High-Resolution Mesoscale Analysis Data from the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX): Data Generation and Quality Evaluation

In this study,the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX)from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration's (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at http://laps.fsl.noaa.gov).A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas:South China,Central China,Jianghuai area,and Yangtze River Delta area.The quality of this dataset was evaluated as follows.First,the dataset was qualitatively compared with radar reflectivity and TBB image for specific heavy rainfall events so as to examine its capability in reproduction of mesoscale systems.The results show that the SCHeREX analysis dataset has a strong capability in capturing severe mesoscale convective systems.Second,the mean deviation and root mean square error of the SCHeREX mesoscale analysis fields were analyzed and compared with radiosonde data.The results reveal that the errors of geopotential height,temperature,relative humidity,and wind of the SCHeREX analysis were within the acceptable range of observation errors.In particular,the average error was 45 m for geopotential height between 700 and 925 hPa,1.0-1.1℃ for temperature,less than 20％ for relative humidity,1.5-2.0 m s-1 for wind speed,and 20°-25° for wind direction.The above results clearly indicate that the SCHeREX mesoscale analysis dataset is of high quality and sufficient reliability,and it is applicable to refined mesoscale weather studies.     

High-Resolution Mesoscale Analysis Data from the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX): Data Generation and Quality Evaluation

In this study, the observational data acquired in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) from May to July 2008 and 2009 were integrated and assimilated with the US National Oceanic and Atmospheric Administration’s (NOAA) Local Analysis and Prediction System (LAPS; information available online at http://laps.fsl.noaa.gov). A high-resolution mesoscale analysis dataset was then generated at a spatial resolution of 5 km and a temporal resolution of 3 h in four observational areas: South China, Cent...     

中国南方暴雨野外试验中尺度气象分析场的建立及其质量评估

利用武汉暴雨研究所从美国引进的LAPS中尺度分析系统,将2008年和2009年5-7月中国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)中所采集的观测资料进行融合、同化,生成了华南、华中、江淮和长江三角洲4个观测区的空间分辨为5 km、时间分辨为3 h的SHCeREX中尺度气象分析场.文中从两方面对SCHeREX中尺度分析场的...     

2005年6月华南特大连续性暴雨的环境条件和中尺度扰动分析

利用常规观测站、地面加密站资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2005年6月19—24日发生在广东的特大连续性暴雨过程进行了分析。天气分析表明：高空南亚高压前部的强辐散场,500 hPa河套阻塞高压以及低层低涡切变线横卧在江淮一带、低空急流源源不断地向华南输送暖湿气流的这种大尺度环流形势和相应的大范围动力热力及水汽条件,决定了暴雨的多发时期和持续性;区域暴雨多发期内5次强降水的具体发生和间歇,则与暴雨区大气动力、热力及水汽条件的5个 α 中尺度时间变化与震荡密切联系并受其影响;暴雨区动力条件的α中尺度时间变化与特定的大尺度环流背景下高低空急流的演变有密切的关系。降水的中尺度特征分析表明：暴雨过程中5场暴雨的发展和间歇对应5个 α 中尺度系统的发展和减弱,暴雨是由19个 β 中尺度系统直接造成19个 β 中尺度大雨团形成。进一步分析表明：强降水主要发生在地面静止锋和锋前暖区的中尺度切变线（或中尺度辐合线）和中尺度涡旋或中尺度辐合中心附近,中尺度涡旋内的降水是由飑线上 γ 中尺度对流单体形成的“列车效应”产生的,而中尺度切变线附近的降水则是飑线的发展合并加强产生的。发生在冷式切变线附近的强降水移动速度较快,发生在暖式切变线附近的强降水移动缓慢,发生在辐合中心的强降水在原地发展达最强后随辐合中心转为切变线减弱或直接在原地减弱消失而结束。     

Classification of persistent heavy rainfall events over South China and associated moisture source analysis

Persistent heavy rainfall events (PHREs) over South China during 1981–2014 were selected and classified by an objective method, based on the daily precipitation data at 752 stations in China. The circulation characteristics, as well as the dry-cold air and moisture sources of each type of PHREs were examined. The main results are as follows. A total of 32 non-typhoon influenced PHREs in South China were identified over the study period. By correlation analysis, the PHREs are divided into three types: SC-A type, with its main rainbelt located in the coastal areas and the northeast of Guangdong Province; SC-B type, with its main rainbelt between Guangdong Province and Guangxi Region; and SC-C type, with its main rainbelt located in the north of Guangxi Region. For the SC-A events, dry-cold air flew to South China under the steering effect of troughs in the middle troposphere which originated from the Ural Mountains and West Siberia Plain; whereas, the SC-C events were not influenced by the cold air from high latitudes. There were three water vapor pathways from low-latitude areas for both the SC-A and SC-C PHREs. The tropical Indian Ocean was the main water vapor source for these two PHRE types, while the South China Sea also contributed to the SC-C PHREs. In addition, the SC-A events were also influenced by moist and cold air originating from the Yellow Sea. Generally, the SC-C PHREs belonged to a warm-sector rainfall type, whose precipitation areas were dominated by southwesterly wind, and the convergence in wind speed was the main reason for precipitation.     

Impact of 4DVAR assimilation of rainfall data on the simulation of mesoscale precipitation systems in a mei-yu heavy rainfall event

The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance.     

一次华南暴雨过程的数值模拟———中尺度对流系统形成发展机制

2008年6月11-13日在华南地区出现了特大暴雨,这主要是由一系列中尺度对流系统(MCS)的相继生成,合并和强烈发展导致的.该研究利用新一代中尺度数值模式WRF对此次暴雨过程进行数值模拟,重点研究此次强降水过程中MCS发生、发展和演变过程及其相关物理机制.在MCS的生成过程中,由于西南涡的存在导致MCS始终处于正涡度环境中,正涡度导致的低层辐合与大气静力不稳定都是重要的MCS启动机制,这两者的共同作用有利于MCS的生成与加强.MCS形成后,在强垂直切变的环境中,倾斜抬升机制发生作用,更进一步加强了环境涡度,形成有利的正反馈过程,造成MCS迅速发展.这些加强的MCS和大尺度环境流场相互作用,造成了它们的合并.在MCS的分裂过程中,马氏力起着重要作用.     

长江下游地区汛期暴雨气候特征分析

根据2008-2013年我国暴雨统计结果, 分析了6 a间我国暴雨分布情况、变化趋势和演变规律, 结果表明:我国年降水量分布总体趋势由西北向东南依次递增, 西南地区东部、江汉地区、江淮地区、江南地区及华南地区是每年暴雨的多发区域, 华南南部(尤其是海南)为显著的暴雨多发区, 年暴雨日数常常超过10 d。我国每年平均暴雨日数为217.5 d, 以6-8月为最多; 平均每年出现39次主要暴雨过程次数, 其中8次由热带气旋登陆引起, 约有58%的主要暴雨过程出现在6-8月, 以7月最多; 每年平均出现特大暴雨26站次, 以华南居多, 年最大日降水量介于336.1~614.7 mm之间, 主要出现在6-10月之间。每年遴选出的强度强、范围大、影响显著的10次重大暴雨事件均出现在5-11月, 其中以南方暴雨占多数。

     

Simulation of the evolution of the latent heat processes in a mesoscale convective system accompanied by heavy rainfall over the Guangzhou region of South China

利用WRF模式对一次广州暴雨MCS系统的微物理潜热过程进行了云尺度的模拟研究,得到了MCS系统在不同发展阶段各项微物理过程潜热收支的三维结构,表明了MCS各个阶段潜热收支的主要微物理过程。     

盐城一次龙卷、短时强降水的地面中尺度分析和雷达回波特征

利用地面加密自动站和多普勒天气雷达资料,对2006年7月3日发生在盐城的龙卷和短时强降水等强对流天气过程进行了详细分析。结果表明：此次强对流天气发生的天气背景是江淮梅雨期暴雨形势,即高空东移的西风槽、中低空西南急流以及强烈的对流不稳定。地面中尺度涡旋的发展、维持为强对流天气的产生提供了持续强劲的上升运动;龙卷发生在非超级单体风暴中低层反射率因子梯度区上,在平均径向速度图上出现了明显的小尺度涡旋特征。另外,西太平洋副热带高压和赤道辐合带上活动的3个热带系统为短时强降水提供了超常的充沛水汽,短时特大暴雨发生在中低空急流增强到最强并开始减弱的时段内,与大于50dBZ的强回波面积的变化关系密切。     

“碧利斯”暴雨增幅高分辨率数值模拟及诊断分析

利用中尺度非静力数值模式ARPS (Advanced Regional Prediction System),对2006年第4号强热带风暴“碧利斯”的登陆过程,尤其是登陆后的暴雨增幅过程开展了高分辨率数值模拟,并利用观测资料对模拟结果进行了验证,进一步基于该高分辨率模拟资料对该暴雨增幅过程开展了诊断分析.结果表明,ARPS模式较好地模拟再现了“碧利斯”的登陆过程以及登陆后在广东、江西、湖南三省交界处引发的暴雨增幅过程;散度垂直通量和湿位涡的大值区与暴雨增幅地区均有良好的对应关系,对强降水落区有较好指示意义,其中散度垂直通量的对应关系更好.湿位涡不仅很好地反映了与暴雨增幅相关的湿位涡分布,同时也很好地反映了“碧利斯”环流本身所对应的湿位涡分布特征.     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。     

华南前汛期暖区暴雨研究新进展

华南前汛期暖区暴雨一直是困扰科研和业务的重要难题。在1970s末第一次华南暴雨综合试验中,老一辈科学家提出了华南前汛期暖区暴雨的概念,并揭示了诸多对华南暴雨研究有重要意义的成果。近年来,随着现代气象探测手段、高性能计算能力的提升以及中尺度暴雨科学观测试验的开展,对华南前汛期暖区暴雨的研究取得了不少新的认识。本文重点梳理了近10 a有关华南前汛期暖区暴雨方面的最新研究进展,从暖区暴雨的定义及分类、多尺度天气特征、形成机制及可预报性研究等4个方面进行系统性论述。最后,对华南前汛期暖区暴雨研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析

针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程,利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明,有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km,高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因,而降水过程释放潜热带来的热...     

我国西南-华南地区中尺度对流复合体(MCC)的研究

本文普查了1983—1986年4—9月我国西南-华南地区MCC活动的基本特征。并以一个典型的例子讨论它的形成和成熟期的结构、云顶黑体温度(T_(BB))演变过程及降水等。     

江苏一次持续性梅雨锋暴雨过程诊断与分析

利用NCEP再分析资料,FY2E卫星的TBB资料,常规和加密气象站资料,对2012年7月2—4日,江苏省一次持续性梅雨锋暴雨过程进行了诊断和中尺度特征分析。结果表明:此次过程是东北冷涡槽东移与副热带高压西北侧暖湿气流交汇形成的。暴雨落区在低空西南急流的左侧和中高空急流的一、三象限,低层干线触发了不稳定能量的释放。经分析有7个中尺度云团造成了本次持续性暴雨,-64℃的冷云盖是较强降水的指标性温度,不断东移的中尺度云团类似于"列车效应",带来持续降水,降水开始时间落后于中尺度云团生成时间约2~4 h。地面中尺度辐合线是触发此次强降水的重要中尺度系统,辐合线附近易触发对流,且对流降水沿着辐合线方向移动。低层正、高层负的垂直螺旋度,高温高湿的大气以及较高的位势不稳定为暴雨和强对流天气提供有利条件。在垂直上升运动区北侧有明显下沉运动补偿气流,使上升气流得以长时间维持。暴雨区位于925 hPa超低空急流核移动方向的左侧。     

基于西南涡加密探空资料同化的一次奇异路径耦合低涡大暴雨数值模拟研究

利用WRF模式及WRFDA同化系统,引入业务探空资料和西南涡加密探空资料,对一次四川盆地奇异路径低涡耦合大暴雨过程进行了数值试验,对比检验不同同化试验对本次过程降水和低涡移动路径的模拟能力,分析了加密探空资料同化对西南涡结构及其降水演变的影响。结果表明:在同化业务探空资料的基础上,引入西南涡加密探空资料能改善模式对本次降水和低涡移动路径的模拟,而仅同化业务探空资料对模拟结果的改善作用有限;引入西南涡加密探空资料,一方面能在初始风场上产生气旋式扰动,增加初始高原涡和西南涡的强度,另一方面通过调整初始四川盆地上空大气温、湿度结构,使模式在积分初期就能产生出实况量级的降水;西南涡加密探空资料的同化试验揭示了仅靠高层的高位涡不足以激发和维持700 hPa的西南涡,需要通过低层水平辐合引起正涡度增加并向上输送来增强700 hPa的气旋式环流,进而促进西南涡的移动和发展,而模拟初期降水的潜热释放也起重要作用,加深了对西南涡及其降水成因的认识。      

强热带风暴碧利斯(0604)引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

一次大气河背景下华北地区暴雨的诊断分析

利用2018年5月15-16日的ERA5再分析资料和观测资料,对大气河背景下一次华北地区暴雨过程的天气形势、大气河在暴雨过程中的作用及其在暴雨前后的演变特征以及结构特征进行了诊断分析.结果 表明此次降水过程的直接影响系统是位于华北地区的高空槽、低空切变线、地面冷锋和高低空急流,这些系统使得华北地区低层辐合高层辐散,带来...     

华南暖区暴雨中一次飑线的中尺度分析

利用地面加密观测资料、高空观测资料、多普勒雷达观测和雷达风场反演资料等,分析造成2010年5月6—7日华南暴雨中一次飑线的演变过程及三维结构特征。结果表明:(1)此次飑线过程发生于200 hPa高空辐散区、500 hPa高空槽后、地面准静止锋锋前暖区内,850 hPa飑线北侧为切变线,东南侧存在低空急流,中低层为中等强度垂直风切变。(2)该飑线系统初始对流单体由西风受广西大瑶山脉地形阻挡而触发。发展过程中两广交界处不断生成新单体,东移发展并入对流带,单体发展及对流带的形成与地面中尺度辐合线关系密切。(3)该飑线在形成过程中存在对流带与对流单体的锢囚过程,锢囚过程中地面辐合线及中层中气旋起组织作用,至盛期对流带东段出现弓形回波结构。强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流,造成地面冷池及后部辐散出流,促进弓形回波发展。(4)成熟期飑线系统包含弓形回波、冷池及不明显的层状云区,三维结构特征与经典飑线类似,但无涡旋对,雷暴高压也不明显。