高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

东天山哈密地区典型暴雨事件对流触发机制对比分析

本文选取2018年7月31日（简称“7.31”暴雨）和2016年8月8日（简称“8.8”暴雨）两次东天山哈密地区强降水天气过程,利用NCEP/NCAR的FNL资料（0.25°×0.25°）、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、FY-2G卫星产品,通过对暴雨期间锋生函数计算诊断,证实了两次强降水过程中尺度对流系统触发因子差异,取得如下主要结果:（1）“7.31”暴雨期间,500 hPa西太平洋副热带高压位置异常偏北,700 hPa暖舌沿副高南侧偏东急流向西北伸展,低层增暖增湿,暴雨区上空形成不稳定大气层结,多个中尺度对流系统在700 hPa低空急流前生成,向东北方向移动和发展。“8.8”暴雨期间,500 hPa西太平洋副热带高压位置异常偏西,对流云团在对流层低层西南急流前生成向东北方向移动。（2）对流层低层暴雨区暖锋锋生是“7.31”暴雨中尺度对流云团的触发因子,云团初生阶段对流触发主要是锋生水平散度项和由垂直运动发展引起的倾斜项决定,成熟阶段暖锋锋生主要由锋生形变项和倾斜项所致。低空东南急流的维持加强利于锋面次级环流发展,是造成中尺度对流系统长时间维持的主要原因。（3）“8.8”暴雨对流云团由对流层低层弱冷锋触发。对流云团发展初始阶段,对流层低层冷锋锋生主要由水平辐散项决定;对流云团成熟阶段,对流层低层冷锋锋生主要由倾斜项决定。低层切变线长时间维持和加强利于低层冷锋进一步锋生,是造成中尺度对流系统长时间维持的主要原因。     

Characteristics of rainfall systems accompanied with Changma front at Chujado in Korea

The rainy season from June to July in the East Asia is called the Changma in Korea, the Meiyu in China, or the Baiu in Japan. The mesoscale convective systems which occur near a front frequently lead to severe weather phenomenon such as localized gust and heavy rainfall. An intensive field experiment was conducted at Chujado (33.95°N, 126.28°E) to find out the characteristics of the precipitating system using information such as the raindrop size distribution, kinematic features during a Changma period between June 21 2007 and July 11 2007. Different characteristics of three identified rainfall cases in a Changma frontal precipitation system occurred from 5 to 6 July in 2007 at Chujado area have been identified. Based on the radar reflectivity and raingage at Chujado, each rainfall system maintained for 7 hours, 4 hours, and 9 hours, respectively. According to the analysis of a total vertical wind shear (TVWS) and a directional vertical wind shear (DVWS), the temperature gradient was the strongest near the surface and both warm and cold advections were occurred in all cases but at different levels. The deep warm advection was related to the longer rainfall lifetime and stronger rainrate, but smaller raindrop size. The unstable atmospheric condition, which has cold advection at the surface and warm advection in higher level, caused the larger size diameter of raindrop. The echo top height of 30 dBZ was around 6 km in the two rainfall systems and around 4 km in the other one. The number concentrations of raindrop has turning point at the drop size of 2 mm in diameter. The stronger (weaker) updraft and downdraft were also related to the decreased number concentration of smaller (larger) size drops and increased that of the larger (smaller) drops.     

“7·21”北京特大暴雨成因分析(I): 天气特征、层结与水汽条件

利用常规、加密自动气象站以及NCEP1°×1°再分析资料,对北京“7.21”特大暴雨过程天气特征和环境条件进行了初步分析。结果表明：1) 降水过程由锋前暖区和锋面降水组成。暖区降水持续时间长,小时雨量大,具有典型的“列车效应”,是造成特大暴雨的主要降水过程。2) 中高层低涡东移、副热带高压北抬、中低层低涡暖式切变线影响是暴雨主要形势特征,暴雨发生在低层低涡右前部暖式切变和高空强辐散气流下方。3) 暴雨过程开始前对流层中低层存在双层湿暖盖。位势不稳定层结的建立机制主要与低层增湿和中层变干的湿度差动平流有关,而低层增湿和中层变干过程与中低层风向转变相关联。4) 暴雨发生前0 — 6 h对流层整层不断增湿,且对流层中高层比低层增湿效应更加明显。与普通暴雨增湿过程和水汽主要集中在对流层中下层不同,深厚的湿度层次,较低的凝结高度和自由对流高度是其显著特征。     

Analysis and simulation of mesoscale convective systems accompanying heavy rainfall: The goyang case

We investigated a torrential rainfall case with a daily rainfall amount of 379 mm and a maximum hourly rain rate of 77.5 mm that took place on 12 July 2006 at Goyang in the middlewestern part of the Korean Peninsula. The heavy rainfall was responsible for flash flooding and was highly localized. High-resolution Doppler radar data from 5 radar sites located over central Korea were analyzed. Numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model were also performed to complement the high-resolution observations and to further investigate the thermodynamic structure and development of the convective system. The grid nudging method using the Global Final (FNL) Analyses data was applied to the coarse model domain (30 km) in order to provide a more realistic and desirable initial and boundary conditions for the nested model domains (10 km, 3.3 km). The mesoscale convective system (MCS) which caused flash flooding was initiated by the strong low level jet (LLJ) at the frontal region of high equivalent potential temperature (θ_e) near the west coast over the Yellow Sea. The ascending of the warm and moist air was induced dynamically by the LLJ. The convective cells were triggered by small thermal perturbations and abruptly developed by the warm θ_e inflow. Within the MCS, several convective cells responsible for the rainfall peak at Goyang simultaneously developed with neighboring cells and interacted with each other. Moist absolutely unstable layers (MAULs) were seen at the lower troposphere with the very moist environment adding the instability for the development of the MCS.     

梅雨锋西段持续性暴雨的环境场特征及贵阳极端降水成因

利用高时空分辨率的ERA5再分析资料、湖北省雷达资料、MICAPS实况观测资料,对2020年7月16日鄂东北梅雨锋大暴雨进行综合分析。结果表明：（1）主雨带沿着山脉呈西北—东南向带状分布,具有持续时间长、累积雨量大、强降水范围集中的特点,有典型的β中尺度特征。（2）地面梅雨锋与925—500 hPa层的切变辐合系统形成了北倾切变系统,这一切变系统在16日白天稳定维持在鄂东北,为此次中尺度系统的发生发展和大暴雨的发生提供动力、水汽和热力条件。（3）MCS发展阶段出现了两种后向传播,即对流单体的后向传播和雨带的后向传播。这两种后向传播导致多个近乎平行排列的东北—西南向短雨带生成并维持,这些短雨带沿着MCS移动形成西北—东南向的“列车带效应”。MCS成熟阶段,雨带中单体移动方向和MCS走向一致,形成“列车效应”。（4）鄂东北地形复杂,在地形强迫作用下,桐柏山附近形成气旋性切变,陈巷站附近形成β中尺度辐合线,二者之间的辐合区有利于对流触发,使MCS西侧或西北侧形成新生雨带;桐柏山—大别山西端的地形阻挡作用,使冷堆形成冷出流,加强了925 hPa冷暖气流在山脉南侧辐合,有利于雨带西南侧的对流单体新生。

     

Convective and Stratiform Cloud Rainfall Estimation from Geostationary Satellite Data

The Bayes Decision (BD) method was used to distinguish the corrective and stratiform components of cloud sys-tems from GMS-4 satellite data. A technique originally developed by Adler and Negri (1988, hereafter abbreviated AN) was improved for estimating the convective and stratiform cloud precipitation areas and rates of cloud systems from GMS satellite imagery. It has been applied to a tropical cyclonic cloud cluster observed over east coast area of China on September 23, 1992, which brought about flood disaster in that region. Overlaid 6-hour surface rainfall ob-servations show that the rainfall areas and amounts match with results from improved AN technique. The successful application of the Adler and Negri’s technique to convective and stratiform clouds provides encouragement for the use of this method over large region of mid-latitude China where radar data are not fully covered.     

福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析

利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明：(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速...     

“7·21”北京特大暴雨成因分析(Ⅱ):垂直运动、风垂直切变与地形影响

本文是“北京7·21 特大暴雨成因分析”的第二部分,从上升运动、风垂直切变以及地形影响等方面进一步探讨暴雨成因。所用资料包括常规、加密自动气象站、多普勒雷达观测以及NCEP 1°×1°再分析资料。分析表明：1)高空急流辐散与低层低涡切变线、地形辐合线、地形强迫抬升等共同作用构成的强烈上升运动触发和增强了暖区强降水;低涡东移、锋面系统进一步增强了上升运动,触发形成锋面降水过程。2)较强的风垂直切变是“7·21”特大暴雨区别一般暴雨的另一个环境场特征。3)对流层中层西南引导气流加强、地面辐合线呈西南—东北向、云团移向前方存在上升运动中心、水汽通量辐合中心以及位势不稳定中心。这些因素造成对流云团在辐合线附近一个个生成,并向前方辐合和位势不稳定中心移动而形成“列车效应”,造成特大暴雨灾害天气。4)地形对“7·21”暴雨存在迎风坡、喇叭口地形、地形中尺度辐合线等多种增幅作用,使得北京西南部山区成为对流云团的触发和加强区域。     

“7.21” 北京大暴雨系统的结构演变特征及成因初探

利用常规观测资料、 地面加密自动站、 多普勒雷达等多种观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)的高分辨率分析场资料, 对2012年7月21日发生在北京的全市性大暴雨、 局地特大暴雨的系统结构演变特征及成因进行了初步分析。结果表明: (1) 此次降水过程分为两个阶段, 第一阶段在21日10—20时, 呈现出短时雨强大且波动性显著的对流性降水特点, 第二阶段降水在21日20时—22日04时, 降水相对平缓, 表现为锋面降水特征。(2) 21日天气尺度环流形势场配置满足华北暴雨的典型背景条件:高空急流形成的辐散与对流层中低层的低涡、 切变线及地面倒槽构成的深厚辐合区, 形成强烈垂直运动并持续维持的机制, 造成了长达16 h的强降水过程; 副热带高压外围的东南水汽通道和西南低空急流的水汽输送为暴雨发生提供了充沛水汽条件。(3)大暴雨过程第一阶段降水回波具有明显的 “列车效应” 传播特征,“列车效应” 的初始对流起源于地形强迫造成的暖区内中尺度辐合以及低空急流增强过程中的风速脉动; 中尺度对流单体沿低空急流轴左侧传播, 具有明显的重力波传播特征, 西南急流的稳定维持使惯性重力波不断从背景场中获得能量并不断发展。(4) 地形对降水有明显的增幅作用, 边界层内长时间维持的东南风在太行山脉前与西南风和东北风交汇, 在山前形成辐合带并长时间维持, 有利于水汽积聚; 山脉的阻挡使东南气流在迎风坡爬坡抬升, 从而加大了山前区域的降水量。     

不同降水方案对"03.7"一次暴雨过程模拟的影响

观测和数值模拟研究已经表明,潜热释放对中国东部夏季梅雨锋系统及其锋面降水的维持和发展发挥着非常重要的作用.然而,目前对于梅雨锋降水模拟中各种降水方案的相互协调和系统评估方面的工作仍不多见,为了增进对梅雨锋暴雨模拟中降水过程的认识,作者针对2003年7月4～5日一次梅雨锋暴雨过程,构造了四组试验,利用MM5模式考察了两种分辨率(36 km、12 km),各种隐/显式方案搭配下,对所生成的雨带、雨量和降水类型的配置进行了仔细的研究,得到了一些有意义的结论,为今后更好地使用模式、利用数值模式来认识中尺度降水过程中的气象问题打下基础.主要结论包括:模拟总降水的水平分布和强度,以及显式降水和隐式降水的划分对积云参数化方案的选择非常敏感.但对特定积云参数化方案而言,降水的模拟对36 km、12 km水平分辨率不敏感(除Betts-Miller方案外);在中尺度网格分辨率10～50 km范围内,不同积云参数化方案对梅雨锋降水分布和降水量模拟的影响比不同显式方案带来的变化大得多.     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θse锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

Mechanism of a torrential rainstorm that occurred to the west of a Mei-yu frontal low

Heavy rainfall usually occurs to the southeast of a Mei-yu frontal low. The rainstorms appeared to the west of Mei-yu frontal lows are difficult to forecast because their formation mechanisms are not well understood. An extreme rainfall event occurred to the west of a Mei-yu frontal low in Anqing City, Anhui Province, China, on 13 July 2010, which was not well predicted. Based on observation data, NCEP/NCAR reanalysis data and high-resolution numerical simulation output, the mechanisms of this severe rainstorm are analyzed in this paper. The results indicate that the eastward moving meso-α-scale low was a key synoptic system that resulted in the formation of the mesoscale convective system causing the rainstorm. As the low moved eastward and strengthened, the increasing northerly flow and the southerly warm/moist flow formed an eastwest elongated convergence line (frontal zone) at the west part of the low. While the low moved to the coastal region, its intensity was enhanced and its moving speed was reduced. As a result, the convergence line and the frontal zone remained quasi-stationary near Anqing. Furthermore, Anqing is located in a valley between the Dabie and Wannan Mountains; the northerly winds flowed around Dabie Mountains and entered the valley, leading to an intense local convergence and frontogenesis near Anqing. Under the unstable environments with sufficient water vapor, the local intense frontogenesis along with intense convergence triggered and maintained the quasi-stationary mesoscale convective system that resulted in the record-breaking rainfall in Anqing.     

“2004.7”沙澧河流域特大暴雨成因分析

应用常规、加密气象资料及卫星云图,分析了2004年7月16～17日沙澧河流域特大暴雨成因.结果表明：高、低空急流耦合区中西南低涡及MCC特征云团的形成和维持是造成此次特大暴雨的直接影响系统.提出利用逐时的中尺度辐合中心、卫星红外云图云顶亮温及雷达回波降水率做中尺度雨团量级预测思路.     

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。     

一次暴雨过程诊断分析

2010年7月11—12日南京市江宁全区普降暴雨到大暴雨。本文利用M3、NCEP/NCAR全球资料同化系统再分析等资料(1°×1°)应用环境分析、物理量场诊断,对产生这次暴雨的形势背景、低空急流、水汽输送、垂直运动、中小尺度系统和强对流云团进行分析。结果表明:在有利的环流背景条件下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空切变两侧的水平风场切变不仅为暴雨产生提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相关。     

台风倒槽影响下邯郸大暴雨过程分析

从天气系统背景、FY-2C卫星产品、水汽通量分布特征和大气稳定度特征等方面,分析了受台风低压倒槽与东移锋面云系的共同影响,于2005年7月21日夜间到23日邯郸市出现的大范围的暴雨天气,结果发现:500hPa槽前中尺度切变线是直接影响产生暴雨的重要系统;地形作用使迎风坡降水增强;中尺度对流云团和雨团关系密切,暴雨中心位于OLR和TBB低值区下面;西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海、东海,东部平原大暴雨水汽主要来源于南海;暴雨区上空低层为对流不稳定,高层为对称不稳定。     

“21·7”河南暴雨环境场及云的宏微观特征

利用FY-4A静止气象卫星、FY-3D极轨气象卫星资料和ERA5再分析资料,深入分析“21·7”河南暴雨环境场及云宏微观特征,首次利用FY-4A观测研究此次事件对流云微物理特征。结果表明：“21·7”河南暴雨是一次极端强降水事件,河南省位于大陆高压和副热带高压之间的鞍型场内,有利于其上空低涡云系的发展和维持。2021年7月20日两股水汽输送交汇于河南中北部,为郑州极端降水提供了有利条件。20日14：00—16：00（北京时,下同）郑州长时间位于对流云团冷云区边界亮温梯度大值区,该时段对流发展旺盛;12：00—14：00云光学厚度跃增,且在15：00仍维持较大值,表明该时段云中液态粒子大量合并,液态水含量丰富,光学厚度峰值出现时间先于降水量峰值出现时间,FY-4A云光学厚度跃增且维持较大值对强降水出现时间及量级有重要的预警意义。对流云粒子有效半径（re）随温度（T）的增长曲线（T-re关系）表明：20日16：00河南上空的雨胚形成区最为深厚,云中不同高度的re整体维持在20~25 μm,表明云中上升气流较强,有利于地面强降水发生。     

热带测雨卫星对淮河一次暴雨降水结构与闪电活动的研究

文中利用热带测雨卫星 (TRMM )搭载的测雨雷达 (PR)、闪电成像仪 (LIS)、GOES卫星红外通道辐射亮温(TBB)对 2 0 0 3年淮河汛期一锋面气旋系统的两个时次的探测结果 ,分析研究了降水结构及闪电活动 ,并与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水的结构和闪电活动进行了比较。GOES的TBB、降水系统中的对流降水与层云降水比例、闪电活动频数随时间的变化均能表征锋面气旋系统的发展。TRMMPR探测结果表明 :冷锋降水狭窄细长 ,且均为强对流降水 (特别在冷锋加强时 ) ;暖锋宽广 ,且为大片层云降水 ,但其中存在面积不等的强对流降水云团 ;与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水垂直结构的比较表明 ,锋面气旋降水的最大降水率出现在近地面 ,而中尺度强降水的最大降水率出现在低空 (3.0～ 3.5km) ,表明两者之间的降水微物理过程存在差别。TRMMLIS探测结果表明 :闪电活动均发生在冷锋的强对流降水云团中 ,暖锋中虽有强对流降水 ,但无闪电活动 ;闪电活动频数高所对应的降水廓线中、上部存在大量的冰相粒子。     

"06.7"郧西暴雨天气的成因分析

利用常规气象资料和卫星云图资料,采用天气学诊断方法,从大尺度环流背景、天气系统、物理量场、对流云团演变特征等方面,分析了2006年7月3～4日出现在湖北郧西的一次暴雨天气过程的成因。结果表明,此次暴雨是在副热带高压减弱东退形势下产生的;700 hPa和850 hPa的冷槽、切变线是此次强降水的主要影响系统,暴雨区位于700 hPa切变线右侧、850 hPa切变线附近;暴雨区上空存在明显正涡度柱,低层辐合与中高层辐散形成抽吸作用,为暴雨过程发生发展提供了动力条件;存在于孟加拉湾至我国西南地区的水汽通道为暴雨过程提供了必需的水汽;整个暴雨过程都伴随着中尺度对流云团的初生、发展、合并和减弱,降水主要由发展型对流云团造成。