2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料,对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区,主要为台风外围螺旋云系降水,19日白天至夜间是此次强降水主要时段,主要受台风和西风槽相互作用引起的,强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义,其强度大小影响降水的强弱程度,且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用,地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外,此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

三个登陆台风间接造成宁波大暴雨特征分析

利用常规观测和自动站加密观测、雷达、卫星云图及NCEP再分析资料,统计登陆福建未进入浙江而对宁波产生影响的台风,着重分析近几年预报与实况差别较大的“菲特”、“杜鹃”和“莫兰蒂”台风造成宁波强降水的原因。结果表明：此类台风1949—2016年共有82例,43.9%造成宁波局部暴雨,9.8%造成局部大暴雨,4.9%造成全市范围大暴雨,其中75%发生在2013年以后。远距离、范围小的台风减弱后,云系扩散,与冷空气、副热带高压、其他台风等相互作用,有利于急流和持续性强降水的形成;低层水汽收入增加（减少）对于宁波降雨增强（减弱）的开始时间有6—12 h提前;非地转湿Q矢量散度负值的增强（减弱）对于宁波强降雨的开始（减弱）有提前6 h的预示意义。     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。     

一次台风暴雨的初步分析

文章对1994年7月12～13日一次登陆台风造成的华北暴雨作了天气动力学诊断分析。分析表明,9406号台风登陆后,台风和太平洋副热带高压间形成的偏东南风低空急流,具有明显超地转特征,它是触发这次台风暴雨的关键系统。Q矢量诊断表明,Q矢量辐合区与暴雨位置较为一致。     

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。     

台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP／NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

2012年“海葵”台风影响江苏的两段大暴雨特征分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料以及加密自动气象站资料,对2012年8月8-10日"海葵"台风影响江苏的一次大暴雨过程进行诊断分析。大暴雨过程有两个不同发展阶段,分析结果表明:两段大暴雨的影响系统不同、热力机制不同导致大暴雨落区、强度的不同。第一段是出现在江苏的沿江和苏南地区的台风本体大暴雨。随着海葵台风在浙江登陆,台风东北象限东南低空急流携带强劲的海上暖湿气流伸至江苏南部,下层暖湿上层干冷的不稳定层结积聚了大量不稳定能量。第二段大暴雨为发生在江苏北部的台风倒槽大暴雨。"海葵"台风减弱向西北移动进入安徽东南部,西南季风的加强和台风倒槽东侧低空东南急流的汇合为强降水提供丰富的水汽,而台风倒槽东侧低空急流携带的暖湿气流与高空槽后冷空气叠加,冷暖空气交汇触发了不稳定能量释放,激发了大暴雨过程的维持和增幅。整段大暴雨过程持续时间长、强度大,第二段比第一段降水区域小、持续时间短,但大暴雨中心过程雨量和降水强度更大。高低空急流耦合作用和强垂直螺旋度柱是此次大暴雨过程的动力抬升机制。     

“尼伯特”台风暴雨过程中温州北部和南部降水差异的成因分析

利用温州地面自动气象站资料和日本0.5°×0.5°分析资料,对2016年7月8—9日"尼伯特"台风暴雨过程中温州北部与南部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)北部东南气流较弱,降水小;南部受东南低空急流影响时间较长,有利于产生强降水。2)北部水汽辐合弱,提供的水汽有限;南部水汽辐合强,提供的水汽充足。3)南部的SWEAT指数高于北部,强降水的不稳定条件优于北部。4)北部低层辐合弱,高层辐散弱,低层非地转湿Q矢量辐合小,上升运动弱,降水也弱;南部低层辐合强,中低层和高层辐散强,低层非地转湿Q矢量辐合大,上升运动强,有利于产生强降水。     

台风“山竹”（1822）引发华南暴雨过程机制分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°的FNL再分析资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）卫星-地面自动站融合降水数据以及FY-2G卫星反演的TBB（black-body temperature,云顶亮温）对1822号台风“山竹”在华南造成强降水过程进行了分析。结果表明：西北太平洋副热带高压和南亚高压的稳定维持有利于台风残涡持续影响华南地区;低层来自孟加拉湾的低空急流与西北太平洋副热带高压南侧偏东风汇合后建立起一条连接华南的水汽通道;在登陆台风影响下,大气视热源和视水汽汇主要来自于垂直运动释放的凝结潜热;湿位涡诊断分析表明强的水平风垂直切变导致低层大气斜压性增强,出现显著的对流不稳定。     

2019年台风“利奇马”和“罗莎”引发东北地区暴雨的水汽特征分析

利用NCEP的FNL(Final Reanalysis Data)和GDAS(Global Data Assimilation System)再分析资料、中国气象观测网降水实况数据及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模型结果,对2019年8月13—17日发生在中国东北地区一次减弱台风引发暴雨过程的水汽条件和输送过程进行分析。结果表明：此次中国东北地区暴雨的水汽与源自西太平洋的水汽关系最为密切,台风“利奇马”为本次暴雨的主要水汽供应系统,其次是台风“罗莎”外围水汽补充。拉格朗日方法的水汽输送源主要有3个,分别为源于中低纬西太平洋,与欧拉方法的太平洋和黄海水汽相对应;源于中国南海南部,与印度洋水汽相对应;源于黑龙江北部,中国北方的水汽对暴雨也有一定作用。中国南海南部水汽与西太平洋水汽合并,为此次东北地区暴雨的主要水汽供应。水汽收支主要集中在中低层,水汽的辐合区主要位于700～900 hPa。低层的水汽垂直向高层输送,水汽的辐合和垂直输送越强,降水量越大。水汽流入集中在低层的南边界,西边界和北边界一般为水汽流出边界。     

台风“利奇马”不同区域降水极端性特征及成因分析

利用常规气象观测资料、卫星及雷达拼图以及NCEP分辨率为1°×1°的再分析资料,对浙江和山东两个区域不同的极端降水特征及其成因进行诊断对比分析。结果表明:浙江极端降水表现出“高效”的热带降水系统特征,山东极端降水是一次长时间,中等强度的“大陆锋面型”降水。台风近海对称性和对流明显增强;同时,其西北行移速较同期台风偏慢,导致行进方向上长时间受螺旋雨带影响;受超强台风厚实云墙影响,登陆前后浙江等地风雨激增;另外,双台风及沿海山地地形对浙江降水有增幅作用。而山东地区主要受台风北侧稳定维持倒槽和西风槽结合影响,出现极端降水。敏感性分析发现山东降水和台风“第一象限”低层偏南急流强度相关性好,而台风环流持续维持、高度场的密集梯度及降水的潜热反馈共同导致低层急流(>20 m·s-1)长时间维持;同时,西风带高空槽和台风倒槽势力相当,形成稳定“锋区”;锋前多条带状对流持续向北发展,形成“列车效应”;后期冷空气侵入台风中心后山东北侧依然维持较好环流配置。上述条件共同维持了山东地区持续性的较强“锋面降水”。副高、西风槽及台风环流的强度对比是本轮台风降水预报的关键因素。     

华北“7.20”特大暴雨多尺度特征分析

利用华北地区248个加密气象观测站资料、FY-2G黑体亮温TBB、邢台站探空资料、华北地区多普勒雷达资料、欧洲中心（ECMWF）0.25°×0.25°和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,对2016年7月19—21日一场特大暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：200 hPa南亚高压系统呈东西带状分布,500 hPa为“东高西低”环流背景,鄂霍茨克海附近闭合高压下游阻挡效应使上游系统移速缓慢,华北长时间处于深槽之中,环流形势利于产生稳定经向型暴雨;通过高低层流场对比发现,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧重叠区为最强降水区域,降水大值区均位于太行山及燕山山脉迎风坡;垂直方向上,垂直上升运动中心介于散度辐合中心与辐散中心之间,剧烈的抽吸效应将水汽输送至高层,冷暖气流交汇及水汽上升过程凝结潜热释放导致对流系统迅速发展。河北地区稳定的深厚气旋是本次暴雨的关键系统,19日石家庄地区强对流单体（>45 dBz）存在时间超过20 h。MCS影响范围广、特殊山脉地形作用、系统停留时间较长等原因造成累积降水量增大,是本次暴雨与“7.21”北京特大暴雨相比的突出特点之一。     

2015年8月3日山东西北部暴雨过程的中尺度特征分析

2015年8月3日山东西北部出现一次对流性暴雨过程,中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料对该过程的中尺度环境场、对流系统的触发演变及大暴雨的落区进行分析。结果表明：这是一次典型的低槽冷锋暴雨过程。在高层辐散、中层北涡南槽、低层切变线和低空急流的天气背景下,较大的大气可降水量、大的低层比湿、中低层深厚的湿层和暖云层及大的对流有效位能为暴雨的发生提供了有利的环境条件。暴雨由暖区对流和冷锋对流共同造成,暖区对流在地面露点温度大值区内和低层湿舌的南边缘由地面辐合线触发生成,其在聊城形成列车效应,产生大暴雨。地面冷锋侵入低压后暖区对流带与冷锋对流带合并为一条强对流带,且逐渐转向偏东方向移动,列车效应减弱。强对流带后部形成弓形回波,产生地面大风。本次强降水符合热带强降水型特点。强对流带在卫星云图上表现为一个扁平状的中尺度对流系统,小时雨强50 mm以上的区域对应卫星云图上TBB小于-70 ℃的区域。     

台风“利奇马”不同强降水中心的雨滴谱特征分析

在2019年台风“利奇马”台风暖区、台风与西风槽相互作用区及西风槽影响区分别挑选4个极端强降水中心,利用各站连续观测分钟雨滴谱资料和分钟降水资料,分析了不同站点和不同降水时段的雨滴尺度谱、雨滴速度谱、雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱特征,研究了雨滴谱特征随时间的变化。结果表明:4个降水中心的雨滴尺度—时间谱和雨滴速度—时间谱存在明显差异,而过程的统计谱特征差异不明显;过程中不同区域的站点、同一站点不同的降水时段,雨滴尺度谱和雨滴速度谱主要为双峰型,尺度谱双峰中各站对应1.2 mm直径峰的位置一致,处于较小尺度峰的位置不一致;在较大雨强时,雨滴尺度谱上会出现单峰和三峰的情况,但比例较少;1.2 mm雨滴的高浓度区域与地面降水强度有非常好的对应关系,在1.2 mm雨滴的高浓度区域形成的过程中,地面降水逐渐增强,随着1.2 mm雨滴的高浓度区域逐渐瓦解,地面降水逐渐减弱,直至出现间歇。     

一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

1961-2012年山东汛期暴雨气候特征分析

利用1961-2012年山东省35个气象站汛期逐日降水资料,采用常规统计法分析了山东省汛期暴雨日数和暴雨强度的时空变化特征,运用均生函数建立山东省汛期暴雨日数和暴雨强度的预测模型,并进行试报和预报检验。结果表明：1961-2012年山东省汛期暴雨日数和暴雨强度均呈减小趋势,但减小趋势不明显,未通过0.05信度的显著性检验。1961-2012年山东省汛期平均暴雨日数为2.2 d,存在3.4 a与准8.0 a周期振荡|暴雨平均强度为67.8 mm·d^-1,有2.3 a、3.3 a、6.9 a与准12.0 a的变化周期。1961-2012年山东省汛期暴雨日数和暴雨强度未出现气候突变|山东省暴雨日数和暴雨强度自20世纪70年代中末期至80年代末期出现年代际减小的变化。山东省汛期多年暴雨平均日数和暴雨强度呈自西北向东南逐渐增加的分布趋势。鲁南、山东半岛南部和东部地区是山东省汛期暴雨（连续性暴雨）的多发地带及暴雨强度大值区域。对2003-2012年山东汛期暴雨预测表明,均生函数预测模型可较好拟合山东省汛期暴雨日数和暴雨强度的变化趋势,对山东汛期暴雨有较好的预测能力。     

梅汛期区域性暴雨的多尺度分析及临近预警

利用常规观测数据、NECP1°×1°逐6 h再分析资料、FY2E卫星黑体亮度温度TBB资料以及南京、常州多普勒天气雷达产品,对2012年江苏出梅之前的最后一场区域性暴雨过程进行多尺度分析。在此基础上,探索该类暴雨的临近预警线索,结果表明:(1)此次过程的雨带呈准纬向分布,属于典型的梅汛期静止锋降水。过程中主要有两次降水集中时段,两个阶段的降水性质存在差异,但都具备较高的降水效率。(2)中高纬大范围稳定的阻塞形势,为此次持续性暴雨过程的产生提供了有利的大尺度环流背景。而在此过程中,两段降水集中期的形成与地面触发系统的出现和维持有着较为密切的联系。(3)此次过程中两段降水集中期内的物理量特征以及TBB的演变情况和其对应的降水特征存在异同。(4)雷达特征分析表明,此次过程具有较高的降水效率和较长的持续时间。实际业务工作中可以通过判断回波的质心高度和边界层风速有无跃增来估计降水效率的潜势。当推断较高的降水效率潜势将持续较长时间时,应及时发布暴雨警报。