中尺度雨团在区域性暴雨中的作用

对2000年8月19日信阳一次区域性大暴雨过程中各站逐时降水资料分析发现信阳区域性暴雨是由1～3个相互分隔的中尺度雨团构成,中尺度雨团的移动决定了暴雨的分布,中尺度雨团移动方向与地面风向一致.     

中尺度雨团在区域性暴雨中的作用

对2000年8月19日信阳一次区域性大暴雨过程中各站逐时降水资料分析发现：信阳区域性暴雨是由1～3个相互分隔的中尺度雨团构成，中尺度雨团的移动决定了暴雨的分布，中尺度雨团移动方向与地面风向一致。     

天津地区一次局地大暴雨过程MCS传播发展机制

利用常规观测资料、卫星云图、雷达、风廓线组网资料对2017年8月8日-9日天津地区局部大暴雨天气进行分析,得到以下结论：A、B两个中尺度雨团先后影响天津,A雨团持续了4个小时,雨强相对较大；B雨团持续了3个小时,雨强相对较小；对应有两个MCS,强降水发生在TBB低值中心偏向温度梯度最大的区域；降水回波的移动路径和强度特征存在差异,A雨团回波为自西北向东南方向移动的带状的高质心降水回波；B雨团回波自西南向东北方向移动,为低质心降水回波带状回波,高质心降水回波雨强高于低质心降水回波。新型探测资料有助于分析中尺度影响系统,判断对流系统的移动方向。用风廓线组网资料对比两个阶段降水的中尺度系统,A雨团为上冷下暖的高低空配置,B雨团降水出现在整层西南气流中,引导风的不同,导致回波的移动方向、天气剧烈程度的不同；变压梯度、温度梯度等环境因素对判断局地对流暴雨发生的环境条件有一定指示性。     

“海棠”影响河南降水雷达回波和中尺度雨团对比分析

使用郑州714CD雷达观测资料，以及2005年刚建立起的河南省乡镇雨量站网资料，配合河南省自动站资料，对0505号台风海棠造成的河南省大范围暴雨、局部特大暴雨过程进行了分析，总结出强降水回波区早于中尺度雨团1个小时左右生成，中尺度雨团早于降水回波减弱消失，稳定少动的强降水回波有利于中尺度雨团的产生和发展；多普勒速度场上，中尺度系统存在的地方有利于强降水回波发展和维持，也有利于中尺度雨团产生和发展；受持续不断45dBz左右强降水回波影响，构成“列车效应”，可造成暴雨甚至是大暴雨过程；对于大范围降水回波，依据乡镇雨量图上中尺度雨团活动规律，分析速度场上中尺度系统如逆风区、辐合区、大风区（低空急流），可以准确预报暴雨落区，发布暴雨预警信号。     

1998年盛夏松花江、嫩江流域暴雨过程的云顶黑体温度分析

用带能滤波分析方法及GMS静止卫星红外云图的云顶黑体温度（TBB）等值线分析方法，并用地面逐时降水资料、T106分析资料、静止卫星云图逐时TBB场资料，分析了1998年8月上旬松花江及嫩江流动的中尺度扰动场和中尺度雨团（≥5.0mm/h)对应的TBB场，揭示不同类型的中尺度雨团在TBB场上发生、发展、移动及消亡的规律。其规律对短期及短时预报有一定的指示意义。     

低纬高原地区一次强降水过程的中尺度雨团数值模拟研究

对2001年5月31日~6月1日发生于低纬高原地区的一次强降水过程进行了数值模拟,在确定大尺度环流形势场、降水过程及雨团模拟正确的基础上,对引发强降水的主要雨团A,利用模式输出的高分辨模拟结果进行了深入的再诊断分析研究。结果表明:虽然雨团A所在区域未发现有明显的气旋系统（或扰动）,但在其发展强盛期,仍具有明显的中尺度动力和热力结构特征;中低层正涡度中心先于降水系统的发展,而垂直上升运动是低层气流辐合抬升的结果;雨团A的形成与近地层气流辐合线密切相关,并与云南特殊的地形地貌密切关联;南风分量对强雨团A的产生和发展具有重要的作用;同时,受其大尺度环流场的影响,雨团A的发展演变与印缅槽的形成和发展密切相关。对中尺度雨团A的水汽来源分析表明:在中尺度系统发展成熟前有较强的向雨团A区域的水汽输送,并且水汽主要来源其西南侧,即孟加拉湾。     

2013年湖北一次大暴雨β中尺度分析和模拟诊断

利用地面加密自动站资料、FY 2E卫星TBB和NCEP/GFS 0.5°×0.5°分析场资料,对2013年7月5—6日发生在湖北鄂东的大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了研究,并利用WRF中尺度模式输出的高分辨率资料进行诊断分析。诊断分析表明：该次鄂东大暴雨过程发生在深厚低槽前正涡度区、低空切变线前部急流核附近与高空强辐散气流以及不稳定能量重合区域中,暖湿气团的抬升凝结高度较低,具有较高的降水效率;产生暴雨的直接原因是由3个不同时间和地域的近圆形β中尺度对流系统先后移动经过形成;采用WRF中尺度模式对这次大暴雨过程做了数值模拟,中尺度模式模拟总水物质（水汽+云水+云冰+雨水）通量散度降水率的诊断分析,得出7月5日夜间β中尺度对流系统中有多个γ小尺度单体活动,此物理量值一定程度上可以定量估算雨团的小时雨强,而模拟最大可能对流可降水率的诊断分析,可以反映雨团内部的水汽、热力条件与降水量之间关系。     

1998年盛夏嫩江、松花江流域暴雨过程中尺度雨团特征

采用地面逐时降水、静止卫星红外云图和云顶黑体温度（ＴＢＢ）等资料,分析了１９９８年８月上旬嫩江、松花江流域的两类不同中尺度雨团的云型和ＴＢＢ特征,揭示出中尺度雨团对应的中尺度云团发生、发展、移动及消亡的特征。     

嫩江、松花江流域暴雨的中尺度系统和过程分析

利用雷达回波资料、气象卫星云图和各种加工产品、1h的降水量,分析了大暴雨形成过程中的中尺度活动。讨论了中尺度云团、中尺度雨团发生发展的情况,各种物理量的表现,能量转换作用等。结论指出,暴雨过程中的中尺度云团、中尺度雨团和中尺度切变辐合是必不可少的;地形对中尺度切变的形成、稳定维持和对降水的增幅有相当大的作用;雷达回波的形态、尺度、强度、移动和演变等特征反映了暴雨发生的中尺度过程,对流回波带走向与移动方向一致或积层混合性降水中的强回波区以及“指状”回波区等多易产生暴雨、大暴雨。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

基于风廓线雷达资料的暴雨天气过程分析

2008年6月1～2日大理市暴雨过程的风廓线雷达资料和每小时的雨量资料分析发现：暴雨过程具有明显的中小尺度系统影响特征,雷达水平风廓线资料可以很直观地显示随时间变化风场的垂直结构;高空气流的向下脉动与降水强度的增强有着紧密的联系;风廓线雷达产品（垂直速度、折射率结构常数和信号噪声比）清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度。     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究I·2001年5月印缅槽维持期间云南暴雨及其中尺度特征

2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC~6月2日1200 UTC的暴雨过程最强。本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析。结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的。云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生。2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生。3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关。4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助。雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切。5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定。6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾。     

Variational Assimilation of GPS Precipitable Water Vapor and Hourly Rainfall Observations for a Meso-β Scale Heavy Precipitation Event During the 2002 Mei-Yu Season

Recent advances in Global Positioning System （GPS） remote sensing technology allow for a direct estimation of the precipitable water vapor （PWV） from delayed signals transmitted by GPS satellites, which can be assimilated into numerical models with four-dimensional variational （4DVAR） data assimilation. A mesoscale model and its 4DVAR system are used to access the impacts of assimilating GPS-PWV and hourly rainfall observations on the short-range prediction of a heavy rainfall event on 20 June 2002. The heavy precipitation was induced by a sequence of meso-β-scale convective systems （MCS） along the mei-yu front in China. The experiments with GPS-PWV assimilation cluster and also eliminated the erroneous rainfall successfully simulated the evolution of the observed MCS systems found in the experiment without 4DVAR assimilation. Experiments with hourly rainfall assimilation performed similarly both on the prediction of MCS initiation and the elimination of erroneous systems, however the MCS dissipated much sooner than it did in observations. It is found that the assimilation-induced moisture perturbation and mesoscale low-level jet are helpful for the MCS generation and development. It is also discovered that spurious gravity waves may post serious limitations for the current 4DVAR algorithm, which would degrade the assimilation efficiency, especially for rainfall data. Sensitivity experiments with different observations, assimilation windows and observation weightings suggest that assimilating GPS-PWV can be quite effective, even with the assimilation window as short as 1 h. On the other hand, assimilating rainfall observations requires extreme cautions on the selection of observation weightings and the control of spurious gravity waves.     

引发华北特大暴雨过程的中尺度对流系统结构特征研究

利用常规观测资料、FY2C卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2005年7月22～24日发生在华北地区的大到暴雨天气过程进行了观测分析和模拟研究.结果表明,“海棠”台风减弱的低压倒槽内发生发展的两个中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,中尺度对流系统发展到成熟阶段首先在对流层中层形成中尺度低涡,然后向低层发展.水汽辐合...     

一次强降水过程中尺度系统发生发展动力机制的诊断分析

利用1°×1°经纬度NCEP/NCAR再分析资料、地面1h观测降水资料和TRMM卫星产品资料,分析了2009年6月8~9日引发贵州南部的强降水天气过程的中尺度对流系统活动,并进一步研究了大气正压非平衡强迫、湿斜压热动力耦合强迫在强降水天气发生发展与维持过程中的作用。结果表明:8~9日贵州南部的强降水主要是由中尺度系统的发生发展引起的。南海季风不仅给贵州南部强降水区带来充足的水汽,同时也带来足够的能量。正压非平衡强迫在降水的开始阶段与降水落区有较好的对应关系,是强降水的启动机制。斜压热动力耦合强迫在降水的维持阶段,特别是当大气层结转为弱湿中性时,其分布和强度与中尺度对流系统和降水的强度与落区有较好的对应关系,可能是强降水的维持机制。      

Variational Assimilation of GPS Precipitable Water Vapor and Hourly Rainfall Observations for a Meso-β Scale Heavy Precipitation Event During the 2002 Mei-Yu Season

Recent advances in Global Positioning System (GPS) remote sensing technology allow for a direct estimation of the precipitable water vapor (PWV) from delayed signals transmitted by GPS satellites, which can be assimilated into numerical models with four-dimensional variational (4DVAR) data assimilation. A mesoscale model and its 4DVAR system are used to access the impacts of assimilating GPS-PWV and hourly rainfall observations on the short-range prediction of a heavy rainfall event on 20 June 2002. The heavy precipitation was induced by a sequence of meso-β-scale convective systems (MCS) along the mei-yu front in China.The experiments with GPS-PWV assimilation successfully simulated the evolution of the observed MCS cluster and also eliminated the erroneous rainfall systems found in the experiment without 4DVAR assimilation. Experiments with hourly rainfall assimilation performed similarly both on the prediction of MCS initiation and the elimination of erroneous systems, however the MCS dissipated much sooner than it did in observations. It is found that the assimilation-induced moisture perturbation and mesoscale low-level jet are helpful for the MCS generation and development. It is also discovered that spurious gravity waves may post serious limitations for the current 4DVAR algorithm, which would degrade the assimilation efficiency, especially for rainfall data. Sensitivity experiments with different observations, assimilation windows and observation weightings suggest that assimilating GPS-PWV can be quite effective, even with the assimilation window as short as 1 h. On the other hand, assimilating rainfall observations requires extreme cautions on the selection of observation weightings and the control of spurious gravity waves.     

On the Key Dynamical Processes Supporting the 21.7 Zhengzhou Record-breaking Hourly Rainfall in China

An extremely heavy rainfall event occurred in Zhengzhou, China, on 20 July 2021 and produced an hourly rainfall rate of 201.9 mm, which broke the station record for mainland China. Based on radar observations and a convection-permitting simulation using the WRF-ARW model, this paper investigates the multiscale processes, especially those at the mesoscale,that support the extreme observed hourly rainfall. Results show that the extreme rainfall occurred in an environment characteristic of warm-sec...     

一次强降水过程中尺度系统发生发展动力机制的诊断分析

利用1°×1°经纬度NCEP/NCAR再分析资料、地面1h观测降水资料和TRMM卫星产品资料,分析了2009年6月8～9日引发贵州南部的强降水天气过程的中尺度对流系统活动,并进一步研究了大气正压非平衡强迫、湿斜压热动力耦合强迫在强降水天气发生发展与维持过程中的作用。结果表明：8～9日贵州南部的强降水主要是由中尺度系统的发生发展引起的。南海季风不仅给贵州南部强降水区带来充足的水汽,同时也带来足够的能量。正压非平衡强迫在降水的开始阶段与降水落区有较好的对应关系,是强降水的启动机制。斜压热动力耦合强迫在降水的维持阶段,特别是当大气层结转为弱湿中性时,其分布和强度与中尺度对流系统和降水的强度与落区有较好的对应关系,可能是强降水的维持机制。     

我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

利用2009~2017年7~9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015~2017年7~9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1版本)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。     

干湿持续期随机模拟

该文应用数据建模技术, 实现干湿期随机建模。主要包括:利用历史气象资料, 从中采集干湿期数据; 应用实测数据, 创建干湿期经验分布函数; 应用Monte Carlo方法和经验分布参数, 随机生成干湿期序列, 通过和Markov链模型输出的对比分析, 讨论生成序列的统计误差, 测试结果显示, 与两状态Markov链方法相比, 所建模型性能更好。