2013年8月沙澧河流域一次连续暴雨过程成因分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年8月24—25日河南省沙澧河流域的连续暴雨过程进行分析。结果表明：本次连续性暴雨过程共分为两部分,前一部分是台风“谭美”外围的螺旋云带导致,后一部分转为低槽切变线影响,转折点在24日20时之后。偏东急流为暴雨提供了充沛且持久的水汽条件,水汽通量高值区集中在800 hPa以下的低层和边界层。垂直螺旋度计算结果显示,850 hPa等压面上正垂直螺旋度中心的移向和强度变化与降水落区及趋势变化有很好的对应关系,大暴雨中心位于正垂直螺旋度中心附近,正垂直螺旋度中心位置对大暴雨落区有一定的指示意义;中低层正、高层负的垂直螺旋度配置,动力条件非常有利于强降水产生。湿位涡演变分析发现,此次过程中低层既存在对流不稳定,又存在对称不稳定,有利于垂直对流和倾斜对流发生,导致上升运动和水汽输送加强,有利于降水增幅。雷达回波演变特征表明,回波的后向传播、列车效应及准静止等特征,导致降水量增加,暴雨发展。     

2008年河南黄淮地区暴雨过程个例分析

利用常规气象资料和NCEP资料对2008年7月22日河南黄淮地区的暴雨过程进行了分析.结果表明:这次过程是在500 hPa槽前西南气流引导下,高低空急流耦合区内西南涡沿切变线移出,弱冷空气侵入暖倒槽触发不稳定能量释放造成的.垂直螺旋度计算结果显示:中低层正垂直螺旋度中心与降水落区有很好的对应关系,大暴雨中心位于正垂直螺旋度中心附近.湿位涡演变分析发现,这次过程有"干侵入"发生,暴雨区中低层对流不稳定和对称不稳定共存,有利于降水增幅.水汽条件分析表明:这次过程的水汽源地在孟加拉湾和南海,主要是低层和近地层的水汽辐合.     

安康地区一次突发性大暴雨天气过程成因分析

利用陕西自动站雨量资料、常规资料、NCEP1°×1°再分析资料及FY-2C卫星fno等资料对2007年8月6—7日发生在陕西安康地区的一次突发性大暴雨综合分析,结果表明：安康大暴雨是高空短波槽、低层切变线和副高外围西南暖湿气流共同作用产生的;中尺度对流系统（MCS）是此次暴雨的直接原因。垂直螺旋度的计算结果显示：700hPa等压面上正垂直螺旋度中心的移向和强度与降水落区及趋势变化有较好的对应关系,大暴雨出现在正垂直螺旋度中心附近。低层正、中高层负的垂直螺旋度配置为大暴雨的产生提供了有利的动力条件。     

2008年“7.02”滇中大暴雨的成因诊断与数值模拟

利用常规观测、NCEP 1°×1°再分析资料、云图、多普勒雷达回波和WRF模式对2008年7月2日滇中大暴雨进行成因诊断和数值模拟。结果表明:对流层高层的干侵入和中低层冷、暖平流交汇诱发副热带高压和滇缅高压间辐合低涡迅猛发展成强中尺度对流辐合体,加上中低层来自孟加拉湾的丰富水汽输送和中低层强水汽辐合共同引发此次大暴雨。过程中,垂直螺旋度贡献主要在中层;干位涡呈现出对流层顶强正高位涡,300 hPa以下为次正高位涡,两者之间为负区的柱状分布特征,次正高位涡强中心有向下层延伸特征。WRF较好地模拟了整个大暴雨过程中强降水主体时段和大暴雨落区特点,最大对流有效位能变化趋势对强降水有较好预示作用,模拟方案在积分30小时内效果较好。     

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。     

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.     

六盘水市东部一次秋季局地大暴雨诊断分析

该文利用常规观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、高密度区域自动站降水资料以及地形因素等,对2012年9月12日发生在六盘水市六枝特区朗岱镇安乐村一次秋季大暴雨的天气影响系统、物理量场、动力因素等进行诊断分析。结果表明:此次局地大暴雨过程是在高空槽、中低层低涡切变和强盛的西南暖湿气流等天气条件有效合理配置下发生的;大暴雨发生时,位势能量500 hPa—850 hPaΔθse不稳定,对流高度高,对流强度和垂直上升运动增强。模式预报及高密度区域自动站降水资料对暴雨的量级和落区有很好的指导作用。     

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。     

四川暴雨过程动力因子指示意义与预报意义研究

本文利用2010年8月18~19日四川盆地西部地区一次引发了泥石流等次生灾害的暴雨天气过程的数值模拟资料及0.5°×0.5°分辨率、每6 h一次的GFS(Global Forecast Model)预报资料,结合集合动力因子预报系统中的广义对流涡度矢量垂直分量、质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、湿热力平流参数、密度散度垂直通量、散度垂直通量、热力散度垂直通量、水汽散度通量、广义 Q 矢量散度等12个动力因子成员对此次暴雨过程进行诊断分析和预报研究,结果显示:(1)集合动力因子预报系统中的动力因子对此次降水落区诊断效果良好;(2)各动力因子区域均值随时间的变化曲线都能表现出降水区域均值随时间变化曲线双峰形态,其中,广义 Q 矢量散度、水汽垂直螺旋度、热力垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、垂直螺旋度与降水的相关系数较大(达0.9以上),对此次降水的诊断效果较好;(3)动力因子对此次强降水过程的发展演变具有一定的预报能力。     

河北中南部一次大暴雨个例的成因诊断

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料,分析了一次河北中南部罕见短时特大暴雨的环流背景,计算了暴雨发生过程的干位涡、湿位涡值以及暴雨区域垂直螺旋度的大小.然后利用这些物理量从动力、热力学方面对河北暴雨进行综合分析.结果发现:500 hPa干位涡正压项能较好地表征冷空气和辐合区的强度和移动方向,斜压项负值由小到大引发降水强度的增加,斜压项负值的减小预示着降水的减弱.在此暴雨个例中,强对流发生区域与湿位涡异常的移动方向有较好的相关性,强对流出现在湿位涡移动方向前部的等值线密集区,且短时暴雨靠近零线一侧.正MPV1异常与负MPV2异常相叠置区域,即大气对流稳定时,因垂直涡度得到发展,激发出强对流.低层螺旋度正值中心的出现并增大,预示着强对流的发生,同一经度相邻正负螺旋度中心的存在有利于正螺旋度区域暴雨强度的增大.     

Numerical simulation of the sudden rainstorm associated with the remnants of Typhoon Meranti (2010)

The Advanced Research Weather Forecasting (ARW) model was used to simulate the sudden heavy rainstorm associated with the remnants of Typhoon Meranti in September 2010. The results showed that the heavy rainfall was produced when the remnant clouds redeveloped suddenly, and the redevelopment was caused by rapid growth of micro/mesoscale convective systems (MCSs). As cold air intruded into the warm remnant clouds, the atmosphere became convectively unstable and frontogenesis happened due to strong wind shear between weak northerly flow and strong southwesterly flow in the lower levels. Under frontogenesis-forcing and warm-air advection stimulation in updrafts, vertical convection developed intensely inside the remnant clouds, with MCSs forming and maturing along the front. The genesis and development of MCSs was due to the great progress vertical vorticity made. The moist isentropic surface became slantwise as atmospheric baroclinity intensified when cold air intruded, which reduced the convective instability of the air.Meanwhile, vertical wind shear increased because the north cold air caused the wind direction to turn from south to north with height. In accordance with slantwise vorticity development (SVD), vertical vorticity would develop vigorously and contribute greatly to MCSs. Buoyancy, the pressure gradient, and the lifting of cold air were collectively the source of kinetic energy for rainfall. The low-level southwesterly jet from the western margin of the Western Pacific Subtropical High transported water and heat to remnant clouds. Energy bursts and continuous water vapor transportation played a major role in producing intense rainfall in a very short period of time.     

Vertical vorticity development owing to down-sliding at slantwise isentropic surface

Based upon the conservation of Ertel potential vorticity and moist potential vorticity, a ‘parcel dynamic’ approach is used to investigate the development of vertical vorticity of a parcel which is sliding down a slantwise isentropic surface. An accurate form of the tendency equation of vertical vorticity is deduced to interpret such slantwise vorticity development (SVD). In addition to those dynamic terms in the traditional vertical vorticity equation, the newly developed accurate form includes several thermal terms associated with the changes in stability, vertical wind shear and baroclinity. It is proved that the combinative impacts of these thermal terms on the development of vertical vorticity can be expressed by a succinct theory of SVD. According to this theory, when the horizontal component of potential vorticity and stability possess opposite signs, and the slantwise isentropic surfaces are very steep, the vorticity development of the down-sliding flow at such isentropes can be dramatic. It is also shown that in a convectively unstable and saturated atmosphere, such vorticity development must be accompanied by the development of a low-level jet. Study of a torrential rain process shows that moist potential vorticity analysis is a powerful tool in the study of torrential rain occurrence. Results from the present study are in agreement with the contentions of earlier workers that moist symmetric instability is the cause of some heavy rainbands.     

1991年7月上旬贵州地区暴雨过程物理机制的诊断研究

本文对1991年7月上旬在贵州地区发生的几次暴雨过程的位涡场、Q矢量激反场以及相对螺旋度等物理量场进行了诊断分析。结果表明,暴雨的发生发展与对流层高、低层湿位涡（MPV）扰动和中层的负MPV的增强、Q矢量辐合区随高度呈倾斜状分布且输合中心强度明显增强、以及相对螺旋度的增强等过程密切相关。说明高空低润发展、静止锋锋生、斜升气流发展以及低空急流的加强等是贵州地区暴雨发生发展的有利机制。     

湿位涡与锋面强降水天气的三维结构

湿位涡（MPV）给出了大气短期行为的热力状态和涡旋运动之间的约束关系，这种关系导致了强降水这样的天气现象中涡旋爆发性增长的重要机制，它的大小与大气层结的状态、斜压性以及风的垂直切变有关，其正负符号取决这三者的配置。文章分析指出500 hPa上MPV1零线或0～20（0.1 PVU）的区域可作为强降水区的后界（西北界）。锋面南侧暖湿对流不稳定层结大气中，在对流层700 hPa及以下的中低层（低空急流之上）。存在着向东的正涡度环流对应MPV2的正值中心，该中心北部对应强降水区，而锋面北侧的对流稳定层结大气中，     

一次有冷空气侵入的梅汛期大暴雨过程诊断分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及雷达资料,对2014年6月浙江中部地区一次有冷空气侵入的梅汛期大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:短波槽携带冷空气与西南暖湿气流交汇所形成的低涡切变是大暴雨过程主要影响系统;冷空气侵入使垂直方向上形成上冷下暖的不稳定结构,在暴雨区域上空始终对应有配合垂直上升运动中心的低层辐合中心,同时800-900 h Pa的干冷平流向低层的输送对暴雨维持有重要作用。冷空气侵入加剧了低层大气的对流性不稳定,大暴雨的产生与低层大气对流性不稳定的加剧和不稳定能量的释放有密切关系。湿位涡正压项(MPV1)表明大气处于对流不稳定状态,斜压项(MPV2)由负转正发展使垂直涡度得到较大增长,从而为暴雨提供了很好的垂直动力条件。根据雷达速度图上高低层冷暖平流及实况反射率回波,可以初步判断降水的强弱和发展趋势。     

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。      

A diagnostic study of two heavy rainfall events in South China

South China is prone to heavy rainfall which may occur both in the pre-monsoon and the monsoon season. The responsible synoptic systems and the water-vapor sources, however, can be substantially different for different seasons. In this study, we aim to develop conceptual models for typical heavy rainfall events in South China through diagnostic case studies. A number of events have been analyzed using the NCEP/NCAR data, but the discussions here are focused on two representative events, one for the pre-monsoon season and the other for the monsoon season. Both events are found to be associated with extensive moist convective instability in the lower part of the troposphere. For the pre-monsoon case the instability was much weaker and the uplift of the warm moist air was provided by the cold air intrusion related to a weak cold front. The moist potential vorticity theory can be used to explain the increase of vorticity and vertical velocity in the lower part of the troposphere. For the monsoon event, the lower troposphere was extensively and strongly unstable and the upward motion was provided by the shear of a southwesterly low-level jet (LLJ) which appeared to be driven, at least partially driven, by the upper-level jet. In both events, LLJ played a major role in not only providing the dynamic conditions but also the supply of water vapor for heavy rainfall in South China. The diagnostic results presented in this study provide a useful guidance for future numerical simulations.     

湿位涡和倾斜涡度发展

从完整的原始方程出发，在导出精确形式的湿位涡方程的基础上，证得绝热无摩擦的饱和湿空气具有湿位涡守恒的特性。并由此去研究湿斜压过程中涡旋垂直涡度的发展。结果表明，在湿等熵坐标中，涡旋的发展与对流稳定度的减少，等熵面上的辐合和潜热的释放有关。由于等熵位涡分析的应用受等熵面倾斜的限制，又进而发展了Ｚ坐标及Ｐ坐标中的倾斜涡度发展理论。指出无论是湿对称不稳定或对流不稳定大气，还是湿对称稳定或对流稳定大气，除对流稳定度的影响外，风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加均能因湿等熵面的倾斜而引起垂直涡度的增长。湿等熵面的倾斜越大，这种由干湿斜压性加强所引起的涡旋发展更激烈。在梅雨锋附近及其南侧暖湿区的北端，湿等熵面十分陡立，是涡旋发展及暴雨发生的重要地区。对１９９１年６月１２—１５日江淮流域暴雨过程的湿位涡分析表明，湿位涡分析，尤其是等压面上湿位涡量ＭＰＶ１和ＭＰＶ２的分析不仅在中高纬有效，在低纬度及低对流层也十分有效，是暴雨诊断和预报的有力工具。     

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。