梅雨锋上的三类暴雨

根据观测分析研究,概括出长江流域梅雨锋上主要有三类暴雨:梅雨锋上β中尺度的对流性暴雨、梅雨锋东部(115°E以东)的初生气旋暴雨、梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性强暴雨.第一类暴雨局地性特征明显,其范围一般小于300 km,暴雨的瞬时强度大,暴雨发生所需的强上升运动由局地强的对流有效位能(CAPE)释放的浮力抬升引起.第二类和第三类暴雨的共同点在于都有明显的大尺度强迫过程,大尺度的动力强迫使持续暴雨所需的垂直上升运动得以维持.后两类暴雨的数值预报效果较第一类的好,比梅雨锋上β中尺度暴雨预报更容易掌握.     

梅雨期3类不同形成机制的暴雨

通过对1998—2007年观测资料的分析,根据影响梅雨期暴雨发生、发展机制的不同,将梅雨期暴雨分为外强迫型、自组织型和非组织化局地型3种类型。外强迫型主要包括冷槽推进型、西南涡移出型和北槽南涡型,该类型暴雨主要是由大尺度环流的动力强迫抬升和冷空气侵入形成的不稳定层结共同作用而产生;在3类外强迫型中,高低空急流相互作用和冷槽的影响形式有很大不同。在自组织型中,暴雨对流系统具有较长生命周期,并以合并增长、上下游发展和新生中尺度涡旋等形式而传播、发展,是在切变线、水汽辐合带和低空急流等弱环境强迫下形成的一类暴雨。在非组织化局地型中,主要有山区午后强对流和副热带高压边缘对流不稳定两种形式,局地对流不稳定是暴雨产生的主要原因。不同的形成机制,导致出现了不同类型的梅雨期暴雨,相应地这些不同类型的梅雨期暴雨具有不同的预报难度。     

ECAP等环境参数在强对流天气分析中的应用

引入大气热力学变量密度温度Tp，采取与实际大气较为相符的可逆饱和湿绝热抬升过程，利用MM5V3．5模式输出资料，计算了对流有效位能ECAP。在此基础上，介绍了能量螺旋度指数IEH。分析了2003年7月江淮梅雨暴雨等强对流天气发生过程中对流有效位能ECAP及能量螺旋度指数IEH的量值变化。结果表明：ECAP，IEH等参数对强风暴的发生发展有一定的指示作用，值得在业务工作中推广应用。     

武汉市灾害性暴雨的天气特征及其预报模型

对１９８８年以来武汉市所发生的灾害性暴雨过程进行了初步分析,并发现武汉市灾害性暴雨主要集中在梅雨期。从湖北省梅雨期暴雨、大暴雨的形成机制入手,着重分析了武汉市灾害性暴雨的发生特点,并归纳出几种主要天气类型,同时重点分析了１９８０年以来几次重大灾害性暴雨天气过程,由此得出武汉市灾害性暴雨的预报方法。     

青藏高原东北部一次区域性暴雨天气形成机理分析

利用常规观测资料、卫星云图,对2011年8月14-15日青藏高原东北部区域性暴雨过程的影响系统、水汽输送、对流有效位能、云图演变特征等方面,对此次区域性暴雨的形成机理进行了分析。结果表明:高低空系统的合理配置,副高西北侧β尺度对流云团发展是造成暴雨的主要原因;暴雨区出现在低对流有效位能区。     

双流机场“7.21”暴雨微物理特征及触发维持机制分析

利用天气雷达、地面自动站和微波辐射仪等多种气象探测资料,对2017年7月发生在成都双流机场的一次暴雨过程进行了分析。结果表明:此次暴雨发生在弱天气系统强迫条件下,大气层结呈现弱对流抑制、低抬升凝结高度、中等对流有效位能,湿层深厚,低层较暖且低层无急流影响。短时强降水由中尺度系统直接产生,午夜前的初始对流由高压西北部偏南暖湿气流与山体下滑冷气流相互作用,结合山前强水平温度梯度产生,之后在冷池和边界层暖湿气流作用下生成新的对流。产生强降水的回波结构密实,暖云特征突出,属于热带低质心降水系统。对抬升凝结高度、自由对流高度、湿层厚度等的分析表明,水汽条件较为极端,但由于系统整体属于前向传播,无明显的"列车效应",限制了实际降水效率。     

2008年8月10日北京地区暴雨过程的诊断分析和数值研究

利用地面和探空加密资料、FY-2C黑体辐射亮温(TBB)以及NCEP资料,对2008年北京奥运会期间(8月10日)发生的一场区域性暴雨过程进行了初步分析,并利用WRF模式(V3.0),针对此次暴雨过程的性质设计了一系列数值试验,探讨了此次暴雨过程数值模拟和预报中模式物理过程的敏感性。结果发现:(1)引发暴雨的中尺度对流系统经历了3个阶段,即低槽云系中零乱弱对流云活动(北京西部山区)、低槽云系中镶嵌的波状对流云团活动(北京中西部地区)以及尺度较大的中β尺度对流云团发生发展阶段(北京中东部地区)。地面中尺度雨团与中尺度对流系统的活动特征一致,即经历了北京西部山区的零乱雨团和中西部地区波状雨团以及中东部地区中β尺度雨团活动阶段。(2)暴雨中尺度对流系统发展前处于高水汽环境、抬升凝结高度低、一定的对流不稳定能量和有利的地面抬升条件,暴雨中尺度对流系统发展过程中有明显的对流不稳定能量积聚与释放和水汽增减过程。(3)暴雨过程中低空急流特征并不明显,暴雨可能主要由对流层低层扰动、近地面冷空气活动、天气尺度强迫以及地形等共同作用引发中尺度对流系统造成。(4)数值试验结果表明,云微物理过程不足以改变强降雨带的模拟,此次暴雨过程...     

铜仁市2020年6月29日特大暴雨雷达资料分析

利用C波段新一代天气雷资料、探空资料、区域自动站降水资料,对铜仁市2020年 6月29—30日特大暴雨天气过程进行分析研究。结果表明：此次天气过程为长江流域切变线西段暴雨,主要受500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa低涡切变、地面辐合线共同影响,强的低层辐合、高层辐散的高低空配置,以及梵净山地形抬升作用激发此次强降水。暴雨发生前对流有效位能突增,大气中可转换对流有效位能迅速上升,为暴雨提供不稳定能量。雷达回波特征分析表明此次降雨以局地生成回波产生降水为主,层积云混合型降水回波在碧江、江口等上空聚集且稳定少动,呈“准静止状态”,回波后向传播,存在多个回波单体相互合并现象;强降雨时段,≥35 dBz的回波普遍伸展到8 km以上,中低层存在多个强回波中心核;有逆风区存在且长时间维持。     

一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究I.理论分析

本文是讨论梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用问题的开始部分。为了分析梅雨锋暴雨过程中的多尺度能量相互作用,从z坐标系中的运动方程和热力学方程出发,把基本物理量分成大尺度背景场（>2000 km）、α中尺度（200~2000 km）和β中小尺度系统（< 200 km）分量,利用滞弹性近似,推导了大尺度背景场、α中尺度和β中小尺度系统三个尺度的动能方程和位能方程。能量方程中包含了各尺度动能之间的转换、位能之间的转换以及动能和位能之间的转换。动能方程主要包括各尺度动能之间转换项、动能输送项、水平气压梯度力做功项、垂直方向扰动气压梯度力做功项、浮力做功项、地转偏向力分量做功项以及摩擦力做功项。位能方程主要包括各尺度位能之间转换项、位能输送项、浮力做功项以及非绝热加热做功项。其中浮力做功项为位能和动能之间的能量转换项,是暴雨发生发展过程中比较关键的能量转换项。关于将能量方程用于梅雨锋暴雨过程中并且诊断能量相互作用影响暴雨发展和消亡过程的物理机制等问题,将在以后的研究中给出。     

一次暴雨天气过程的物理量分析

对2002年发生在闽东的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明：螺旋度和对流有效位能对暴雨的预报有指示意义，暴雨产生在低层正螺旋度中心与高层负螺旋度中心相配合和中低层有不稳定能量储存的高能区。在暴雨强盛期，螺旋度呈中低层正值，高层负值的上下配置，最大值位于700hPa。对流有效位能大值区与暴雨中心相对应，对流有效位能的时空变化能较好地反映暴雨的时空演变特征。利用中尺度数值模式输出的结果对不稳定能量场进行分析表明，位势不稳定能量的释放是暴雨产生发展的可能机制之一。     

湖北省夏季不同阶段强降水及其大气低频特征

利用1961-2014年湖北省68站逐日降水资料和美国国家海洋和大气管理局环流资料,对比分析了湖北省夏季梅雨期和盛夏期低频强降水事件的基本特征、大气环流形势和低频信号传播特征。结果表明:(1)湖北省夏季降水存在显著的准双周低频周期。(2)相较于盛夏期,梅雨期低频强降水事件次数多,强度强。(3)梅雨期和盛夏期低频强降水事件发生期间的环流形势有着显著的差异。梅雨期,对流层中层东亚沿岸为南北向的波列分布,低层受强索马里越赤道气流和副热带高压外围西南气流共同影响,水汽条件好,东亚存在鞍型场,流场变形,利于形成中尺度气旋系统;盛夏期,对流层中层为欧亚波列分布,低层索马里越赤道气流弱,主要受副热带高压外围水汽输送的影响,日本海以西地区有一异常气旋,其西侧的偏北气流与暖湿气流在30°N附近交汇维持。(4)在强降水事件发生前后,对流层低层的低频正涡度传播特征有较大差异,在梅雨期表现为驻波特征,盛夏期传播更为明显,表现为向西、向南向北传播。     

江淮梅雨季节强降雨过程特征分析

为了便于识别梅雨季节江淮地区的强降雨过程,促进汛期强降雨过程的预报方法研究,使用中国国家级地面气象站逐日观测资料,提出了一种划分江淮梅雨季节强降雨过程的客观方法,并对江淮梅雨季节内强降雨过程的特征进行了分析。结果表明:该方法能有效划分出江淮梅雨季节的强降雨过程,划分结果与预报业务中的划分结果具有较高的一致性,便于在业务中应用。在江淮梅雨季节内,梅雨期的强降雨过程存在明显的年际变化且与梅雨强、弱密切相关,强梅雨年具有较多的强降雨过程以及过程累积强降雨日,强梅雨年的强降雨过程具有持续性、反复性和频发性的特征。弱梅雨年则相反。近56年来梅雨期强降雨过程累积雨量在整个江淮地区有线性增加的趋势,且江苏南部至浙江北部地区雨量增大的趋势最为显著。梅雨期强降雨过程累积雨量及雨日的空间分布是一致的,最大区域中心均位于安徽西南部、江西东北部及湖北东部等地。按照此客观划分方法确定的梅雨期的强降雨过程累积雨量与梅雨期总雨量具有较为相似的时空变化特征。      

2007年入梅期由横槽与低涡切变引发淮河流域强降水的诊断研究

采用对比分析、诊断和数值计算的方法, 运用NCEP资料、常规观测资料、卫星云图资料和地面降水资料, 对2007年6月19～20日发生在淮河干流及其以北地区一次特殊的降水过程 (入梅期首场强降雨) 进行研究。主要结论包括: (1)该年梅雨期降水和首场降水的特点及原因: 梅雨期雨带位置偏北(位于淮河流域而非长江流域), 并且在115°E的中部地区降雨量最大; 入梅后的降雨首先产生在淮河干流上游的湖北、 河南南部地区, 随后雨区迅速北跳至淮河以北的山东南部地区。分析表明, 在临近35°N和115°E区域, 梅雨锋强烈, 冷暖空气汇集, 加之充沛的水汽输送和高低空急流耦合所激发的上升运动, 共同导致了115°E的中部地区产生强烈降水和汛期的雨带偏北; 19～20日淮河及其以北地区阻塞形势迅速调整, 其后所产生的500 hPa横槽对于首场强降水的维持起到了重要作用。低层涡旋系统沿着锋生带, 在槽前气流的引导下向东北方向移动, 致使雨带北跳。 (2) 首场降雨主要由横槽和切变线及其所引发的涡旋共同产生。高空横槽提供了较为活跃的冷空气, 这种横槽形式在典型的梅雨期尚不多见, 但亦值得关注。锋区和低层水汽叠加较好。上升运动的持续增强, 使得不断有强降水时段出现并最终导致强降水产生。 (3) 该年入梅前后存在比较明显的气象信号变化 (包括夏季风、 副高脊线、 阻塞、 环流形势等), 入梅期实质上是中高纬大气环流由非梅雨期特征向梅雨期特征的调整和过渡期。 (4) 在切变线诱生出低涡的过程中, 动力作用比热力作用的影响更为显著。低涡生成后向东北方向移动, 这一时期虽属梅雨起步阶段, 未完全呈现典型梅雨暴雨的特征, 但中尺度云团、 雨团仍十分活跃。     

1995年6月梅雨期暴雨的水汽图像分析

文章利用GMS-5水汽图像及常规资料,分析1995年6月中旬至7月初梅雨期暴雨的水汽图像特征,指出水汽羽与强降水的关系,并概括出梅雨期暴雨的水汽图像概念模型。     

一次强雷雨过程中对流参数对潜势预测影响的分析

在利用观测资料和1°×1° NCEP再分析资料对2003年7月4～5日的一次强雷雨过程的天气形势、暴雨特征分析基础上,从雷暴和强暴雨的发生条件入手,探讨了一些强对流参数的物理意义、计算方法及其在此次强雷雨发生潜势预测中的指示意义.结果表明: 始终稳定维持在乌拉尔山、鄂霍茨克附近的高压脊为此次强雷雨提供了有利的环流背景; 来自孟加拉湾、印度洋一带和南海地区的暖湿气流与南下的冷空气在淮河流域交汇,并形成一条东西向稳定的梅雨锋; 梅雨锋及其上发生发展的中尺度扰动是此次强降雨的主要制造者; 对流有效位能 [Con     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

安徽省2021年梅雨期降水预报检验分析

检验梅雨期降水的预报效果,对于提升梅雨期降水预报能力、减少梅雨期降水带来的人员伤亡和经济财产损失有着重要的意义。文章对安徽省2021年梅雨期（6月10日—7月10日）六个客观模式和一个主观订正预报产品进行了检验分析,其中包含了三个区域模式数值预报（中国气象局中尺度天气数值预报系统（简称CMA-MESO）、中国气象局上海数值预报模式系统（简称CMA-SH9）、安徽WRF）、三个全球模式数值预报（中国气象局全球同化预报系统（简称CMA-GFS）、欧洲中期天气预报中心确定性预报模式（简称ECMWF）、美国国家环境预报中心全球预报系统（简称NCEP-GFS））和安徽智能网格主观订正预报的降水产品,进行了检验分析,结果表明：传统检验中安徽智能网格和区域模式对晴雨准确率的预报效果优于全球模式,又以CMA-MESO最优;在暴雨及以上量级的强降水预报中,传统检验表明安徽智能网格预报的得分最高（23.83）,ECMWF模式则是客观模式预报中效果最好的（20.12）,CMA-SH9次之（19.34）;通过对除安徽智能网格以外的各个客观数值模式进行的MODE空间检验可知,不同数值模式间暴雨预报误差原因不尽相同,ECMWF与各区域数值模式主要是由雨区位置的预报偏差,尤其是纬度偏差导致的,NCEP-GFS全球模式对降水强度和雨区面积的预报偏弱偏小比较明显,CMA-GFS在强降水方面的预报可参考性较差;各个主客观预报暴雨及以上量级预报,整体表现出较明显的日变化特征,在午夜前后、上午时段TS评分较高,而午后到傍晚评分较低,这个现象或许是梅雨期的午后降水多以地表太阳加热引起的短历时热对流降水为主造成的。     

武汉地区少梅年一次局地强降水中尺度系统 特征的分析

2000年以来长江流域未见到很典型的梅雨暴雨,尽管如此,所谓"不典型"的区域性致洪暴雨仍时有发生,甚至造成严重洪涝。利用NCEP资料、常规和SCHeREX计划期间的6h一次的高空探测资料和大量的地面自动站资料、多普勒雷达、FY-2C卫星黑体温度资料及NOAA的CMORPH资料,分析了2009年6月29日00:00(协调世界时,下同)至30日00:00引发武汉严重洪涝的强降水。结果表明,尽管中高纬环流和槽脊系统有"错位"现象,但东亚地区鞍形场的存在有利于高原东侧中尺度低压(扰动)的发生发展。随着高原槽东移和西太平洋副热带高压突然西伸,在四川—重庆地区诱生出中尺度涡旋及明显的低空急流,同时上层冷干、下层暖湿空气叠置而形成较强的位势不稳定层结,在低层辐合场的触发下,使致洪暴雨得以发生。该年有较好的水汽输送条件,主要源地在南中国海。因此,即使在大尺度环流不是非常"典型"的情况下,一旦武汉地区存在有利的天气尺度和中尺度系统,且有足够的水汽供应,暴雨仍有可能发生。     

LOW FREQUENCY OSCILLATION IN EAST ASIA DURING THE 1991 EXCESSIVELY HEAVY RAIN OVER THE CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

The activity of low frequency oscillation (LFO) widely exists in East Asia during the period of1991 excessively heavy rain over the Changjiang-Huaihe River Basin (Jianghuai).Both the rainfallamount of Jianghuai and the atmosphere from subtropical area to mid-high latitudes have thedominant period of 10—20 d,while the atmospheres in tropical area and high latitudes have thedominant period of 30—60 d.Compared with normal Meiyu season,the anomaly of the 1991 Meiyu process may be reflectedin the following two low frequency synoptic events:(a) The Meiyu process onsets extremely early(in the second dekad of May,which is nearly one month earlier than in normal Meiyu) and isimmediately followed by the first episode of heavy rain.(b) In the first dekad of July,there occursthe heaviest episode of rainfall of the whole Meiyu season,and it is even the heaviest rainfall forthe recent 30 years in China.For these two periods,corresponding to the adjustment of large-scalesituation from“double blocking high”to“bipolar blocking high”,the propagation direction of LFOin East Asia has a distinct seasonal variation,from eastward/northward propagation (passingthrough Jianghuai) during the first episode to westward/southward propagation during the thirdepisode.Oscillations of different frequency bands are superposed in phase.The LFO activity of thecold and warm/moist airs over Jianghuai can be strengthened through those LFO propagationprocesses in East Asia,although they may have different directions in three episodes.Particularly,the eastward (westward) propagation in low latitudes makes the southwest (southeast) airflowtransport intensively the low frequency warm/moist air to the south of Jianghuai from the IndianOcean (tropical West Pacific Ocean) in the first (third) episode.Such warm/moist airs meet andinteract with the cold air which vigorously invades Jianghuai persistently,and finally three episodesof heavy rain occur in mode of LFO.     

一次梅雨期暴雨与中层锋生、β中尺度小高压的关系

利用实况资料和中尺度WRF模式对2007年7月9—10日一次江淮梅雨期暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。结果表明,此次过程中,在雨带的北部有β中尺度小高压的维持及破坏过程。在小高压维持时,暴雨相对较小,被破坏时,降水加强,同时中层有明显的锋生过程。β中尺度高压产生与消失的原因与高空急流的非地转质量调整有关。小高压存在时有利于梅雨锋切变线的维持,但其南部的偏东气流,没有为暴雨提供较强的辐合场,且阻挡了北方的冷空气南下,因此不利于强降水的产生。当其减弱消失时,使得北方的动量直接指向暴雨区,有利于辐合上升运动的加强,从而强降水发展加强。最强锋生、降水以及有效位能出现在小高压被破坏后。利用锋生函数计算得出,暴雨时,中层的水平辐散项与变形项对锋生的影响明显。通过湿位涡的计算发现其对低层锋生和降水的预报有着一定的指示和预报意义。