近30年夏季移出型高原低涡的气候特征及其对我国降雨的影响

利用近30年(1981—2010年)历史天气图、MICAPS资料以及台站降雨资料,对6—8月移出型高原低涡的时空分布特征及其对我国降雨的影响进行了研究,并初步分析了不同路径移出型高原低涡的环流形势及降雨分布。结果表明:近30年来平均每年有9个高原低涡能够移出高原而发展,移出型高原低涡涡源主要在西藏改则、安多和青海沱沱河以北以及曲麻莱附近,并以东移为主,占移出型高原低涡的58.2%,而东北移和东南移的分别占25.5%和13.8%,其它路径占2.5%。东移路径移出型高原低涡频次与长江流域中上游、黄河流域上游及江淮地区的降雨有较好的正相关;东北移路径移出型低涡频次与长江流域上游、黄河流域以及东北降雨相关较好;东南移路径移出型低涡频次与高原东南侧及长江流域的降雨有较好正相关。各路径移出型低涡的降雨合成分析距平异常大值区分布与各路径正相关分布一致,且降雨异常大值中心与正相关大值中心相对应。利于高原低涡移出并发生降雨的500 hPa异常环流形势为:东移路径,中高纬异常环流型为“西高东低”分布,西太平洋副热带高压(简称西太副高)强度偏弱且位置偏东、偏南,低涡降雨带维持在长江流域与黄河流域之间;东北移路径,中高纬异常环流型仍为“西高东低”型,西太副高强度偏强且位置偏北、偏东,雨带维持在黄河流域及东北地区;东南移路径,为“两高夹一低”异常型环流,西太副高强度较强且位置偏西、偏南,降雨带位于长江流域及其以南地区。      

春季两次东移型西南涡云系的发展演变特征

采用FY-2E和Cloud Sat卫星资料、雷达资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析2013年春季2次西南涡云型、云系结构和雷达回波演变、环境场特征。结果表明:(1)2次西南涡形成都伴随有高原槽东移和高原东侧偏南低空急流增强,偏南低空急流增强对低涡形成和东移起重要作用;(2)西南涡云系结构与低涡环流密切相关,西南涡形成和东移初期,低涡环流结构呈椭圆形,西南涡云系表现为叶状云系或逗点云系,随着低涡后部冷空气入侵加剧,低涡云系形成典型的"S"型后边界。低涡云系的结构形式和边界形状,对低涡形成和东移、急流发展有指示作用;(3)低涡降水分布与低涡云系结构有一定关系,低涡水平云系分布为叶状云系时,降水中心位于其东南部,低涡云系水平分布为逗点云系时,降水中心位于其逗点云内;(4)受低涡云系结构影响,低涡云系降水可分为2个阶段,第1阶段为低涡暖区降水,回波带呈反气旋弯曲,向东移动并向东北方向旋转;第2阶段中层干冷空气下沉加剧,干冷和暖湿气团交汇形成西南—东北向带状回波,雷达回波上"人"字形回波形成。     

高原涡与西南涡相互作用引发暴雨过程及云系特征分析

使用中国新一代FY-4A卫星、GPM卫星的降水雷达等多源观测数据,选择两次高原涡与西南涡相互作用的暴雨个例,分析了两涡作用下盆地中尺度降水云系的空间结构特征。结果表明:西南涡与高原涡耦合作用下产生中尺度对流复合体MCC云系,短时强降水主要发生在MCC发展至成熟阶段,强降水区的云顶亮温值低于-60℃,云顶高度在12 km左右;西南涡与高原涡相互作用时,云顶亮温低值区的中心位置和强度与同时刻强降水特征很好对应;降水云体中对流性降水粒子的反射率因子在低层快速增长,层云性降水粒子的反射率因子强度增长的区域为零度亮带层附近;对流性降水雨强远大于层云,其粒子半径也大于层云降水,而对流性降水粒子的浓度高于或等于后者;层云对总降水量的贡献大于对流云,且层云降水量表现出大小均匀的粒子积聚的结果;对流性降水率垂直分布柱状明显且有云墙,层云性降水率垂直分布呈不规则柱状且没有显著的云墙,降水率均随海拔高度的升高而减小,5 km以下对流层对总降水量的贡献最大。     

移出型西南涡与我国中东部降水的关系

利用常规观测资料、逐日降水和NCEP再分析资料等统计2007—2017年5—7月西南涡共计199例,其中110例移出源地发展。在移出型西南涡中有66例沿偏东路径移动,占比60%;东北路径西南涡约占28.2%;东南路径西南涡仅占10.9%。移出型西南涡与我国中东部降水具有密切关系:偏东型有利于沿江地区降水增多;东北型使江北大部分地区降水增加;东南型有利于华南地区降水增加。偏东型和东北型西南涡中心路径与雨带走向近乎平行,但存在不同程度的偏移,造成偏移差异的直接原因在于低涡北侧是否有降水。研究表明:当高空无干冷侵入时,低涡南侧偏南风越强,北侧空气湿度越大,北侧低空有偏东气流将有利于北侧空气抬升产生降水;当高空存在干冷侵入时,若北侧低层有一支湿润的偏东气流,二者叠加形成对流不稳定,也有利于降水。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24-25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析。结果表明:影响降水过程的是低槽—切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强。强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定。这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好。最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽—切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽—切变云系上云顶温度较高的部位符合“播云窗”概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,“播撒—供应”机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱。     

不同涡源西南涡的若干统计特征分析

利用2012～2016年Micaps天气图资料和《西南低涡年鉴》,对西南低涡及不同涡源西南涡的变化特征、活动期和移动特征以及对降水的影响等进行了统计分析。结果表明:(1)西南低涡平均每年生成95次,但各年差异大。其中,九龙涡最多,盆地涡次之,小金涡最少。西南低涡多发时段在春季与夏初,其中,九龙涡多发时段在春季与夏季,盆地涡多发时段在冬季与春初,小金涡多发时段在冬末与春季。(2)西南低涡活动主要在4～7月,小金涡最长生命史可达168h,在7月;九龙涡最长生命史156h,在5月;盆地涡最长生命史144h,在4月。西南低涡大多数在生成后24h内消失。在12月的西南低涡生命史最短,绝大部分在24h内。(3)西南低涡有三分之一能移出涡源区。其中,九龙涡移出的个数最多,盆地涡其次,小金涡移出的个数最少,但移出几率最高。3～6月是西南低涡移出的主要时段。其中,九龙涡主要移出时段在4～7月;盆地涡主要移出时段在1～5月;小金涡主要移出时段在2～5月。(4)西南低涡主要移动路径是东北、东、东南。其中,九龙涡以东北移为主;盆地涡以东北移、东移为主;小金涡以东移、东南移为主。(5)除冬季、春初外,不同涡源西南涡不论活动时间长短,都会造成降水,九龙涡造成的降水一般比盆地涡大。西南涡造成的很强降水多出现在6～7月。      

金沙江乌东德水电站暴雨概念模型与云型特征

利用自动气象观测站降水资料、常规地面与高空观测资料及卫星云图资料,对2012—2017年6—10月金沙江乌东德水电站坝区18次暴雨个例的大尺度环流背景及卫星云图演变特征进行统计分析,结果表明,切变冷锋型、两高辐合型、西南涡型、孟加拉湾风暴型、切变线型和高空槽型是金沙江乌东德水电站坝区的六类暴雨概念模型。总结归纳出对应的六类典型云型：切变线云带前界处的对流云团8次(占44.4%)、两高辐合云区内部的对流云团4次(占22.2%)、西南涡西南或东南象限的对流云团2次(占11.1%)、孟加拉湾风暴涡旋云系中分离出来的对流云团或对流云系2次(占11.1%)、切变线云带内部的对流云团1次(占5.6%)、高空槽前盾状卷云区南端的对流云系1次(占5.6%)。     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.     

西南低涡对流云团及其降水的一些特征

基于FY-2C静止卫星红外和水汽通道资料,简单分析了发生在四川盆地的西南低涡暴雨云团生消过程,给出了一些有意义的云团生命特征。同时,结合相应的地面自动站降水资料,详细分析了卫星红外和水汽通道云顶亮温与对流云团降水之间的关系特征,结果表明:对于一完整对流降水过程,1小时内最低水汽亮温和水汽亮温增量能很好地描述地面1小时累计降水特征。然而,用静止卫星红外或水汽通道亮温来表征的云团降水特征是非常复杂的。尽管具有相同的最低云顶红外或水汽亮温,但对不同的对流过程其总体降水量级趋势不一样。而且,对于同一对流过程的不同发展阶段,即使出现云顶红外或水汽亮温一样,但其地面降水特征也是不一致的。甚至是对于同一时刻具有相同最低红外或最低水汽亮温特征的云,其降水落区与量级都不尽相同。正是这些复杂的降水特征,使得西南低涡对流云团的降水估算具有很大的难度。      

一次低涡气旋云系宏微观结构和降水预报的检验

利用GRAPES_CAMS模式对2014年5月9—12日一次大范围低涡气旋降水过程的云宏微观结构和降水进行预报,结合观测资料,从天气结构、降水、云宏微观结构等方面对模式预报结果进行检验分析,对低涡气旋降水的增雨可播区进行模式识别。结果表明:无论48 h还是24 h模式均可预报出雨带的位置和移动趋势,且24 h预报雨量的量值、落区和降水时段与实测更接近;模式预报的大范围云系分布和演变与卫星反演结果较吻合;模式预报出了与实测接近的云层冷暖结构、降水性质、云带位置等特征,但云顶高度预报比实测偏高;模式预报的过冷水含量、降水粒子浓度与飞机观测结果接近。低涡降水云系基本为冷暖混合云结构,雨区主要分布于低涡北部、东部及东南部;低涡中心云顶温度为-25~-15℃,而其东侧和北侧云顶温度在-40℃以下,云系含水量大值区主要位于低涡东部和东南部,冷云催化增雨可播区主要位于700 h Pa低涡东侧和东南侧的西南气流中。     

移出高原后长生命史高原低涡在不同移动路径下的大尺度环流特征及差异

利用NECP再分析资料及高空观测资料,对2000—2010年移出青藏高原后生命史长达3天或以上的高原低涡进行统计,并根据移动路径的不同将其分为东移、东北移和东南移三类,统计结果表明:在不同时间段,不同移动路径的长生命史高原低涡具有不同的活跃度,盛夏7月,东移个例远远多于东北移和东南移个例,东南移个例多于东北移个例;而在夏末8月,东南移个例则远多于东北移和东移个例。选取不同移动路径的个例,进行对流层中上层环流背景特征分析,指出其500hPa环流形势,温度平流及200hPa环流形势的共同特征和差异。分析结果表明:500hPa环流形势,副热带高压的位置、走向分布对长生命史高原低涡的移动路径有显著影响。东移、东北移、东南移三种路径,副热带高压依次减弱。印缅地区,东南移路径为季风低压,而东移和东北移路径则为季风槽或印缅槽,即东南移路径25°N以南具有相对较低的位势高度,有利于高原低涡的向南移动;200hPa环流,东移、东北移、东南移三种路径,南亚高压1252dagpm东伸脊点依次偏西。东移路径,南亚高压东伸脊点的明显偏东,使得高原低涡移出高原后受一致西风引导气流的影响,而对于东南移个例,相对北抬的南亚高压前及相对较深的110°E槽后的西北气流对高原低涡的东南移具有一定的引导作用。温度平流带随时间的走向与不同路径的移动方向有着较好的对应关系。移出高原后的长生命史高原低涡基本在平均冷平流带中移动,东南移的高原低涡个例具有相对较强的冷空气活动,使得高原低涡能够向相对较暖的南方移动。     

1979—2016年四川盆地低涡的气候特征分析

利用6 h一次、水平分辨率为0.25°×0.25°的ERA-Interim再分析资料,对1979—2016年生成于四川盆地的西南涡的发生和发展进行统计分析。结果表明：四川盆地低涡集中生成于盆地内;在6月生成最多,7月发展最强;按移动情况不同可将其分为5类：东移型、东北移型、东南移型、西移型和少动型;东移型、东南移型、少动型低涡生成个数的峰值在6月,东北移型和西移型低涡生成个数的峰值在7月。夏季5类长生命史四川盆地低涡的结构和降水合成场表明：从发展强度看,东北移型最强,少动型最弱。从成熟期垂直结构看,除西移型外,低涡均随高度向西北或向西倾斜,在对流层低层为冷性结构,中层为暖性结构;东移型、东北移型、西移型低涡的正涡度区在垂直方向伸展更高;除东南移型、西移型低涡的强上升区与其中心重合外,其余类型位于其中心东侧。从降水特征看,除西移型外,其余类型低涡的降水中心均位于其移动路径东侧或东北侧,其中东北移型低涡成熟期6 h累计降水量最大。四川盆地低涡的强上升区、相对湿度大值区、位于对流层低层和中层的辐合辐散中心与降水所在位置有很好的对应关系,各物理量场相互作用共同促进低涡发展。     

一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306mm、环江218 mm、灵川270mm、桂林251 mm、柳城177mm和田林163 mm.采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究.结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构.(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失.过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系.在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生.(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关.     

黄河上游地区降水雨滴谱特征分析

利用黄河上游地区不同降水云系31次降水的激光雨滴谱仪观测资料,对不同云系降水雨滴物理参量特征及滴谱的演变特征进行统计分析。结果表明:在黄河上游地区,层状云系降水和混合云系降水雨滴粒子呈单峰型分布,对流云系降水雨滴粒子呈双峰型分布。层状云系降水雨滴粒径峰值出现在0.4 mm,粒径范围较窄,雨滴数密度最大;对流云系降水雨滴粒径峰值出现在0.8 mm,粒径分布范围较宽,雨滴数密度最小;混合云系降水雨滴粒径峰值和粒径分布范围介于两者之间。雨滴各微物理参量(平均直径、均方根直径、平均体积直径、中值直径和体积中值直径)由大到小排序依次为对流云降水、混合云降水和层状云降水。降雨强度和雨滴数密度变化趋势一致,对流云和混合云降水强度和雨滴粒子数浓度有较好的相关性。通过雨滴谱特征的研究,有利于认识该地区降水微物理特性及成雨机制,为实施科学人工增雨提供一定的科学依据。     

河南省对流性暴雨云系特征与概念模型

利用2005—2010年FY-2C/E和MODIS卫星资料、A0报文、自动气象站降水资料及常规观测资料,修订了河南省对流性暴雨中尺度对流系统标准,统计分析了暴雨中尺度对流系统的活动规律和降水特征,初步建立了河南省典型对流性暴雨概念模型。河南省对流性暴雨中尺度对流系统主要包括新生对流云团、β中尺度对流系统、α中尺度对流系统及带状中尺度对流系统。对流性暴雨易产生于中尺度对流系统的发生、发展期,多发于中尺度对流系统云顶亮温低中心附近及后侧梯度大值区, 云系上云光学厚度高值区为中尺度对流系统发展潜势区。低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对中尺度对流系统的发生、发展起触发作用;高压后部型与午后边界层辐射增温关系密切,能量锋、边界层辐合线是中尺度对流系统的触发系统;切变型过程中干线的作用较重要。河南省对流性暴雨中尺度对流系统多发展于山区附近,移动路径有东移、东北移和东南移型,高层云导风可为中尺度对流系统的移动发展提供预报信息。     

广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团卫星云图特征分析

通过对1994—2002年间9次由冷锋云系中尺度对流云团分析，发现广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团的源地主要是黔西南和黔中}移动方向是东或东南；当环境云场强度指数≥28有利对流云团的发展，≤26时不利对流云团的发展；初步研究了中尺度对流云团生命史不同阶段的卫星云图形态特征，给出了中尺度对流云团降水的时空分布特征。     

基于TRMM卫星资料对四川盆地降水的三维结构特征分析

利用TRMM卫星多种探测仪器得到的观测资料,分析研究2010年7月15~18日由西南低涡引发的四川盆地区域性暴雨天气过程,重点揭示了该次过程降水的三维结构特征。结果表明:红外和微波亮温数据均能从一定侧面反映低涡云系的降水特征;西南低涡引发的降水属于中尺度系统降水,层云降水对总降水的贡献率超过90%,存在明显的亮带结构;大范围降水区内包含一条主雨带和若干独立的对流性雨团,表现为大范围层云降水围绕对流降水的结构特征,对流性降水云顶最高能发展到17km,局部最大降水率出现在2~5km高度;降水凸起部分为独立的对流降水云团,呈塔状立体结构。      

山西汾阳地区层状云和对流云降水雨滴谱特征

基于多普勒天气雷达和OTT Parsivel激光雨滴谱仪资料对山西汾阳地区2次降水进行分析,对比对流云和层状云降水的雨滴谱特征。结果表明:层状云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为286.20个·m~(-3)和1.33 mm·h~(-1),对流云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为516.13个·m~(-3)和10.17 mm·h~(-1);对流云降水雨强主要由降水粒子数浓度决定,直径为1—2 mm的粒子对2种云系雨强贡献最大;2种云系不同雨强下雨滴谱分布和雨滴平均谱分布均呈单峰型,对流云降水雨滴平均谱宽大于层状云降水雨滴平均谱宽,Gamma分布对2种云系降水平均谱拟合均存在一定偏差;通过雨滴谱计算的雷达反射率因子估算降水会造成对降水的低估。     

北京2008年奥运会开幕日云、降水特征及人工影响天气作业分析

2008年奥运会开幕日当天北京及周边地区出现了较强对流云团,尤其是西南和东北两个方向云体发展旺盛,并且向北京城区形成“合围”之势,给国家体育场内开幕式活动的顺利进行带来了极大威胁。根据天气实况,北京市有针对性地组织实施了大规模地面火箭人工消减雨作业。利用自动气象站雨量监测、雷达云和降水探测以及卫星资料反演的云特征参量,通过对奥运会开幕式活动期间云、降水主要特征及人工消减雨作业的物理响应分析,结果显示：2008年8月8日傍晚至夜间北京西南和东北部郊区(县)对流发展较强,19时（北京时间,下同）至23时降水集中分布于北京房山区与怀柔区、密云县一带。北部—东北部对流云团和雨带在向东北方向缓慢移出过程中曾出现西伸、南压现象,西南部对流云团在进入房山区后其主体移动缓慢,雨区向东偏北移动并威胁到城区和国家体育场,最后云团沿东南方向逐渐移出北京市。结合地面火箭作业的时间、空间分布,通过对目标区内自动气象站雨量、雷达回波探测和卫星资料反演的云、降水宏微观特征参量变化分析均表明,大规模和高强度的火箭引晶作业对抑制云、降水的形成和发展起到了一定作用。     

广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团卫星云图特征分析

通过对1994～2002年间9次由冷锋云系中尺度对流云团分析,发现广西前汛期冷锋云系中尺度对流云团的源地主要是黔西南和黔中;移动方向是东或东南;当环境云场强度指数≥28有利对流云团的发展,≤26时不利对流云团的发展;初步研究了中尺度对流云团生命史不同阶段的卫星云图形态特征,给出了中尺度对流云团降水的时空分布特征。