2007年8月登陆台风帕布、圣帕暴雨过程诊断分析

采用T213L31模式大气分析资料,诊断计算天气学中的凝结函数降水、水汽通量散度降水,并理想设计与诊断计算气层对流不稳定降水和层结不稳定降水,用于对2007年8月间西太平洋登陆台风帕布和圣帕降水运动进行诊断计算与分析。结果表明:热带扰动中凝结函数降水场呈弱态,但有较强水汽通量散度降水场,且水汽辐合降水运动组织对流不稳定降水和层结不稳定降水。在热带扰动发展与台风形成时,其低层风场水汽辐合与积云对流相互作用的过程,同时是气层对流不稳定能量与气块(团)湿不稳定能量的积聚过程,前者可带来暴雨,后者可带来大暴雨。相关天气学分析表明:台风暴雨是大尺度风场及中尺度水汽辐合降水运动组织起中、小尺度气层、气块(团)对流降水运动,对流性降水是由风场支配故变化较大、较快。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

牡丹江地区初夏一次大到暴雨过程诊断分析

本文对2008年5月30日牡丹江地区大到暴雨过程进行诊断分析,分析表明:当高空有正涡度平流、低空有负涡度平流时,将产生强烈的动力作用,配合垂直速度场有强烈上升区,为这次大到暴雨的产生提供了动力条件;水汽通量大值区和水汽通量散度负值区与降水落区对应比较一致,是这次降水过程重要的水汽条件。     

秋季水汽输送特征及其与云南降水的关系

利用云南122个测站1961-2008年秋季(9-11月)降水量和同期NOAA提供的月平均再分析资料,分析了秋季各月降水与水汽通量、水汽通量散度的分布,以及环流异常对降水的影响。结果表明:11月降水场与水汽通量场和水汽通量散度场耦合程度最高,10月次之,9月最小。在降水的空间分布型上,云南秋季降水与水汽通量输送、水汽通量散度的相关基本为一致的正相关;秋季降水量场与水汽通量场的时间变化趋势一致,水汽输送通量、水汽通量散度的变化直接影响降水的变化。云南秋季降水的多少主要是环流异常引起,当云南9月降水正异常时孟加拉湾季风偏强,副热带高压偏弱偏东,冷空气活跃,反之则出现负异常;当10月降水正异常时南支槽和西南季风活跃,影响云南的偏南暖湿气流强盛,反之则降水偏少;当11月南支槽和影响云南的冷空气活跃,云南降水偏多,反之则出现负异常。在水汽净收支方面,9月纬向的净收入最大,而10月纬向的净收入减弱,11月在西风带的控制之下,纬向净收支非常小。而经向上的水汽收支在9-11月有从支出到流入的转换。从云南正负异常年整层和低层水汽净收支看,除11月负异常年为水汽源外,其他都为水汽汇。用ERA-Interim再分析资料与20CR再分析资料计算的水汽误差较小,并且正负异常年水汽净收支变化一致。     

一次华南—江南持续暴雨的大尺度水汽场和中尺度特大暴雨模拟诊断分析

按天气学方法,对2010年6月华南—江南持续暴雨作大尺度水汽场诊断分析,同时用三重嵌套WRF中尺度模式,模拟6月19—20日"高空槽-西南涡-切变线-低空急流"系统造成的江南特大暴雨过程,并且对模拟中尺度暴雨雨带和雨团作高时空分辨率诊断分析。诊断物理量包括:可降水量、对流可降水量、水汽及云水、云冰通量和通量散度、水汽权重平均风速、凝结函数降水率等。模拟与诊断分析表明,华南江南持续性暴雨大尺度水汽场特征是,因东亚"中高纬度正距平中低纬度负距平副高偏强偏西季风槽异常活动",造成孟加拉湾和南海上空的大尺度水汽进入大陆;中尺度特大暴雨发生在上游区有暖湿急流、并处于风场辐合的"水汽+云水+云冰"(总水物质)饱和高值区;因凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率均为风场(散度场)中垂直运动产物,模拟的凝结函数降水率随模式时空分辨率提高而逐渐逼近于模式的显式降水物理过程,当模式分辨率达到4 km,可模拟出"西南涡切变线"系统中,有凝结函数降水率为1~3 mm·min~(-1)的中尺度雨团生消;且模式大气中的云水、云冰碰并增长降水率,可用其通量散度描述,并且应与凝结函数降水率相叠加。从而表明,模拟中尺度雨带和雨团发生、发展的天气学动力因素,只能是天气系统风场,即是模式的高时空分辨率散度场决定模式大气垂直运动,进而决定凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率,它们一起构成了模式显式降水(率)。     

广东省前汛期一次暴雨过程的诊断分析

用逐日6小时一次的地面站点实况观测资料和1°×1°的NCEP分析资料,对4月4日至4月6日的这次暴雨降水过程进行降水实况和大型环流背景的分析.深入讨论了这次降水过程的水汽输送特征、大气不稳定特征和高低层的动力条件.结果表明,这次暴雨的有利天气背景为高空槽、切变线与深厚低空急流以及冷空气的相互配合.在暴雨期间,地面不稳定能量的累积和西南低空急流输送的充沛水汽,通过水汽通量分析,雨区存在深厚的水汽柱,低层正涡度中心和高层的辐散中心与地面的暴雨区相互对应,底层涡度中心和高层散度中心的增大和减小能较有效地指示降雨过程的开始和结束.     

和田地区夏季一次大降水过程分析

2005年8月5～7日和田地区出现了一次大降水过程,本文着重分析了此次天气过程高空、地面环流形势、欧洲数值预报以及物理量场、比湿、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度、散度变化情况等.     

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

长江中游和下游夏季降水季节内振荡的差异

利用1979~2013年中国站点逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对长江中下游夏季降水的季节内振荡最显著周期进行了分析研究。结果表明长江中游最显著周期为10~30天,长江下游最显著周期为30~60天。为了揭示这种差异产生的物理原因,进一步利用位相合成的方法对这两个区域不同周期的季节内振荡降水、高低空风场和高度场以及垂直结构和水汽等循环过程的演变特征进行分析。在200 hPa环流场上,长江中游的降水主要受到高纬度自西向东传播的波列影响,而长江下游的降水与鄂霍次克海的高度场的变化相关。在风场的垂直涡度和散度的位相结构演变过程中,10~30天的垂直涡度和散度有自北向南的移动,30~60天的垂直涡度和散度在长江以南地区有自南向北的传播。水汽输送的位相发展过程表明,长江中游的水汽分别来自于南海的向北输送和长江以北地区向南的水汽输送;长江下游地区的水汽则主要来自于热带东印度洋经孟加拉湾的向东输送并在南海的北向输送,以及西太平洋水汽向西输送到南海再向长江下游的输送。从高层大尺度环流场和整层积分的水汽通量输送上解释了长江中游10~30天降水的自北向南移动,和长江下游30~60天降水自南向北传播的原因。     

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。     

天山山区及邻近地区夏季降水的环境场特征与涡度平衡

本文对天山山区及其邻近地区夏季降水过程的环境场特征、水热收支和涡度平衡做了诊断分析。结果表明，降水发生前的环境场有利于降水系统的发展。Ｑ１，Ｑ２和涡度平衡在降水发生前与降水期有一定的差异，降水期水热收支中起主作用的是水平平流项潜热和热基本上被冷平流所平衡；水汽的水平输送为降水的主要水汽来源，垂直输送也起一定的作用，涡度平衡中主要是水平平流累积的正涡度与散度项制造的负涡度相平衡，与副热带锋区上急流相     

各非地转Q矢量之间的定量比较

结合"海棠"台风在2005年7月19日08:00~20日08:00再次登陆福建省24 h期间所造成的降水过程,在WRF模式成功地模拟了此次降水过程的基础上,利用模式模拟输出结果,通过计算900~600 hPaQ矢量散度的气柱平均值、Q矢量散度强迫产生的降水场,定量比较分析了非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量的诊断能力差异,结果表明:(1)非地转干Q矢量、非地转湿Q矢量及改进的湿Q矢量散度辐合场,对同期模拟雨区都具有一定指示作用,同时,非地转湿Q矢量和改进的湿Q矢量的散度辐合强度都较非地转干Q矢量散度辐合强度强,且改进的湿Q矢量散度辐合强度强于非地转湿Q矢量散度辐合强度,尤其是在主雨区表现的更为明显。相对来讲,改进的湿Q矢量散度辐合场对雨区的反映能力最强。(2)非地转湿Q矢量散度与改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水范围几乎相同,且明显较非地转干Q矢量散度强迫产生的雨区范围大,相对来讲,与同期模拟降水场的雨区更接近。改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度最强,非地转湿Q矢量散度强迫次之,非地转干Q矢量散度强迫产生的降水强度最弱。三种Q矢量散度强迫产生的降水强度都明显弱于同期模式模拟的降水强度,相对来讲,改进的湿Q矢量散度强迫产生的降水强度更接近于模拟的降水强度。(3)三种Q矢量散度场以及强迫产生的降水场之间的差异,充分表明此次台风降水过程中伴有大量的大尺度稳定水汽凝结潜热和对流水汽凝结潜热释放,考虑了水汽凝结潜热加热作用的非地转湿Q矢量与改进的湿Q矢量,对降水反映能力均较非地转干Q矢量有所改进,尤其是后者。     

基于GPS/Pwv资料的上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送分析

本文应用GPS探测的可降水水汽资料Pwv对上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程的水汽输送路径有两条,一条是西南水汽输送路径,一条是东南水汽输送路径。指出边界层的偏东急流是此次暴雨过程的主要增雨机制。分析还表明:每30 min一次的GPS/Pwv资料能直观地、及时地反映大气中水汽的时间变化和空间变化;GPS/Pwv资料随时间的演变特征与降水有较好的对应关系;GPS/Pwv的散度资料可以反映大气中水汽的辐合、辐散分布情况。     

一次西南涡持续暴雨的GPS大气水汽总量特征

利用成都地区地基GPS遥感的大气水汽总量资料 (GPS-PWV)、NCEP再分析资料、自动站降水量资料和探空站比湿资料,对2010年7月15—18日发生在四川盆地东北部的一次持续性暴雨的水汽变化特征进行综合分析,重点探究这次大暴雨的影响系统 (西南涡) 发生、发展前后GPS-PWV的演变特征及其与降水的关系。结果表明:降水发生时,GPS-PWV通常在短时间内有急剧的上升,并在西南涡形成前达到最大值;西南涡完全形成时,GPS-PWV急升结束;西南涡东移,GPS-PWV继续下降到最低,降水趋于结束。与水汽通量散度相比较,水汽散度垂直通量能更好地描述暴雨过程中的强上升、辐合辐散运动以及水汽输送情况,它与GPS-PWV变化趋势基本一致。因此,GPS-PWV的急升与陡降对大暴雨的形成与减弱有一定指示意义。     

山东夏季空中水汽分布和水汽输送特征

利用山东省气象站的降水量资料和JRA-55、NCEP/NCAR再分析资料,分析了1962-2016年山东夏季整层大气可降水量、降水转化率、水汽通量及输送路径的分布特征和变化规律,探讨了夏季降水与水汽通量及其散度的相关性和多雨年的水汽来源。结果表明:从常年值来看,山东平均夏季降水量为401.2 mm,大气可降水量为3478.8 mm,降水转化率为11.5%。降水转化率和降水量的时空演变特征更加一致,经向水汽输送和局地水汽通量散度与地面有效降水的关系更加密切,当大气可降水量充沛、外部水汽输送充足并出现局地水汽辐合时,更加有利于山东南部地区降水的发生发展,从而形成夏季降水量和降水转化率气候特征表现出东南地区大于西北地区的空间分布型态。西北太平洋、南海、孟加拉湾和鄂霍茨克海至日本海是造成山东夏季降水异常偏多的重要水汽源地,巴尔喀什湖至贝加尔湖地区是重要的冷空气输送区域;当山东上游盛行偏西风时,自新疆和青藏高原至内蒙古的狭长带出现异常水汽扰动并发展,是由水汽异常引起的水汽通量异常对山东局地降水异常贡献的主要条件。     

2020年8月10~14日四川盆地一次持续性暴雨过程特征及成因分析

利用ERA-interim再分析资料和国家自动站观测资料,分析了四川盆地2020年8月10日~14日一次持续性强降水过程的特征及成因。结果表明:天气尺度系统的有效配合给此次暴雨过程提供了有利的环流背景,在冷空气及西南水汽的汇聚下,触发此次持续性强降水,整个过程可分为4个阶段,降水带自盆地西部向东移动;各暴雨区在强降水时刻,低层正涡度、负散度的强辐合,高层负涡度、正散度的强辐散抽吸作用均利于大气的上升运动,给持续强降水提供动力条件;相较于第二、三阶段,第一、四阶段的涡度、散度及垂直速度数值明显偏小,使得累计降水量偏少;各阶段降水过程的强降水中心、水汽辐合、上升运动区均位于中、低层低值系统（高原低涡、西南低涡、切变线）的东南侧;第二阶段降水过程中较强的水汽辐合及整层大气一致且极强的上升运动将水汽抬升输送至对流层中高层,导致该阶段累计降水量最大。      

重力波对青藏高原东侧一次暴雨过程的影响

采用WRF（weather research and forecasting）模式输出资料、NCEP/NCAR1°×1°再分析资料以及地面站降水资料,对2009年7月31日至8月1日四川省一次暴雨过程进行了分析。结果表明：水汽辐合区与降水区基本一致;散度场、水汽通量和水汽通量散度对降水具有较好的指示作用。在降水之前的6h中,降水中心上空的大气层结基本稳定,这种层结条件并不利于对流运动发生和发展;但是通过对散度场、非线性平衡方程和理查森数的分析,发现在暴雨开始前存在着中尺度重力波,它激发了对流运动的发展,而对流运动对暴雨的发展起到了主要作用。这说明,在整个暴雨过程中,只有同时考虑中尺度重力波与对流运动的相互作用,才能较完整地解释雨带的强度和特征得以发展和维持的原因。     

三维散度方程及其对暴雨系统的诊断分析

利用WRF模式对中国江淮流域一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。在模拟结果比较可信的前提下，利用该模式输出的高时空分辨率资料，分析了三维散度的时空分布特征与降水的关系。分析发现，此次江淮梅雨暴雨过程中，对流层中低层尤其是4.287 km（约600 hPa) 高度层的三维散度场非零区与雨带对应较好。其移动趋势也与雨带的移动趋势（相同时段基本位于相同的纬度带内，逐渐南移) 一致。暴雨大值中心与三维散度极值中心重合。降水量的增减与三维散度强度变化一致。而无降水的区域为大片的三维散度零值区。三维散度之所以能较好地诊断降水，是因为对流层低层的水汽蒸发和对流层中高层的水汽凝结形成了云，而云导致的质量强迫对三维散度的这种上负下正的分布又有正反馈的作用，而且为降水的发生发展提供了有利条件。在以上分析的基础上，推导了三维散度方程，并通过计算找出影响三维散度变化的主要因子。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

地面降水诊断方程对降水过程的定量诊断

降水, 尤其是强降水 (暴雨), 对国家经济发展、 社会建设以及人民生活影响巨大, 然而由于同降水相关的物理过程非常复杂, 因此, 对降水的研究与预测十分困难。过去有关降水的研究大多关注水汽及水汽辐合 (输送) 的影响, 对与降水有关的水汽收支研究较多。Gao et al.(2005a) 率先将大气中水汽和云中水凝物 (云水、 雨水、 云冰、 雪及霰等) 的变化方程结合起来, 得到一个地面降水诊断方程, 从而可以将与降水有关的大气中水汽和云的演变过程在同一框架下定量地分析研究。本文利用一套21天长度的热带云分辨尺度模拟资料, 通过计算地面降水诊断方程中的局地水汽变化、 水汽辐合辐散率、 地面蒸发率以及云的变化率等各项, 分析了这些物理过程对降水的贡献, 指出局地水汽和云的变化率、 水汽辐合率, 地面蒸发率等均对地面降水有重要贡献。区域平均资料分析表明, 若水汽辐合与局地大气变干共存, 则产生强降水; 若存在水汽辐合但局地大气增湿或者存在水汽辐散但局地大气变干, 则引起中等强度降水; 若水汽辐散与局地大气增湿共存, 则造成弱降水。将降水划分成对流和层状降水进行分析发现, 对流降水率一般大于层状降水率, 水汽辐合是对流降水最主要的水汽源, 而局地大气变干则是层状降水最主要的水汽源。区域平均局地大气变干主要发生在降水性层状云区, 而最强的局地大气增湿则发生在对流云区和晴空区; 最强的局地云的消散发生在层状云区, 而最强的局地云的发展发生在对流云区。