湖南地区暴雨的分类及回波特征分析

利用2002—2004年5—7月15次伴有低空急流暴雨天气过程的常规观测资料,分析了湖南汛期伴有低空急流的西风带暴雨过程。结果表明,湖南汛期暴雨可以分成低槽暴雨和切变线暴雨两类,切变线暴雨又可分为冷式切变线暴雨和暖式切变线暴雨;不同类型暴雨的雷达回波结构和特征具有明显的区别。     

一次冷锋大暴雨过程的多普勒雷达观测分析

2003年6月22—23日受冷锋和低空急流影响, 湖北省东部地区出现了一次区域性大暴雨过程。用每6 min一次的武汉多普勒雷达资料, 详细分析了冷锋和低空急流天气系统在多普勒雷达径向速度PPI、速度垂直剖面VCS和速度谱宽产品上的主要特征和演变特点。结果表明:PPI上冷锋对应一条径向速度辐合线, 由于多普勒雷达所测的是径向速度, 辐合线在向雷达站移动过程中出现逐渐“变短”的现象。因在冷锋附近低层的风垂直切变相对较大, 多普勒雷达所测的速度谱宽很大, 这一特征对确定冷锋的位置很有帮助。中尺度低空急流在PPI速度图上表现为有较大径向速度切向梯度的大风核, 且距离雷达站越远这一特征越明显。在上述分析基础上, 还结合地面逐时雨量资料等分析讨论了产生暴雨中尺度对流系统的传播与冷锋和低空急流的关系。     

湘东北一次大暴雨“列车效应”特征分析和预警服务

2014年5月9日晚湘东北出现一次大暴雨天气过程。利用常规观测资料、中小尺度自动雨量站资料、多普勒雷达产品对此次大暴雨的＂列车效应＂雷达回波特征及其成因进行分析,并对这次过程的短临时预警服务进行了探讨。结果表明：＂列车效应＂回波带主要由积状云为主的混合型回波组成,对流强降水明显;低质心结构的回波特征有利于短时暴雨的发生;径向速度图上的＂牛眼＂特征表明有强盛的西南急流存在,＂列车效应＂发生在急流轴的左侧;逆风区的出现和长时间维持为＂列车效应＂提供了动力条件;925 h Pa湘西南-湘东北的切变线和地面低压倒槽暖区内出现的中尺度辐合线位置重合,配合低空西南急流的增强是形成＂列车效应＂的主要原因;多普勒雷达特征分析为短临预警服务提供了准确的判别依据。     

“15.7”广西超长持续性暴雨过程多尺度特征分析

利用多源气象资料,通过综合诊断分析方法,对2015年一次广西持续性暴雨过程进行多尺度特征分析。(1) 南亚高压经历了双体型构建,副热带长波槽有利于冷空气南下和高空急流的建立。El Ni?o状态下,副高强度偏强,位置偏西、偏南,有利于暖湿气流向广西输送。南亚高压过渡层与副高对峙,有利于冷暖空气在广西交汇。(2) 影响天气系统有高空槽、切变线、冷锋、低空急流、季风槽及低涡等多天气系统。降雨分为锋前暖区、锋面、高空槽加强、季风槽与低涡等四个阶段。(3) 中尺度特征为锋前暴雨发生在MCC云团形成到减弱期,雷达强回波呈弓型,对流性强;锋面暴雨发生在MCC减弱后云带,雷达强回波为弓型向直线型转换,对流性减弱;高空槽加强暴雨为直线型云系和雷达回波增强;季风槽与低涡暴雨为增强的涡旋型云系和雷达强回波。(4) 暴雨发生在总体地势为云贵高原下坡和地面喇叭口地形辐合的桂西北、海陆分布差异的沿海及山脉迎风坡的桂东南。可见,长时间持续性暴雨过程是一个多尺度和多天气系统相互作用的结果,暴雨发生在有利的大尺度环流背景和天气系统配置下的中小尺度系统频繁发生处,地形助推暴雨作用明显。深刻理解持续性暴雨发生的尺度特征可提高该类天气预报能力。      

赣州市4—6月暴雨天气系统的配置及概念模型

针对1997—2012年期间4—6月赣州地区发生的暴雨天气过程,采用数理统计方法进行时空统计分析,并利用常规天气图、云图、赣州雷达图等资料,对2002—2012年41次暴雨天气过程,进行天气形势分型及特征分析。结果表明:1赣州暴雨多出现在每年5和6月,年平均5.4次,暴雨落区集中在赣州地区的东部、北部和中部地区。2产生暴雨天气的主要影响系统有:500 h Pa低槽和副高,700 h Pa低涡、急流,850 h Pa切变线、急流,低压倒槽和冷空气等,可以归结为低槽型和副高低槽并存型两种天气系统概念模型。3红外云图上具有带状波动特征,云带上多MCC(MCS)活动等。4雷达回波上主要有絮状回波结构、"列车效应"。5弱云系和弱回波影响下也能导致暴雨天气过程发生。     

渭北2010年7月下旬区域性大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FY-2C气象卫星资料、多普勒雷达和自动气象站资料,对2010年7月22—24日发生在陕西渭北的强降水天气进行分析,结果表明:副热带高压稳定在长江中下游一带,青海中部到高原低槽东移和海南登陆台风"灿都"外围暖湿气流合并,为暴雨形成提供了有利的条件;低层切变线、低涡、低空急流是暴雨产生的主要影响系统;卫星云图上在低槽云系中有圆形的暴雨云团特征;雷达径向速度图上强西南风以及产生的风速辐合与大降水密切相关,反射率因子强回波区总是与大降水对应;暴雨发生前自动气象站地面要素特征明显,地面中尺度辐合系统对暴雨的监测预警有较好的指示性。     

“17·7”榆林特大暴雨成因及多普勒雷达特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料以及榆林多普勒天气雷达产品,对2017年7月25—26日榆林市区域性暴雨、局地大暴雨成因进行分析。结果表明:500hPa短波槽、700hPa低空西南急流和850hPa中尺度切变线是本次过程的主要影响系统;700hPa西南急流为特大暴雨的主要水汽输送系统,同时为强降水的维持提供了不稳定能量。雷达反射率演变特征表明该次过程有两个强降水时段,第一阶段为位于榆林北部的带状回波和南部的孤立雷暴单体造成的局地强降水,第二阶段为回波前部不断生成并发展的多个强回波中心给榆林南部带来的大范围短时暴雨。径向速度图上,在第二阶段对称的正负速度中心表明700hPa存在明显的西南低空急流;过程期间低空急流与强降水的发生具有较高的相关性,持续出现的中心风速为15 m/s以上的西南急流对短时大暴雨的产生有重要作用,低空急流的强度直接影响着强降水强度,急流风速增幅越大,强降水雨强增幅越大。     

一次西南低涡影响下的川渝地区 暴雨个例分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、卫星以及雷达资料对2015年8月16—18日影响川渝地区的一次持续性大暴雨过程进行了分析。结果表明:在亚洲中高纬和低纬相对稳定的环流背景下,两次高原涡东移、两次冷空气南下侵入四川盆地共同促进了西南低涡生成发展,造成此次大暴雨过程。西南低涡"初生形成"阶段,地面热低压东北侧有冷锋侵入,中心偏北形成暖锋,低涡近于正压;"稳定持续发展"阶段,冷锋南段移至地面热低压南侧,北段与暖锋结合形成准静止锋,低涡斜压性明显且呈近圆形,持续性暴雨主要出现在西南低涡的暖切变线附近和冷槽东侧;"东移变形减弱"阶段,冷空气第二次侵入,冷锋持续增强,西南低涡东移变形减弱。低层辐合、高层辐散、充沛的水汽输送以及不稳定能量的累积为西南低涡的加深、发展和强降水的维持提供了重要条件。西南低涡暖切变线和南侧冷槽附近发展起来的对流云团是暴雨产生的直接原因,强降水主要发生在云团上风方TBB梯度相对较大的区域。此次强降水过程的局地环流有低空急流和低空辐合线或切变线配合,雷达体积速度处理(velocity volume processing,VVP)法反演的风矢图可更直观地判断风向风速、天气系统所处的发展阶段以及判识辐合线或切变线,低空辐合线或切变线的演变以及低空急流的强度和移向对强降水天气产生的动力条件、维持时间和回波外推预报具有重要的指导意义。     

“7.28” 渭河区域性大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FY-2D气象卫星资料、雷达资料,对2011年7月28—29日发生在陕西渭河流域的强降水天气进行分析,结果表明：副热带高压加强北抬,高原低槽东移,副热带高压外围暖湿气流与高原槽前西南气流合并,为暴雨形成提供了有利的条件;低层切变线、低涡、低空急流是暴雨产生的主要影响系统;卫星云图上在低槽云系中有暴雨云团特征;雷达反射率因子强回波与液态含水量大值区总是与大降水对应。     

“7.28” 渭河区域性大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FY-2D气象卫星资料、雷达资料,对2011年7月28—29日发生在陕西渭河流域的强降水天气进行分析,结果表明：副热带高压加强北抬,高原低槽东移,副热带高压外围暖湿气流与高原槽前西南气流合并,为暴雨形成提供了有利的条件;低层切变线、低涡、低空急流是暴雨产生的主要影响系统;卫星云图上在低槽云系中有暴雨云团特征;雷达反射率因子强回波与液态含水量大值区总是与大降水对应,     

广东罕见特大致洪暴雨形成机理个例分析

利用常规观测、雷达卫星和NCEP 1°×1°格点资料,从形势场配置、水汽供应、动力机制等方面对广东罕见特大暴雨的形成机理进行诊断分析。结果表明:西太平洋副高位置偏南,强度偏弱,副高北侧的西南暖湿气流与西风槽前的冷空气共同作用是此次特大致洪暴雨形成的重要原因;强盛低空急流为暴雨过程提供了充沛的水汽;高层辐散低层辐合激发强烈上升运动;特大暴雨过程中垂直螺旋度量级(10-6hPa.s-2)比常规(10-8hPa.s-2)大2个量级,其正值区长轴与700 hPa的切变辐合线走向和移动方向一致;广东暴雨范围和量级增大期间,其上空垂直螺旋度具有中低层正、高层负螺旋度闭合中心向低层明显传送的特征。     

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:（1）这次雷暴大风过程发生在500 hPa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;（2）对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;（3）在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;（4）阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;（5）地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。      

Numerical Study of a Mesoscale Vortex in the Planetary Boundary Layer of the Meiyu Front

It was found that the heavy rainfall event along the Meiyu front in the lower reaches of the Yangtze River on 23 June 2009 was connected with a mesoscale disturbance vortex, which originated from the planetary boundary layer (PBL) and developed upward later and was discovered by using the Shuman-Shapiro filtering method. The mesoscale disturbance vortex in the PBL (PMDV) in this process corresponded well to the short-time rainstorm in the Doppler radar echo. Analysis of the high-resolution simulation results from the Advanced Weather Research and Forecasting Model (ARW) showed that there were several surface disturbances along the southern warm section of the Meiyu front prior to the generation of the PMDV. The PMDV interacted with the mesoscale convective system (MCS) and intensiˉed the local convective precipitation. The north and southwest flows in the PBL converged at the time of the PMDV formation. Meanwhile, a southwesterly jet on the top of the PBL to the south side of the vortex reinforced the ascending motion and convergence. Hence, it is concluded that the PMDV was generated when the strong cold air flows north of the shear line encountered the southwest flow south of the shear line. The convergence line in the PBL, the intensification of the southwest wind, and the southward aggression of the north wind were critical for the development of the PMDV. The release of latent heat was found crucial for the formation of the PMDV as it facilitated the convergence at low levels.     

2010年8月丹东连续两次副热带高压暴雨多普勒雷达回波对比分析

利用丹东多普勒雷达的基本反射率、基本径向速度和风廓线资料,对2010年8月19日和20日丹东地区大暴雨天气过程进行分析,探讨丹东短时强降水天气形势和多普勒雷达回波特征。结果表明：在丹东处于副热带高压内部或边缘时,南下的冷空气与副热带高压后部暖湿空气势力相当时,形成丹东地区较典型的暴雨模式。风廓线产品在强降水前期,会产生一个水汽累积的过程,两次过程中出现短时强降雨时段均表现为高空急流出现和高空动量下传。这种高空动量的下传使低空急流得到加强,低层进一步辐合,使雨强明显增大。两次过程中降水回波区均形成一条40 dBz以上的回波带,回波移动方向与回波带轴向一致,导致沿途站降水时间偏长,降水总量偏多。逆风区出现时间与强降雨时段有较好的配合,其位置与强回波区的对应关系揭示出逆风区厚度越大、对应的反射率因子强度越强,产生的降水强度也越大。     

2011年“7·25”山东乳山特大暴雨成因分析

利用常规资料、地面加密资料、多普勒雷达资料和ＮＣＥＰ再分析资料等,对2011年7月25日发生在山东省乳山市一次超历史极值的特大暴雨过程进行分析。结果表明：本次特大暴雨是由高空西风槽、低层切变线与副热带高压边缘的低空急流共同影响所致;由低层前期强盛的低空偏南暖湿气流输送使半岛上空低层高温高湿,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结;近地面向岸风的侧向辐合产生气旋式切变线,是本次暴雨的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。此外,半岛上空超低空偏南急流的加强,使中尺度切变线北抬,进而受乳山倒喇叭口地形影响,发展成了中气旋,产生了强降水超级单体风暴。而强降水超级单体风暴造成的短时强降水,是本次暴雨致灾的重要原因。     

特大暴风雪动力结构的雷达探测研究

利用牡丹江多普勒天气雷达观测资料对2007年3月4—5日黑龙江省东部地区一次罕见特大暴风雪的雷达回波动力结构特征进行分析。结果表明：高低空急流、风切变、冷暖平流在特大暴风雪过程中特征明显;偏南气流和冷性的东北气流构成的中尺度辐合切变线和西南急流的位置变化对降雪天气的演变过程有重要指示意义;雷达回波反射率因子在15～27dBZ之间,回波面积广,顶高在6km左右,冷暖平流明显,径向速度大,出现＂牛眼＂、速度模糊等现象,可作为暴风雪临近预报的着眼点     

2009年晚秋河北特大暴雪多普勒雷达特征分析

利用石家庄新乐CINRAD/SA雷达资料、加密自动站资料和四维变分同化风场反演资料,分析了2009年11月10-12日河北地区发生的有历史记录以来的特大暴雪天气过程。结果表明,这次特大暴雪过程可分为切变线回流降雪和西风槽降雪两个阶段。切变回流降雪回波为对流性层云和积云的混合云,西风槽降雪回波为层状云且无零度层亮带,对流性降雪回波的垂直结构与盛夏暴雨回波结构类似,是产生这次极端降雪的重要原因;径向速度场分布存在"牛眼"特征、零等速度线出现"S"形、反"S"形和不连续线。当同时出现暖平流、风向辐合及风速辐合时,降雪维持;当同时出现暖平流、风向辐散及风速辐散时,降雪减弱;从地面到1.2km的边界层内存在边界层辐合线,垂直风切变的辐合抬升使垂直运动增强、降雪强度增大。     

影响山东切变线特征及典型个例分析

利用天气观测资料和NCEP再分析资料对2004-2013年5-9月影响山东的切变线天气特征和环流形势进行了分析。将影响山东的切变线按热力性质分为冷切变线和暖切变线,10a间影响山东的切变线共发生59次,其中暖切变线出现43次,占切变线总发生次数73%;冷切变线出现16次,占切变线总发生次数27%。切变线发生频数7月最多,6月次之,分别占切变线总数的35.6%和23.7%,9月最少,约占0.05%。影响山东典型切变线的发生与副高关系密切,冷切变线多出现在西风槽东移受阻,在对流层低层逐渐形成,暖切变线则出现在西风带小高压与副高合并,副高北抬时形成。针对2次典型冷暖切变线暴雨天气过程对比分析其暴雨落区、雷达回波特征和动力机制等,结果发现:暖切变线降水的强度、暴雨范围和持续时间明显大于冷切变线降水。暖切变线暴雨的GPS可降水量在强降雨出现前8h快速上升,可降水量峰值对应地面降雨大值,对地面降雨变化反映不敏感,物理量呈垂直分布,强回波单体基本位于暖切变线雨带的中间。冷切变线暴雨的GPS可降水量短时间内增幅大,地面强降雨在峰值出现1h后发生,对地面降雨变化反映较敏感,物理量从低层到高层向北倾斜且上升运动区较深厚,回波单体位于切变线南侧。