华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

热带气旋“碧利斯”与南海季风相互作用的强水汽特征数值研究

强热带风暴碧利斯(0604)登陆后其低压环流较长时间地维持,并与南海季风相互作用,造成湖南省东南部发生历史罕见的特大致洪暴雨。文中应用多种常规、非常规细网格观测资料及NECP再分析资料,结合暴雨中尺度数值预报模式AREM对该暴雨过程的强水汽场特征进行了数值模拟和诊断分析,并设计水汽敏感性试验,进一步揭示造成湘东南特大暴雨的水汽通道和水汽来源。结果表明:碧利斯低压环流南侧的西南气流对湘东南暴雨区起到了主要水汽输送作用,且随着碧利斯逆时针旋转,水汽沿着环流中心东侧的强风速带夹卷到环流北侧,并通过增强的东北风源源不断地输送至湘东南。这南北两支主要水汽通道在湘东南长时间交汇,形成了湘东南暴雨区深厚的湿层和强水汽辐合,对碧利斯低压环流较长时间的维持及对湘东南特大暴雨的形成和发展有重要的作用。     

云南冷锋切变型暴雨的中尺度特征分析

利用T106数值预报产品资料，通过中尺度滤波方法，提取云南冷锋切变型暴雨过程中的中尺度降水系统，对其有关物理量的特征及演变进行了分析。研究发现，通过中尺度滤波方法，可以从常规的数值预报产品资料中有效分离出直接导致暴雨的中尺度天气系统，通过对这些中尺度系统的分析及追踪，可以为暴雨预报提供更为客观的预报依据；水汽的强辐合时段与暴雨降落时段有较好的对应关系，暴雨落区比水汽的强辐合区域要稍偏向于水汽输送的下游方向；在该型暴雨的发生过程中，北部冷平流具有十分重要的作用，但南部暖平流的作用也不可忽视。     

中国暖区暴雨的研究进展

暖区暴雨是中国大气科学界的一个研究热点,由于其天气尺度斜压性强迫弱、环境大气热动力不稳定性强,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,暴雨对流系统触发机制复杂,暴雨突发性、局地性特征明显。目前全球业务数值预报模式、中尺度数值模式对暖区暴雨的预报能力十分有限。20世纪80年代以来对华南暖区暴雨的天气学特征进行了深入分析,并对多地区暖区对流系统的发展特征进行了总结,指出暖区极端暴雨与稳定的线状对流系统的发展有密切关系。近年来通过若干大型科学试验,对造成华南暖区暴雨的对流系统特征、边界层物理特征、降雨云物理过程有了更为深入的认识,其中关于边界层急流、华南沿海地面冷池边界等中尺度特征分析进一步深化了暖区暴雨对流触发机制研究。本文回顾了近40年暖区暴雨部分研究成果,针对多地区暖区暴雨的天气学特征、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区暴雨中尺度对流系统的发展特征等问题进行了总结,并提出需要进一步深入研究的科学问题。     

暴雨数值模拟中的CISK机理分析

将卫星反演的水汽资料计入MM5中尺度大气数值模式初始场，增加了模式初始水汽场的中尺度信息。并对长江流域暴雨个例进行了模拟试验。通过分析模拟结果，具体讨论暴雨中的第二类条件不稳定(CISK)机制，即揭示了初始场改进使得中尺度系统的“spin-up”时间提前，暴雨预报效果改善的物理机制。     

中尺度模式MM4对高精度水汽输送#C$算法的敏感性试验

水汽输送的算法精度对中尺度模式的预报能力起有重要作用。本文在MM4的基础上用高精度的平流格式改进模式的水汽输送格式，使改进后的模式包含了对多种高精度的水汽输送格式的选择，如Prather格式和Bott格式。这些格式都是正定的，在理想风场的数值实验中几乎无数值耗散，无计算频散。我们在B网格中央差格式（原MM4中的格式）、Upstream格式和 Prather格式等模式选择项下，对1982年6月的一次梅雨期暴雨过程进行了数值对比实验。结果表明:1）模式的预报能力对水汽输送格式的精度较敏感， 2）高精度的水汽输送格式（Prather格式） 提高了模式对暴雨区、降水场结构、雨团活动的预报能力，较真实地模拟出了尺度较小的降水系统的活动。 高精度的水汽输送算法有助于提高中尺度模式的预报精度。     

近50a华北暴雨研究主要进展

在我国加快实现气象业务现代化进程及2012年7月21日北京出现特大暴雨洪涝灾害的背景下,较为系统地回顾总结了近50 a华北暴雨的主要研究进展,其内容涉及大尺度环流形势及其分型、中低纬度系统相互作用、水汽输送、高低空急流、直接造成暴雨的中尺度系统、复杂地形以及下垫面、气候学特征等诸多方面。对这些研究成果的梳理,旨在加深对华北暴雨的理解和认识,加强华北暴雨研究,提高华北暴雨的预报水平。提出在继续开展大尺度系统发展演变研究的同时,有必要借助新型观测和数值模拟手段,有针对性地开展华北暴雨β（γ）中尺度系统细致研究,以期更清楚地揭示华北暴雨中尺度系统的三维结构特征、发生发展机理。     

2001年7月27日临汾区域性暴雨天气过程分析

本文应用数值预报产品，常规天气图，卫星云图及大气探测等资料，对2001年7月27日临汾区域性暴雨天气过程产生的环流形势，水汽和热力条件及动力机制进行了分析和研究，进一步揭示临汾市暴雨发生的环境流场和物理量场的特征。     

2018年广西东南部一次暴雨过程分析

利用Micaps高空和地面资料、新一代天气雷达、卫星云图、地面中尺度自动站观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对广西东南部2018年5月10日暴雨过程的环流形势、环境场、中尺度对流系统特征及其可预报性进行分析。结果表明:此次桂东南暴雨过程的高层辐散条件不明显,但中低层环流形势有利、具有高压后部"回流"降水的典型特征。配合超低空东南气流加强,导致局地暴雨增幅明显。地面中尺度辐合线的长期稳定维持及地形抬升作用使得降水系统在陆川、博白一带不断发展和维持,雷达回波上形成"列车"效应,造成暴雨天气。全球数值模式ECMWF对天气尺度背景把握较好,GRAPES、华东模式等中尺度模式能够提供类似系统形成、发展的有价值的参考信息。通过中尺度模式产品发现暴雨天气过程前兆,及时根据最新实况观测资料和模式偏差分析对全球模式预报结论进行订正,同时注意叠加局地地形地貌特征信息辅助短时临近预报订正,是提高类似较强过程预报的可行做法。     

“90.8.11”陇东南大暴雨过程的中尺度数值模拟

利用 PSU/NCAR~*中尺度模式第四版(MM4),较好地模拟了1990年8月11—13日陇东南大暴雨过程的主要环流特征、暴雨中尺度系统、雨带、降水中心位置等。物理过程敏感性试验表明,地面热量、水汽通量对降水量影响显著,改变地面水汽通量,可明显改变降水量预报。     

新疆南部干旱区暴雨研究：科学认知与主要进展*

新疆南部(简称南疆)是典型的干旱区,地形和下垫面复杂,生态环境脆弱,对气候变化异常敏感。在全球变暖背景下,近年来南疆暴雨发生频率和强度明显增加,引起社会广泛关注。本文主要回顾了南疆干旱区暴雨的科学认知、研究进程和最新研究进展,南疆暴雨具有降水集中度高、相对强度大、极端性强、空间分布不均匀等特点。南疆暴雨研究经过了从大降水个例到多尺度相互作用机理和数值模拟发展应用的阶段,目前在南疆暴雨的重要影响天气系统和水汽输送等方面取得新的科学认识。最后,对干旱区暴雨科学研究的未来发展方向进行了简要的讨论和展望,以期承上启下,为未来新时期南疆暴雨研究提供创新基础。     

南疆夏季不同降水类型预报及递进式服务思考

南疆作为气候干旱区,夏季常发生不同类型的降水,2013年6月南疆短历时、高强度、小范围降水事件和2016年8月长时间、持续型、大范围降水事件在预报和服务方面有较大差异。分析两次强降水事件,南亚高压双体型是南疆夏季强降水的大尺度环流背景。高强度降水事件环流经向度大,高、中、低纬低槽同位相叠加,是造成强降水的直接影响系统;持续型强降水事件在500 hPa高空平均环流场上显示,欧亚范围内中高纬度地区为两脊一槽的经向环流,西西伯利亚至中亚地区的副热带大槽呈东北—西南向分布,长波槽底伸至38°N附近,是造成持续型强降水和气温持续下降或偏低的直接影响系统。本文在预报基础上,从气象服务的角度出发,结合长期、中短期、短时临近天气预报,重点分析在时间、范围和强度等方面存在明显差异的不同类型强降水过程中气象服务的递进式思路和方法,为精细化气象服务提供参考。     

冀南平原“7·27”局地大暴雨中尺度特征分析

利用FY-4A气象卫星及天气雷达遥感产品,并借助地面及探空资料,对2019年7月27日冀南平原一次局地大暴雨过程进行中尺度时空演化特征分析。结果表明,本次过程是在副热带高压外围,受高空槽以及低层切变线影响生成的局地大暴雨天气。降水系统内的对流组织主要经历了“新生发展—合并加强—降水维持—移出消散”的演化过程。本次冀南平原地区大暴雨的成因主要包括：两个初期发展的对流系统的合并加强,前期外围对流活动提供了充沛的水汽环境,强对流系统形成了低层旋转辐合、高层辐散的中尺度垂直环流结构,中低层辐合中心空间位置基本一致,有利于水汽供应并维持云中液滴的高效增长。研究结果对冀南平原局地强降水的临近预报预警提供了科学依据。     

冀南平原7·27局地大暴雨中尺度特征分析

为提高对短时局地强降水系统演变的认识，探索短时强降水天气特征及成因，利用FY-4A气象卫星及天气雷达遥感产品，并借助地面及探空资料，对2019年7月27日冀南平原一次局地大暴雨过程进行中尺度时空演化特征分析。结果表明，本次过程是在副热带高压外围，受高空槽以及低层切变线影响生成的局地强降水天气。降水系统内的对流组织主要经历了“新生发展-合并加强-降水维持-移出消散”的演化过程。本次冀南平原地区大暴雨的成因主要包括：两个初期发展的对流系统的合并加强，前期外围对流活动提供了充沛的水汽环境，强对流系统形成了低层旋转、中层强辐合的中尺度垂直环流结构，各层辐合中心空间位置基本一致，有利于水汽供应并维持云中液滴的高效碰并增长。研究结果对冀南平原短时强对流天气的临近预报预警提供了科学依据。     

乌鲁木齐7·17暴雨的天气尺度与中尺度特征

新疆位于半干旱地区,2007年7月13—18日新疆沿天山一带多站出现暴雨。利用每分钟与小时降水资料、常规地面与高空观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、静止卫星云图资料与雷达资料进行分析,重点考察2007年7月16—17日乌鲁木齐暴雨过程 (7·17暴雨) 的天气尺度及中尺度特征,并与1996年同期暴雨过程以及我国东部暴雨过程进行对比。结果表明:该降水是一次大尺度斜压过程,中亚低涡是该暴雨过程的主要影响系统,但其位置、形态与强度均不同于1996年过程;干冷空气侵入加强了大气的对流性不稳定,对暴雨的加强和发展起重要作用;该暴雨过程的水汽主要来自于青藏高原东部—甘肃西部一线以及南疆北部;该暴雨过程中有明显的γ-中尺度对流雨团发生,径向速度辐合可能是γ-中尺度对流雨团的重要触发机制。     

我国暴雨形成机理及预报方法研究进展

本文分别从华南前汛期暴雨、江淮流域梅雨锋暴雨、华北和东北暴雨以及暴雨预报方法等方面回顾了我国近年来在三大主要雨带的观测、数值模拟、动力机理及诊断分析和预报方法方面取得的进展,指出了华南前汛期暴雨、江淮梅雨锋暴雨及华北东北暴雨研究取得的新认识,认为华南前汛期暴雨的形成机理主要是发生在低空南风向北推进过程中,由海岸线及地形抬升而产生位势不稳定造成强上升运动,以及由于南风低空急流向北发展时产生急流前部的辐合而发生流线分叉使低层低涡发展,促进垂直运动加强或使正涡度集中促使垂直运动发展而造成暴雨;江淮暴雨生成机制主要与对称不稳定、涡度场变化及β中尺度对流线有关;而华北东北暴雨过程中的非均匀饱和引起的局部湿度集中特点较为明显,中高层干冷空气入侵引起的不稳定和动量下传及高空中尺度急流增强引发的高层局地辐散增强对暴雨发生有重要作用。目前,新型探测资料已经用到暴雨研究和预报中,具有自主知识产权的GRAPES-MESO和GRAPES-GFS系统已经实现业务化,并在集合数值预报方面取得显著进步,且动力因子暴雨预报方法在很多省市气象台得到推广应用。虽然暴雨机理研究和预报已经取得以上诸方面的长足进步,但是也还存在不少问题,需要加强基于观测的暴雨中尺度系统的理论研究、数值模式动力框架和物理过程描述的改进、资料同化理论技术的发展及人工智能技术如何用到大气科学的研究和业务应用等,以期在我国暴雨中尺度系统的三维精细结构、发生发展机理和预报理论和方法研究方面取得更大进步。     

2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨对比分析

应用多种常规观测资料、加密自动气象站资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年影响湖南的两次相似路径台风暴雨过程进行了对比分析。研究表明：“尤特”台风暴雨直接由台风环流引起,具有锋前暖区降水的特点;而“天兔”台风暴雨由台风低压倒槽与西风带天气系统相互作用引起的,其降水属于典型的锋面降水。“尤特”由东风带进入西风带,其与副高相对位置的变化是导致其登陆后路径北翘的主要原因。“尤特”低压环流与南海季风相互作用,充沛的水汽输送对台风低压环流的长时间维持以及湘东南暴雨的形成和发展起到了重要的组织和促进作用。而“天兔”登陆后南海季风位置偏南,不利于“天兔”的长时间维持以及向暴雨区的水汽输送。低层暖式切变线附近强辐合与高层强辐散耦合、低层强正涡度与高层负涡度的耦合为“尤特”台风暴雨的发生发展提供了动力条件。由中低层冷空气入侵导致的锋生强迫和高低空急流耦合形成的次级环流,加强了“天兔”低压倒槽内冷暖气流的辐合,是触发倒槽内中尺度对流发展和暴雨产生的重要动力机制。     

一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM5V2对1998年6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验，着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征，提出本次暴雨过程形成的物理机制:天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道，次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合，为水汽的抬升与凝结提供动力条件；在有利的高、低空急流的配置下，暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北；次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展，促使暴雨增幅；特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心，有利于湿空气在上升运动中释放潜热，形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息，揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用，没有中尺度系统的配合，仅有天气尺度系统信息，或只有次天气尺度系统信息，没有大尺度系统的配合，暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。     

2010年浙南地区一次暴雨过程诊断分析

利用常规观测资料、中尺度自动站加密资料、多普勒雷达资料和NCEP1°×1°再兮析资料．对2010年5周8曲日发生在浙南的一次暴雨过程进行了诊断分析,结果发现：此次暴雨是在横槽转竖的大背景下,西风槽和高原槽东移合并加强,并在东移过程中与低层切变共同作用造成的;低空急流的形成在水汽的输送和聚集过程中发挥了重要作用;暴雨过程...     

A Study of Influencing Systems and Moisture Budget in a Heavy Rainfall in Low Latitude Plateau in China during Early Summer

Analysis of a heavy rainfall in a lower latitude plateau and characteristics of water vapor transportation have been conducted by using conventional data and denser surface data. The results show： （1） the heavy rainfall was caused by a series of mesoscale systems under favorable large-scale conditions when the warm moister air and cold air interacted with each other. At the same time, the coupling between the upper- and lower-level jets was revealed. It is also found that there exists some different characteristics among the main influencing systems of heavy rainfalls in Yunnan, such as the Indian-Myanmar trough and the path of the cold air, compared with those in East and South China. （2） The interaction between mesoscale convergence lines near the ground may be a possible triggering mechanism for the occurrence of mesoscale systems, and the dynamical and thermal dynamical structure of the mesoscale systems was very obvious. The convergence lines may relate closely to the terrain of Yunnan, China. （3） The computation of the water vapor budget reveals that the primary source of water vapor supply for heavy rainfall was in the Bay of Bengal. In this case, the water vapor could be transported into Yunnan even though the amount of water vapor was less than that in the lower troposphere in East and South China. In addition, the analysis for three-dimensional air parcel trajectories better revealed and described the source location and the transportation of water vapor to Yunnan.