热带扰动与远距离暴雨关系的统计分析与数值试验

对2006—2011年5—9月90~150°E、0°~50°N范围内远距离暴雨进行统计与合成分析,并选取典型个例进行诊断分析与数值试验,研究结果表明:1)在有利的大气背景下,强度较低的热带扰动也可以与中纬度系统共同作用引发远距离暴雨,对统计得出的21例依据水汽通道的类型分为3类:S型水汽通道、双水汽通道和西北向型水汽通道,其中S型水汽通道发生次数最多。2)低空急流合成分析表明,不论扰动强弱,热带扰动东侧的偏南低空急流是形成远距离暴雨的关键,是联系中低纬度系统的纽带和桥梁,对S型的个例进行诊断分析与数值试验也进一步显示,热带扰动东侧低空急流是中纬度暴雨区水汽输送的主要通道,偏南低空急流的强弱是影响远距离暴雨强度的主要因子之一。3)敏感性试验结果表明,热带扰动也可以引起Rossby波能量向东北方向传播,其强度与扰动强度成正比,从而改变远距离降水分布;去除热带扰动则无法形成波列,不利于能量的传播与远距离降水发展。     

全球增暖和极端事件对全球温度场关联性的影响

用中国国家气象信息中心整编的1971—2006年中国693个地面基准站日降水资料、同期美国JTWC最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋(TC)远距离暴雨进行统计分析和诊断研究。结果表明:36a中有14.7%的TC产生远距离暴雨。TC远距离暴雨事件遍及中国大陆27个省(市、自治区),其中,环渤海地区和川陕交界处为中国TC远距离暴雨高发区。远距离暴雨集中发生在6—9月。34.6%的TC远距离暴雨具有影响范围广、降水强度大的特点。诊断分析表明,TC远距离暴雨能否产生的关键在于热带气旋东侧环流能否将水汽输送到中纬度槽前,如果有高气压或偏北气流对水汽输送的阻断,就不会形成远距离暴雨。     

影响宁夏的热带气旋远距离暴雨特征和预报概念模型

利用JMA最佳TC路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,普查了1961—2010年宁夏的暴雨个例,并对影响宁夏的热带气旋远距离暴雨进行了统计和合成分析。结果表明:宁夏各测站远距离暴雨日数在暴雨总日数中普遍占比达30%~46%,是宁夏暴雨类型里十分重要的一类。远距离暴雨主要集中发生在8月,较宁夏暴雨气候多发期推迟10~20天。台湾岛及其以东洋面和海南岛附近是宁夏产生远距离暴雨的热带气旋高频影响关键区,在两个TC高频影响区域之间还存在一个少台风甚至无台风影响的海域。进一步诊断分析表明,热带气旋、中纬度槽(涡)、副热带高压、水汽通道及高空急流是产生远距离暴雨的主要影响系统。根据诊断特征将远距离暴雨分为两类,揭示其环流差异主要体现在热带气旋和副高位置、水汽输送通道及海平面气压场,并在此基础上归纳了两类远距离暴雨的预报概念模型。      

热带气旋远距离暴雨的研究

用中国国家气象信息中心整编的1971-2006年中国693个地面基准站日降水资料、同期美国JTWC最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋(TC)远距离暴雨进行统计分析和诊断研究.结果表明:36 a中有14.7％的TC产生远距离暴雨.TC远距离暴雨事件遍及中国大陆27个省(市、自治区),其中,环渤海地区和川陕交界处为中国TC远距离暴雨高发区.远距离暴雨集中发生在6-9月.34.6％的TC远距离暴雨具有影响范围广、降水强度大的特点.诊断分析表明,TC远距离暴雨能否产生的关键在于热带气旋东侧环流能否将水汽输送到中纬度槽前,如果有高气压或偏北气流对水汽输送的阻断,就不会形成远距离暴雨.     

中低纬度环流系统的相互作用及其暴雨特征的模拟研究

利用MM5模式分别模拟了台风、中纬度西风槽对台风远距离槽前降水的影响.试验结果表明,(1)台风的强度影响了台风东侧东南急流向中纬度槽前的水汽输送.低层水汽输送,造成中纬度暴雨区强水汽辐合和不稳定能量积聚,故槽前降雨的强度与其南方台风东侧的水汽输送有着相当密切的关系.(2)中纬度西风槽提供了有利于台风远距离降水的大尺度背景场.西风槽的存在,有利于垂直运动的发展和维持,有利于降雨的产生和发展.模拟结果表明,槽的加强和减弱将会相应地造成中纬度暴雨区的加强和减弱.     

南亚高压的东西振荡对湖北省极端暴雨事件的影响分析

对1975—2008年发生在湖北省及其周边地区的14场24h雨量≥200mm,或48h雨量≥300mm的极端暴雨事件进行了研究。分析发现:极端暴雨事件与南亚高压的东西向移动密切相关。当南亚高压停留在高原上空时,低层南风将孟加拉湾的水汽源源不断地向高原输送,高原西部槽与孟加拉湾水汽汇合,在高原上形成涡旋云系,其在100—200hPa表现为南亚高压脊线东部的反气旋,在500hPa表现为气旋式涡旋。当南亚高压向东移动时,500hPa气旋式涡旋和与之相伴的孟加拉湾水汽也随之向东移动,当副热带高压和低层环境场有利时,极端暴雨事件便发生了。若南亚高压整体东移,则南亚高压中心的巨大辐散场,在低空强辐合配合下,有利于将水汽集中于某地,当中低层形势场有利时,触发极端暴雨事件。若南亚高压部分东移,则南亚高压脊线附近的中尺度反气旋在东移的过程中,触发中尺度对流系统,形成特大暴雨。如果这时有台风登陆,南亚高压形成的高层辐散可使台风低压维持相当长时间而不填塞,最后形成极端暴雨事件。     

远距离台风“康森”与高空西北气流共同作用对大暴雨的影响

利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料、中国地面与CMORPH融合0.1°×0.1°逐小时降水产品、FY2E卫星资料和常规观测资料,对2010年7月14—15日江西东北部大暴雨天气进行分析,重点讨论了15日远距离台风与高空西北气流的相互作用。结果表明:(1)暴雨发生在副高北缘和高空为西北气流的背景下,低层存在台风"康森"的远距离水汽输送,低涡切变、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生,其中远距离台风"康森"与西北气流起了主导作用;(2)由于副高结构不够深厚强盛,强降水发生于南亚高压东侧偏北气流、500 hPa大陆高压和海上副高之间的西北气流、700—850 hPa副高西侧的西南急流中:台风"康森"北侧强劲的东南急流和副高西侧西南急流叠加将低纬大量的水汽和热量沿着大陆高压和海上副高之间的甬道向北输送,使江南北部成为高温高湿高不稳定区,200 hPa上16~20 m·s-1西北气流带动500—700 hPa干空气向南移动,与同步加强的暖湿气流相遇形成斜压锋区,使辐合系统稳定于江南北部;(3)高空西北气流和远距离台风的共同作用使斜压锋区的水平和垂直梯度加大、垂直风切变加强,有利于气旋性涡度发展、锋生加剧,强烈的上升气流穿越锋区,引起强的水汽辐合,加大了层结不稳定,在斜压区激发出多个中尺度涡旋,促进对流发展、强降水发生。(4)预报业务中,关键在于对副高、500 hPa冷槽、台风等外强迫系统强弱的预估,一方面需关注上下层系统作用对比的强弱,找出占主导地位的天气系统,另一方面应注意低层扰动环境的改变。     

2011年秋季广东暴雨过程及其水汽特征分析

利用实况观测资料和NCEP再分析格点资料,对2011年10月12—14日广东一场全省范围的暴雨过程及水汽特征进行了分析。结果表明：（1）此次暴雨过程分为2个阶段,分别是12日夜间的暖区暴雨和13日夜间的锋面暴雨。（2）第1阶段降水主要由500 hPa西风短波槽配合850 hPa东南风辐合导致的,第2阶段降水是高层西风槽过境,配合地面冷空气前锋南下和低层的切变线共同作用所致。（3）降水发生前广东水汽充沛,湿层从低层往上伸展的厚度大,估计约有50%的降水量可由雨区本地的水汽所提供。（4）低层850 hPa或者925 hPa的东南风是暴雨发生的重要水汽输送通道,暴雨发生前南海热带系统的活跃是维持850 hPa和925 hPa东南风输送的重要原因。     

登陆北上东路热带气旋对南通市暴雨影响对比分析

利用《热带气旋年鉴》、常规地面观测资料和ECMWF 1°×1°再分析资料,统计1992—2020年南通市热带气旋暴雨气候特征,对登陆北上东路路径下,南通市出现和未出现暴雨的热带气旋进行合成对比分析。结果表明：8月和9月南通市受热带气旋影响产生暴雨的次数最多,登陆北上东路类的热带气旋产生暴雨的概率最大,为72.2%;此路径下出现暴雨时,200 hPa南亚高压存在多个中心,中纬度地区有一支≥28 m/s的西风大风速带,500 hPa副高西伸脊点在120°E附近,南通市处在热带气旋东南侧,气旋北部有西风槽东移,850 hPa上在华东沿海存在两支较强的西南风和东南风大风速带,在热带气旋中心和南通市之间建立了水汽和能量的输送通道;暴雨发生期间,南通市上空维持着高能高湿的充沛能量,水汽通量≥18 g/(cm·hPa·s),1 000～700 hPa均为水汽通量的辐合区,整层大气均为上升运动,垂直速度中心位于400 hPa附近,最大上升速度为-400 Pa/s。     

近34年河南首场暴雨时空分布特征及环流背景分析

利用1985-2018年河南省121个国家气象观测站每日20时至次日20时降水资料、常规高空地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,通过统计和诊断分析方法分析了近34年河南首场暴雨的时空分布特征、影响系统、环流形势和物理量特征。研究结果表明:首场暴雨具有明显的年际变化和月变化特征,主要集中在4-5月,首场暴雨发生时间有提前的趋势;首场暴雨以全省性降水为主,黄淮之间沿黄及其以北和南部地区是暴雨的三个易发区;暴雨出现频次较多的站点和单日雨量最大的站点基本一致,首场暴雨出现的频次从河南省西北部到东南部逐渐增多。首场暴雨的地面影响系统主要是江淮气旋和江淮倒槽两类,高空影响系统500 hPa以低槽为主,700 hPa受低槽、切变线影响,850 hPa受低涡、切变线影响。江淮气旋类暴雨一般热力、动力条件较好,江淮倒槽类暴雨水汽条件较好。首场暴雨的水汽通量、辐合、辐散条件要优于夏季的,垂直速度略小于夏季的,比湿和不稳定度明显低于夏季的。     

甘肃东南部一次暴雨天气的数值模拟和螺旋度分析

利用NCEP每6h一次的1°×1°格点资料和中尺度模式WRF(V3.1),对2005年7月1～2日发生在甘肃东南部的一次暴雨天气进行了诊断分析和数值模拟,运用模式输出资料对本次天气过程的螺旋度与降水的关系进行了分析讨论。结果表明:高原短波槽的生成,以及来自南海和孟加拉湾的水汽输送是造成此次暴雨天气过程的主要原因;WRF模式对西北暴雨具有一定的模拟能力;螺旋度的空间分布对西北地区东部暴雨的预报具有一定的指示意义;700hPa正值螺旋度的分布形状与高原短波槽和700hPa切变线的形状存在对应关系;而400hPa以下大值正螺旋度的产生可能是西北暴雨发生发展的重要原因之一。     

重庆"7.21"暴雨天气过程的初步诊断分析

利用1°×1°每6小时一次的NCEP再分析格点资料和自动站资料分析了2008年7月21～23日发生在重庆地区的暴雨.结果表明高原槽和西南低涡是此次暴雨过程的主要影响天气系统,850hPa水汽主要来自南海和孟加拉湾,而700hPa上的水汽则主要来自孟加拉湾.在低涡的发展演变过程中,中层一直伴有涡旋的存在.然而中层涡旋发展演变过程与西南低涡明显不同.中层涡旋的发展不像低层西南低涡那样单边持续地增长或衰减,中层涡旋的正涡度值呈现明显的增长-衰减-再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层低涡的也并不一致.对湿位涡的分析表明,在暴雨发生前,低层水汽和不稳定能量不断累积,为这场暴雨的发生提供了必要条件,这可能是暴雨爆发的触发条件之一.     

2000—2021 年影响山东的北上台风分类及降水落区分析

将2000—2021年影响山东的15个台风，按大尺度环流形势进行分类，以台风登陆之后500 hPa中纬度是否存在槽进行分类，可以分为3类：（1）中纬度有槽且形成闭合中心，台风与槽结合，在山东产生暴雨以上量级的降水；（2）中纬度只有高空槽，降水范围最大；（3）中纬度无明显槽脊，降水量和降水范围最小。以西太平洋副热带高压（简称“副高”）的位置分类，可分为3类：（1）副高西伸脊点过120°E且北部边缘过40°N，台风沿副高外围移动，降水最少；（2）副高西伸脊点不过120°E且北部边缘过40°N，高空槽与副高在中国沿海交汇，降水范围广，山东降水与台风位置有关。位置偏西，降水范围大；位置偏东，降水主要集中在山东半岛地区；（3）副高西伸脊点不过120°E且北部边缘不过40°N，台风环流中心较强，降水最强。以700 hPa环流形势分类，分为3类：（1）700 hPa有高压坝，降水范围最小；（2）700 hPa无高压坝，东北地区有冷涡，山东降水量和降水范围最大；（3）700 hPa无高压坝，中纬度存在大槽，降水量均可达大暴雨量级。     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

长江下游地区6—9月暴雨过程延伸期预报的探索

通过使用低频天气图上大气低频系统(低频气旋和低频反气旋),分析上海地区(长江下游)的暴雨(≥50 mm)过程发生时段低频系统的地理位置和相互配置,并根据近年75次暴雨过程中每次暴雨过程的低频系统演变,归纳合成得到低频预测模型:一种是长江下游北—西北方为低频反气旋,南—东南方是低频气旋(A型);另一类与A型相反,北—西北方是低频气旋,南—东南方是低频反气旋(B型)。最后分析了低频预测模型的物理意义,表明暴雨发生期有西北向东南同时有东南向西北的低频波列(位势高度和水汽通量)在30°N、120°E附近汇合,引起降水。同时低频系统的维持也与扰动动能有关。     

近35年来肇庆开汛暴雨的气候特征及环流形势

利用肇庆6个国家观测站近35年(1981—2015年)3—6月逐日降水量资料、历史天气图以及NCEP1.0×1.0再分析资料,分析肇庆开汛暴雨的气候变化特征以及暴雨产生的天气形势分类,结果表明:肇庆开汛暴雨多发生在3—4月,开汛暴雨在肇庆的北部出现的频次较南部多。开汛暴雨天气影响系统主要是南支槽、中纬度西风槽;1981—2015年,受南支槽影响的过程共17次,受中纬西风槽影响的共18次。南支槽类暴雨常常产生在500 hPa高空槽前的西南风大值区、850 hPa切变线南侧;中纬西风槽暴雨发生时,500、700 hPa的西南偏西风通常比较强盛,为暴雨的产生提供了充足的水汽。无论是南支槽类暴雨还是中纬西风槽类暴雨,在暴雨发生前,850 hPa上有急流或切变线出现。     

定边县一次飞机增雨作业过程分析

利用NCEP 1°×1°再分析产品、FY-2C卫星云图、区域站降水资料,对陕西北部定边县2008年7月13日飞机增雨过程进行分析,结果表明:500 hPa乌山脊前冷槽下滑与中纬度短波槽叠加后在内蒙古西部生成西北涡,700 hPa在河套地区建立南风急流,西北涡东移中与南风急流交汇,在河套地区加强,提供了降水区的动力抬升和水汽辐合。西北涡的东南部生成中-α降雨云团,该云团造成定边县出现降水。定边县实施人工增雨作业后,作业区降水量明显高于周围台站,增雨效果显著。     

一次热带风暴背景下南昌暴雨的水汽来源及输送特征

利用常规高空、地面观测资料,分析了2015年6月22日南昌大暴雨过程的环流背景和主要影响系统;利用HYSPLIT模式和6 h—次的NCEP 1°×1°再分析场资料模拟了大暴雨过程240 h气块的后向轨迹,并对中低层的轨迹进行了聚类分析,讨论了不同层次气块在移动过程中水汽的变化。结论:(1)此次大暴雨过程发生在500 hPa低槽前与副热带高压外围的西南气流中、南海海域有1508号热带风暴鲸鱼的背景下,中低层有低涡、切变线及低空急流和地面冷锋,高空200 hPa存在风向分流辐散,且南昌上空有位势不稳定层结等对流性降水特征。(2)轨迹聚类分析表明暴雨过程中水汽路径总体上可以归纳为6条,源自西北太平洋西部、位于1500 m以上的层次,占180条轨迹的46.7%;其次是从南海东部北上而来,位于3000 m以下的层次,占24.4%;还有孟加拉湾东部、中南半岛南部和云南南部等西南方向的通道,占11.7%;其他3条路径均不足9%。(3)对不同层次气块水汽含量的定量分析发现,源自西北太平洋西部和南海东部近海面的气块水汽含量大,到达1500、500 m上空时比湿仍然较高,因而对暴雨的贡献大。南昌3000 m上空气块初始时来自西北太平洋中部相对干的空气,但到达南昌上空时水汽含量显著增大,对暴雨水汽输送贡献也较大。在副热带高压脊线稳定维持且南海有热带风暴存在的背景下,沿副热带高压底部偏东南或偏东气流导致的水汽输送对江南北部暴雨的发生非常重要。     

梅雨锋云带内α-中尺度对流系统周边水汽风的分析

应用准静止卫星水汽图像导出的风 (简称为水汽风 )分析东亚梅雨锋云带内中尺度对流系统 (MCS)在对流层上层的流出通道。结果表明梅雨锋云带内MCS有二类流出通道。一类MCS在对流层上层呈现为一个中尺度反气旋。MCS的东部有一支中尺度高空急流 ,这支中尺度高空急流向东流出后转向南 ,流入 2 0°N附近的南亚东风急流内 ,是MCS在对流层上层的主要流出通道。另一类MCS发生在中纬度西风急流的南侧。中纬度西风与MCS南部的偏东北风构成一个反气旋环流带。MCS前方的流出通道 (中尺度高空急流 )是中纬度西风急流的一个中尺度分支。梅雨锋云带内垂直方向水平风速切变小于 1m/ (s·10 0hPa) ,垂直方向“不通风”有利于云带内MCS的维持。初步分析验证了以前数值模拟得到的中尺度高空急流及其流出通道。     

与台风”海鸥”相关暴雨过程的水汽和干侵入研究

利用常规观测资料、NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料和WRF3.2模式的模拟结果分析了一次由台风"海鸥"与西风槽远距离相互作用产生的山东暴雨过程的水汽和干冷空气活动。结果表明:水汽辐合主要来自南边界的水汽流入,南边界水汽输入的增强主要是台风向北的水汽输送造成的,对流层低层的低涡使水汽在山东中西部地区集中。南北方向水汽辐合的大小与降水量有较好的对应关系。暴雨过程中有明显干冷空气活动,暴雨初期,对流层顶的干冷空气先行侵入降水区,引起高层西风加速和辐散加强,进而导致上升运动发展。暴雨发展期,对流层中层(500 hPa或600 hPa)干冷空气由西北向东南以偏西气流的方式侵入降水区,与暖湿空气以东西风的形式辐合上升。暴雨强盛期,对流层中层不仅有来自中纬度西北方向的干冷空气侵入,而且还有来自高纬的干冷空气侵入。干侵入始终具有高层超前于低层的特点,有利于位势不稳定的发展。干冷空气与暖湿空气活动的加强使山东地区中低层锋生加强,激发非地转垂直上升运动,是上升运动加强的机制之一。暴雨过程中对流性不稳定和条件性不稳定共存,干冷空气侵入使等相当位温面倾斜及强迫暖湿气流沿锋面倾斜上升,有利于条件性对称不稳定的发展。