中纬度中尺度对流复合体发生发展的云图特征

一、前言人们最近发现,类似于热带云团的对流系统也会发生在中纬度地区。1980年Maddox把它命名为“中尺度对流复合体”(MCC)。中尺度对流复合体又称为中尺度对流复合系统(MCS),是八十年代气象上一个相当重要的发现。它的生命史比一般中尺度对流系统     

关于MCC预报的几个问题

一、引言 中尺度对流复合体(MCC),作为一种组织特别完好的中纬度对流风暴系统, 1980年首先由Maddox作了鉴别。以后,国外许多人,特别是美国的许多人对MCC作了许多研究。近几年,国内也有许多人从诊断分析的角度作过许多分析工作,不过很少有涉及预报问题的。这几年,我们积累了一些MCC系统7月     

中尺度对流系统和闪电

1.引言每年春夏时节美国包括大平原和东南地区在内的广大地区的总降水量与中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,以下简称MCS)过境有关.MCS定义为持续时间至少几小时且在生命史内具有明显对流活动的大范围降水系统(水平尺度为100-500km).根据定义,MCS包括超级单体雷暴,伴有层状云降水区的飑线以及中尺度对流复合体(MCC).MCC是根据云顶最低温度和特定温度阈值的覆盖范围来定义的(Maddox,1980).MCC中的对流单体的分布较为     

关于中尺度对流复合体的若干问题

一、引言近几年美国通过间隔30分钟一张的静止卫星增强显示的红外云图,发现了一类重要的中尺度对流天气系统。Maddox1980年将其命名为“中尺度对流复合体(缩写为MCC)。它以具有较大范围近乎圆形的砧状云罩为主要特征。暖半年(3—9月)MCC在美国中部及中国中东部(103°E以东)频繁地出现。它可以产生许多重要的对流天气,包括龙卷、冰雹、毁灭性的暴洪,下击暴流以及广泛分布的有益降雨。事实上MCC系统控制着美国主要农作物区生长季节的降雨和对流天气以及中国夏半年的暴雨和区城性降雹天气。因此研究其发生发展和移动规律非常重要。1979至1983年国内外发表了一系列有关MCC的研究报     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

低纬高原地区一次中尺度对流复合体个例研究

利用地球静止气象卫星(GMS)资料和有限区域暴雨预报模式(HLAFS)分析场,对1999年6月6日低纬高原地区发生的一次中尺度对流复合体(MCC)进行了分析.研究结果表明,MCC发生在副热带高压与滇缅高压之间辐合区中;受两高之间辐合区及云贵高原地形的影响,MCC位于500hPa一个明显的中尺度辐合线上,垂直速度中心强度比其他地区的MCC约大1倍,无辐散层位于400～500hPa之间,北侧准静止锋锋区很强.     

北方一次暖区大暴雨降水预报失败案例剖析

目前全球模式对暖区暴雨的捕捉能力有限,北方地区的暖区暴雨预报更是业务预报中的一个难点。2013年7月1—2日河北、天津等地出现了一次区域性大暴雨过程,降水由锋前暖区降水和锋面降水组成,特别是冀中的特大暴雨[409mm·(24h)~(-1)]暖区降水占60%以上。预报员对此次过程的预报量级显著偏小,特大暴雨、暴雨均出现漏报。各家数值模式预报均不能给预报员提供足够的有用信息,给预报带来很多困难,导致预报的失败。本文利用业务预报中常用的数值预报产品、加密自动站观测资料、常规地面、高空观测资料、新一代天气雷达资料等对此次北方暖区暴雨预报失败案例进行剖析,结果显示:高温高湿的环境中,未能捕捉到可触发对流的次天气及以下尺度的小扰动,如地面辐合线、阵风锋、冷池及中尺度涡旋等及其对强降水的影响,加之对中尺度对流系统的环境场条件,如低空急流、急流核的发展演变等的精细分析不足是导致强降水预报量级偏弱的重要因素;对于发生在深厚暖湿气团中的暖区降水的预报,需考虑高温高湿环境下地面辐合线、冷池及中尺度涡旋的相互作用对对流的触发及组织化发展导致的局地性、对流性强降水的产生;基于地面自动站资料和雷达资料等的短时临近预报可以弥补全球数值预报对中小尺度系统的捕捉能力的不足,提高暖区暴雨的预报准确率。     

中纬度α中尺度对流复合体的β中尺度的发展

和α中尺度对流复合体(Mesoscale Co-nvective Complex,缩写为 MCC)联系的β中尺度的时空特征,已被综合成一个生命史概念模式(Conceptual lifecycle model)。这个模式将作为一个工具,有效地用于改进MCCs 的短期预报。这个模式包括与 MCC的卫星云图形状有关的降水分布的特征模式。每个 MCC 都是多个β中尺度对流串在先,这对流串是沿着α中尺度特征线排列的。这个特征在每小时地面和卫星资料上表现很明显。MCC 的增长集中在这些β中尺度串地方,这些β中尺度对流串沿着α中尺度特征交接线排列,且离交接线最近。在 MCC的整个成熟阶段,多个β中尺度对流在扩展的砧状降水区内持续活动,系统的衰减标志是β中尺度对流的减弱和传播扩散移走。曾用独立个例和这个概念模式做了简要对比。     

华南前汛期锋面对流系统和暖区对流系统的多尺度特征和集合预报敏感性对比分析

2018年5月7日华南地区受锋面中尺度对流系统和暖区对流系统影响,出现多条中尺度雨带。其中锋面对流系统形成降雨区范围较广,雨量分布不均;在锋前30～200 km暖区内,多个离散的短生命史β中尺度对流系统形成范围较小的中尺度雨带;而在华南沿海地区中尺度线状对流长度超过300 km,稳定维持时间超过12 h,形成局地300 mm以上的沿海强降雨带。雷达回波分析表明华南地区的锋面对流系统、暖区对流系统均以低质心型对流单体为主,其中锋面对流单体35 dBz回波顶高平均为5.5 km,暖区对流系统35 dBz回波顶高平均为4.7 km。利用ERA5再分析资料诊断降水效率表明,锋面系统降水效率平均在10%～15%,暖区对流系统的降水效率波动明显,瞬时降水效率可超过90%。此次降雨过程中雨滴谱分析表明,小粒子直径、高雨滴数密度的暖云降水特征突出,沿海暖区对流系统在各个降水强度量级上都具有更大的粒子直径和数浓度,因此降水效率较高。预报检验表明主流业务数值模式对于暖区对流性降水预报能力有限,欧洲中心再预报改善了暖区对流性降水离散度分布,中尺度区域数值模式能够反映锋面对流和暖区对流的基本特征,但在沿海暖区对流系统的强度、组织上仍然有偏差。比较锋面降水和暖区降水的集合预报敏感性表明,锋面降水对于锋前低压槽、低空急流等天气系统强迫具有较高预报敏感性,而沿海暖区降水对于上游入流区不稳定能量分布具有更显著的敏感性。     

一次局地大暴雨的落区分析与预报

应用常规天气资料、地面加密自动站资料、FY-2C红外TBB资料和多普勒雷达资料,并引用中尺度对流复合体(MCC)β中尺度单元(MBE)移动概念模型,对2007年7月18日天津地区出现的强雷雨、局地大暴雨天气进行了分析。结果表明:局地大暴雨是在大范围的有利天气条件下产生的,降水具有明显的β中尺度强对流系统特征;强降水出现在"人"字型回波带的头部,落区位置与中气旋的位置相对应;从地面加密自动站资料也能很好地分析出强降水雨区的位置和移动方向。通过分析FY-2C红外TBB资料表明:强降水出现在MCC中冷云顶区的右后侧,且降水强度在MCC中出现强冷云顶区时达到最强。应用MCCβ中尺度单元(MBE)移动的概念模型,通过判断MBE的移动,可以很好地预报出强降水下一时刻的具体落区位置,从而为该地区强雷雨、局地大暴雨落区的短时临近预报提供一种新的方法。     

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.     

华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

中国暖区暴雨的研究进展

暖区暴雨是中国大气科学界的一个研究热点,由于其天气尺度斜压性强迫弱、环境大气热动力不稳定性强,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,暴雨对流系统触发机制复杂,暴雨突发性、局地性特征明显。目前全球业务数值预报模式、中尺度数值模式对暖区暴雨的预报能力十分有限。20世纪80年代以来对华南暖区暴雨的天气学特征进行了深入分析,并对多地区暖区对流系统的发展特征进行了总结,指出暖区极端暴雨与稳定的线状对流系统的发展有密切关系。近年来通过若干大型科学试验,对造成华南暖区暴雨的对流系统特征、边界层物理特征、降雨云物理过程有了更为深入的认识,其中关于边界层急流、华南沿海地面冷池边界等中尺度特征分析进一步深化了暖区暴雨对流触发机制研究。本文回顾了近40年暖区暴雨部分研究成果,针对多地区暖区暴雨的天气学特征、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区暴雨中尺度对流系统的发展特征等问题进行了总结,并提出需要进一步深入研究的科学问题。     

我国南方MCC的涡度、水汽和热量收支平衡

采用合成分析方法 ,将我国南方中尺度对流复合体的生命史划分为 7个子阶段 ,详细探讨MCC演变过程中的涡度、水汽和热量收支平衡演变特征 ,着重分析了中小尺度系统在MCC过程中的作用。结果表明 :( 1)在MCC过程中 ,中γ尺度和中 β尺度系统活动是引起涡度不平衡的重要原因。( 2 )在MCC初始阶段有中小尺度对流系统消耗MCC的水汽、热量而积极活动 ,造成MCC的视热汇、视水汽汇。成熟阶段的源区域表明有中小尺度系统的活动造成MCC的视热源、视水汽源 ,这是MCC具有长生命史的原因。MCC后期 ,中小尺度对流系统活动造成的视水汽汇和视热汇 ,与有利的大尺度天气条件的逐渐消亡 ,使MCC渐渐消失。 ( 3 )MCC的形成和启动受大尺度环境场的控制 ;一旦MCC开始活动 ,对流层低层、中层的中尺度对流系统活动对MCC的发展与持续过程有十分重要的作用 ;在MCC前期 ,中小尺度对流活动消耗MCC的总能量而启动 ;在成熟阶段中小尺度对流活动释放总能量造成了MCC的长生命史 ;MCC后期 ,大形势发生改变 (如位势不稳定度的变化等 ) ,积云对流活动和(或 )中尺度对流活动的作用与大尺度形势趋势一致 ,致使MCC消亡。 ( 4 )在MCC前期 ,潜热释放是主要加热因子 ;而后对流垂直输送水汽和热量的作用比对流凝结加热的作用大。     

中尺度对流复合体的若干特征

本文根据美国俄克拉荷马州6年共30次春季主要降水事件的卫星云图资料,探讨了中尺度对流复合体(MCC)与一般的中尺度对流系统(MCS)的区别、MCC在MCS中所占的比例和MCC的天气型、生命史、内部结构以及天气形势背景。     

季风槽环境中暴雨中尺度对流系统的分析与数值预报试验

应用地面降水观测资料、卫星云图、雷达回波以及NCEP再分析资料,对华南沿海受季风槽影响下发生的一次持续性暴雨的中尺度对流系统（MCS）进行分析,并探讨采用数值模式对中尺度对流系统降水进行预报的可能性。分析表明,暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成。在相似环境中,不同中尺度对流系统发展形态和水平尺度有较大差异,最大可组织发展成α中尺度对流复合体（MCC）,但一般为β中尺度线状或带状对流系统。对其中发展形态分别表现为椭圆形中尺度对流复合体（MCS-2）和带状β中尺度对流系统（MCS-4）的对比分析发现,对流的起始发展均发生在夜间,与季风槽中低空急流的南风脉动有良好对应关系。基于临近探空资料的诊断发现,被认为对中尺度对流系统组织发展有指示作用的关键物理量如对流有效位能（CAPE）和风垂直切变难以区分不同中尺度对流系统的发展形态和趋势,探空资料的代表性将影响诸如“配料法”等暴雨客观预报方法的建立和应用。利用华南区域中心GRAPES（GRAPES_GZ）数值模式对两个中尺度对流系统进行的模拟预报结果表明,采用数值模式对中尺度对流系统降水进行显式预报已成为可能。比较而言,3 km水平分辨率模式可以更好地预报出暴雨的发生,但结果对是否调用对流参数化（CP）方案敏感。尽管不依靠对流参数化方案模式能够较好地预报出中尺度对流系统初始降水的发生,但会过度预报发展成熟后的降水。模式中如何描述中尺度对流系统对流的组织发展机制、如何处理对流参数化方案的“灰色区分辨率”问题需要仔细考虑。      

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.     

中尺度天气的高空地面综合图分析

中尺度强天气的预报能力非常有限,一个重要原因是在业务预报中,缺乏对中尺度对流天气发生的环境场条件和发生发展特征进行及时有效的分析。本文介绍了国家气象中心正在试行的中尺度天气的天气图分析方法。中尺度天气的天气图分析主要利用探空资料和数值预报相关参量资料,分析中尺度对流天气发生发展的环境场条件,包括高空综合图分析和地面分析。在高空分析中重视风、温度、湿度、变温、变高的分析,并通过将不同等压面上最能反映水汽、抬升、不稳定和垂直风切变状况的特征系统和特征线绘制在一张图上形成综合图,以更直观的方式反映产生中尺度深厚对流系统发生发展潜势的高低空配置环境场条件。地面分析包括气压、风、温度、湿度、对流天气现象和各类边界线(锋)的分析。国家气象中心的强对流天气预报业务试验表明,中尺度天气的天气图分析已经成为强对流天气潜势预报的重要依据。     

介绍一种预报强对流降水和暴洪的方法

影响人民生命财产的重大灾害天气有不少是中尺度系统,目前在业务预报服务工作中缺乏有效的预报技术方法,国内外天气预报工作者都在着重研究解决这个难题,指望用数值天气预报方法解决暴雨等强对流天气的预报,那怕是24小时以内的短期预报,至少在近些年内由于各种技术条件的限制是难于在业务中实现的。另一方面,在现有的常规天气尺度观测资料中却有不少信息没得到充分的利用。本文作者在另一篇文章中曾明确指出目前美国的地面、高空观测站网的密度对于揭示许多重要的中尺度天气特征是够用的,但是在美国国家气象中心制作的分析、诊断图上没有要求把它们进行分析和描述。作者在本文中提出的预报思路的基本想法是尽可能使用目前常规天气图表资料,配合使用气象卫星和雷达资料来帮助预报员提高预报的质量。首先是把国家气象中心传送的分析图诊断图重新进行加工,经加密分析和增加分析内容揭示出是否存在有利于产生强对流天气的形势或中尺度系统,为此要进行大量的个例分析和总结经验的工作,对有关的形势、系统等加以分类、制作模式及找预报判据等。其次是根据国家气象中心发布的指导预报材料确定短期内形势的发展、演变。最后利用当地的预报指标以及逐级判据等,由当地预报员结合指导材料作出最后的预报。这个思路对于在加强国家气象中心对基层台站的分析预报指导前提下,在地方预报中充分发挥地方台站的预报员经验和补充订正的作用,是可以起到积极作用的,对我国有参考意义。我国一些天气工作者早就提出过,目前常规天气图表资料中还有不少有用的信息没被充分利用,对此,在一些暴雨等天气预报的事后分析总结中曾作过探讨和应用的试验,但在日常预报业务工作中一直没有得到重视和组织业务试验。目前的问题是如何结合我国实际情况采取现实可行的方法来推动我国在这方面预报业务的提高。     

武汉气象中心数值天气预报释用系统的研制

随着计算机技术的飞速发展和人们对大气运动过程的深入了解,特别是随着近年来中尺度数值天气预报的业务化,高分辨率的包含复杂物理过程的中尺度业务预报模式已成为1990年以来数值天气预报发展的方向.预报员在实际业务工作中可参考的指导产品不仅有大尺度的天气形势信息,还包括各种中尺度及地面气象要素在内的大气运动的物理参数,从而以数值天气预报产品为基础的数值天气预报释用水平也得以提高.这不仅使得预报员能更方便地利用数值天气预报产品制作当地的各种天气及要素预报,而且使得气象服务更加准确及时.该文对武汉气象中心数值天气预报释用系统(以下简称系统)的开发环境、特点、技术方法和应用情况作了介绍.