1991年梅雨锋暴雨与锋生环流的诊断分析

利用原始方程模式锋生环流诊断方程对１９９１年７月一次梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。计算结果表明，锋面横向次级环流在低层是一个热力正环流，低空急流出口区的次级环流使锋面附近的上升运动得到加强：１００ｈＰａ青藏高压东侧的偏北风与中层的偏南风耦合形成择流层上层的反环流叠加在锋面横向环流上形成深厚的上升气流区是暴雨发生的动力条件。     

湘西南地区5-6月份锋生暴雨分析

锋生暴雨是湘西南地区5-6月份极为常见的灾害性天气之一.锋生暴雨来势猛烈,短时间内降水强度大,常造成局地山洪爆发.该种天气一般多发生在夜间的下半夜.为更好地掌握此种天气发生的原因,通过对近10年的气象资料分析得出了产生锋生暴雨的基本天气模式及与其它能量机制相匹配的关系和预报着眼点.     

湘西南地区5—6月份锋生暴雨分析

锋生暴雨是湘西南区５－６月份极为常见的灾害性天气之一。锋生暴雨来势猛烈,短时间内降水强度大,常造成局地山洪爆发。该种天气一般多发生在夜间的下半夜。为更好地掌握此种天气发生的原因,通过对近１０年的气象资料颁得出了产生锋生暴雨的基本天气模式及其它能量机制相匹配的关系和预报着眼点。     

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。     

急流加速产生的高空锋生和低空锋生

本文用数值模拟方法证实了曾庆存提出的一种锋生机制,即高空急流加速或高空动量输入通过地转适应过程造成高空锋生.我们采用二维非弹性数值模式模拟了五种急流加速分布产生的锋生过程:三个低空锋生,分别由中尺度地面、中尺度低空和次天气尺度低空急流加速产生;二个高空锋生,分别由高空次天气尺度和天气尺度急流加速产生.模拟的结果表明:(1)通过地转适应产生的位温梯度的大小依赖于急流的空间结构以及Rossby变形半径和急流扰动尺度的比值,比值越大,适应锋生越强.(2)在相同的尺度条件下急流加速产生的高空锋生比低空锋生更强.(3)地转适应过程将加速的高空急流动量向下层传输,使锋区变陡并向对流层中、下层延伸,这种对流层高低层的非地转耦合可能是低空急流形成的另一种机制.(4)在模拟的五个过程中急流振荡的主频率约是惯性频率的1.7倍.     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。     

低层锋生型暴雨特征合成分析

应用湖北省县级以上84个气象观测站点24 h降水资料,统计分析了2008—2011年5—8月低层锋生类型10场暴雨的雨量特征,对天气系统和各种物理量特征进行合成分析。结果发现:低层锋生型暴雨主要是由于低层锋生强迫触发不稳定能量的释放,同时形成跨锋面的次级正环流,其上升支与高层次级反环流的上升支在暴雨区上空叠加,形成深厚的上升运动区,触发位势不稳定能量的释放。在中层槽前正涡度平流、低层西南急流风速辐合以及锋面倾斜导致倾斜涡度发展等共同作用下,中尺度低涡发生发展。中尺度低涡中心区域和低涡移向的右前方动力水汽辐合最强烈,是暴雨发生的主要区域。     

暖锋锋生引发中尺度暴雨的环境条件及诊断分析

2012年7月28-30日,黑龙江省受暖锋锋生影响,自西南向东北出现区域性暴雨天气过程。此次暴雨天气过程,降水持续时间长,影响范围广,显著特点是短时局地暴雨强度大,多站降水量超过100 mm,黑龙江省罕见。通过对暴雨产生的主要环境条件及中尺度分析,得出结论:暴雨主要是河套低压北上、暖锋影响产生的,暖锋锋生及锋前对流触发是短时降水增强的原因。低空西南急流为暴雨区带来了丰富的水汽和不稳定能量,高低空急流耦合加强了动力条件。弱干冷空气入侵增强暖锋降水,地面中尺度环流的建立及增强与降水强度增加对应。     

“94·7"北京大暴雨的能量锋及能量锋生

首先利用湿静力湿度Ｔσ分析了１９９４年７月１２－１３日北京地区台风低压和西来槽共同影响的强降水过程的能量场，其次利用能量锋锋生方程组，并进行能量锋锋生分析。结果表明：此次降水过程对流层低层对应有明显的Ｔσ水平能量锋区，且Ｔσ能量锋区与同时次６小时降水相对应。能量锋生方程组计算出的Ｔσ水平锋生是地转变形项和倾斜项共同作用的结果，而Ｔσ垂直锋生主要是倾斜项的作用。同时，水平锋生对降水具有指示意义。     

一次梅雨锋暴雨的模拟与诊断分析

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5,对1999年6月下旬长江中下游一次暴雨过程进行了数值模拟。结果表明,该模式能较好地模拟这次暴雨过程。中β尺度低压涡旋是该暴雨的主要影响系统,其稳定,移动缓慢是暴雨发生的根本原因。高层大气辐散,中低层强辐合,垂直运动强烈,低层有充足的水汽供应,低层对流不稳定能量释放是低涡及暴雨维持和发展的动力机制。     

"03.7"梅雨锋暴雨的中尺度模拟和诊断分析

利用中尺度模式MM5研究了2003年7月4～5日(简称"03.7")的梅雨锋暴雨过程, 该模式对这次暴雨过程有很好的模拟能力.应用假相当位温密集区定义锋面, 梅雨锋锋生比暴雨早12 h出现.此次暴雨过程中, 急流发展比暴雨要早2 h左右.低空急流的增强, 负散度绝对值加大, 促使低层强烈辐合, 是本次暴雨的触发机制, 而涡度的增强则是系统发展的结果.暴雨期间, 对流层低层是平均湿位涡负值区, 湿对称不稳定.然而, 850 hPa上湿位涡的弱正值区随暴雨中心(雨量＞20 mm·h-1)同步东移, 说明其中心为湿对称弱中性.     

人工缓减梅雨锋暴雨的数值试验

本文利用耦合了中国气象科学研究院双参数微物理方案的中尺度数值模式MM5, 对2002年7月22～23日长江中游一次梅雨锋暴雨过程进行了人工缓减暴雨的冷云催化数值试验。在对降水云系多尺度结构进行正确模拟的基础上, 采用增加人工冰晶的催化方法, 对人工缓减暴雨的可能方法及原理进行研究。结果表明, 不同催化方案得到比较稳定一致的结果, 在云体成熟期大剂量持续催化的减雨效果最好, 在3600 km2内减少雨量8.29×106 t, 即为自然雨量的14.8%, 雨量分布更为均匀, 其中50 mm以上降水范围由原来的190 km2缩减到60 km2。分析表明, 催化增加的大量冰晶碰并过冷雨, 使霰粒子浓度增大而平均尺度减小, 导致霰落速减弱而小于上升运动, 难于下落融化, 造成雨水减小。在周围升速小的弱雨区, 滞留的霰粒长大后仍能下落融化, 引起地面少量增雨。本文所用催化方法在实际作业中具有技术可行性, 并有重大潜在社会和经济效益, 值得深入研究和试验。     

一次梅雨锋暴雨过程的中尺度对比模拟分析

使用新一代细网格WRF中尺度数值模式和MM5（V3）模式,对2003年7月4～6日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟对比分析。结果表明：WRF和MM5都能较好的模拟这次暴雨过程雨带的分布和走向,而WRF能更好的模拟降水中心的位置和雨量;与暴雨过程相联系的低空急流和涡度场等分布特征的模拟,WRF模式亦优于MM5模式。此外,在云贵高原东麓山地,与WRF模式相比,MM5模式在低层模拟出虚假的低压环流,这可能与两模式所采用的垂直坐标差异有关。对WRF的模拟结果分析发现,700hPa湿位涡异常区与暴雨发生区对应很好。     

地形与双冷锋的锋生过程

本文利用半地转模式，讨论了双冷锋的锋生过程及其越过山脉的演变。结果显示，在变形场作用下，双冷锋在移行过程中会发生上层锋合并的现象。在锋生过程中，下层前一条冷锋加强远大于后一条，在上层则是后一条冷锋的加强远大于前一条。地形对双冷锋有重大影响，山的迎风坡对冷锋移行有阻挡作用，并削弱锋的强度，背风坡则加速锋的移行，并加强锋的强度。山对双冷锋的上层锋的合并有促进作用，并造成近地面锋区呈现鼻状突出；地形促使锋区垂直速度大大增大，并导致其产生跳跃式变化；地形对锋的影响限于下层锋区。     

锋生作用对2011年梅汛期湖北暴雨的影响

利用常规气象资料、湖北人工气象站和自动气象监测站雨量资料、NCEP再分析0.5°×0.5°等资料,对锋生函数在2011年6月中上旬梅雨期三次暴雨过程中的作用进行了诊断分析。结果表明:(1)2011年湖北梅雨在单阻型环流场形成和维持的过程中,先后出现了三种不同特征的暴雨过程。三次过程均在中层出现锋生。(2)中层锋生主要由垂直锋生造成,有利于对流不稳定的发生。低层锋生主要由水平锋生造成,有利于水汽输送和辐合抬升。当中层和低层均有锋生,且中层为垂直锋生、低层为水平锋生时,有利于降雨强度的加强。(3)先出现中层锋生后出现低层锋生可能为短时降雨,先出现低层锋生后出现中层锋生可能为长历时降雨。(4)低层的垂直锋消与水平锋生完全抵消说明低层水平辐合不够强,且对流稳定,不利于强降雨的发生。     

锋生作用对2011年梅汛期湖北暴雨的影响

利用常规气象资料、湖北人工气象站和自动气象监测站雨量资料、NCEP再分析0.5°×0.5°等资料,对锋生函数在2011年6月中上旬梅雨期三次暴雨过程中的作用进行了诊断分析。结果表明:(1)2011年湖北梅雨在单阻型环流场形成和维持的过程中,先后出现了三种不同特征的暴雨过程。三次过程均在中层出现锋生。(2)中层锋生主要由垂直锋生造成,有利于对流不稳定的发生。低层锋生主要由水平锋生造成,有利于水汽输送和辐合抬升。当中层和低层均有锋生,且中层为垂直锋生、低层为水平锋生时,有利于降雨强度的加强。(3)先出现中层锋生后出现低层锋生可能为短时降雨,先出现低层锋生后出现中层锋生可能为长历时降雨。(4)低层的垂直锋消与水平锋生完全抵消说明低层水平辐合不够强,且对流稳定,不利于强降雨的发生。     

一次热带低压伴随中尺度锋生的暴雨天气过程分析

利用地面观测资料和NCEP/FNL再分析资料,对福建省东北部2018年8月24—25日热带低压影响下的暴雨天气过程进行分析,以揭示中尺度锋生对局地强降水的作用。结果表明：此次暴雨天气过程具有降水集中、局地性强、强度大、持续时间长、存在2个明显降水阶段的特征。强降水过程伴随中尺度锋生现象,且在第二阶段明显强于第一阶段,为第二阶段强降水提供有利动热力条件。热带低压移动缓慢,降雨持续时间长,配合中纬度槽带来的弱冷空气,是此次极端降水的原因之一。2个降水阶段都有较好的水汽供应,第二降水阶段水汽通量弱于第一阶段,说明水汽供应不是造成2个阶段降水强度差异的主要原因。由于低层风速较大,地形抬升比水汽供应具有更重要的作用。     

云贵高原东段初夏辐合线锋生型暴雨研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、探空资料和红外TBB卫星资料对2012年5月11 12日一场典型的初夏暴雨展开分析。结果表明,此次暴雨过程属于贵州典型的辐合线锋生型暴雨类型,地面中尺度辐合线和850 h Pa切变线耦合是对流发展的主要原因,中尺度对流系统在云图上表现为一MCS对流云团自西向东移动。整个暴雨过程中,贵州大部具有高温高湿的层结不稳定特征,低层维持正涡度辐合,高层维持负涡度辐散。锋生函数揭示此类型暴雨天气过程存在明显的锋生现象,水平辐散项F2是引起地面锋生主要的动力因子,而水平辐散项F2和水平变形项F3对850 h Pa锋生有明显的正贡献。用气块理论及其运动学方法来分析对流的触发机制,发现对流的触发与自由对流高度LFC、天气尺度环境场水平辐合的强度、垂直方向辐合高度、辐合持续时间有关。