华南冷锋活动过程中冷空气的一种补充来源

本文应用华南前汛期暴雨试验广东加密区的地面观测资料进行中尺度分析,发现暖区雨团出现的冷空气在冷锋来临时,可以并入锋后冷空气中,成为冷空气新的补充来源,从而加强这段冷锋的强度,在这段有所加强的冷锋前方,触发暴雨的作用可能更强,发生     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

第一次全球大气研究计划试验期间华南 前汛期暴雨过程及其环流特征的诊断研究

对1979年第一次全球大气研究计划试验(FGGE)期间华南前汛期3次暴雨过程及其环流特征进行了诊断研究。发现：（1）3次暴雨过程均与锋面活动有关,每次锋面过程都与锋生区对应,暴雨多见于锋前暖区内。锋面的特征既不同于冬季的冷锋,又不同于夏季长江流域的梅雨锋。（2）对视热源和视水汽汇作了计算,发现3次暴雨过程中,华南地区的视热源和视水汽汇项有明显作用,积云对流所造成的对流凝结加热作用很重要。（3）华南前汛期暴雨与南海季风有密切关系。1979年FGGE期间南海季风3次向北推进,与3次暴雨过程有直接的联系。（4）对这3次降水过程的水汽来源作了分析,发现除孟加拉湾外,南中国海亦是重要的水汽供应源地。（5）对云系的分析表明,华南上空的β中尺度对流云团为暴雨的发生提供了有利条件。     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

一类华南锋前暖区暴雨β中尺度系统环境特征的分析研究

对2005年6月一次引发珠江(西江)流域致洪暴雨的环流特征和影响系统,尤其是β中尺度系统的环境场进行了研究.这次暴雨具有明显的多尺度特征,涉及到季风的活动、边界层的影响、地形的动力作用等.得到如下结果:(1)南海季风爆发推迟而后持续影响华南,西风带急流以及副热带高压位置均明显偏南,且副高脊线稳定维持在18°N左右,为6月中下旬暴雨在华南地区持续发生提供了稳定的大尺度环流条件.(2)这是一类华南前汛期锋前暖区暴雨.在该时段,华南地区始终维持一条近于东西向的准静止锋,这在卫星云图上清晰可见. 锋生函数的计算结果表明,弱冷空气的作用明显.经向剖面分析揭示出: 锋前有明显的上升运动区存在,非常有利于中尺度对流的发生发展.北方的弱冷空气与副高西北的暖湿气流之间存在明显的中低纬度系统的相互作用.(3)低空偏南气流的风速辐合场,在925 hPa层上最明显.表明在这次华南暴雨过程中行星边界层有很重要的作用.不但从中南半岛和南中国海输送了大量水汽至暴雨区,而且其前方的风速强辐合区,对于对流的启动很有帮助.就启动机制而言,该风速辐合区可能与1998年华南暴雨的风向辐合区有一些差异.(4)南岭山脉的喇叭口地形,对偏南暖湿气流有明显的辐合抬升作用,使垂直运动进一步增强,有利于暴雨的发生.华南(尤其是西江流域)的特殊地形是持续性暴雨产生的重要条件之一.(5)中尺度对流雨团是这次致洪暴雨的直接影响系统.至少有4个β中尺度雨团(A、B、C、D)在西江流域发生发展.上述雨团A 和雨团D分别出现于桂林和梧州等测站附近.该研究集中对中尺度雨团A、D的环境特征作了分析.低空风速辐合中心反复向暴雨区"冲击",暴雨区对流有效位能一次次积累、释放,而又重建.在这种环境下,中尺度对流系统与强降雨云团,此起彼伏,频繁发生.加之对流雨团受环境流场影响 "追随" 洪峰向下游移动,使暴雨和洪水 "叠加" 或 "遭遇",加重了洪涝灾害的影响.     

长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测分析

利用多种加密观测资料，详细分析了长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测特征。结果发现：(1)暴雨由各种尺度的天气系统相互作用造成，直接造成这场暴雨的是中α尺度切变线上活动的多个并不深厚的中β尺度对流系统，该对流系统在发生发展过程中一直伴有明显的中尺度雨团活动。(2)这次中β尺度对流系统活动可能的物理图像为：在切变线东北方和西南方各有一支气流在切变线上辐合抬升并汇入对流系统中，在暖平流的作用下，气流在倾斜的θse锋前上升(或沿锋区爬升)并随高度发生顺转，到7km高度以上开始以西南气流发散，在离对流区400～500km处下沉，并在θse锋区附近构成中尺度垂直环流圈，对流云团发生在该垂直环流的上升支一侧。     

冷锋雨带中湿物理过程与非绝热锋生的相互作用

利用包含冰相微物理过程参数化方案的三维非静力中尺度／云模式（ARPS）模拟了与冷锋有关的冷锋雨带（NCFR）结构，着重分析了锋面云系发展演变的主要特征。模拟结果表明，锋面云系是由位于锋面前沿处的锋面次级环流的上升运动激发的；锋面强度与冷锋云（雨）带中的潜热释放之间的正反馈引起的持续非绝热锋生是锋面以及冷锋雨带得以长时间维持的主要物理机制。进一步分析表明，锋区两侧位温梯度的增加是与沿着冷锋表面的倾斜上升运动引起的云水及水汽的再分布密切相关的，即在冷气团中由云水蒸发发冷却形成冷池，而在暖气团中由水汽凝结以及雨滴冻结等形成暖池，这种冷／暖池在冷／暖气团上的叠加是引起非绝热锋生的关键。     

冷锋影响下西安一次对流性暴雨研究

利用WRF数值预报模式及间歇性同化方法预报结果,分析了2015年8月3日冷锋影响下西安出现的一次对流性暴雨过程。结果表明:本次暴雨具有明显中尺度特征;高层槽线与低层切变线位置近乎重合,锋面陡峭;有β尺度对流系统沿地面锋前发展东移;中尺度对流系统与暴雨雨团对应良好。锋面附近正涡度区、辐合区及上升运动区强度强、范围狭窄,空间结构近于垂直,为局地对流性暴雨发生提供了有利的动力条件。午后持续高温使锋前对流不稳定能量增强,当冷锋移近和低层急流加强时,在有利的秦岭地形影响下触发了锋前不稳定能量释放,导致对流性暴雨强烈发展。     

一次梅雨锋特大暴雨过程的数值模拟研究：不同尺度天气系统的影响作用

2003年7月4~5日在江淮地区沿梅雨锋有一系列中尺度对流系统相继生成和强烈发展,导致了江淮地区特大暴雨的形成。该研究利用中尺度数值模式MM5对这次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,在模拟结果的基础上重点分析了不同尺度天气系统相互作用对这次特大暴雨过程的影响作用。在这次特大暴雨过程中,位于梅雨锋北侧的东北—西南走向深厚、稳定的短波槽系统与槽前从西南移来的低涡系统相配合,加强了位于梅雨锋北侧的反气旋性扰动发展,从而导致梅雨锋北侧反气旋性涡旋的形成。该类反气旋性涡旋形成对江淮切变线的加强与维持起重要作用。中尺度对流系统的潜热释放首先导致梅雨锋低层切变线上的中尺度对流性涡旋(MCV)的形成,而中尺度对流性涡旋的形成进一步加强了切变线上的低层辐合,中尺度对流性涡旋消亡后,在切变线上形成低涡。梅雨锋附近主要存在4种不同垂直环流,它在降水的不同阶段具有不同的结构、配置与动力学作用。其中跨锋面、高层非地转两支垂直环流对锋区的对流扰动发展和暴雨形成最为重要,而降水发展可以调整锋区垂直环流的结构、配置,随降水的减弱,梅雨锋区的不同垂直环流系统又重新恢复到先前结构。梅雨锋上不同尺度、高度的天气系统之间的相互作用主要通过这些垂直环流系统调整实现。     

大气层结对冷锋环流的影响

利用原始方程模式讨论了不同大气层结对冷锋环流的影响及其在激发锋区中尺度强对流系统中的作用，结果表明：层结对锋区环流有非常大的影响，随层结稳定度的减小，锋区非地转越锋环流和上升运动迅速增强，锋前暖区有可能产生中尺度强对流和多重中尺度上升运动带，并有利于对称不稳定的激发；层结对冷锋环流的影响和锋区中尺度强对流系统形成的作用主要由中低层的大气层结状态决定     

梅雨锋附近的条件性对称稳定度

本文根据二维基本气流的理论,通过实例分析了梅雨锋附近的条件性对称稳定度的分布和演变;它与准地转锋生环流的相互作用;它与锋区垂直结构及大尺度水平环流的关系。发现对流不稳定大气因垂直对流而达到对流中性后,可能由于局地条件性对称不稳定而激发斜对流;如果暖区条件性对称稳定度很弱,准地转锋生环流的上升支也会产生类似对流的强降水带,从而使暴雨在对流稳定的条件下持续。这种条件性对称不稳定和弱稳定性与锋区的垂直结构、大范围水平环流、尤其与200hPa南亚高压及500hPa西太平洋副高脊线的相对位置有关。      

一次华北飑线天气过程中环境条件与对流发展机制研究

利用多种观测和分析数据对2008年6月23日午后华北地区一次持续时间较长的强飑线天气过程进行了研究。分析表明这是一次在夏季冷涡背景下发生的强对流天气过程,相对孤立的MCSs在副冷锋附近发生发展。此次飑线天气过程中强风暴对流单体、超级单体活跃,对流组织化过程与地面风场辐合线以及锋面有紧密的关系。天气分析表明22日夜间主冷锋过境后,变性高压后部的偏东风以及偏南回流导致在华北东部的锋区开始增强,通过地面观测订正的探空分析表明,对流天气发生前华北地区局地具有较明显的对流潜势。从23日午后开始,河套地区对流层中低层有明显的短波槽扰动发展,在冷涡后部有副冷锋向华北地区逼近,对流的触发与副冷锋密切相关,并通过次级环流方程进一步诊断了锋面所造成的垂直运动;来自气旋后部对流层中高层的强下沉气流,造成了华北地区垂直方向上干湿对比明显,形成较强位势不稳定,有利于对流的触发以及地面大风的形成。通过对垂直风廓线结构和飑线移动速度的分析,表明在此次过程中冷池边界扩张速度与低层风垂直切变大致相当,因此MCS具有较强的强度并维持较长时间。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

梅雨锋云带内α-中尺度对流系统周边水汽风的分析

应用准静止卫星水汽图像导出的风 (简称为水汽风 )分析东亚梅雨锋云带内中尺度对流系统 (MCS)在对流层上层的流出通道。结果表明梅雨锋云带内MCS有二类流出通道。一类MCS在对流层上层呈现为一个中尺度反气旋。MCS的东部有一支中尺度高空急流 ,这支中尺度高空急流向东流出后转向南 ,流入 2 0°N附近的南亚东风急流内 ,是MCS在对流层上层的主要流出通道。另一类MCS发生在中纬度西风急流的南侧。中纬度西风与MCS南部的偏东北风构成一个反气旋环流带。MCS前方的流出通道 (中尺度高空急流 )是中纬度西风急流的一个中尺度分支。梅雨锋云带内垂直方向水平风速切变小于 1m/ (s·10 0hPa) ,垂直方向“不通风”有利于云带内MCS的维持。初步分析验证了以前数值模拟得到的中尺度高空急流及其流出通道。     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

2009年大连春季强对流雨雪天气过程分析

2009年4月15日大连出现了春季最晚的降雪天气。利用常规资料、自动气象站和雷达等多种资料及中尺度模式MM5对这次强对流雨雪天气过程进行了分析和模拟,结果表明,200hPa急流、500hPa贝加尔湖冷槽南压形成的冷涡、中低层南支槽前水汽输送以及地面冷锋是产生大连春季强对流雨雪天气的环流背景;中层干冷空气叠加在低层暖湿层...     

一次南方春季强对流过程中影响对流发展的环境场特征分析

利用地面自动站资料、多普勒雷达资料、FY-2E卫星云图及NCEP FNL 1°×1°逐6h分析场资料,分析了2010年5月5-7日我国南方春季大范围强对流天气过程中尺度对流系统(MesoscaleConvective System,MCS)的发生、发展特征,重点探讨了环境条件差异及其对MCS的影响。结果表明,由于环境场三维动力结构、水汽条件和热力不稳定条件配置的差异,造成对流发展的多样化特征。利用相对风暴螺旋度分析了环境场动力特征对MCS组织结构的影响。重庆上空中高层较干且具有较强的垂直切变,环境场气旋式旋转相对深厚,随着锋面强迫抬升克服对流抑制作用后,局地激发出相对孤立的类似超级单体的强对流风暴,造成冰雹和雷暴大风等天气;而贵州湿层相对深厚,高低空急流的耦合机制更明显,贵州北部的多单体对流风暴组织程度较高,MCS尺度相对较大,局地短时强降水较明显;广东具有最强的垂直切变和深厚湿层,在浅薄冷空气的触发机制下,发展出深厚湿对流形式的中尺度对流复合体,出现了高度组织化的线状对流带,MCS尺度大、持续时间长,造成较强的降水。     

2017年梅雨期浙江中部连续暴雨过程的环流特征

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°的FNL再分析资料和FY-2E卫星云图资料对2017年梅汛期前后浙江中部大尺度环流背景进行分析,同时对梅汛期三次强降水过程的梅雨锋结构、对流层低层风场对中尺度对流系统发展的影响以及中尺度云团特征等进行了诊断分析。结果表明：1） 进入梅汛期,贝加尔湖长波脊发展及长久维持,带状分布的西太平洋副热带高压较常年偏强,有利于冷暖空气交汇于浙江一带,形成范围大、持续时间长的强降水;2） 在垂直方向上,高空西风急流的入口区右侧与低空急流核左前方相叠加,高低空急流耦合作用明显,为中尺度对流系统维持提供了必备的不稳定机制;3） 三次强降水过程均具有正涡度带随时间东移的现象,揭示了梅雨锋区低值系统沿切变线东移的特点。其中,第三次暴雨过程正涡度东移特点最明显,对流层低层的有利动力条件导致中尺度对流系统的发展及强降水的出现;第二次过程的副热带西风急流中心风速明显较第一次和第三次小,但西风急流中心位置南移至30°—35°N,正好位于梅雨锋区上空,补偿了因急流风速减小对高层辐散的影响。