西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

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.     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2005年7月一次大暴雨过程的模拟和诊断分析

基于2005年7月9—10日河南、安徽等地一次大暴雨的巨大影响,利用中尺度模式（MM5）对此次过程进行了模拟,并使用NCEP/NCAR再分析资料和模式输出产品作了多种物理量诊断分析,结果表明,贝加尔湖附近阻高、下游的东北冷涡及其伴随的高空槽造成了有利的环流形势,低层切变线及急流是此次暴雨过程的最主要影响系统。散度、涡度、垂直速度、螺旋度及位温的分布和演变反映出在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,中低层大气层结不稳定性强,上下层大气物质交换强烈,在暴雨区上空螺旋度呈＂下正上负＂的垂直结构,螺旋度正的大值区对应强降水中心;水汽通量散度的分布说明暴雨区有充足的水汽供应,而锋生条件为降水的形成和维持提供了一定的能量。     

干侵入对陕西“2008.07.21”暴雨过程的影响分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2008年7月21日发生在陕西西南部一次暴雨过程的大尺度环流背景和水汽条件,运用相对湿度、风矢量、湿位涡和垂直涡度等多种物理量场,研究了该暴雨过程中干侵入的机制和特征,以及对暴雨发生、发展和维持的影响.结果表明,此次强降水过程是在高空槽和低空气旋的有利形势下产生的.水汽主要来源于孟加拉湾,持续的高层辐散、低层辐合的环流配置保证了低层源源不断的水汽辐合并抬升凝结,有利于转化为降水.受高空低槽发展东移的影响,干侵入在垂直层次上表现为由对流层中高层向低层的注入,水平方向上主要表现为由西向东的侵入,其中在103°E以西地区存在较强的下沉运动是干侵入的载体.应用湿位涡与倾斜涡度发展理论分析表明,当对流层中高层具有高值位涡的干空气侵入到低层时,由于湿位涡守恒特性,引起倾斜涡度发展,进而导致低层垂直涡度的急剧发展,有利于上升运动将水汽向上层输送,冷暖空气相遇,产生此次暴雨过程.     

一次区域性大暴雨过程中尺度诊断分析

利用实况降水、FY-2C资料、实时探空、NECP/NCAR再分析资料对2009年8月2—5日川渝地区大暴雨过程主要环流系统、水汽输送特征,以及湿位涡和垂直螺旋度演变特征进行了诊断分析。结果表明：此次强降水环流背景是高空槽东移,耦合了＂天鹅＂台风动力阻塞维持在川渝地区的西南低涡,南侵的冷空气和西南急流输送的暖湿气流交汇,形成明显的气旋性辐合,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展,且降水过程中一直维持较好的水汽输送条件;湿位涡对本次降水落区有较好的指示意义,由于强降水湿位涡负值中心上空的大尺度下沉气流、强上升气流的倾斜程度和最大锋生强迫区的位置和强度,强降水落区（重庆西部）位于负值中心（四川盆地）暖气流一侧;垂直螺旋度发展演变与暴雨有着密切的关系,当螺旋度等值线密集（稀疏）时,强降水发生（减弱或结束）,且暴雨发生时,总是伴随着高（低）空正（负）垂直螺旋度的耦合发生。     

两类动力因子对四川盆地一次低涡暴雨的应用研究

利用常规观测资料、FY-2E卫星云顶黑体亮度温度(TBB)资料、欧洲中心0. 25°×0. 25°资料,选取质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、散度垂直通量、密度散度垂直通量、水汽散度通量等7个动力因子对2015年8月16-18日四川盆地一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次降雨过程是由高原低涡、高原切变线、西南低涡等多个天气系统共同作用造成。(2)随着高原低值系统的东移、减弱,西南低涡的生成、发展,伴随的对流云团经历了连续生消的过程。(3)动力因子对此次暴雨过程的发展和演变有较好指示意义。动力因子大值区基本覆盖强降水区。西南低涡形成初期,动力因子大值区和高原切变线分布一致,降雨中心位于动力因子大值区和高原切变线右侧,与西南低涡中心对应。西南低涡强盛时期,动力因子大值中心、西南低涡中心、降雨中心趋于重合。降雨区上空存在质量散度辐合、气旋性涡度和水汽通量涡度的垂直向上输送及辐合上升运动。     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

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.     

南疆西部干旱区两次极端暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、ERA5分析场数据等资料,对南疆西部两次极端暴雨过程的环境条件和形成机理进行对比分析,以更深入理解南疆极端降水特征和产生机制。两次过程分别发生在春季和夏季,高层环流存在显著差异,南亚高压分别呈东部型和双体型,但配合中层的“阶梯槽”形势,均为极端降水提供了特殊有利的环流背景。低空700～850 hPa偏东急流是南疆西部极端降水发生的重要天气系统,其不但是暴雨发生地主要水汽通道,还与地形形成强烈辐合,是极端降水重要的触发和水汽集中机制。引入二阶湿位涡对两次暴雨过程的非均匀特征及可能产生机制进行了对比分析。结果表明,二阶湿位涡高值区与降水的发展演变呈现较高一致性,二阶湿位涡主分量包含对流稳定度与绝对涡度垂直梯度的耦合,体现极端降水大气的主要动热力结构特点:发生在2021年6月15～16日的夏季过程,极端降水区主要位于昆仑山沿线,与塔里木盆地南侧强烈的低层气旋性旋转有关,旋转促进水汽快速集中,垂直方向表现为中层负涡度叠加于正涡度之上,垂直涡度梯度显著,同时水汽抬升凝结,中层大气加湿加热,对流稳定度在垂直方向非均匀性增强,两种垂直梯度结构均有助于垂直运动增强,促进极端降水形成;发生在2020年4月17～24日的春季过程,降水主要位于南疆西部喇叭口地形区,“阶梯槽”形势造成的越山干冷气流和塔里木盆地的偏东暖湿气流辐合,形成中层正涡度带,激发上升运动,是极端降水的主要成因。     

SIMULATION OF BOUNDARY LAYER EFFECTS ON A HEAVY RAINFALL EVENT CAUSED BY A MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM OVER THE YELLOW RIVER MIDSTREAM AREA

A heavy rainfall event caused by a mesoscale convective system (MCS), which occurred over the Yellow River midstream area during 7–9 July 2016, was analyzed using observational, high-resolution satellite, NCEP/NCAR reanalysis, and numerical simulation data. This heavy rainfall event was caused by one mesoscale convective complex (MCC) and five MCSs successively. The MCC rainstorm occurred when southwesterly winds strengthened into a jet. The MCS rainstorms occurred when low-level wind fields weakened, but their easterly components in the lower and boundary layers increased continuously. Numerical analysis revealed that there were obvious differences between the MCC and MCS rainstorms, including their three-dimensional airflow structure, disturbances in wind fields and vapor distributions, and characteristics of energy conversion and propagation. Formation of the MCC was related to southerly conveyed water vapor and energy to the north, with obvious water vapor exchange between the free atmosphere and the boundary layer. Continuous regeneration and development of the MCSs mainly relied on maintenance of an upward extension of a positive water vapor disturbance. The MCC rainstorm was triggered by large range of convergent ascending motion caused by a southerly jet, and easterly disturbance within the boundary layer. While a southerly fluctuation and easterly disturbance in the boundary layer were important triggers of the MCS rainstorms. Maintenance and development of the MCC and MCSs were linked to secondary circulation, resulting from convergence of Ekman non-equilibrium flow in the boundary layer. Both intensity and motion of the convergence centers in MCC and MCS cases were different. Clearly, sub-synoptic scale systems in the middle troposphere played a leading role in determining precipitation distribution during this event. Although mesoscale systems triggered by the sub-synoptic scale system induced the heavy rainfall, small-scale disturbances within the boundary layer determined its intensity and location.     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

阳江复杂地形对特大暴雨影响机理的数值研究

采用中尺度天气预报模式WRF (Weather Research Forecast)对广东省阳江地区2019年5月26日00时—28日00时暴雨事件进行数值模拟,并通过一系列的地形敏感试验,讨论地形对暴雨发生和发展的影响。结果表明:地形对暴雨的影响显著,地形的高度影响暴雨的强度和位置;与未作任何改变的控制试验相比,地形降低试验和细网格地形高度取平均试验无山脉的阻挡,阳江地区无爬流和绕流运动及相对涡度减小,南风将低层水汽和能量带到更北的位置,暴雨中心随之北抬;增高地形试验,由于山脉阻挡,更多水汽和能量堆积,以及地形的阻挡产生绕流和爬流运动,绕流有利于局地涡旋生成,爬流运动会增加垂直运动速度,正涡度中心增强,低层的水汽辐合上升凝结,造成更大暴雨。      

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。     

2018年登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部强降雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径数据、MICAPS常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料和FY-2G相当黑体亮温资料,分析2018年8月17日02时至19日14时因登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部连续2 d多的暴雨成因。结果表明：中国黄淮中部短时强降雨站次多、强度大,除了对流云的前或后边界、“列车效应”、核心区与它们之间的合并能导致短时强降雨之外,非对流云也可导致强降雨。17日黄淮中部及以南,暴雨偏在“温比亚”移动路径右侧,中层倒槽偏在低层倒槽西侧有利于触发黄淮中部强降雨。18日暴雨主要中尺度影响系统为“温比亚”北侧中、低层倒槽和偏东风急流,以及热带气旋本体环流和弱冷空气。水汽925 hPa辐合、400 hPa辐散加大,中低层温湿能量增加,是黄淮中部暴雨增幅的原因,风的垂直切变加大对强降雨具有较好的指示作用。18日20时开始渤海北岸西南风高空急流形成,低层倒槽东侧偏南气流加强北上,高、低空环流耦合导致山东北部等地暴雨发展,黄淮中部降雨则明显减弱。     

闽中南罕见冬季锋前暴雨个例特征分析

利用福建省逐小时加密自动站资料、风廓线、S波段双偏振雷达与雨滴谱等新型探测资料以及NCEP逐6 h的1°×1°大气再分析资料,分析了2017年2月21—22日福建中南部一次预报失败的冬季暴雨过程。结果表明:(1)此次暴雨过程类似于锋前暖区暴雨,自2000年以来仅此一例,十分罕见,是在低空急流偏强并长时间维持的背景下产生的,并未受到南支槽和冷空气的影响。(2)闽中大到暴雨带和闽南暴雨区的对流系统相互独立,有多个对流系统影响闽中地区,仅两个对流系统影响闽南地区。降水有较明显对流特征,属暖云弱对流降水,容易导致预报员对雨强估计不足。(3)此次冬季暴雨过程的水汽主要来自南海地区,低层水汽条件与汛期暴雨相当,但整层水汽条件较汛期略差;低空急流对暖湿气流的输送使暴雨区趋于不稳定,但对流不稳定度较汛期弱。(4)高空辐散低层辐合的配置为冬季暴雨带来了有利的动力抬升条件,但暴雨区涡旋性不强,无明显正涡度柱。其中,闽中大到暴雨主要与条件性对称不稳定有关,是在湿斜压作用下倾斜上升运动中产生,而闽南暴雨区既存在对流不稳定,也存在条件性对称不稳定。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料及NCEP 1°×1° 6h再分析资料,对2007年7月上旬四川东北部连续出现的3场大暴雨过程的环流形势及动力结构、水汽输送和热力不稳定条件进行了诊断分析。结果表明：（1）前2场区域性大暴雨出现在副热带高压和巴尔喀什湖冷涡两个长波系统稳定少动的阻塞环流形势下．第3场局地性大暴雨发生在环流调整过程中,副热带高压快速东撤导致对流云团在东移过程中迅速减弱消亡;（2）暴雨的水汽主要来自南海,低空偏南风急流的维持为连续暴雨提供了源源不断的水汽输送和持续的能量供应,3场暴雨的中心均出现在位于低空急流出口区左侧水汽辐合中心的巴中地区;（3）造成严重洪涝灾害的前2场区域性大暴雨过程期间,从地面到高层形成了“辐合-辐散-辐合-辐散”接力式上下大气运动的动力结构,大气层结处于高能和对流不稳定状态,且有冷空气触发,大暴雨发生在能量锋区偏向暖区一侧。     

贵州2次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP每日4次的1°×1°再分析资料、地面降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度资料,针对贵州2011年6月5-6日和9月30日至10月1日的2次暴雨天气过程的形成机制进行了诊断分析。结果表明：中纬度低压槽和热带低压分别为2次暴雨提供了有利的环流条件,偏南暖湿急流与干冷气流的交汇有利于激发中尺度对流系统,2次暴雨过程都伴有旺盛的中尺度对流系统发展,MCS是造成暴雨的重要原因。对流层高层强辐散、低层辐合的配合,垂直运动的增强和充足的水汽供应形成了有利于强对流活动发生发展的条件;湿位涡的水平分布对暴雨落区及发展有较好的指示意义,湿正压项和湿斜压项的恰当配合对于垂直涡度的增长和对流活动的加强有重要作用。