多种气象资料在荆门暴雨分析中的应用

本文利用常规气象观测资料、加密自动气象站降水资料、卫星云图和SWAP强对流路径预报资料、多普勒雷达以及风廓线雷达资料,用天气动力学诊断方法,对2013年一次影响湖北省荆门地区的江淮气旋暴雨过程进行分析,结果表明:(1)此次暴雨过程是由于中高纬有高原槽发展东移,槽前正涡度平流作用使得低层西南涡加强,低层减压形成江淮气旋,气旋东移发展而产生暴雨;(2)强降雨主要集中在两个时段,分别与西南涡加强东移和江淮气旋生成有很好的对应;(3)500h Pa垂直速度表明,强上升运动区的移动方向与雨带移动方向一致;水汽通量辐合中心发展并向东北方向移动,跟强降水有直接的对应关系;(4)风廓线雷达反演的热成风温度平流变化,大气折射率常数大值中心以及SWAP的强对流云团的路径外推预报对本地强降水发生位置具有重要的指示意义。     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

2015年肇庆开汛暴雨环境条件和雷达风廓线产品特征分析

利用常规观测资料、Micaps资料、NCEP 1°×1°再分析资料和雷达风廓线资料,对2015年肇庆市开汛暴雨过程的环境条件及雷达风廓线产品特征进行分析。结果表明:暴雨发生在200 h Pa高空气流分流区、700 h Pa显著西南气流前方、850 h Pa切变线以南风速辐合区、925 h Pa风场辐合区和地面锋面低槽的重叠区域。暴雨发生前伴随着CAPE值激增,在大气层结极不稳定条件下,西南暖湿气流北上在广东中部地区辐合汇聚,为暴雨提供大量水汽和不稳定能量。暴雨过程低层气旋式涡度和高层反气旋式涡度使得低层辐合和高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。暴雨期间雷达风廓线资料直观地显示了中小尺度系统引起的风场变化,中层波动对应过程中的几个强降水时段。当上空处于中层西风波动槽前时,西南暖湿气流层次深厚,降水加强;当6 km以上高度西北气流向下发展时,降水处于减弱阶段。     

“海贝思”残留螺旋云带的中尺度暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及新一代天气雷达和区域自动站资料,对2014年登陆热带气旋(TC)"海贝思"减弱为热带低压(TD)后的残留云带造成的中尺度暴雨的成因进行了分析。结果表明:残余低压环流带来的强降水具有明显的中尺度特征,属于典型的台风螺旋云带中尺度雨团;西南和东南急流的暖式切变、辐合和辐散中心与高低层次级环流的耦合发展,均有利于螺旋云带中的中尺度系统发展。另外,分析利用单雷达反演热带气旋近中心风场的VAP扩展应用方法反演的风场,进一步证实了残余低压的螺旋云带中存在明显的围绕TD中心的中尺度螺旋结构,强降水主要由TD螺旋云带下的中尺度雨团产生。     

郑州一次暴雨过程的多普勒雷达风廓线产品特征分析

对2008年7月13~14日郑州市出现的一次暴雨过程中的雷达风廓线产品(VWP)特征和基于风廓线产品计算的风暴相对螺旋度特征进行分析,结果发现:(1)边界层辐合线的存在利于风暴云的生成;超低空急流的产生加强了水汽输送,为风暴云的发展提供有利条件,而底层东风气流的加强为对流的触发提供了抬升条件;(2)多部雷达的VWP产品综合分析可捕捉到直接导致对流性天气的中小尺度系统;(3)风暴相对螺旋度(SRH)的迅速增大、稳定、减弱的变化趋势与雨强的增强、维持和减弱相对应,但SRH值的大小与雨强并无一致的线性关系;(4)个例的分析应用表明新一代雷达的VWP产品提供了高时间分辨率的风场信息,为强降水的短时临近预报提供了更加丰富的参考信息。      

2019年超强台风“利奇马”引发浙江特大暴雨过程分析

利用NCEP FNL 0.25°×0.25°的再分析资料和浙江省中尺度气象站降水资料,从产生强降水的条件来对“利奇马”特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)强降水主要集中在近台风中心的西南部分及其稍远的北部,其中近台风中心为眼壁降水,北部为螺旋云带降水;(2)850~925 hPa水汽通量辐合中心与暴雨落区一致,水汽辐合强度差异是造成台风眼壁强降水落区差异的关键;(3)台风强度大时近中心上升运动强烈,正垂直螺旋度中心值的减小和中心下降对应强降水的发生,低层正螺旋度和高层负螺旋度中心的重叠区对对流性降水落区有一定的指示;(4)本次过程地形增益最明显地区在台州北部,在水汽条件处于劣势情况下出现降水副中心。     

海河流域切变线类暴雨成因分析

应用常规观测资料、FY2C卫星TBB资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达、加密自动站以及NCEP1°×1°再分析资料分析海河流域切变线类暴雨成因。结果表明：暴雨过程是低空切变线与高低空急流构成有利配置条件下发生的, 系统空间结构和冷空气移动路径的不同,造成了暴雨落区和强度的不同;沿切变线有带状中-α尺度对流云团形成和发展,并有中-β尺度MCS沿带状有组织的发展、移动、合并、加强,沿低空切变线如有低涡形成,带状对流云系内将有MCC形成,强降雨在MCS或MCC移动方向的前侧、TBB等值线梯度最大处;强降雨之前都有水汽辐合从地面向高层伸展,伸展高度越高,降雨强度越大,强降雨中心对应西南与偏东两个大水汽通量造成的辐合且等值线密集处;VAD风廓线和风廓线雷达资料都显示出对流层低空急流和超低空急流的先后形成,造成雨强也两度加强。     

“天鸽”台前飑线环境场及雷达回波特征分析

利用地面观测资料、ERA5和多普勒天气雷达资料,对2017年8月23日发生在台风“天鸽”前沿的一次飑线过程进行分析,结果表明：(1)近地面显著升温、低层大气暖湿不稳定及CAPE值达2000 J·kg-1以上,为台前飑线形成提供了前期热力条件;(2)对流单体在地面辐合线附近触发并迅速发展成为高度组织化的飑线,其强度、移向与地面风的辐合强弱及位置高度一致;(3)水汽通量中低层辐合、高层辐散的配置保证了短时强降水发生时高效的水汽供应;(4)雷达图上台前飑线发展旺盛阶段中尺度辐合带特征最明显,出现多个55dBZ以上强中心及RIJ特征;(5)当飑线两侧的风向辐合特征减弱时,其带状结构快速断裂且强度减弱,伴随的强对流天气消失。     

2012年7月末天津暴雨过程的扰动特征

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及后侧下沉气流紧密相连,表现出较好的对流组织性,也预示强降雨将持续发展。逆风区的维持与伸展的高度可作为暴雨预报的先兆信号。2)地面辐合线与雷达回波上对流单体出现"列车效应"的区域有很好的一致性。地面形成的气旋性闭合环流和中小尺度环流辐合作用的稳定维持是产生大暴雨的重要因素。3)由风廓线资料可详细分析出暴雨过程中低空急流及边界层急流的扰动过程。在强降雨发生前,急流强度明显增强,与雷达回波上的"列车效应"是一致的,但比雷达更早出现。风廓线资料中低空急流和边界层急流的增强态势,对大暴雨短时临近预报具有很好的指示意义。     

2015年6月1日江汉平原大暴雨过程诊断分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及湖北省地基GPS数据对2015年6月1日江汉平原一次大暴雨过程进行诊断分析,结果表明:稳定强盛的水汽输送通道建立是大暴雨形成的基础,降水强度和范围则与水汽通量辐合中心和大气可降水量增量中心关系密切。强降水开始前对流层低层出现能量锋区,监利和洪湖地区位于暖平流控制下的高能舌中,气旋性环流显著。对流层低层正螺旋度的加强与气旋性暖式切变的增强相一致,高层强辐散、低层强辐合并配合正涡度,且整层均为强上升运动的形势为低层中尺度涡旋的新生和发展提供了有利的动力条件。在有利的环境条件下,暖切变线上发生发展的α中尺度低涡及地面暖低压倒槽中对应的β中尺度低压和涡旋最终导致了此次强降水过程。     

滇中一次局地大暴雨雷达特征分析

利用常规观测、加密自动站、NCEP 1°×1°每6h再分析资料和多普勒雷达等资料,对2017年6月20日发生在滇中的局地大暴雨进行分析。结果表明:低层700hPa切变线和地面辐合线是产生局地大暴雨的主要天气系统;局地大暴雨发生在低层辐合、中高层辐散的弱对流环境中,低层局地强水汽辐合为本次大暴雨提供了水汽条件;局地大暴雨发生在对流云团边缘TBB梯度最大的位置,暴雨发生前6h地面露点温度上升明显,同时对流有效位能CAPE也出现显著增加。本次强降雨过程先后出现两轮降雨高峰,第1轮强降雨持续时间长,雨强大,主要为强降水超级单体和中气旋造成;第2轮强降雨持续时间较短,雨强较弱,主要为多个对流风暴引发。两轮强降雨多普勒雷达图上为低质心结构,径向速度有逆风区形成,逆风区的出现比暴雨提前约1h,降水强度随着逆风区的消失而减弱。局地大暴雨发生地呈"喇叭口"地形,强降雨点位于山谷且三面环山,进入"喇叭口"山谷内的对流风暴在地面气旋和地形作用下稳定少动,是导致本次局地大暴雨的重要原因。     

浙江暴雨过程的中尺度低压

本文应用带通滤波法分析浙江暴雨过程中的中尺度天气系统。结果表明:(1)分析的五次暴雨过程都与中尺度地面低压有密切联系;(2)中低压是暖性的,有一较强的中尺度水汽辐合中心与它相伴,位于它的北部或东部;(3)暴雨的发生与水汽辐合中心密切相关,暴雨的地点、雨强和水汽辐合中心的位置、强度相对应;(4)地面中低压的发展与300hPa上发散流场和辐散中心的出现,以及对流层内非热成风涡度和上升运动的发展等环境条件有密切关系。     

1213号台风“启德”路径和暴雨成因分析

利用T639、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1213号强台风“启德”后期快速移动以及造成广西大范围暴雨的成因进行分析,找出造成“启德”强度强、移速快、风雨大的主要原因是:(1)副热带高压处于加强之中,脊线稳定维持在30°N附近,面积指数、前度指数大,边缘覆盖至桂北,抑制了“启德”的北抬,副高南侧偏东风引导“启德”的西行;(2)“启德”进入北部湾及第二、三次登陆前后,其环流中的东西风分量差≥12m.s-1,南北分量相当,强大东风导致其快速的向偏西方向移动;(3)热带辐合带在20°N附近呈东西向分布,并与孟加拉季风低压相连,西南季风爆发处于活跃期,季风急流输送的不稳定能量和充足水汽对生成于热带辐合带之中“启德”有加强作用,并有利其沿辐合带向西移动;(4)较小的垂直风切变和较大的水汽辐合为“启德”产生强降水提供了有利的动力和水汽条件.     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

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。     

风廓线雷达产品与ERA5再分析资料的对比分析

利用2019-2020年广西三部风廓线雷达的实时风产品与ERA5再分析资料进行分析对比,检验风廓线雷达数据质量.结果 表明,三种风廓线雷达产品(ROBS、HOBS、OOBS)数值差距小,OOBS产品稍显优势,在1h内风廓线雷达探测的水平风波动不大.风廓线雷达数据整体小于ERA5再分析资料.三个站中,北海站的误差最小.北海站误差在2-6km,柳州站在4-6km,南宁站风向误差最小在1-4km,风速在4～6km.三个站的数据在0.5km以下误差都很大,柳州站和南宁站在9km以上误差也很大.分别选取北海站105°、6.5m·s-1,南宁站100°、7m·s-1,柳州站85°、8m·s-1作为极端误差阈值,剔除极端误差后三个站的MAE都小于25°和3m·s-1,并且数据有效率都能达到70％以上.     

新型观测数据在东莞一次大暴雨过程中的综合应用

利用区域自动站、风廓线雷达及微波辐射计资料,对东莞市2019年6月一次大暴雨作综合分析。结果表明:大暴雨发生在前期高温、高层强辐散形势中,低层有西南风急流,水汽充沛,利于出现强降水,低层浅薄冷空气入侵激发前期不稳定能量,强对流出现;弱冷空气触发的降水,雷雨的偏北出流与西南风对峙形成中尺度辐合线,增城降水造成的冷池驱动导致东莞的第一波降水,飑线与地面辐合线合并,冷暖平流对峙激烈,使强降雨维持;850hPa低空急流在强降水前2h最强,925hPa风速则在2h前增大,数值跃升时,强降水出现;低层垂直风切变在强降雨前2h最强,对强降雨的发生有指示作用;微波辐射计的综合水汽含量仅对首次降雨有指示作用,提前20min的数值增长具有参考性;CAPE值对强对流的发生敏感。     

两类动力因子对四川盆地一次低涡暴雨的应用研究

利用常规观测资料、FY-2E卫星云顶黑体亮度温度(TBB)资料、欧洲中心0. 25°×0. 25°资料,选取质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、散度垂直通量、密度散度垂直通量、水汽散度通量等7个动力因子对2015年8月16-18日四川盆地一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次降雨过程是由高原低涡、高原切变线、西南低涡等多个天气系统共同作用造成。(2)随着高原低值系统的东移、减弱,西南低涡的生成、发展,伴随的对流云团经历了连续生消的过程。(3)动力因子对此次暴雨过程的发展和演变有较好指示意义。动力因子大值区基本覆盖强降水区。西南低涡形成初期,动力因子大值区和高原切变线分布一致,降雨中心位于动力因子大值区和高原切变线右侧,与西南低涡中心对应。西南低涡强盛时期,动力因子大值中心、西南低涡中心、降雨中心趋于重合。降雨区上空存在质量散度辐合、气旋性涡度和水汽通量涡度的垂直向上输送及辐合上升运动。     

热带季节内振荡与南海热带气旋活动的关系

利用1949—2009年台风年鉴和NCEP/NCAR再分析资料分析了热带季节内振荡(ISO)与南海热带气旋活动的关系。主要结论包括:(1) 针对南海地区定义了纬向风指数,经验证该指数能较好描述南海大气ISO的具体特征;(2) CPC120指数反映的对流空间尺度相对于南海小尺度海域太大,且不能很好判明南海地区气旋活动归属于活跃与否两类,这从反面证明了纬向风指数对南海地区热带ISO活动的适用性;(3) 利用纬向风指数把热带ISO活动划分了8个位相,发现其位相变化与南海热带气旋活动有较好的对应关系:不活跃期(第4～6位相)时,气旋在南海生成和登陆均明显减少,而在活跃期(第7～3位相)时情况相反;(4) 合成分析表明,热带ISO东传时,伴随对流中心位置的东移,南海气旋活动表现也不同,其活跃期以第2位相特征最明显,此时南海地区对应强对流和气旋式切变,同时副高强度较弱位置偏东,这些均有利于南海气旋的生成和发展;不活跃期则情况相反,以第6位相特征最明显;(5) 进一步从能源供应角度来探讨发现,南海地区的水汽凝结加热中心、强对流中心及水汽通量散度均配合一致。此外,活跃位相时整层热源垂直剖面均反映南海上空为强上升运动和中层加热;不活跃位相则情况相反。因此,热带ISO东传也会影响南海上空加热配置,从而影响热带气旋活动。