一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

“94·7"北京大暴雨的能量锋及能量锋生

首先利用湿静力湿度Ｔσ分析了１９９４年７月１２－１３日北京地区台风低压和西来槽共同影响的强降水过程的能量场，其次利用能量锋锋生方程组，并进行能量锋锋生分析。结果表明：此次降水过程对流层低层对应有明显的Ｔσ水平能量锋区，且Ｔσ能量锋区与同时次６小时降水相对应。能量锋生方程组计算出的Ｔσ水平锋生是地转变形项和倾斜项共同作用的结果，而Ｔσ垂直锋生主要是倾斜项的作用。同时，水平锋生对降水具有指示意义。     

滇黔静止锋大暴雨的锋面特征及其对MCS的影响

2012年5月21—22日,贵州省出现了一次典型的Ⅲ型静止锋在南支槽的引导下锋生而触发MCS形成暴雨的过程。MCS有非线性、降水强的特征。分析发现:低层静止锋锋区强,锋生明显;锋前有高能舌及低涡切变发展,切变南侧有偏南急流。垂直方向上锋区陡峭,锋前上凸区内上升气流强,对流不稳定;南支槽及高低空系统的前倾配置是上升气流强的原因。这些锋面特征为MCS发生发展提供了有利条件:低层高能舌和低涡切变为MCS提供了热力和动力条件;偏南急流是影响MCS的重要因素。锋前上凸区是MCS发展的重要区域,锋区附近的θse场及高低空系统前倾配置利于MCS发生发展。锋前到锋区附近的水汽条件好,急流出口处的水汽辐合及上升气流为MCS和大暴雨提供了有利水汽输送。     

冬季华南准静止锋的结构和类型特征研究

利用12年(2000～2011年)逐日的FNL(Final Operational Global Analysis)分析资料和逐日的中国站点降水资料, 定义了一个冬季华南准静止锋强度指数, 并根据该指数挑选出强准静止锋事件, 研究了强事件的结构特征、环流分型及其与降水的关系。结果表明:冬季强准静止锋事件多发于1、2月, 其发生频次在近12年里呈现明显上升趋势。强准静止锋锋区表现为等假相当位温线、等温线的密集带, 但是锋区湿度变化不明显, 并有明显逆温, 锋区由南北风辐合构成, 上升气流主要位于锋区上部, 纬向有两个次级环流与锋区相对应, 伴随正相对涡度和水汽通量辐合。根据850 hPa风场在锋区的辐合情况, 强准静止锋可分为北风辐合型、南北风辐合型、南风辐合型三种类型。在这三种类型中, 北风辐合型对应的北方冷空气最强, 华南降水最少;南风辐合型对应的南支槽最活跃, 华南降水最多;南北风辐合型介于两者之间。冬季华南准静止锋与冬季华南降水有一定相关, 在强准静止锋的背景下, 降水偏多时, 锋区低层的水汽通量辐合和上升运动偏强, 华南处于偏强南支槽前。     

梅雨锋结构的数值模拟

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的全程四维同化模拟结果,深入分析梅雨锋结构的时空不均匀变化特征及其与低涡降水强度的密切关系。结果表明,梅雨锋呈现明显的中层锋和边界层锋两段锋的特征,中层梅雨锋区对降水的影响比边界层锋更为关键,中层锋的加强、锋坡增大趋于垂直、锋区垂直环流的加强和与高空急流锋区的上下贯通,有利于梅雨锋降水的加强,强降水并不出现于中层锋区最强的时段,而是发生于大范围锋区强度达峰值之后约16—24 h。中低层总变形加强与梅雨锋的加强有密切关系。组成低空急流的中低层u,v分量呈现不同的分布和演变特征,强南风中心位于900—800 hPa,呈明显的低空急流状特征,贴近暴雨区还可能出现较小尺度的急流;而强西风中心出现于中层锋前700—500 hPa,表现为高空强西风区沿锋区上界的向下延伸;低空南风急流通常与总变形同时加强。强锋段的锋前饱和高湿高能气柱、锋前中低层急流状南风区和中层西风均匀大值区等要素场呈现高度组织化的特征。梅雨锋的低层特性,如辐合、锋区强度、总变形和南风分量及降水强度等要素呈现显著的中尺度扰动特征,有明显的日变化且受长江中下游中尺度地形影响,扰动特征有随时间上传的趋势。     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

梅雨锋的典型结构、多样性和多尺度特征

在天气尺度梅雨锋的天气学定义基础上,利用GMS-5静止卫星红外云图、常规气象探空资料、NCEP再分析与最终分析资料对2002年长江流域典型梅雨期6月26—28日和二度梅期间7月23日、1998年5月梅雨与7月二度梅共4个梅雨锋个例进行了分析与比较,归纳了梅雨锋结构多样性;并着重对典型梅雨期的梅雨锋发展过程、水平以及垂直结构进行了多种物理量场(包括风场、温度场、急流、锋区、假相当位温、散度、垂直速度、静力稳定度等)的综合分析。结果表明,不同的个例,不同的地区和时期,一次梅雨过程的不同阶段,梅雨锋的结构和性质都有可能不同,它可以从比较接近极锋的性质过渡到接近赤道锋的性质。在水平结构上梅雨锋是在高、低纬度不同尺度的环流系统共同作用下形成的,从而造成了梅雨锋结构具有丰富的多样性。对典型梅雨锋结构进行综合分析表明梅雨锋对流层中下层锋面由强假相当位温水平梯度形成;梅雨锋南侧为暖湿气团、北侧为变性气团;梅雨锋南面为西南季风、北面为偏东气流;梅雨锋的上升运动和强降水主要发生在梅雨锋的前沿;梅雨锋上方对流层上半部存在与副热带高空急流相配合的高空副热带锋;对流层上部的高空热带东风与副热带高空西风急流构成了梅雨锋降水的高空辐散流场。根据典型期梅雨锋以及二度梅倾斜型梅雨锋的对流层上、中、下水平环流特征,给出了梅雨锋的多尺度概念模型,主要包括中低纬度系统相互作用、对流层高层的行星尺度的环流系统副热带高空西风急流、高空热带东风急流与南亚高压、对流层中层的副热带高压与北方的短波槽以及对流层低层的行星尺度季风和切变线。     

梅雨锋锋生过程的诊断分析

本文分析了一次梅雨锋的锋生过程,并利用锋生函数和温度平衡方程,讨论了影响梅雨锋形成和维持的因子。结果表明:感热加热是使江淮流域低层锋区消失的主要原因,潜热加热以及水平运动造成的变形是维持梅雨锋存在的重要因素。     

江淮梅雨期不同类型暴雨过程锋生特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水量资料,根据运动学锋生原理,分析了2020年江淮梅雨期锋生特征和两类不同性质暴雨锋生的差异,揭示了不同层次锋生与降水的对应关系。研究结果表明:1)2020年梅雨期锋生特征显著,强降水与中低层锋生有较好对应关系,其中形变项占主要贡献,散度项次之,倾斜项最弱。强降水时段总锋生、散度和形变锋生作用叠加。2)江苏地区自北向南锋生特征有差异,强度逐渐减弱,锋生发展高度逐渐降低。不同类型降水锋生特征不同,对流性降水锋生范围偏大、发展层次高、锋生中心偏强,总锋生和各分解项叠加作用显著,稳定性降水锋生特征反之。3)典型过程对流降水“6.28”和稳定性降水“7.11”对比表明:锋区位置相近,锋生作用均出现在江淮切变线附近,锋区、切变线和θ_se密集带三者对应较好。降水落区有差异,对流性降水过程中,由于干冷空气的显著南压,使得主要降水发生在锋面南侧暖区,与多个次锋生中心相对应;稳定性降水过程中冷暖空气势力相当,降水主要集中在主锋区附近,触发机制和降水性质不同导致降水分布差异。4)两次过程垂直锋区由低到高均有向北倾斜的特征,“6.28”过程锋区南侧有显著暖湿气流输送,锋区内为强烈上升运动,低层辐合高层辐散的环流场使得锋区维持。“7.11”过程垂直上升运动高度偏低,高空没有显著辐散场,对流性较弱。对两类降水垂直锋区的合成分析表明,对流性降水的低层锋生明显强于稳定性降水,由低层锋区造成的抬升触发作用对强降水形成更加有利,同时垂直风场的合成中上升运动也更加强烈。两类降水中,中低层散度和形变锋生由低到高均为先增大后减小,强降水主要由700 hPa以下锋生增强导致,中高层大气基本为锋消作用。     

浙江省梅雨锋强降水的锋生及环流特征分析

为了研究浙中西（浙江省中部和西部）梅雨锋强降水的锋生及环流特征,以2016年6月15日一次典型梅雨为代表,采用ERA-INTERIM（0.25°×0.25°）再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温和雷达资料,运用风场分解、合成分析等方法对锋生与强降水的对应关系及环流结构进行分析。结果表明:此次典型梅雨处于有利的天气尺度背景下,强降水区与中低层锋生区有较好对应。锋区维持时,强降水区伴随中层倾斜锋生和形变锋生;锋区南压时,强降水区伴随中层倾斜锋生和低层水平锋生。低层梅雨锋北侧为超地转偏西气流,南侧为非地转东南气流,它们分别影响了北侧非平衡偏北气流和南侧平衡西南气流的发展,从而影响锋生系统。在锋区存在低层地转偏差辐合、高层辐散的上升运动,形成次级环流上升支,锋后反之。此外,锋前低空纬向风为次地转,而锋后低空纬向风为超地转,高空纬向风为次地转,这进一步促进了次级环流的发展。合成场中,在200 hPa西风槽槽后及槽前分别存在西北气流和西南气流显著增强区;在700 hPa浙北（浙江北部）地区存在东北气流显著增强区。合成锋生各分解项的水平及垂直分布与典型个例较类似。低层锋生主要由散度项贡献,形变项次之,倾斜项则起负作用;中层锋生主要由倾斜项贡献,形变项次之;高层锋消主要由倾斜项贡献。     

梅雨锋结构特征及与锋上涡旋扰动关系的诊断分析

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的模拟结果以及野外实验的加密资料，对这次梅雨锋过程进行诊断分析， 发现梅雨锋主；要表现为中层锋面，强度比边界层锋强，低涡沿中层锋面南缘移动。中层锋强的演变对两类低涡（西南涡和局地涡）发展的影响程度不同。对于东移明显的西南涡，梅雨锋强度的加强比低涡提早6小时以上。而对于长江中游的局地涡，锋面最强与低涡最强出现的时间却比较接近。梅雨锋中层锋面发展最强的位置与低涡发展最强的位置在东西方向上基本重合，基本在同一经度上。因此，低涡暴雨扰动加强发展区的北侧正是前期持续锋生所在，并且锋生的位置在东西方向上基本不随时间发生位移。当低涡移经该地时，低涡强度最强， 随后低涡东移并且强度减弱，锋面大值带也减弱并随低涡向东传播。     

一次梅雨锋结构及锋区强度对锋面结构影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5对1999年6月下旬发生在长江中下游地区的一次锋上西南低涡发展的梅雨锋暴雨过程进行了研究。通过敏感性试验, 探讨了低涡对锋强、 锋生的敏感性, 锋生、 锋消与低涡发展演变的时间空间上的联系等问题\.结果表明, 低涡对中层锋面强度的变化敏感, 中层锋强发生改变会导致整层涡度发生同位相的变化。中层系统对梅雨锋气旋的发展起主要作用, 中层锋面对低涡发展的影响比边界层锋更关键。中层锋面强度改变会激发出中低层的垂直次级环流, 低层的辐合上升运动发生改变, 最终影响到低涡强度的发展。敏感性试验证明, 锋面强度变化对低涡发展造成的影响有超前性, 中层锋面先发生变化, 6 h左右以后低涡强度发生改变。锋区强度和低涡强度发生变化的地理位置基本在同一经度上, 锋强变化的位置在涡强变化位置的北面。     

1998梅雨锋的结构特征及形成与维持

应用1998年6月中旬的分析资料, 对1998年6月16~17日暴雨时段的梅雨锋结构及梅雨锋的形成与维持进行了诊断分析, 确认了暴雨发生时期梅雨锋结构的一些普遍特征, 如在对流层低层表现为θ_se锋而不是温度的强烈对比, 梅雨锋区是一个低层正涡度带以及风和水汽的辐合带等。同时揭示了1998年6月暴雨时期梅雨锋结构的典型特征:锋区从近地面可伸展到600 hPa层 (一般认为梅雨锋只存在于800 hPa以下), 近乎垂直、略向北倾; 锋区900 hPa以下是一个大气弱对流不稳定区, 向上气层变为潮湿中性直至400 hPa, 等θ_se线基本上呈垂直分布; 锋区斜压性相当弱等。研究表明, 出现强降水时的梅雨锋结构已经变性或者说它是介于温带锋面结构和ITCZ结构之间的副热带锋系结构。分析还认为, 在强盛的南海季风涌和频繁的西风带扰动组配的大尺度有利背景形势下, 低层空气的水平运动和地转偏差风对1998梅雨锋的形成和维持有明显的正贡献。     

Sea-breeze Front Variations in Space and Time

Summary  This paper is a contribution to experimental meteorology: A sea-breeze front was investigated by aircraft observations and thorough numerical analysis using an unprecedented number of runs crossing the same front within a timespan of . The 33 runs were flown in a situation of offshore geostrophic wind of 5 m/s in 1000 hPa and with the strategy of obtaining information on the four-dimensional field (t=time, x=cross-coastal coordinate, y=coast-parallel coordinate, z=height): 9 runs in x-direction (and reverse) at different heights to yield x,z-cross-sections of the observed meteorological quantities (specific humidity q, potential temperature Θ and the components u, v and w of the wind velocity), assuming a frozen structure in time; the next 7 runs again in x-direction but all at the same level and on the same track to yield x,t-diagrams of the same quantities in order to study the temporal changes compared to those with x and z; the next 10 runs as a zig-zagging flight track crossing the front but drifting in y-direction, all at the same height, in order to obtain the y-dependency; andfinally 7 runs for another x,z-cross-sectional analysis, which can be compared to that evaluated from the runs at the beginning of the mission. The paper describes the 4-dimensional dependencies in detail. Pure x-variations at constant z are expressed by VCM low-pass filtered space series (VCM=variance conserving multiresolution, according to Howell and Mahrt, 1994). The x,z-analyses are similar to those in Kraus et al. (1990) and Finkele et al. (1995) verifying these results. The comparison of the x,z-studies gained from the data at the beginning and at the end of the mission show how the sea-breeze frontal area changes its structure. The fluctuations (in time) revealed by the low-pass filtered x,t-runs (same track and same height) are smaller than the contour intervals chosen in the x,z-cross-sections. This shows, that the single runs, from which the x,z-cross-sections are constructed, reliably and significantly contribute to the interpolated structure. The paper also demonstrates the overall development of the front within the 3^1/2 h of continuous observation. The x,y-fields demonstrate that the y-dependency of the various quantities is generally one order of magnitude smaller than the x-dependency and that the assumption of negligible y-dependency holds in the first order of approximation for a fairly homogeneous coast. Convective disturbances of a horizontal scale of 1 to 4 km at the landward side of the front, embedded in the offshore flow and bouncing against the landward propagating sea-breeze front, considerably contribute to variations of the frontal propagation speed and of the frontal shape and also to changes of the parameters with the along-frontal coordinate y. Received April 24, 1998 Revised November 3, 1998     

春季急行冷锋结构之分析

台湾地区冬末春初间偶有急行冷锋通过，带来雷雨及强风，甚至降雹，对农业造成不小的损失，深值我气象人员注意，作者就１９９２年４月１９日上午通过台湾省中南部地区的急行岭锋，利用雷达资料分析其垂直结构和水平结构。     

梅雨锋暴雨的不平衡场

中尺度散度及其变化和梅雨锋暴雨有较好的对应关系。在散度方程中，散度的局地变化项与垂直速度（ω）、散度（D）有关的项的量级在强降水区比在弱降水区要大。用中尺度资料计算的不平衡场（U）和不均匀场（A）和强降水区基本一致。因此，计算不平衡场和不均匀场及散度变化可以为暴雨等中尺度天气现象的短时预报提供线索。     

对华北锢囚锋个例的数值模拟分析

运用非静力中尺度模式（ＭＭ５）对１９９８年１１月２０～２０日的华北锢囚锋形成过程进行数值模拟,结果表明：本次锢囚锋结构在空间尺度上小于典型温带气旋锢囚锋,降水落区与锢囚锋性质（暖性）有关,因此,潜热释放对锢囚锋的维持起一定的作用,去掉太行山后,锢囚锋形成的时间会偏早,地点偏西,强度偏弱,因此,太行山的存在对本次锢囚锋生成发展起至关重要的作用。     

1991年梅雨锋云系分析

利用一小时一次的卫星资料和降水资料，分析了１９９１年江淮梅雨期第三段（６月２９日－７月１３日）梅雨锋云系的特征，包括梅雨锋云系的建立和重建过程、它的走向、分布特征、日变化特征，以及它和其他云系之间的关系等，梅雨锋云系的建立是来自高原东北部的华西盾状云系和西南季风云系相互作用的结果。外围不同性质的云系对梅雨锋云系的影响是造成江淮梅雨锋云系强烈发展，继而产生暴雨天气的重要原因之一。      

雷达强度数据中的阵风锋特征统计和自动识别

利用江苏南京2009-2012年天气雷达数据结合地面自动站风场资料分析江苏沿江地区阵风锋变化特征、阵风锋弧长与移速关系,及其在雷达反射率因子图像中呈现的总体、局部特征,详细分析了三种窄带回波回波带反射率因子分布特征。通过设计反映回波带平坦性的计算方法实现定量分析窄带回波分布异同功能。根据回波带径向波形特征判断径向波形的波宽、波峰个数、波峰阈值和波形双边梯度等特性,实现阵风锋径向波段识别。在对反射率因子图像预处理基础上,结合回波平坦性测试方法和阵风锋径向波形识别算法达到自动识别阵风锋回波的目的。识别效果表明:回波带平均值5 d BZ的独立阵风锋回波识别准确率达87%以上,回波带平均值10 d BZ的混合型阵风锋回波识别准确率达89%以上。对弱阵风锋识别成功率仍较低。