玉林市6月1日大暴雨触发机制分析

通过对6月1-2日出现在玉林大暴雨进行中尺度系统(MCS)及动力机制分析,结果表明:(1)这次大暴雨在两槽一脊经向环流下,高原槽东移为暴雨产生提供了有利的动力条件;(2)切变线快速南压触发了当地不稳定能量释放,低层强辐合、高层强辐散的耦合利于垂直上升运动和MCS的发生发展;(3)水汽通量散度的强辐合为MCS的发生发展提供了有利的水汽条件;(4)强降水出现在MCS发展最旺盛的时段。     

一次暴雨过程受不同系统影响的动力热力场结构特征

本文使用常规观测资料、卫星云图、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对出现在东北地区北部受不同系统影响的连续2d暴雨过程的热力和动力场结构特征展开研究。结果表明:24日为暖锋锋生暴雨,暴雨范围大;25日为台风暴雨,暴雨出现在台风移动路径上,为狭长带状。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,台风倒槽内的MCS强度比暖锋云系内的MCS弱,但是降水强度却更大。台风安比携带大量暖湿空气,其东侧的低空急流向北输送热量和水汽,水汽辐合集中在边界层内,台风暴雨的水汽辐合强度比暖锋暴雨更强烈,所造成的雨强更大。暖锋暴雨期间,小兴安岭迎风坡地形的辐合抬升作用明显;高层强辐散及地形辐合抬升作用对暴雨有较大贡献。台风暴雨期间,低空辐合,特别是水汽辐合作用对暴雨有较大贡献;辐合区位于台风倒槽附近,倒槽表现为冷锋性质。     

一次MCS过程的特征分析

对2010年9月7-8日江苏北部的中尺度对流系统(MCS)特征和暴雨过程进行了分析,应用卫星云图、热力和动力物理量诊断.结果表明:MCS是由若干个α和β中尺度对流云团组成,在MCS成熟阶段有一个逐渐发展成中尺度对流复合体(MCC)的过程;MCS出现在高温高湿对流不稳定的环境中,低层低涡的辐合和锋面的抬升作用为其提供了动力条件;强水中心与MCS云顶温度梯度最大值中心相对应,为暴雨落区预报提供了着眼点.     

广东“12·4”连续暴雨过程的成因分析

利用Micaps常规资料、FY2D云图及NCEP FNL资料,采用天气学方法对2012年4月16—20日广东省出现的连续性暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:在中高纬两脊一槽稳定形势下,冷空气不断补充南下,与暖湿气流在暴雨区域交绥,造成了该次连续性暴雨。该次暴雨的水汽通道有2条,其中西北太平洋13°N以南向西输送的水汽一部分在110°E以东转向,并与南海中北部强蒸发产生的水汽一起向北输送到暴雨区;另一部分在中南半岛与孟加拉湾的水汽汇合经北部湾输送到暴雨区。连续性暴雨的直接原因是中尺度对流系统(MCS)连续多次在广东生消,低层水汽辐合上升使MCS得以生成。导致连续性暴雨触发及维持的天气尺度因子有短波槽、切变线和露点峰。     

滇黔静止锋大暴雨的锋面特征及其对MCS的影响

2012年5月21—22日,贵州省出现了一次典型的Ⅲ型静止锋在南支槽的引导下锋生而触发MCS形成暴雨的过程。MCS有非线性、降水强的特征。分析发现:低层静止锋锋区强,锋生明显;锋前有高能舌及低涡切变发展,切变南侧有偏南急流。垂直方向上锋区陡峭,锋前上凸区内上升气流强,对流不稳定;南支槽及高低空系统的前倾配置是上升气流强的原因。这些锋面特征为MCS发生发展提供了有利条件:低层高能舌和低涡切变为MCS提供了热力和动力条件;偏南急流是影响MCS的重要因素。锋前上凸区是MCS发展的重要区域,锋区附近的θse场及高低空系统前倾配置利于MCS发生发展。锋前到锋区附近的水汽条件好,急流出口处的水汽辐合及上升气流为MCS和大暴雨提供了有利水汽输送。     

南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析

运用卫星云图、雷达回波、Micaps常规及物理资料,对2005年6月5~7日南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析,结果发现它发生在200hPa强辐散作用、低层切变线靠近高层辐合区,以及地面倒槽辐合区强上升垂直运动的耦合有利的环境场中。中-αMCS具有低层气旋式辐合、高层反气旋式辐散的配置,高层辐散是低层5倍以上。中-αMCS在发生发展过程中,有来源于孟加拉湾、南海、西太平洋充沛的水汽输送,主要输送层在925hPa。暴雨发生时对流不稳定。雷达径向风速分布揭示了这次暴雨中存在尺度很小的边界层辐合、低层冷平流的动力触发作用。     

南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析

运用卫星云图、雷达回波、Micaps常规及物理资料，对2005年6月5～7日南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析，结果发现它发生在200hPa强辐散作用、低层切变线靠近高层辐合区，以及地面倒槽辐合区强上升垂直运动的耦合有利的环境场中。中-αMCS具有低层气旋式辐合、高层反气旋式辐散的配置，高层辐散是低层5倍以上。中-αMCS在发生发展过程中，有来源于孟加拉湾、南海、西太平洋充沛的水汽输送，主要输送层在925hPa。暴雨发生时对流不稳定。雷达径向风速分布揭示了这次暴雨中存在尺度很小的边界层辐合、低层冷平流的动力触发作用。     

三峡谷地三类突发性中尺度暴雨概念模型研究

利用2003—2013年湖北省三峡谷地加密自动站资料、常规观测资料、NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对三峡谷地突发性中尺度暴雨过程进行分型,并从环流背景及天气系统、环境场、地形影响等方面分别进行分析阐述,确立有预报意义的概念模型。结果如下:2003—2013年间,三峡谷地突发性中尺度暴雨过程分为西南低涡前冷暖切变结合型、东北冷槽尾部南北气流汇合型和副高内部边界层辐合型三类。其中,西南低涡前冷暖切变结合型,以天气尺度强迫为主,低层冷暖切变结合区对中尺度暴雨预报指示意义强,地面上以北风气流为主,峡谷入口处南侧迎风坡抬升作用强,峡谷附近温度场呈Ω型,中尺度对流系统(MCS)形成后多沿峡谷向东移动;东北冷槽尾部南北气流汇合型,天气尺度系统明显,低层冷切变尾部辐合区对中尺度暴雨预报指示意义强,地面上南、北两支气流并存,在峡谷入口处交汇进入峡谷,MCS形成后多由北向南移动;副高内部边界层辐合型,以边界层辐合和地形强迫抬升为主,边界层弱切变对预报指示意义强,地面上以偏南气流为主,进入峡谷后受地形阻挡作用,形成逆时针旋转的中尺度辐合中心,配合峡谷入口北侧迎风坡地形抬升作用,动力强迫达到最强,MCS形成后多由南向北移。在上述分析基础上,建立了三峡谷地三类中尺度暴雨概念模型。     

内蒙古一次暴雨过程中尺度特征及成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、自动气象站资料、FY-2E逐时云顶亮温TBB资料和闪电定位资料,对2013年7月14-16日内蒙古暴雨过程进行分析。结果表明,此次暴雨过程58%的暴雨站点在2 h、3 h或6 h即达到暴雨量级,强降水造成的中尺度雨团和中尺度雨带是暴雨主要表现特征。强降水是冷锋云系或涡旋云系中不断生消的中尺度对流系统(MCS)直接造成的,在MCS发展和成熟阶段,雨团和地闪密度大值区位于TBB≤-52℃冷云区冷空气流入一侧,但MCS移出区域,也有雨团的出现,是由层状云引发的。地闪密度增加,MCS发展,雨强增强,地闪频次锐减,MCS开始消亡,雨强减弱。阻塞形势稳定、南亚高压东伸和西太平洋副热带高压位置偏北是MCS发生的有利行星尺度背景条件,低空急流日变化是造成强降水集中出现在前半夜至凌晨的主要原因。对流层低层高温高湿、位势不稳定层结和风垂直切变对MCS形成提供了有利环境场。地面中尺度"人"字形切变线形成的扰动机制先于MCS发生,MCS出现在暖式切变线南侧不稳定区,但对流层高层强辐散中心和低层强正涡度中心滞后于强降水峰值出现时刻3~4 h。     

一次阻塞型华北对流性暴雨过程的诊断分析和数值模拟

利用常规和地面加密气象观测资料、卫星云图、NCEP再分析资料及中尺度模式MM5,对2006年7月23日一次阻塞型华北暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟。结果表明,此次暴雨过程发生在以东西伯利亚阻塞高压为典型特征的大尺度鞍型场的背景下,宽广的低压区及高、低空急流次级环流为中尺度对流系统(MCS)的发生、发展提供了适宜的环境和动力强迫;700hPa和850hPa天气尺度的偏西水汽输送和低涡北侧的偏东水汽输送改善了环北京地区的水汽条件,暴雨发生前850hPa中尺度西南水汽输送对北京暴雨的发生有直接影响;MM5模式再现了导致MCS的形成及演变过程;中-β尺度MCS是这次暴雨的直接触发系统,其水平尺度约为0.5个经距,垂直方向由地面伸展到300hPa左右,具有典型的暖心结构,辐合、辐散中心分别位于900hPa和400hPa;MCS北侧强垂直次级环流为强对流的产生创造了有利条件。同时,MCS南侧相当位温的强梯度高能区及该区域的不稳定能量输送也是暴雨发生的重要条件。     

四川盆地东北部中尺度MCS暴雨过程分析

2009年6月19日凌晨至23时四川盆地东北部生了一次由MCS单体带来的大暴雨天气过程。本文主要对该大暴雨过程的天气尺度环流背景、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析。结果显示:(1)高空低槽和地面冷锋位于四川盆地北部为此次暴雨发生提供了有利的大尺度背景;(2)卫星云图及多普勒雷达回波表现出本次暴雨过程的直接系统是中尺度MCS单体;(3)能量、动力及水汽等的时空分布有利于MCS在四川盆地东北部产生;(4)非平衡值显示在MCS发展前几个小时其附近区域的大气已由平衡状态转为较强的非平衡状态,而在暴雨最强时刻,大气的非平衡性减弱并逐渐转为的准平衡状态;(5)大巴山地形抬升垂直速度对大暴雨的发生有促进作用。      

“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析

利用FY-2CTBB及NCEP1°×1°再分析资料,分析2009年7月四川省攀西地区一次暴雨过程的MCS特征及其成因。结果表明:暴雨由一MCS发展增强所致,暴雨中心米易6h内出现降水量超过150mm的大暴雨是由一水平尺度大于100km的β中尺度对流系统造成,该系统由其西北方一TBB-72℃的γ中尺度对流系统发展增强而来;500hPa高原切变和700hPa中尺度低涡是该MCS发生发展的主要触发系统,冷空气入侵也是促使MCS增强的重要因素;来自孟加拉湾的西南低空急流为暴雨期间攀西地区提供了充沛的水汽输送,大暴雨区700hPa层为一强水汽辐合中心。     

江西一次特大暴雨中尺度对流系统特征对比分析

利用FY-2E云顶亮温(TBB)资料,雷达回波资料以及非静力中尺度数值预报模式WRF的模拟结果,对比分析了2010年6月19日江西特大暴雨过程中TBB低值接近但地面降水量差异显著的两个中尺度对流系统(MCS)。结果表明:MCS1为新生对流在有利的水汽、动力和热力条件下迅速发展形成的强盛中尺度对流系统,中低层辐合高层辐散、气旋性涡旋发展旺盛,对流云柱内强上升运动将辐合的大量低层水汽输送至中高层,云水、云冰含量增加,两者重叠层加厚,水物质总量增加,造成地面出现强降水;MCS2尾随层云区的弱辐合仅出现在中层,水汽辐合量和液态水物质含量显著偏小,对应地面弱降水,但是由于高层云冰含量与MCS1对流云区相当,高层雷达回波强度相当,导致卫星云图上TBB出现与MCS1相同的低值。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为：1）地面倒槽与850 hPa水汽辐合中心相吻合。2）地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3）地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θe舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

2012年初秋四川盆地两次西南涡暴雨过程的对比分析与预报检验

利用常规观测和雷达、卫星等观测资料,从天气形势配置、对流活动特征以及预报检验等方面对2012年初秋发生在四川盆地的两次西南涡暴雨过程进行了对比分析研究,重点对直接造成暖区对流性暴雨的MCS活动特征和环境条件进行了分析.两次暴雨过程在天气系统配置上,都具有西太平洋副热带高压强盛稳定、高原槽活跃,以及低层有西南涡生成等共同特点;但由于副高脊线的位置差异、西风带短波扰动强度差异等原因,造成系统移动速度以及降水落区的显著区别.在这两次暴雨过程中MCS都较为活跃,第一次降水过程中的MCS较为稳定,系统移动相对缓慢;第二次过程中出现了MCC,局部单点雨强突出,移动速度也相对较快.分析表明第一次过程湿层相对深厚,对形成强降水非常有利,而第二次过程中垂直切变相对较强,高层存在明显干层,从而形成了更强的层结不稳定性,有利于强对流风暴的形成.两次暴雨过程具有明显的暖区对流性质,不稳定性、LLJ急流轴位置在判断初始对流启动位置上占有更加重要的地位.针对这两次过程的预报检验表明,数值模式在反映暖区对流上存在明显缺陷,而预报员在建立精细化的中尺度天气概念模型指导下,主观预报能够在一定程度对数值预报做出订正,提高对暖区对流性降雨的预报能力.     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。     

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。     

2014年5月下旬江西省西部区域暴雨天气过程分析

利用地面气象观测资料、FY-2E卫星资料、多普勒雷达资料和NCEP再分析资料,对2014年5月24—25日江西省西部地区的暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：1） 500 hPa高度层上副热带高压边缘短波槽东移所携带的冷平流和南方不断增强的暖湿气流的对峙导致暴雨发生。强的热力不稳定、中等偏强的垂直风切变、低层充沛的水汽供应,以及较强的辐合抬升是此次大暴雨发生的环境场特征。2） 中尺度锋区触发了中尺度系统的生成,不断增强的低空西南急流、高空槽对应的正涡度区及低空急流顶端对应的正涡度区,高空强辐散和低层强辐合导致的垂直上升运动为中尺度系统的发展提供源源不断的水汽、不稳定能量和动力抬升条件。3） 多个MCC生成发展并稳定少动,对流单体呈带状分布,其依次通过暴雨区形成的“列车效应”是导致大暴雨发生的主要原因;高空短波槽东移导致MCC转变成MCS,致使暴雨趋于结束。4） 高空短波槽的东移、中低层西南气流的阶段性加强与强降水的发生时间吻合,而地面东风的出现和加强,为更大的垂直风切变提供很好的条件,从而导致暴雨天气的发生。     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

泸州2014年初夏一次暴雨的成因分析

利用FY2D卫星、雷达、高空观测及NCEP 1°×1°数据对2014年6月2日20时~4日20时泸州暴雨成因进行分析,结果表明:(1)这次暴雨属于盆地内的非典型暴雨,体现在500hPa影响系统偏弱,副高位置异常偏南,低层风场辐合范围大,对确定暴雨落区有难度。(2)此次降水中出现的两个降水时段与一个中α-MCS的发展、减弱、再发展密切相关,第一阶段中,泸州与南充生成的两个中β尺度MCS合并为一个具有中α尺度的MCS,强烈发展并引起泸州强降水,随后逐渐南移至贵州西北部减弱;第二阶段中,贵州上空的中α尺度MCS再次发展,受其边缘影响,泸州再次出现暴雨天气。(3)从高低空影响系统配置差异看,最显著的特点在于有较强的冷平流,第一阶段冷平流来源于北方气旋后部的西北气流中,并在泸州形成冷暖交汇;第二阶段,冷平流主要来源于中纬度东移低槽,此阶段中冷平流已控制泸州,冷暖交汇区位于贵州西北部,因此冷平流在本次降水中发挥重要作用。