常规地面、高空观测和ERA5再分析数据，对鲁西南2020年7月22日（简称“7〖DK〗·22”过程）和8月6—7日（简称“8〖DK〗·6”过程）两次区域性大暴雨及伴随的短时强降水形成机制诊断分析。结果表明：“7〖DK〗·22”过程是一次地面气旋降水过程，大暴雨主要出现在气旋中心至移向右前部的倒槽内，短时强降水是对流不稳定触发后，惯性不稳定的增强造成。“8〖DK〗·6”过程是一次副高边缘暖区降水过程，大暴雨主要出现在低空急流的前端、地面辐合线附近，短时强降水由对流不稳定的触发和释放造成。“7〖DK〗·22”过程暖湿急流较强，水汽通量散度和动力条件显著强于“8〖DK〗·6”过程，超低空强辐合区、水汽通量散度辐合大值区、水平动能大值区边缘的强锋生区以及湿位涡MPV大值区边缘的|MPV2|小值区对短时强降水的出现区域指示较好。两次过程分析均表明垂直上升运动和深厚湿区的配合对短时强降水的出现时间指示较好。     

2013年8月6-7日华北大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料、卫星云图、NCEP全球分析资料,对2013年8月6-7日华北地区出现的大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:这次暴雨过程是在副高稳定、低槽东移的背景下发生的,850 h Pa低空南风急流提供充足的水汽及冷平流的影响是暴雨形成的重要因素。华北切变线是这次大暴雨过程形成的主要天气系统,降水效率高的对流云团是暴雨形成的直接原因。暴雨发生在切变线的前方、低空急流的左侧。水汽大值区和水汽通量散度负值区的结合应用,对预报强降水落区和量级有较好效果。K指数高值区的存在说明层结的不稳定,并可以作为强降水预报预测的依据。假相当位温可以用来分析大气的热力性质,等值线密集区即是能量锋区,是对流开始区域。冷空气的侵袭是对流性天气的触发机制,导致不稳定能量释放,促进对流性天气发展,最终形成暴雨。     

海南2008年秋季持续性暴雨过程的物理机制分析

利用地面常规与加密自动站降水观测、卫星云图、NCEP FNL全球分析等资料对2008年10月12—14日海南持续暴雨天气过程进行诊断分析。分析表明:热带低压、冷空气以及副热带高压三者的相互作用,导致海南低空出现持续的东(东南)风急流,该急流在海南东部沿海形成的向岸风辐合及地形强迫抬升是MCS的重要触发机制,其暖湿输送作用是暴雨区不稳定能量得以循环建立的主要途径。南海东北风冷涌前沿强辐合、潜热加热以及高空强辐散有利于热带扰动的发展与维持。热带低压与冷空气相互作用导致大气斜压性增强,地转强迫作用与惯性振荡机制使得低压北侧东北风急流加强。东北与东南急流之间的形变与辐合导致持续锋生过程,锋生强迫产生的热力直接环流上升支与低空急流左前侧次级环流上升支是对流系统发展的主要动力触发机制,低空强潜热加热也有利于对流向更高层次发展。     

一次暴雨过程中湖北西北部和东北部降水差异的成因分析

利用地面自动站资料和NCEP提供的0.5°×0.5°高时空分辨率GFS(Global Forecast System)再分析资料,对2008年7月1—2日一次暴雨过程中,湖北西北部与东北部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)湖北西北部的降水发生在高低空急流发展时期,且西北部很快处于后一个高空急流的右前方,不利于西北部降水持续发生;东北部降水发生在高空急流稳定期与低空急流发展期,高低空急流耦合,诱发中尺度低涡形成,导致持续性强降水。2)水汽输送在西北部集中的时间短,提供的水汽有限;在东北部集中的时间长,提供的水汽充足。3)西北部不稳定能量释放得快;东北部一直存在不稳定能量释放,导致该地区天气尺度系统猛烈发展,激发重力波,造成强降水。4)西北部锋生位于随高度向北倾斜的锋区中,随着冷空气的南下,强降水很快结束;东北部锋生位于随高度向南倾斜的暖区锋区中,冷空气与稳定的副热带高压外围西南暖湿气流对峙,产生较强的倾斜项锋生,有利于东北部的长时间强降水。     

２００９年７月１６－１７日陕北大暴雨天气过程分析

利用常规观测资料和榆林多普勒雷达（CB）观测资料,分析2009年7月16—17日发生在陕北地区的大暴雨天气过程,结果表明：大暴雨发生时段,对应着低层偏东或东南气流风速增大后再减小的过程。当低层气流风速增大后再减小,中低层低空急流建立时出现强降水。暴雨区高空急流南侧强辐散形成的上升气流和中低空急流风速持续增加形成的上升气流的叠加耦合为大范围暴雨天气的产生创造了有利的上升运动条件。大暴雨出现在中尺度辐合线附近,中尺度辐合线为大暴雨的发生提供了充分的水汽和更多的不稳定能量,使水汽的上升和不稳定能量的释放集中在一个更小的区域,从而使得降水雨强比仅由高低空急流耦合形成的更大。上游西北气流侵入强迫抬升前方偏南暖湿气流促使中尺度辐合线产生,当高层西北气流侵入到低层海拔3 km以下,暴雨天气结束。     

江西省一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制分析

利用地面和高空、卫星TBB、多普勒雷达和GFS(0.5°×0.5°)逐6 h再分析等资料,对2011年6月10日江西省西北部一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制进行分析。结果表明:1)此次过程是在有利的高、低空系统配置下发生在梅雨锋南侧的暖区暴雨,边界层急流和低空急流提供了充足的水汽条件,增强低层热力不稳定;高空分流区使大气动力不稳定发展,高低空急流的耦合作用为MCS维持提供了必备的不稳定机制;中低层热力不稳定,中高层对称不稳定,形成此次对流性强降水。2)地面中尺度辐合线、非锋性斜压带、能量锋的抬升作用为MCS生成和发展提够了启动机制。3)低层强盛的水汽输送、层结不稳定和地面持续而强的中尺度抬升使得多个雷暴单体在江西省西北部连续传播,形成"列车效应",降水强而集中。4)在水汽和不稳定条件具备的情况下,暖区对流性强降水发生在强低层辐合与强高层辐散相重迭的区域。     

2015年梅雨期长江下游地区两次暴雨天气过程的成因对比分析

利用基本气象站观测资料、ECMWF ERA资料和NCEP FNL资料,通过对强降雨时刻的多种物理量场诊断,分析了2015年梅雨期发生在江苏省沿江地区的6月16—17日和27—29日两次大暴雨的形成原因。结果表明,两次大暴雨过程均发生在西太平洋副热带高压稳定维持、西南气流强盛、高层有冷空气不断入侵的大环流背景下,受中低层江淮切变线和西南急流共同影响,冷暖空气一直在沿江一带交汇,造成沿江地区持续强降水过程。两次大暴雨发生时32°N附近梅雨锋很明显,锋面随着高度的升高向北侧冷区倾斜,强降水主要位于梅雨锋南侧的暖区内。该侧700 hPa高度层以下湿位涡为负值表明大气为对流不稳定,且随着降水的发生,中层有弱冷空气入侵,使得大气的对流不稳定性进一步加强。强的降水区主要位于低空急流的左侧和高空急流的入口区右侧,高低空急流的这种配置带来了风场高层辐散、低层辐合,有利于垂直上升运动加强。同时低层暖平流和中高层正的相对涡度平流交汇于32°N附近,也有利于暴雨区的上升运动加强。暴雨区与850 hPa水汽通量散度负值中心相吻合,表明低层西南急流为暴雨区源源不断地提供水汽。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

Evolution of instability before and during a torrential rainstorm in North China

NCEP-NCAR reanalysis data were used to analyze the characteristics and evolution mechanism of convective and symmetric instability before and during a heavy rainfall event that occurred in Beijing on 21 July 2012.Approximately twelve hours before the rainstorm,the atmosphere was mainly dominated by convective instability in the lower level of 900-800 hPa.The strong southwesterly low-level jet conveyed the moist and warm airflow continuously to the area of torrential rain,maintaining and enhancing the unstable energy.When the precipitation occurred,unstable energy was released and the convective instability weakened.Meanwhile,due to the baroclinicity enhancement in the atmosphere,the symmetric instability strengthened,maintaining and promoting the subsequent torrential rain.Deriving the convective instability tendency equation demonstrated that the barotropic component of potential divergence and the advection term played a major role in enhancing the convective instability before the rainstorm.Analysis of the tendency equation of moist potential vorticity showed that the coupled term of vertical vorticity and the baroclinic component of potential divergence was the primary factor influencing the development of symmetric instability during the precipitation.Comparing the effects of these factors on convective instability and symmetric instability showed some correlation.     

Numerical simulation of the sudden rainstorm associated with the remnants of Typhoon Meranti (2010)

The Advanced Research Weather Forecasting (ARW) model was used to simulate the sudden heavy rainstorm associated with the remnants of Typhoon Meranti in September 2010. The results showed that the heavy rainfall was produced when the remnant clouds redeveloped suddenly, and the redevelopment was caused by rapid growth of micro/mesoscale convective systems (MCSs). As cold air intruded into the warm remnant clouds, the atmosphere became convectively unstable and frontogenesis happened due to strong wind shear between weak northerly flow and strong southwesterly flow in the lower levels. Under frontogenesis-forcing and warm-air advection stimulation in updrafts, vertical convection developed intensely inside the remnant clouds, with MCSs forming and maturing along the front. The genesis and development of MCSs was due to the great progress vertical vorticity made. The moist isentropic surface became slantwise as atmospheric baroclinity intensified when cold air intruded, which reduced the convective instability of the air.Meanwhile, vertical wind shear increased because the north cold air caused the wind direction to turn from south to north with height. In accordance with slantwise vorticity development (SVD), vertical vorticity would develop vigorously and contribute greatly to MCSs. Buoyancy, the pressure gradient, and the lifting of cold air were collectively the source of kinetic energy for rainfall. The low-level southwesterly jet from the western margin of the Western Pacific Subtropical High transported water and heat to remnant clouds. Energy bursts and continuous water vapor transportation played a major role in producing intense rainfall in a very short period of time.     

2012年夏季四川东部一次大暴雨过程分析

本文使用常规观测资料、四川省自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY－2E云顶亮温资料和1°×1°的NCEP再分析格点资料对2012年7月20～23日四川东部强降水过程的主要影响系统、水汽源地、动力、热力条件等进行诊断分析,结果表明:(1)本次暴雨过程中伴有500hPa高空槽东移至四川并向南加深发展,槽后冷空气与槽前暖湿气流在四川汇合,低层有低涡发展,配以高低空急流耦合的有利形势;(2)暴雨前期水汽主要来源于孟加拉湾,随着南海台风西进,其外围偏东气流向西输送增强,西南暖湿气流北上受到抑制,使得雨带南压;(3)降水以对流性降水为主,暴雨期间水汽凝结潜热在对流层中低层起主要作用,强上升运动将低层的潜热加热向上输送,形成高空的热源中心,强降水期间大气的加热是与大气的垂直上升运动密切相关的;在本次暴雨过程垂直输送项是视热源Q1和视水汽汇Q2的主要贡献者,尤其是在强降水阶段;(4)在低涡在发展阶段,低层正涡度局地变化项首先得到发展,在低涡减弱阶段,正涡度局地变化项的峰值中心由低层向中低层抬升;(5)中尺度对流系统与小时降水分布一致,MCS的发展是触发降水的重要因素之一。      

台风“山竹”（1822）引发华南暴雨过程机制分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°的FNL再分析资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）卫星-地面自动站融合降水数据以及FY-2G卫星反演的TBB（black-body temperature,云顶亮温）对1822号台风“山竹”在华南造成强降水过程进行了分析。结果表明：西北太平洋副热带高压和南亚高压的稳定维持有利于台风残涡持续影响华南地区;低层来自孟加拉湾的低空急流与西北太平洋副热带高压南侧偏东风汇合后建立起一条连接华南的水汽通道;在登陆台风影响下,大气视热源和视水汽汇主要来自于垂直运动释放的凝结潜热;湿位涡诊断分析表明强的水平风垂直切变导致低层大气斜压性增强,出现显著的对流不稳定。     

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。     

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。