副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

东天山哈密地区典型暴雨事件对流触发机制对比分析

本文选取2018年7月31日（简称“7.31”暴雨）和2016年8月8日（简称“8.8”暴雨）两次东天山哈密地区强降水天气过程,利用NCEP/NCAR的FNL资料（0.25°×0.25°）、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、FY-2G卫星产品,通过对暴雨期间锋生函数计算诊断,证实了两次强降水过程中尺度对流系统触发因子差异,取得如下主要结果:（1）“7.31”暴雨期间,500 hPa西太平洋副热带高压位置异常偏北,700 hPa暖舌沿副高南侧偏东急流向西北伸展,低层增暖增湿,暴雨区上空形成不稳定大气层结,多个中尺度对流系统在700 hPa低空急流前生成,向东北方向移动和发展。“8.8”暴雨期间,500 hPa西太平洋副热带高压位置异常偏西,对流云团在对流层低层西南急流前生成向东北方向移动。（2）对流层低层暴雨区暖锋锋生是“7.31”暴雨中尺度对流云团的触发因子,云团初生阶段对流触发主要是锋生水平散度项和由垂直运动发展引起的倾斜项决定,成熟阶段暖锋锋生主要由锋生形变项和倾斜项所致。低空东南急流的维持加强利于锋面次级环流发展,是造成中尺度对流系统长时间维持的主要原因。（3）“8.8”暴雨对流云团由对流层低层弱冷锋触发。对流云团发展初始阶段,对流层低层冷锋锋生主要由水平辐散项决定;对流云团成熟阶段,对流层低层冷锋锋生主要由倾斜项决定。低层切变线长时间维持和加强利于低层冷锋进一步锋生,是造成中尺度对流系统长时间维持的主要原因。     

青奥开幕式期间南京地区浅层对流成因及逆向移动特征分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、多普勒雷达资料及NCEP 1°×1°再分析资料,针对第二届青年奥运会开幕式期间形成发展于对流层低层偏东气流中的对流引发南京局地短时强降水天气进行了分析,探讨了低层偏东气流中浅层弱对流的形成机制、降水期间伴随在降水云系中逆向移动的两类对流单体的雷达特征和移动原因。结果表明,降水期间,南京上空对流层低层维持偏东风,中层以上则为西南风,两者之间的过渡区对应一干层,该干层由对流层中层的一支偏北气流携至的干空气形成,叠置于对流层低层较浅薄偏东暖湿气流之上,促进了对流层中低层对流不稳定层结的发展。地面风场扰动形成的局地辐合及地面非锋性斜压带激发了对流层低层偏东气流中对流的形成。镶嵌于降水回波中逆向移动的两类对流单体结构差异明显,两类对流单体质心高度、垂直伸展厚度与所在高度层中所盛行的背景风场决定了对流单体的传播与移动。     

华东地区冷季两次高架对流个例分析

利用高空、地面观测资料和NCEP 0.5°×0.5°分辨率的CFSR资料,对华东地区冷锋后和静止锋前两个高架对流个例的天气类型、环境背景、生成与发展机理进行分析,并对比异同点。分析结果表明:安徽、江苏冷锋后高架对流最大可能的机制是动力抬升触发对流不稳定后产生的,浙江舟山的对流很有可能是在条件稳定性近于中性情况下,由锋生过程强迫的锋面垂直环流产生。浙北静止锋前高架对流可能是在条件对称不稳定条件下,850 hPa急流风速辐合和暖平流的共同作用的结果,850～700 hPa地转绝对动量调整触发条件对称不稳定是其增强机制。共同特点是雷暴都发生在850 hPa等温线密集的锋区,850 hPa都有很强的西南急流,有逆温和强的垂直风切变。不同点在于冷锋后型逆温由西南暖湿气流和冷锋共同形成,逆温幅度更大,为10～15℃,而静止锋前型只有6～7℃;850 hPa西南急流风速更大,为25 m·s~(-1)以上,静止锋前型为20 m·s~(-1);静止锋前型0～6 km高度垂直风切变达40 m·s~(-1),冷锋型只有30 m·s~(-1)。冷锋后型850 hPa受明显切变线影响,静止锋前型只有风速的切变。用雷达产品对高架对流系统的结构分析结果表明:1)冷锋后型回波范围大,比较连续,最强中心55 dBZ,850 hPa切变线位置引导整体回波移动。2)静止锋前型回波比较分散,呈多条平行窄带状,单体的生成比较随机,但移动比较规律,随环境气流平移,没有传播现象。单体最强中心60 dBZ,生命史达2 h左右,有小尺度气旋性辐合、中层径向辐合、低层辐散等强对流特征。单体倾斜度比地面对流单体的大,上升气流和下沉气流距离比较远。当气旋性辐合强度减弱,低层辐散区逐渐远离主体回波时,单体将减弱,可作为临近预报的线索。短期预报关注重点是850 hPa西南暖湿气流的强度(20～30 m·s~(-1)),风向、风速的分布,锋区位置,暖平流强度(3×10~(-4)～5×10~(-4)℃/s),θ_(se)的垂直分布及风随高度的变化(风向随高度顺转角度大于180°,0～6 km高度垂直风切变达30～40 m·s~(-1))等。     

对流对称不稳定的发展演变和环流特征

利用1999年6月一次典型梅雨锋暴雨过程和敏感性试验的数值模拟结果分析了对流对称不稳定的发展演变和环流特征.结果表明：条件对称不稳定是大气稳定状态和条件不稳定状态之间的中间纽带,大气由稳定向不稳定或者由不稳定向稳定的演变均通过条件对称不稳定来实现;对流对称不稳定环流的形成与不稳定层的配置有关,当低层为条件不稳定而高层叠加深厚的条件对称不稳定时,对流对称不稳定环流低层出现垂直上升气流,高层出现范围较广的倾斜上升气流,对称不稳定能量释放产生中尺度云带.当低层和高层出现条件不稳定,中间呈条件对称不稳定或弱稳定度层结时,从低层到高层出现较深厚的垂直上升气流,湿重力不稳定能量的释放导致了云带的形成.     

江淮气旋暖锋上多条对流带的组织结构及成因分析

利用ARW-WRF模式对2014年7月4日12时—5日06时发生在安徽中南部的一次由江淮气旋引发的强降水过程进行模拟,得到暖锋上雨带的雷达回波结构,与实况有较好的一致性。对气旋暖锋上出现的多个小对流带的结构与成因进行了分析,发现暖锋小对流带的高度模拟和实况均在300 hPa以下,其生命史约2～3 h,最长100 km,宽10 km,带与带间距50～100 km,均随高度向东南方向倾斜。其环流特征为对流区东部从低层到高层多对应暖空气上升;对流区西部中上层多为冷区控制;近地面则有类似冷池存在,对流带南部的上升气流有利于对流云的后向新生和形成带状结构。小对流带上,800 hPa有0Ri1和I_(EPV)0区域,稳定层结内出现滚轴状流场分布,有重力波存在的结构特征;600～700 hPa为对流不稳定,对流带间I_(EPV)0。可见暖空气沿暖锋爬升时,在800 hPa附近,由于满足条件性对称不稳定条件,触发条件性对称不稳定和重力波,暖空气继续上升时触发700 hPa之上的对流不稳定,即影响本次暖锋小对流带形成的原因主要为对称-对流不稳定。     

华北秋季强弱线型对流发展时天气尺度环境条件探讨

华北地区进入秋季以后,弱对流过程增加.为了提高秋季对流天气强度的诊断识别能力,选择了9月份发生在相似背景下,强弱不同的两个线型对流个例作了对比分析.结果表明,强对流发生在深厚的天气尺度上升区中(上升运动伸展到200 hPa附近),而且对流层低层环境大气的绝对湿度较大;而弱对流发展时,上升运动仅存在于500 hPa以下,边界层内的比湿只有5～7 g·kg-1,较强对流个例低2～5 g·kg-1.它们是导致对流强弱不同的主要原因.强对流个例深厚的上升运动源于低层辐合切变线、露点锋和高空槽的强迫,此外对流层上部的强辐散叠置在低层辐合区上空,有利于上升运动加强并向高层发展.弱对流产生时,冷空气侵入到对流层中层以下,造成下沉区的下边界较低,不能产生深厚的上升运动.这是强弱个例垂直运动伸展高度不同的动力因素.热力学条件差异主要在对流层中下层.强对流产生时,对流区内有能量聚积,CAPE达到1087 J·kg-1,而且暖湿层和对流性不稳定层伸展到600～700 hPa.弱对流个例,仅边界层相对暖湿,CAPE只有68J·kg-1.上述关于力和热动力条件差异研究结果表明,天气尺度上升运动伸展的高度、对流层下层空气的绝对湿度、暖湿层和不稳定层的厚度等可能是影响华北秋季对流强弱的重要环境因素.     

突发性暴雨的中尺度对流复合体环境条件的个例分析

本文给出了2001年8月24－25日在500hPa西北气流下产生的对流云团单体合并、加强形成中尺度对流复合体（简称MCC）的发展过程，并对其发生的环境条件进行了分析。结果表明，当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时，在500hPa西北气流控制的地区会出现中尺度对流复合体，产生强降水天气。本次过程主要是低层气流的辐合造成水汽、能量的聚积，低层的增暖增湿，高层的干冷空气入侵，形成了强的对流不稳定区；中尺度扰动及低空偏南气流在地面静止锋上被迫抬升，引起中尺度对流云团发展合并，是MCC生成的主要机制。     

中尺度对流系统内β尺度双雨带不稳定机制及锋生对比分析

利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,分析造成2016年6月1—2日重庆地区暴雨天气过程的MCS及内部2条β中尺度雨带的演变特征,并着重对比分析2条雨带锋区、锋生及不稳定机制的差异。结果表明:(1)此次暴雨天气过程由MCS造成,其内部有南、北2条β中尺度雨带,分别位于MCS南、北两侧TBB梯度大值区;(2)北雨带位于低层锋区内,是一条与锋面近于平行的中尺度雨带,而南雨带位于锋区前缘的高湿区和高能区中,对流性降水更强;(3)锋生函数各项对南北雨带锋生贡献有显著不同,北雨带以水平运动作用锋生为主,而南雨带则以垂直运动作用锋生为主,南北雨带锋生各项这种差异,与大气层结稳定度有关;(4)南北雨带不稳定机制有显著不同,南雨带为对流性不稳定机制,北雨带沿着锋面有向冷区倾斜的斜升气流发展,为对称不稳定机制。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.     

2012年7月北京一次大暴雨过程的湿Q矢量和湿位涡分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21日发生在北京地区的一次大暴雨天气过程进行非地转湿Q矢量(Q*)和湿位涡等物理量诊断分析,研究暴雨期间Q*散度、锋生函数和湿位涡的时空分布特征,以及它们与强降水之间的关系。结果表明,Q*在850 hPa高度层上对暴雨表现出良好的诊断特性,冷、暖气流的汇聚加强了锋生作用,强锋生中心出现几小时后即出现暴雨。暴雨区位于Q*辐合区内,Q*散度对6 h后暴雨的落区有很好的指示意义。暴雨落区基本位于MPV1正、负值交界处的等值线密集带上以及MPV2负值区内。暴雨区上空,从近地面到对流层低层的对流性不稳定与条件性对称不稳定同时存在,两者共同作用,这很可能是此次暴雨的中尺度对流系统发生发展的重要条件之一。     

河北省副热带高压外围降水的特征与预报

应用高空、地面等常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、京津冀降水量资料,对2000—2013年河北省69次副热带高压(以下简称副高)外围降水个例进行了综合分析,结果表明:(1)69个副高外围降水个例雨量统计表明,暴雨和大暴雨发生频次自西北向东南明显增加,有三个区域较易出现暴雨和大暴雨:燕山南麓的唐山和秦皇岛、太行山东麓的邢台、河北平原东部的沧州和衡水。河北北部的坝上高原和保定西北部山区出现暴雨的概率较低。(2)按照副高型态,将69个副高外围暴雨过程分为三类,分别给出了每类的代表环流型和降水分布特征,并对这三种类型的环流背景场和物理量场进行了合成分析,给出了不同类型的环流特征和物理量特征。(3)统计了多个物理量及气象要素的平均值和极端值,统计结果可作为该类暴雨过程的量级、强度及极端性预报的重要参考指标。(4)在预报副高外围降水过程时,除了关注高空槽和副高的位置、强度、型态外,更要关注中低层及地面辐合系统。强降水多发生在584或586 dagpm等高线外围、低层700和850 hPa的低涡和切变线及地面倒槽或低压附近。     

一次春季区域性暴雨过程诊断分析

2009年5月9日08时～10日08时，长治出现了春季历史罕见的区域性暴雨天气，给农业、交通和电力等带来严重影响。通过对500hPa环流形势特征，700hPa切变系统，物理量场的相对湿度、散度经向剖面、Ki指数平均场及fy-2c红外卫星云图的综合分析，得出结论：南支槽是这次暴雨天气的主要形势。700hPa切变激发出强对流云带，在缓慢东移过程中造成暴雨天气。强降水期间，相对湿度〉80％的湿中心抬升至150hPa，最大对称的湿中心与暴雨落区近于一致，而且低层幅合，高层幅散呈现出较为明显的对称结构，中低层大气一直处于不稳定状态。     

中尺度对流系统演变中的非线性对流对称不稳定

应用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式用数值试验的方法分析了中尺度对流系统中非线性对流-对称不稳定的发展, 结果表明, 非线性对流-对称不稳定的发展过程首先是对流的发展, 为对称不稳定的发展创造了条件, 而对称不稳定发展的结果使对流组织化, 环流加强, 生命史增长, 并且对流发展与对称不稳定的释放存在一个正反馈过程, 从而给出了其中物理过程相互作用的概念模型.     

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。     

山西中部一次致灾暴雨中尺度特征

利用常规资料、自动站资料、卫星产品和雷达资料,对2010年9月19日发生在山西省中部的暴雨天气过程进行了综合分析,结果表明:①500 hPa副高强盛,由块状转为带状以及对应200 hPa图上东西向反气旋的稳定存在是低空横切变线形成和维持的背景因素,而低空低涡横切变线是暴雨的主要影响系统.②降水表现出典型的β中尺度特征,对流云团首先在低涡西侧形成,随着涡前西南气流的加强,迅速发展东移;横切变线上激发出的β中尺度强对流云团是暴雨的直接影响系统.TBB大小与未来1h降水量成反相关关系.700 hPa水汽输送的变化和500 hPa引导气流风向的变化对6h后对流云团的增强或减弱有指示意义.③此次强降水过程,与低空横切变线相对应,雷达强度回波上表现为线状回波带,其上大于45 dBz的区域即是暴雨区.④850 hPa上低涡西北侧冷平流的侵入使得低涡发展,500 hPa正涡度平流的存在是横切变线维持和发展从而导致强降水的动力因子.     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。     

惯性稳定性在伴有高低空急流的暴雨中的作用

通过对低空西南急流左前方和高空偏北大风轴右后方的惯性稳定性和对称稳定性的理论分析和实例计算，表明：低空急流左前方惯性稳定度大值区的存在，有利于低层湿热能量的积累，使低层倾斜对流的不稳定发展更多期望于条件性对称不稳定或对流不稳定；高空偏北大风轴(西风急流)的存在，是其右后方(右侧)出现对称不稳定的有利条件，高空相对容易出现干对称不稳定；惯性稳定性的作用，使低层的倾斜对流更偏向于垂直方向，有利于对流发展，使高层的倾斜对流更偏向于水平方向，有利于高层辐散。