长江下游梅汛期中尺度涡旋特征分析

利用2006～2009 年日本再分析资料对长江下游地区梅汛期间(5～7 月)边界层内中尺度涡旋进行普查,并分类统计分析了边界层内中尺度涡旋与暴雨、低空急流的关系。研究结果表明:每年的5～7 月该地区经常在对流层低层或(和)边界层内出现中尺度扰动涡旋,根据中尺度涡旋最初生成的高度不同,可划分为边界层中尺度涡旋、对流层低层中尺度涡旋和对流层低层—边界层中尺度涡旋三类。边界层中尺度涡旋中与暴雨有密切关系的中尺度涡旋称为边界层中尺度扰动涡旋(PMDV),根据涡旋前或后6 小时累积雨量,可以进一步将其分成两类:第一类是暴雨的直接制造者中尺度对流系统(MCS)先于边界层中尺度扰动涡旋发生(MCS-PMDV);第二类是边界层中尺度涡旋产生后,激发了中尺度对流,造成了暴雨过程(PMDV-MCS)。PMDV-MCS 类涡旋暴雨的特点是在对流层低层850 hPa 是一条切变线,其南侧有一支西南低空急流,边界层925 hPa 则是一个闭合的涡旋,暴雨区主要落在涡旋的东北面和东南面。     

雅安“8·26”特大暴雨的天气分析

2003年8月25日晚8时30分至26日凌晨1时许,四川省雅安市雨城区发生228．1mm的特大暴雨,给当地造成了历史罕见的灾情。本文主要从天气学角度,对该降水过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、水汽输送及源地、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析。结果表明：雅安“8·26”特大暴雨过程是一次典型的登陆热带气旋与“雅安天漏”中β尺度地形涡旋相互作用的暴雨过程。此过程产生的大尺度环流背景及天气尺度影响系统是：对流层上层南亚高压一直稳定在青藏高原中部,雅安市上空100hPa为南亚高压的辐散场;对流层中层西太平洋副热带高压主体持续加强西伸,位于南海的“科罗旺”台风稳定西进,雅安市处于副高边缘湿润的东南气流和高原切变线前部的辐合上升气流中;对流层低层受对流层中层高原切变线和登陆台风东北侧强东风急流的激发,地形涡旋强烈发展。“科罗旺”台风东北侧和副高西南侧,850～700hPa天气尺度的低空偏东急流及其风速脉动,从热力（水汽、感热、潜热输送）和动力两个方面激发暴雨区的中β尺度系统迅速、强烈的发展。暴雨过程的水汽输送主要是靠“科罗旺”强台风的作用,水汽源地主要来自南海。暴雨中的地形作用非常显著,青衣江河谷喇叭口地形和迎风坡对暖湿空气的强迫辐合抬升,对降水有很大的增幅作用,暴雨中心地形雨的比率高达60％以上。     

渤海西岸偏东风对天津局地大暴雨的影响分析

利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东人流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。     

长江中游一次β中尺度低涡的数值模拟

利用PSU/NCAR的中尺度数值模式MM5,对1999年6月29日的一次东移低涡过程进行了数值模拟,结果表明:在东移的a中尺度低涡的东南部边界层激发出一个β中尺度的涡旋,该β中尺度涡旋与一强暴雨区相伴移动,稠密的实况降水资料证实了这一暴雨雨团的存在和移动过程。模拟分析揭示β中尺度涡旋出现在停滞的α中尺度低涡南侧偏西气流与暖区偏南气流相遇处及中尺度山脉的背风坡;在中尺度山脉背风坡的地面和近地面层分别有中尺度低压和增强的东南气流存在,由此产生或加强了近地面的强涡度和强辐合,有利于对流系统的发生发展。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

梅雨锋上边界层中尺度扰动涡旋的个例研究

运用实况自动站、高时空分辨率的雷达和数值模拟资料,对2009年7月24日的梅雨锋暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)锋面南侧的暖区弱降水环境内,近地面的风场会有扰动涡旋出现,随着扰动涡旋趋于稳定和向上发展,降水迅速加强,形成短时暴雨,并伴随有大风出现。(2)偏西气流从边界层开始发展并加强为急 流,在向东推进的过程中逐渐抬升,形成了一支从边界层倾斜入对流层低层的急流轴;而偏南气流与偏北风相遇之后,不仅形成风向的辐合和切变,而且在空间上被抬升,形成了一支斜升入流。(3)在近地面风场的切变和 辐合作用下,锋生与辐合同步加强,边界层内的涡度也逐渐增强,由此带动了扰动的发生发展,扰动涡旋在边界层内率先形成,随后,在急流的东传和抬升影响下,扰动涡旋也逐步向东移动、向上发展。(4)近地面风速的加强、风向的辐合切变导致了扰动涡旋的发生和形成,并逐渐发展,这是边界层中尺度扰动涡旋发生发展的动力 因子。     

东风低空急流暴雨的中尺度分析

东风低空急流暴雨在湖北比较少见。使用卫星云图、武汉多普勒雷达资料和地面中尺度资料，针对2004年6月4～5日发生在湖北中东部地区的一次东风低空急流暴雨过程进行了中尺度分析，得到：（1）东风低空急流暴雨是在有利的大尺度背景场条件下，在特定的地域触发产生的；（2）东风低空急流在暴雨的形成和发展中起到重要的作用；（3）东风低空急流暴雨是由中尺度回波团和中尺度复合体造成的；（4）东风低空急流暴雨是在多种尺度天气系统相互作用的情况下发生发展的，而中小尺度系统是其产生的最直接的系统。     

热带风暴“天鹅”暴雨的中尺度特征及风廓线雷达资料分析

利用风廓线雷达资料、自动气象站逐时降水资料及FY-2C卫星红外亮温（TBB）资料,分析2009年8月6日热带风暴＂天鹅＂引发的南沙区暴雨过程,结果表明：热带风暴中发生发展的中尺度对流系统（MCS）是此次暴雨的直接原因,而弱冷空气从对流层低层入侵＂天鹅＂环流系统为MCS发生发展提供有利的条件;风廓线雷达信号噪声比的大小反映了探测范围内中尺度对流系统（MCS）的强度及降雨强度;风廓线雷达水平风资料很直观地显示了＂天鹅＂活动期间边界层内低空急流的持久存在;强降水出现与低空急流脉动及其在垂直方向上传播关系密切;边界层内出现强烈的逆温层分布与雷暴的发生相对应。     

持续拉伸型中尺度对流系统发生发展与江苏暴雨分析

利用自动气象站、卫星探测资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料等,从环流特征,动力、热力和水汽条件等对发生在江苏地区的两次梅汛期大暴雨过程的中尺度对流云团的发生、发展进行了分析。结果表明:这两次中尺度对流云团中均存在持续伸长型的中尺度对流系统(PECS),大暴雨区与T_BB<-70 ℃区域有较好的对应关系,有利的环境场形成的高空辐散、低空辐合和强烈的上升运动是PECS发生发展的重要条件。PECS云团处于200 hPa高空急流入口区右侧、西南低空急流左侧(切变线南侧),呈西南—东北向线状排列,低层暖湿不稳定气流诱发中尺度云团的产生,气旋性涡度场对积云对流活动具有组织和增强作用。当正涡度向垂直方向发展时,附近产生强烈的垂直上升运动,对应着中尺度PECS云团的强烈发展。强烈的对流不稳定有利于中尺度对流系统的发展,也有利于触发暴雨产生。     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θ_se锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

雅安"8·26"特大暴雨的天气分析

2003年8月25日晚8时30分至26日凌晨1时许,四川省雅安市雨城区发生2281mm的特大暴雨,给当地造成了历史罕见的灾情.本文主要从天气学角度,对该降水过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、水汽输送及源地、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析.结果表明:雅安"8·26"特大暴雨过程是一次典型的登陆热带气旋与"雅安天漏"中尺度地形涡旋相互作用的暴雨过程.此过程产生的大尺度环流背景及天气尺度影响系统是:对流层上层南亚高压一直稳定在青藏高原中部,雅安市上空100hPa为南亚高压的辐散场;对流层中层西太平洋副热带高压主体持续加强西伸,位于南海的 "科罗旺" 台风稳定西进,雅安市处于副高边缘湿润的东南气流和高原切变线前部的辐合上升气流中;对流层低层受对流层中层高原切变线和登陆台风东北侧强东风急流的激发,地形涡旋强烈发展."科罗旺"台风东北侧和副高西南侧,850～700hPa天气尺度的低空偏东急流及其风速脉动,从热力(水汽、感热、潜热输送)和动力两个方面激发暴雨区的中β尺度系统迅速、强烈的发展.暴雨过程的水汽输送主要是靠"科罗旺"强台风的作用,水汽源地主要来自南海.暴雨中的地形作用非常显著,青衣江河谷喇叭口地形和迎风坡对暖湿空气的强迫辐合抬升,对降水有很大的增幅作用,暴雨中心地形雨的比率高达60%以上.     

山西一次低涡暴雨过程的成因分析

采用地面、高空常规观测资料和NCEP全球再分析资料（空间分辨率1&#176;&#215;1&#176;）,对2005年7月1日20时至2日20时（北京时）发生在山西的一次低涡暴雨过程从环流形势、物理量场方面进行了初步的分析,发现这次暴雨过程是受5OOhPa高空槽、副热带高压以及中尺度低涡等天气系统共同作用产生的。利用数值模拟输出的高时空分辨率资料探讨了此次暴雨过程的发生发展特征和机理,指出中低层中尺度涡旋是造成这次过程的主要天气系统,低涡的时空演变与暴雨中心的移动和雨强的变化有着较好的对应关系。湿位涡诊断表明：强降水发生时,暴雨区上空低层是不稳定区,湿位涡负中心出现在暴雨中心附近,且对流不稳定性远大于湿斜压性。地形的敏感试验进一步揭示了地形对暴雨的增幅作用。     

9608台风低压外围暴雨中尺度分析

１９９６年８月３－５日河北特大暴雨在叶风低压外围停滞的中α－云团产生的、中－α云团在三支气流汇合和共同作用下发生发展;（１）低层偏东风干冷气流,（２）中低层南风暖湿急流,（３）副热带高空急流,中－α云团内的中尺度扰动现象明显。其中有中－β东风切变线扰动先后出现３次以上;中－β低压先后出现２个以上。中－β系统均伴随强雨团活动。雨团在石家庄西部山区停工达１４小时,３６小时雨量达到６７０ｍｍ,暴雨中心出     

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征 及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

垂直向基流二次切变对梅雨锋中尺度低涡暴雨系统的影响

β中尺度低涡是引发长江中下游地区梅雨锋暴雨的主要中尺度天气系统之一,采用实况统计与数值模拟相结合的方法,对1999—2005年长江中下游地区梅雨期间23个低涡暴雨过程进行分析得出:暴雨一般都发生在中低层低涡南侧的西南急流里,急流的强度和位置直接影响降水落区和强度,低涡所激发的涡旋Rossby波在急流里传播时引发不稳定,产生强降水。根据基本流场风速二次切变理论,进一步研究表明:大部分低涡降水区基本流场都存在二次切变或者非线性切变,而这种情况正是涡旋Rossby波产生的物理根源。当垂直向基流风速二次切变U_(ZZ)0,且高层200 hPa附近引导气流比较强时,低涡移向东北偏东;当垂直向基流风速二次切变U_(ZZ)0,且中层急流比上下层略强,即U_(ZZ)绝对数值很小,低涡移向东南偏东;当垂直向基流风速二次切变U_(ZZ)0,且中低层急流相对于高层急流很强的时候,低涡移向西南向;当垂直向基流在中层的急流很强,上下急流不明显时,低涡移向西或西偏北。因此,垂直向基流风速二次切变是影响梅雨锋中尺度低涡路径的关键因子,这一结论对于梅雨期间低涡暴雨落区预报有很好的指示意义。     

2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨对比分析

应用多种常规观测资料、加密自动气象站资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨过程进行了对比分析。研究表明：“尤特”台风暴雨直接由台风环流引起,具有锋前暖区降水的特点;而“天兔”台风暴雨由台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用引起的,其降水属于典型的锋面降水。“尤特”由东风带进入西风带,其与副高相对位置的变化是导致其登陆后路径北翘的主要原因。“尤特”低压环流与南海季风相互作用,充沛的水汽输送对台风低压环流的长时间维持以及湘东南暴雨的形成和发展起到了重要的组织和促进作用。而“天兔”登陆后南海季风位置偏南,不利于“天兔”的长时间维持以及向暴雨区的水汽输送。低层暖式切变线附近强辐合与高层强辐散耦合、低层强正涡度与高层负涡度的耦合为“尤特”台风暴雨的发生发展提供了动力条件。由中低层冷空气入侵导致的锋生强迫和高低空急流耦合形成的次级环流,加强了“天兔”低压倒槽内冷暖气流的辐合,是触发倒槽内中尺度对流发展和暴雨产生的重要动力机制。     

“03.7”湘西北特大致洪暴雨的触发机制数值研究

利用常规、地面加密观测资料、GMS卫星云图和常德多普勒天气雷达资料, 结合MM5中尺度数值模式模拟结果对“ 03.7”湘西北特大致洪暴雨过程进行综合分析, 并探讨其可能的触发机制。研究表明: “03.7”湘西北特大暴雨与边界层内多个中尺度辐合扰动的移动和发展密切相关, 且伴随着中尺度雨团的强烈发展, 由此诱发的β-中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统; 有组织的多单体风暴活动是张家界这一特大暴雨中心形成的主要原因; 等熵面上的位涡下滑和倾斜涡度的发展可能是导致β-中尺度气旋涡度急剧发展的重要因素; 低空急流扰动、对流层高层强辐散形成的抽吸作用以及湘西北特殊地形对此次暴雨过程有明显的触发和增幅作用。     

长江中下游梅雨期中小尺度涡旋族发生演变分析

利用密集的地面观测资料和高分辨率的中尺度数值模拟结果 ,分析了 1999年 6月 2 2日长江中下游地区的梅雨过程。分析发现 :暴雨过程是由排列于边界层中尺度辐合线上近乎同时产生的小扰动所致 ;涡旋扰动的初始动力条件和触发系统与边界层内的中尺度辐合和低压倒槽有关 ;随着涡旋中心降水量的增大 ,近地面γ中尺度涡旋扰动出现气旋式的辐散环流 ,导致涡旋在低层减弱 ,同时又促使相邻γ中尺度涡旋发展的涡旋族相互作用过程。     

“9608”号台风登陆北上引发北方特大暴雨的中尺度对流系统研究

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对1996年8月3—5日发生在河北和山西的特大暴雨过程进行了分析和模拟研究,并对模拟结果用部分特殊观测资料进行了证实。天气形势的分析表明,“96.8”暴雨过程中登陆减弱的台风低压并未出现“75.8”暴雨中的台风与中纬度西风槽发生相互作用,入侵的弱冷空气是由华北高压南侧的偏东风引导至台风倒槽外围,是属于比较少见的登陆台风北上受高压阻挡停滞类型;台风倒槽内发生发展的2个中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接影响系统,对流层低层的偏南风低空急流对中尺度对流云团的发展具有重要作用;暴雨期间,低空急流不仅强度大,而且伸展高度也相对较高;伴随强对流系统的主要入流和出流气流分别有2支,其中对流层高层的高空中尺度急流中心主要由强出流气流形成。分析还表明太行山对对流系统的阻挡可能是导致强降水长时间维持在石家庄附近的原因之一。     

2010年秋季一次海南东海岸特大暴雨的中尺度分析

综合利用NCEP再分析资料、地面加密观测、多普勒雷达观测和卫星观测等常规和非常规资料,对2010年10月5日海南琼海特大暴雨过程的天气背景、环境场特征以及中尺度云团的活动特征进行分析。这次过程发生时热带辐合带(ITCZ)异常活跃,热带低压在海南岛附近活动,为此次特大暴雨的发生提供了有利的环流背景,偏东气流在海南岛的东岸特殊地形的影响下形成中尺度切变线。切变线上有中尺度对流系统自南向北移近琼海,并发展加强。采用WRF模式的精细模拟结果,进一步研究了造成琼海特大暴雨的中尺度对流系统形成和维持的主要原因。结果表明,在海南岛东岸稳定维持的β中尺度对流带及其上活跃的对流系统是造成特大暴雨的直接影响系统。新的对流系统不断地沿对流带尾部生成,并沿对流带自南向北移动发展可能是造成琼海地区强降水持续的直接原因。该模拟阶段雨强的发展加强,伴随着偏东风急流的发展和北抬。急流的扰动不仅增强垂直风切变,还通过倾斜项的作用将水平涡度转化为垂直涡度,同时,在海南岛中尺度地形的抬升和阻滞下,并有水平平流及热力条件的配合,使对流在迎风坡的上游发展加强,造成此次特大暴雨。