一次暴雨过程的数值模拟分析

2005年7月9~10日湖北西部—河南南部出现了一次强降水过程。从天气形势的发展变化,推断出天气系统演变过程的两种可能方式,然后用中尺度数值模式AREM对这次强降水过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上分析了暴雨发展的中尺度过程和特征。这次过程是由辐合线加强和气旋发展两个阶段组成的,在辐合线加强过程中,随着辐合线北侧干空气的南侵以及暖湿空气由南至北倾斜向上发展,上升运动发展到对流层高层后向南北两侧辐散,并在对流层中层构成一对经向偶极子环流圈,它们的下沉支补偿融入上升运动区中,加强和维持了低层的辐合;而在气旋发展过程中,切变线南侧的湿空气明显向北发展,并在切变线上跨越湿度锋区新生发展出一个β中尺度气旋,气旋南半部的湿空气具有强辐合性并伴有强上升运动发展,紧邻其南侧是湿补偿下沉气流,而上升运动北侧的干下沉气流一直向下伸展到边界层顶附近,受低层湿空气向北发展穿越湿度锋区的作用没有向南融入上升运动区中。文中最后给出了辐合线加强和气旋发展的三维空间结构示意图。     

一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究

使用地基双多普勒天气雷达综合和连续调整技术 (MUSCAT), 对2001年7月13日安徽省合肥、马鞍山双多普勒雷达同步探测到的暴雨系统进行三维风场反演.其暴雨系统的流场特点是在低层存在切变线和辐合线, 高层气流辐散, 有明显的垂直环流; 低层的水平辐合区与高层的水平速度的辐散区相匹配, 对应着上升运动; 下沉气流在近地面层形成的向外流出的辐散气流促使暴雨系统前方低层暖湿空气上升; 南北强回波单体在全椒附近合并, 单体合并首先从低层开始, 然后扩展到中高层, 造成全椒地区的局地强降水; 中低层的切变线和辐合线是强回波单体合并的动力因素; 流场特征是在其上空形成中尺度涡旋.最后, 给出了这次暴雨的概念流场模型.     

2013年6月江西一次持续性暴雨过程分析

利用常规观测资料、卫星云图和地面加密观测资料以及NCEP再分析资料等,对2013年6月26—29日江西持续暴雨过程进行天气动力学诊断分析和中尺度分析。结果表明：（1）此次持续暴雨过程是西太平洋副热带高压、季风涌、冷空气以及青藏高原东传的短波槽共同作用的结果;（2）对流层低层水汽辐合加强,以及低层辐合和高层辐散使垂直运动厚度和强度增大,有利暴雨强度增强;（3）冷暖交汇区上升支气流与其北侧的下沉气流同时加强,也有利于暴雨增强;（4）对流层低层西南急流的日变化与强降水在后半夜至凌晨开始加强关系密切;（5）该过程伴随着一系列γ或β中尺度对流系统发生、发展、合并,导致了赣北地区持续暴雨或大暴雨;（6）中尺度强雨团有向地面辐合线区域和对流性不稳定大值区移动发展的趋向。     

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

LAPS分析场在一次强对流天气过程尺度分析中的应用

利用LAPS（local analysis and prediction system）同化系统融合多种观测资料,对2010年8月25日发生在上海的一次强对流天气过程进行中尺度分析。结果表明,这次强对流天气主要是由中、低空中尺度辐合系统直接触发形成的。强对流形成阶段,地面有分散辐合形成并逐渐加强,成为触发中尺度垂直环流的主要机制,垂直结构上出现低层辐合高层辐散的有利配置,风暴中心附近出现明显的上升气流区,中高层相对湿度显著增加。成熟阶段,强对流云体中心附近的对流层底层开始出现下沉气流,上升气流在其拖曳作用下明显倾斜。衰减阶段,下沉气流加强使中尺度环流动力结构和水汽供应受到破坏,垂直结构上转为底层辐散高层辐合。因此,与天气尺度分析相比,基于LAPS的中尺度分析能更深刻地揭示中小尺度系统的三维结构和时空演变特征。     

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。     

一次西南涡引发MCC暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、国家气象卫星中心云顶亮温和地面加密观测资料对2013年7月21—22日发生在陕南的暴雨天气过程进行中尺度诊断分析。结果表明:中尺度对流复合体(MesoConvectiveComplex,下简称MCC)是此次暴雨的直接影响系统;500hPa停滞的低槽,配合对流层高层急流分支出口的强辐散及对流层低层西南低涡的动力抬升作用,形成有利于MCC生成、发展的大尺度环流背景;700hPa西南低空急流、850hPa气流的南支分量为MCC的生成、发展提供充足的水汽和能量;西南低涡的东北移动伴随有MCC云团的生消发展,MCC的发展经历了生成、发展、成熟、消散四个阶段,陕南强降水位于云顶亮温等值线密集一侧;MCC发生在高能、弱对流不稳定区;露点锋加强暴雨区的垂直上升运动,系统北部冷空气与南侧西南暖湿气流导致低层锋生,大气斜压性增大,并在陕南地区产生辐合上升,形成次级环流,又触发对流不稳定释放,相互之间有正反馈的作用。     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

一次辽宁秋季暴雨天气的诊断分析

使用1.0°×1.0°NCEP再分析资料,对2006年10月21—22日深秋暴雨在天气形势分析的基础上,进行物理量诊断。结果表明:在有利的环境背景形势下,高位涡从对流层高层向低层伸展并形成湿位涡柱,引起气旋性环流与低涡环流叠加。对流层低层的湿斜压性增强,引起低层的锋区加强及垂直涡度发展,高空入侵干冷空气锲入底层,低层暖湿空气强迫抬升,使地面发展为气旋;高低空急流耦合产生上升气流,同时较强的补偿下沉运动激发上升运动加强,使次级环流加强,触发不稳定能量的释放;低空急流和超低空急流向辽宁输送暖湿空气及能量,对流层中低层形成湿柱并积聚高不稳定能量;中尺度气旋、高低空急流、湿位涡柱、次级环流上升支、地面高水汽含量湿区、高假相当位温出现的时间、强度、位置和结构决定了暴雨的时间和落区。     

一次非典型梅雨锋暴雨过程及其中尺度系统的数值模拟

利用常规观测资料\, 卫星观测的高时空分辨率TBB资料以及客观分析资料, 对2002年6月22~23日(“02.6”)一次非典型的梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。在此基础上, 利用中尺度数值模式MM5对此次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟, 并分析了暴雨中尺度系统的结构特征。结果表明： （1）天气分析显示, “02.6”梅雨锋暴雨过程与α中尺度低涡的东移发展和对流层低层的两支低空急流的增强发展有关。对流层低层700 hPa为一个缓慢东移与南压的东北西南向冷式切变线, 暖式切变线不太明显, 这与通常的江淮切变线梅雨锋暴雨不同。对流层500 hPa的副热带高压非常强, 高层200 hPa对流层高层的反气旋环流非常强并与高空急流相伴, 南亚高压中心位于我国江南地区。（2）TBB资料分析表明, 此次暴雨过程产生与多个β中尺度系统合并发展成α中尺度系统以及此后从α中尺度系统中不断分裂出β中尺度系统发展演变密切相关; 强中尺度对流系统主要在中尺度低涡冷、 暖切变线的的南侧发生和发展, 并不是在中尺度低涡的冷暖切变线上发展。（3）垂直结构分析显示： 在中尺度系统开始发展阶段, 中尺度系统具有强的垂直于剖面的风分量切变、 低空急流核以及高空强辐散低空强辐合, 这有利于中尺度系统的发展; 当中尺度低涡发展到相对成熟的阶段, 其后部不断分裂出中小尺度系统, 对流层低层的θe具有明显暖心结构, 由于气块绝热上升冷却效应比对流潜热释放作用强, 导致在800~600 hPa层上 θe比环境的低, 加之在强上升运动的顶部两侧的下沉补偿气流也比较弱, 这不利于中尺度低涡的维持。     

南海夏季风垂直结构的变化特征及其对中国东部降水的影响

采用NCEP/NCAR再分析月平均资料和NOAA全球逐日降水资料,首先利用EOF方法分析了南海夏季风的垂直结构时空变化特征,然后初步探讨了南海夏季风垂直结构对中国夏季降水的影响和机制。(1) 南海夏季风的垂直结构有明显的年际和年代际变化特征。EOF第一模态型主要表现为南海夏季风垂直结构的年际变化特征,为对流层低层西南风和对流层高层东北风同时增强(同时减弱)(简称“低层-高层同时增强”和“低层-高层同时减弱”)两种典型结构变化;EOF第二模态主要表现为南海夏季风垂直结构的年代际变化,为对流低层(高层)西南风(东北风)由下向上的增强到减弱变化和相反的对流层低层(高层)西南风(东北风)减弱到增强的变化(简称“低层强弱-高层强弱”和“低层弱强-高层弱强”)的两个不同年代(时段)的垂直结构变化。(2) 南海夏季风垂直结构变化通过改变对流层低层、高层的环流异常变化来影响中国东部夏季降水的异常变化。南海夏季风呈“低层-高层同时增强”垂直结构时,南海低纬热带季风环流异常加强,长江流域低层辐散、高层辐合及异常下沉运动,其南侧的华南地区和北侧的东北地区是低层辐合、高层辐散和异常上升运动,导致华南降水异常偏多、长江流域降水偏少、北方降水偏多;在“低层-高层同时减弱”年,则相反。南海夏季风呈“低层弱强-高层弱强”垂直结构时,我国东部地区自华南到东北,分别是低层辐合(辐散)、高层辐散(辐合)的有利于上升(下沉)运动的环流条件,华南、江淮地区降水增多,江南、东北地区降水减少;对“低层强弱-高层强弱”时段,则相反。      

江淮气旋的结构特征

本文分析了13个江淮气旋个例的合成场。认为江淮气旋的温压场特征是低层为低压,高层为高压,发展时各层均为暖性的,强盛后低层为冷性,高层为暖性;流场特征是低层气流辐合,具有正涡度,高层气流辐散,具有负涡度,气旋中心区域气流上升,边缘区域气流下沉,具有垂直环流圈。     

一次西南低涡特大暴雨过程的中尺度特征分析

针对西南低涡诱发的2007年7月9日川南特大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和非平衡动力强迫的中尺度特征分析方法,对特大暴雨过程中西南低涡内的中尺度系统活动特征进行分析.结果得出:特大暴雨过程中西南低涡内存在着一个向西南倾斜的、深厚的中-β尺度低涡,具有低层辐合、高层辐散的暴雨典型垂直结构.在特大暴雨天气过程中对流层中低层中尺度辐合和高层中尺度辐散呈现出一种先逐渐加强然后逐渐减弱的演变规律,并且特大暴雨区逐渐向中尺度低涡中心靠近.在特大暴雨发生的初始阶段,西南低涡内的大气运动已处于较强的非平衡状态,且越临近特大暴雨发生,低层U相似文献   

华南暖区一次暴雨中尺度系统的数值模拟

为深入了解华南暖区暴雨产生的机制, 首先利用观测资料和卫星云图对2005年5月9日华南暖区一次暴雨过程进行天气分析, 然后利用MM5V3.6数值模式对该次暴雨过程进行了模拟, 利用模拟的输出结果分析了中尺度系统的结构特征和成因。结果表明, 这次华南南部暖区的暴雨区出现在低空急流出口区左侧的辐合区与高空急流入口区右侧的辐散区相迭置的区域; 中尺度对流云团是暴雨的直接影响系统, 系统中心上空偏南气流强烈垂直上升与在系统以南对流层高层下沉的气流构成垂直闭合反环流, 低层气流风速辐合对暖区暴雨系统的形成和发展起决定性的作用。较大的螺旋度可能是暖区暴雨及其中尺度系统发生、 发展的一种重要机制, 可用来判断降水系统的形成和移动。     

台风“泰利”过后汕尾特大暴雨过程的成因分析

利用常规气象资料、中尺度自动站观测资料、NCEP 1°×1°分辨率再分析资料以及多普勒雷达资料等,对2012年6月21—23日汕尾地区连续性强降水过程进行了分析。结果表明:低层辐合、高层辐散、中尺度切变以及中层气旋性环流的相互配合触发了该次特大暴雨过程;前期不稳定能量的积累为强降水的发生提供了十分有利的条件;垂直上升运动有利于水汽的输送,低层辐合、高层辐散的形势场配置有利于上升运动的维持和水汽的抬升;地面中尺度辐合线的移动演变对强降水的持续时间和降水落区有较好的指示作用;中低层垂直风切变的增大、速度场的辐合有利于强单体风暴的形成和发展;南海夏季风随台风活动的演变对于预报暴雨的发生时间和强度有较大的指示作用。     

一次西南涡引发MCC暴雨的卫星云图和多普勒雷达特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和多普勒雷达资料,对2008年6月30日至7月1日发生在滇东北和四川盆地南部一次暴雨天气过程的分析发现,850hPa四川盆地南部西南涡引发的中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）是暴雨的直接影响系统,700hPa青藏高原东南侧西南涡引发的中尺度对流云团并入MCC后导致MCC迅速加强并向西移动。MCC生成于对流层高层急流出口区左侧强辐散区和低层强辐合区。雷达回波上“人”字形回波、平行短带回波和逆风区的出现说明MCC内部存在多个β中尺度对流系统,直接造成多个暴雨中心。MCC成熟阶段表现出中低层辐合和高层辐散的动力特征,其前沿中层以下有强气流流入,以上则有强气流流出。MCC消散阶段从低层到高层都有强西南气流进入,相应气流辐合减弱,失去中尺度组织结构。     

黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 h Pa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南—西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。     

高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究

应用NCEP再分析资料,分析了2014年5月8—9日发生在华南的一次暖区暴雨过程,研究高层动力强迫对此次华南暖区暴雨的影响。此次暴雨过程发生在暖湿的西南气流中,无明显天气尺度锋面系统影响,属于华南暖区暴雨过程。根据中尺度对流系统(MCS)的生消发展特征,可以将其分为5月8日与9日两个阶段,第一阶段具有显著的回流型暖区暴雨的特征,主要研究该阶段。研究发现,高PV扰动沿对流层高层南亚高压东北侧的西北气流下滑东移,导致IPV正异常,其东侧的辐散气流显著发展,在高层辐散气流的抽吸作用下,上升运动首先从中上层发展起来。在过程发展前期,IPV正异常主要是由平流作用引起,且在其东侧诱发出南风异常,进而导致辐散气流发展。当降水发生后,潜热加热反馈作用使高层辐散气流进一步加强,此时,辐散增强是对流发展的结果。此外,低层浅薄偏东风是本次暖区暴雨发生的低层背景场,其与西南风气流汇合,提供有利的低层辐合条件。      

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

一次台风与河套低涡共同影响的陕北暴雨分析

分析了黄土高原东部一次台风与河套低涡共同影响的陕北暴雨,结果表明:深厚、稳定的河套低涡低层辐合、高层辐散的垂直结构及位势不稳定等特征为暴雨区附近强烈上升运动的发展和维持提供了有利的环境条件。低空台风低压环流北侧偏东风气流形成的水汽和能量通道在地处内陆的陕北地区产生强水汽辐合,并导致不稳定能量的积蓄和释放,直接造成了台风外围远距离暴雨的发生。暴雨的形成与地面流场上中尺度辐合系统、卫星云图上中β尺度对流系统(MβCSs)等密切相关。