一次新疆伊犁河谷特大暴雨过程的环境场及不稳定条件分析

伊犁河谷是新疆地区暴雨多发且暴雨强度最强的地区。本文以该地区的一次特大暴雨过程为例,利用观测资料以及WRF高分辨率数值模拟结果对该次暴雨过程的环流背景及不稳定条件进行了分析。结果表明:（1）此次降水过程发生在对流层高层南亚高压“双体型”,中层中高纬度“两脊一槽”以及两个中亚低涡发展移动的环流形势下。在伊犁河谷特殊的向西开口的喇叭口地形作用下,中心位于哈萨克斯坦的中亚低涡导致伊犁河谷低层为偏西风,中心位于塔里木盆地的中亚低涡使得伊犁河谷中层为偏东风,导致伊犁河谷内中低层水平风的垂直切变增强;伊犁河谷内,地形及哈萨克斯坦中亚低涡环流的共同作用形成了低空辐合线,辐合线附近形成的辐合区正好与高空急流辐散区垂直叠加,引发河谷内的上升运动增强。低层西风将水汽输送进河谷,并在河谷内迎风坡附近堆积,上升运动增强后导致河谷内堆积的水汽得以抬升。（2）WRF模拟结果分析显示,散度分布、垂直风切变、水汽及热力层结分布等对降水产生均有重要贡献。通过对湿位涡垂直及水平分量的分析得出热力层结影响的对流不稳定对前期降水的产生有影响,同时,垂直风切变影响的对称不稳定对降水增强维持有重要作用。位势散度分析进一步指示出整个降水区低层的对流不稳定主要是由于位势散度的垂直切变部分造成,而位势散度的散度部分能加强河谷内小地形背风坡处的对流不稳定,说明整个降水演变过程中,动热力因子的相互作用共同影响了降水强度和落区。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

福建一次秋季大范围暴雨成因分析

应用常规观测资料及NCEP再分析等资料,对2008年10月5—6日福建大范围暴雨成因进行诊断分析。结果表明:热带低压倒槽与冷空气共同作用使暴雨区低层气旋性辐合加强,上升运动加剧;差动温度平流增强斜压大气对称不稳定度;次级环流圈的形成和维持加大了降水强度并延长了降水持续时间;南海低层偏南气流为暴雨区输送了源源不断的水汽,同时也提供了动力和热力条件,对不稳定能量的积累、输送和释放起了关键作用;暴雨区层结不稳定维持较长时间,垂直风切变为对流系统的发展提供动能,造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放;螺旋度在诊断低压中心位置、发展和移动的能力比垂直速度或涡度单一因子更好,但与降水中心位置存在滞后现象。     

“8·31”云阳特大暴雨地形动力作用数值研究

利用NCEP再分析资料和WRF模式对2014年8月31日云阳特大暴雨过程进行环流形势分析和数值模拟,并针对大巴山和齐岳山进行地形敏感性试验。结果表明:西南涡、辐合切变线、低空急流是本次暴雨的直接影响系统。大巴山对暴雨的影响主要是阻挡作用和迎风坡作用。大巴山高度降低后,低涡明显向北扩展,降水中心向东北方向偏移,低层辐合减弱导致垂直次级环流上升支强度和对流高度降低使暴雨减幅。齐岳山对暴雨的影响主要是地形狭管效应。齐岳山高度降低后,狭管效应减弱,低空急流强度减弱、位置南压;低层辐合区位置偏南导致垂直次级环流上升支的位置偏南。     

台风“鲇鱼”(1617)导致的江西持续性暴雨天气过程成因

利用常规地面观测资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对台风"鲇鱼"(1617)在江西引发的持续性暴雨过程的形成原因进行分析.结果表明:台风处于大陆副热带高压和西太平洋副热带高压之间的鞍型场中,系统稳定维持,移动非常缓慢,影响时间长.台风登陆后水汽输送通道仍然维持,低层一支由偏南风和偏东风汇合而成的低空急流,为台风暴雨提供充足的水汽和热量.台风暴雨过程分为两个阶段:第一阶段台风本体降水.登陆后台风暖心结构逐渐遭到破坏,但台风中心附近仍维持上下一致的垂直正涡度柱结构,中低层正涡度区位于台风低压中心和台风北侧风向辐合带,辐合带附近不断有局地中尺度对流云团生成发展.同时,台风高层的气流辐散区与低层台风中心北侧的辐合带相互配合,形成"高层辐散、低层辐合"耦合的垂直环流结构.第二阶段台风与冷空气相结合形成的降水.因冷空气锋区南压而产生的锋生作用,一方面导致台风低压的不稳定能量进一步释放,另一方面使得低层的动力抬升作用增强.台风影响期间,地形对台风降水的增幅有一定的贡献.     

2020年“6·26”冕宁致灾暴雨成因观测分析

利用多源观测数据，结合ERA5再分析资料，从环流背景、水汽条件、局地探空特征、对流系统演变以及地形影响等方面，分析了“6.26”冕宁暴雨的可能成因。结果表明：（1）暴雨期间，500 hPa环流形势相对稳定，伴随中纬度槽东移和副热带高压西进，二者间西南气流显著增强，影响四川地区；盆地低涡北部非地转风风向随时间顺时针变化，使夜间向低涡中心辐合的气流增强，促进低涡发生、发展；盆地低涡西部的偏北气流和攀西高原的西南气流同时增强，使局地环流发生变化，改变降水区低层动力和水汽条件，决定降水起止。（2）冕宁暴雨过程分为两个阶段：前期，受地形和冷池出流抬升影响，以及叠加其上的中层辐合的接力抬升作用，西南暖湿气流冲破对流抑制，在灵山寺西南侧山前形成强对流单体，强对流单体随引导气流向东北移动到灵山寺站，带来强降水；后期，受山前地形阻挡和山后源自盆地的冷空气的共同作用下，西南暖湿气流辐合上升运动的强度和伸展高度同时增加，灵山寺站附近不断有质心（回波强度超过50 dBZ）高度较低的强回波单体生消，降水强度显著增强。     

2020年8月10~14日四川盆地一次持续性暴雨过程特征及成因分析

利用ERA-interim再分析资料和国家自动站观测资料,分析了四川盆地2020年8月10日~14日一次持续性强降水过程的特征及成因。结果表明:天气尺度系统的有效配合给此次暴雨过程提供了有利的环流背景,在冷空气及西南水汽的汇聚下,触发此次持续性强降水,整个过程可分为4个阶段,降水带自盆地西部向东移动;各暴雨区在强降水时刻,低层正涡度、负散度的强辐合,高层负涡度、正散度的强辐散抽吸作用均利于大气的上升运动,给持续强降水提供动力条件;相较于第二、三阶段,第一、四阶段的涡度、散度及垂直速度数值明显偏小,使得累计降水量偏少;各阶段降水过程的强降水中心、水汽辐合、上升运动区均位于中、低层低值系统（高原低涡、西南低涡、切变线）的东南侧;第二阶段降水过程中较强的水汽辐合及整层大气一致且极强的上升运动将水汽抬升输送至对流层中高层,导致该阶段累计降水量最大。      

一次浅薄低涡暴雨过程数值模拟及发展机制分析

运用WRF中尺度数值模式对2009年7月27日长江下游地区的一次6 h累计降水226 mm的暴雨过程进行数值模拟,利用模式输出资料,对引发此次暴雨过程的浅薄低涡移动演变和动力结构、温湿特征进行分析,探讨低涡发展东移机制。结果表明:低涡位于500 hPa西风槽前,仅出现在对流层低层,动力与温湿特征均表现其浅薄结构。低涡暴雨降水主要发生在低涡东侧暖式切变线附近。水汽来源于中国南海和东海两地,水汽辐合层深厚,达600 hPa。此次低涡具有较强的斜压结构特征。通过涡度方程分析,辐合辐散流场的维持和发展为正涡度变化率作出主要贡献,三维风场倾斜扭转项作用与正涡度变化存在重要正相关。地形的动力作用使得背风坡更有利于低涡绕山后加强。高低空急流耦合中心和水汽凝结潜热释放区均有利于引导低涡以及低涡暴雨加强东移。湿等熵面呈垂直陡立状,指示低涡已发展到成熟期。预示暴雨即将减弱。倾斜涡度发展条件C_d0的连续增强,指示斜压性、稳定度和垂直风切变的综合作用也是这次低涡保持发展加强的重要原因。     

福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析

利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明:(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速辐合、水汽和能量大值区发展东移南压,中高层先于低层转偏北气流,表现出前倾特征,垂直风切变加大,冷空气从中高层先扩散南下,与低层暖湿空气交汇使对流加强,冷暖气流的交汇叠加风速辐合使得强降水加强并维持。对流单体后向传播向东移动产生的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。     

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明：1） 暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 hPa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2） 中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 hPa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3） 暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 hPa高度层以下正涡度增长一倍, 垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4） 此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52 ℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5） 发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成“列车效应”,造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。     

一次伴有高原低涡和热带气旋活动的持续性暴雨过程分析

为了进一步考察持续性暴雨发生机制,针对2010年7月下旬川、陕、甘地区的一次持续暴雨过程,应用MICAPS资料,FY-2E辐射亮温资料,TRMM卫星降水资料,NCEP每6 h 1°×1°分辨率的分析资料,主要分析了暴雨发生的环流背景,暴雨直接影响系统-高原低涡、热带气旋、中尺度对流系统、冷暖平流等对持续性暴雨的影响。结果表明:(1)本次持续性暴雨过程发生在对流层高层南亚高压由纬向型转为经向型,对流层中层副热带高压东退西进,热带气旋登陆西行,高原低涡东移受阻,中尺度对流系统不断生消的有利条件下。(2)高原低涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓,涡区切变流场加强,正涡度平流输送使低涡加强与维持。(3)低涡为暴雨发生提供了有利的抬升条件,使降水期间涡区呈现较强的正涡度和辐合上升运动,降水最大值出现时间对应辐合上升运动最强时,降水过程中对流层中低层为垂直正螺旋度,有利于低涡系统维持和降水持续,垂直正螺旋度大值区及出现时间对强降水发生及落区有一定的指示性。(4)对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累,同时也使暴雨区中尺度对流系统生肖不断,降水得以发生和持续。     

基于WRF模式的雅安暴雨数值模拟研究

利用WRF模式对2010年8月21日发生在雅安地区的一次暴雨过程进行了数值模拟。对比分析模拟和实况发现,WRF模式较好的模拟了此次降水过程的时空分布,人而利用模式输出的高时空分辨率模拟资料对此次暴雨进行诊断分析。结果表明,青藏高原地形的阻挡作用使副热带高压西南缘的暖湿气流持续向四川盆地输送,在雅安地区上空700 hPa形成气旋性环流中心;主要降水时段内强降水中心从低层到高层均出现了强烈的上升运动,以及暴雨中心上空维持着高层辐散、低层辐合,高空为负涡度、低空为正涡度,且随暴雨过程发展对流层正涡度的加强作用为暴雨的生成和维持提供了有利的动力条件;对流层中低层接近饱和的空气、强烈的水汽输送以及水汽通量散度高低层的配置,为本次暴雨提供了充足的水汽条件;对流层低层大气存在明显的不稳定层结,中层为中性层结,这种对流性不稳定的维持为暴雨天气的发生提供了热力条件,有利于强降水过程的形成。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

“23·7”华北特大暴雨过程的水汽特征

基于常规地面和探空观测以及ERA5再分析资料,分析了2023年7月29日至8月1日华北特大暴雨过程（简称“23·7”过程）的水汽输送、收支及其极端性等特征,探讨了太行山地形对持续性水汽辐合与垂直输送的重要作用。结果表明：此次过程发生在台风杜苏芮残涡北上,受高压坝阻挡,并有双台风（杜苏芮、卡努）水汽输送的有利背景下,降水时间超长、日降水量和累计降水量极大,在华北地区均有显著极端性。低层强盛的东南急流源源不断向华北地区输送水汽,暴雨区南边界和东边界均为水汽净流入,尤以南边界为主。偏东风在太行山东麓地形高度梯度区强迫抬升,形成强的水汽辐合与垂直输送中心,并稳定维持,是造成此次特大暴雨的重要原因。持续的水汽输送与辐合使得整层可降水量最大值超过75 mm,距平超过气候平均3个标准差,具有较强的极端性。对比“23·7”过程与2016年7月19—20日华北特大暴雨过程的水汽特征发现,二者低层水汽来源不同,前者主要来自西北太平洋和我国南海,后者则主要来自我国南海和孟加拉湾;前者区域平均水汽辐合强度明显弱于后者,单位时间内较强的短时强降水站次亦少于后者,但影响时间长于后者,说明相较于雨强而言,超长的降水时间是产生“23·7”极端强降水更为关键的因素。     

2009年8月17日河南北部区域性暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料和降水量资料,通过大气热力学和动力学物理量场的计算,对2009年8月17日发生在河南省北部地区的一次区域性暴雨天气过程进行了分析.结果表明,副热带高压加强并西伸,中低层切变线稳定维持,冷暖空气在河南北部交汇,造成这次区域性暴雨.物理量诊断结果显示,深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雨的产生提供了充沛的水汽;中低层大气处于对流不稳定状态;垂直上升运动强盛;中低层辐合、高层辐散的抽吸作用有利于低层垂直上升运动的加强;中低层正涡度、中高层负涡度结构的维持,促使低层气旋性涡度环流增强,为暴雨的产生提供了动力条件,从而触发不稳定能量释放.     

台风菲特暴雨诊断分析

"菲特"台风暴雨具有阶段性特征,包括台风远距离降水、台风倒槽和内螺旋雨带降水、台风外部螺旋雨带降水、台风残留低压环流与冷空气相互作用降水4个阶段。利用地面观测、气象雷达观测、NCEP分析资料,对"菲特"台风暴雨环流形势进行了分析。引导台风东移的高压东西部具有不同热力属性,东部暖性深厚、西部冷性浅薄。浅薄冷高压阻挡登陆台风继续西移,延长台风倒槽和外围螺旋雨带的降水时间。"丹娜丝"台风的靠近,有利于东南风水汽输送的增强。副热带高压的增强,在黄海上空逼近东移高空槽形成稳定的高空急流。文章提出与传统垂直风切变大、高空急流强的冷空气阻挡型不同的侵入型冷空气和台风相互作用形势。侵入型冷空气从低层入侵,影响台风残留低压的外围环流。在低压外围环流的北部形成较强的东北风,并与海上的东风对峙辐合形成海岸锋。冷空气侵入型的空间不对称特征明显:对流有效位能东高西低,垂直风切变西北高东南低。残留低压的中层受冷空气影响较小,沿海地区的东南风持续的时间更长。中层高位涡区与地面海岸锋的互应,为变性的台风残留低压暴雨提供有利条件。     

习水2014年8月11日特大暴雨天气过程的成因分析

利用常规、非常规资料对2014年8月11日贵州习水发生的特大暴雨天气过程进行分析。结果表明:习水此次特大暴雨主要是在高空低槽发展加深、中低层低涡东移、地面辐合系统共同影响下产生的。低涡切变和地面辐合线在习水境内长时间稳定维持影响是本次大暴雨的主要原因。雷达组合反射率因子表现为回波呈带状分布,具有典型"列车效应";反射率因子剖面图上表现出暖云降水的特征,降水效率高;径向速度图显示,强降雨时段低层存在明显的低空急流和垂直风切变,有利于降水的持续发展;从水汽通量散度场得知水汽供应充足;河谷地形对降雨有增幅作用。     

一例台风诱发副高西北侧连续性暴雨过程的动力学机制分析

利用ncep 1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料,采用动力诊断分析方法,对2008年9月22～ 26日发生在四川盆地西北部连续性暴雨的形成机制进行探讨.分析表明:连续性暴雨天气过程前期(对流性降水阶段),湿位涡正负区叠置的形式有利于低层气旋式辐合发展,强降水出现在对流层中下部MPV1 ＜0和低层MPV2＞0的范围内,而MPV1负值中心和MPV2正值中心及其包围的密集区,是暴雨产生的警戒区.后期(稳定性降水阶段),对流层高层MPV2负值位涡舌的向下伸展,有利于中低层大气斜压性增强,使垂直涡度发展,降水维持.湿螺旋度垂直分布能很好地反映暴雨发生时大气的动力特征,暴雨区上空低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制.强降水发生时段,湿螺旋度有显著增加,这对于降水发生的预报要优于z螺旋度.