暖区区域性大暴雨中尺度系统发生发展的研究

本文使用一小时一次的地面观测资料和边界层300、600、900米的风资料,分析研究了一次暖区大暴雨个例中多个中尺度系统的发生发展。     

西北东部一次大暴雨数值模拟及中尺度分析

2005年7月1-2日,西北东部出现一次造成严重灾害的大暴雨天气过程(本文简称为"050702"暴雨),利用NCEP(1°×1°)资料分析表明,副热带高压边缘偏南和西南气流北上,与西北冷空气在西北区东部形成辐合区造成了此次暴雨的发生,此次暴雨的水汽来源于中国南海和孟加拉湾.本文用非静力中尺度模式MM5V3.6成功模拟出此次过程,对暴雨中心冷暖平流、辐合层及水汽通量散度等暴雨因子的中尺度结构与强降水的关系进行了研究.结果表明:(1)降水强度和对流层中层冷平流有很好的相关,随着冷平流的增强,降水强度也迅速增大;暖平流对降水强度起到维持的作用;(2)在降水达最强时段,对流层中出现低层强辐合,高层辐散的结构;(3)在降水达最强时段,对流层中低层水汽辐合的达到最强,表明水汽通量散度场和降水有较好的对应关系.     

山东半岛东部中尺度大暴雨过程成因分析

使用常规气象资料、HLAFS资料、红外云图以及中尺度分离技术等对2002年7月24～25日出现在威海市的大暴雨过程进行了分析。结果显示这次大暴雨过程是在西风槽与副高西部边缘西南气流相互作用的大尺度背景下，上升运动区内新生的中尺度气旋引起的强烈的水汽辐合上升造成的，大暴雨区上空高层强烈的辐散对强降水的维持有重要作用。     

西北东部夏季干湿演变及环流特征

选取中国西北东部1960--2004年33个台站夏季（6—8月）逐日降水资料和北半球NECP／NCAR500hPa高度场再分析资料,首先统计了中国西北东部逐年夏季总降水量和无雨日数,并根据它们呈显著负相关的特点,定义了无雨日数一降水均一化干湿指数,然后对干湿指数场进行了EOF分解,探讨了西北东部夏季干湿异常的演变特征,同时对干湿异常年份进行了500hPa高度距平场合成分析。结果发现：一致性异常特征是西北东部夏季干湿指数的最主要的空间异常模态;西北东部近45年来的变干趋势是明显的;新疆脊偏弱、东亚大槽偏浅是西北东部夏季湿年同期500hPa高度场特征,而新疆脊偏强、东亚大槽偏深是干年同期500hPa高度场特征;乌拉尔山脊线偏西、东亚大槽偏浅是湿年前期12月高度场特征;乌拉尔山脊线偏东、东亚大槽偏深是干年前期12月高度场特征。冬季12月500hPa高度场环流特征是预测下年夏季干湿特征不容忽视的指标。     

西南地区东部一次大暴雨的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5V3 5对2007年5月23-25日发生在贵州的一次大暴雨过程进行48 h的数值模拟研究,并结合天气形势、雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行分析.结果表明:模式较成功地模拟了这次强降水过程,模拟出了暴雨的强度、位置以及随时间的变化.导致这次大暴雨发生的主要影响系统是中尺度低涡,它的稳定维持是暴雨产生的主要原因.中尺度系统的发展、增强、减弱,主要由低层的正涡度产生.高层辐散、低层辐合、强烈的垂直上升运动是大暴雨天气维持和发展的可能机制之一,强降水与强烈的上升运动区和正涡度区有很好的对应关系.     

一类华南锋前暖区暴雨β中尺度系统环境特征的分析研究

对2005年6月一次引发珠江(西江)流域致洪暴雨的环流特征和影响系统,尤其是β中尺度系统的环境场进行了研究.这次暴雨具有明显的多尺度特征,涉及到季风的活动、边界层的影响、地形的动力作用等.得到如下结果:(1)南海季风爆发推迟而后持续影响华南,西风带急流以及副热带高压位置均明显偏南,且副高脊线稳定维持在18°N左右,为6月中下旬暴雨在华南地区持续发生提供了稳定的大尺度环流条件.(2)这是一类华南前汛期锋前暖区暴雨.在该时段,华南地区始终维持一条近于东西向的准静止锋,这在卫星云图上清晰可见. 锋生函数的计算结果表明,弱冷空气的作用明显.经向剖面分析揭示出: 锋前有明显的上升运动区存在,非常有利于中尺度对流的发生发展.北方的弱冷空气与副高西北的暖湿气流之间存在明显的中低纬度系统的相互作用.(3)低空偏南气流的风速辐合场,在925 hPa层上最明显.表明在这次华南暴雨过程中行星边界层有很重要的作用.不但从中南半岛和南中国海输送了大量水汽至暴雨区,而且其前方的风速强辐合区,对于对流的启动很有帮助.就启动机制而言,该风速辐合区可能与1998年华南暴雨的风向辐合区有一些差异.(4)南岭山脉的喇叭口地形,对偏南暖湿气流有明显的辐合抬升作用,使垂直运动进一步增强,有利于暴雨的发生.华南(尤其是西江流域)的特殊地形是持续性暴雨产生的重要条件之一.(5)中尺度对流雨团是这次致洪暴雨的直接影响系统.至少有4个β中尺度雨团(A、B、C、D)在西江流域发生发展.上述雨团A 和雨团D分别出现于桂林和梧州等测站附近.该研究集中对中尺度雨团A、D的环境特征作了分析.低空风速辐合中心反复向暴雨区"冲击",暴雨区对流有效位能一次次积累、释放,而又重建.在这种环境下,中尺度对流系统与强降雨云团,此起彼伏,频繁发生.加之对流雨团受环境流场影响 "追随" 洪峰向下游移动,使暴雨和洪水 "叠加" 或 "遭遇",加重了洪涝灾害的影响.     

一次导致大暴雨的中尺度对流系统演变和风场垂直结构特征

利用NCEP分析资料、云地闪电、卫星、多普勒雷达、风廓线雷达和RASS观测资料,对引发2009年8月6日广州南沙大暴雨的中尺度对流系统的演变和风场垂直结构进行分析,结果表明:(1) 此次暴雨的直接影响系统是登陆后重新加强的热带风暴内发生、发展的α-中尺度对流系统,其内若干对流单体及其“列车效应”是导致大暴雨的直接原因;(2) 强地闪集中发生在云顶相当黑体温度(TBB)低于-64 ℃云区和大TBB梯度区内,或40 dBZ以上的强回波区及回波梯度大值区,强地闪活动略落后于强降水;(3) 风场垂直结构观测表明,α-中尺度对流系统的低层急流有两次加强过程,与低空入流两次增强有直接对应关系;急流轴上多个中尺度脉动及低涡发展与雨强的剧增相对应,其时间尺度为0.5~1.0 h,这种风场的中尺度特征正是中尺度对流系统中强上升入流和下沉气流在风廓线雷达观测到风场垂直结构中的反映;(4) 边界层的上升运动发生在α-中尺度对流系统的前部,上升运动与地面中尺度低压生成及辐合线有关,中尺度低压和上升运动的出现比强降水提前1 h。      

一次暖区大暴雨的能量系统分析

本文应用能量天气学分析方法,对一次暴雨过程前后地面、850、700、500hpa四层能量场的配置情况进行对比分析,以揭示出这次暴雨过程各种能量关系,即暴雨发生前一天在700hpa层有三股Tб低值气流在玉林、钦州地区一带相汇合,并叠加在850hpa层Tб高值气流区之上,暴雨就出现在700hpa层三股Tб低值气流的汇合处附近。此外,文中还对850、700hpa两层所建立的能量系统做进一步的分析,证明它具有较强的对流不稳定性。     

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3～6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。     

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

利用常规观测、FY-4A TBB资料和ERA5再分析资料,从环流背景、中尺度特征、水汽和动力条件、能量和不稳定条件等方面,对2020年8月14—18日发生在四川盆地西部的一次持续性极端暴雨过程进行分析。结果表明：西太平洋副热带高压稳定少动,导致高原低槽东移受阻而稳定维持在四川盆地西部,中低层有切变线和急流维持,配合地面冷空气南下,为持续性极端暴雨提供了有利的环流背景。中尺度对流云团生成、合并、加强,受地形阻挡及副热带高压外围气流、切变线和中尺度低涡的持续影响,对流云团强中心维持在四川盆地西部,是暴雨过程的直接影响系统。暴雨水汽来源于孟加拉湾和西太平洋,在地形辐合抬升作用下,四川盆地西部形成强水汽辐合中心,暴雨过程中各水汽物理量呈现极端性,为持续性极端暴雨的产生提供了充足的水汽条件。暴雨区上空始终有气流辐合与正涡度发展,有利于垂直上升运动加强;暴雨区位于假相当位温密集的锋区中,锋区的动力强迫有利于能量和水汽向上输送,使暴雨区持续维持高能、高湿环境,雨区上空有广义湿位涡异常。暴雨区位势不稳定主要由其散度分量造成,代表水平散度和位势稳定度的耦合作用,位势散度正值区由散度分量和垂直风切变分量共同决定,850 hPa位势散度高值区与强降雨落区有较好对应。

     

江淮地区暖区飑线中尺度观测研究

本文依据地面、高空常规资料,华东中尺度天气试验加密资料,地面温、压、湿、风、降水自记及卫星、雷达资料,对1983年4月27日晚至28日晨的江淮地区暖区飑线进行分析,揭示了飑线的一些有意思的特征。分析表明,飑线经大别山东侧自西向东传播,接近低空西南风急流轴时,对流强度发生变化;飑线过境有短时增温、伴有降性阵水特征;飑线的地面气压由β尺度的飑前中低压、飑后中高压及紧随其后的对称中低压组成。由空间结构分析看到飑前有自近地层开始的暖湿入流,飑后有来自对流层中高层的下沉气流等特征。将其和热带及美国的中纬度飑线比较发现,这次暖区飑线的气压场、温度场、风场及天气分布与经典飑线有差异,与热带及美国中纬度飑线也有区别,我们认为这是副热带地区暖区飑线的特点。     

一次大暴雨过程中尺度涡旋系统特征分析

利用常规观测资料与加密自动站资料、卫星云图、多普勒雷达与微波辐射计资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2011年7月29—30日发生在天津及华北东部的大暴雨过程进行了分析。结果表明：在有利的环流背景下,迅速发展北上的低空中尺度涡旋是此次大暴雨的直接影响系统。高空槽前正涡度平流加强,造成低层减压、中尺度涡旋发展;涡旋中心向负变压梯度绝对值最大方向移动。分析中尺度涡旋垂直结构表明,开始时涡旋内斜升气流明显,随其发展,低层辐合明显加强、涡旋内转为一致的垂直上升运动,且最大辐合中心与正涡度中心相对应,均位于900 hPa以下。随低层东南气流加强,涡旋右前侧偏东入流显著加强,其不但为涡旋发展提供了有利的动力条件,也为暴雨发生和维持提供了充足的水汽。此次降水的强回波高度较低,钩状回波及中尺度气旋均在低层发展,造成强降水和短时大风,有别于典型钩状回波。水汽密度及液态水含量变化与降水对应非常好,强降水前15～30 min低层大气水汽密度和液态水含量会迅速增大,这可为强降水提前预报预警提供参考依据。     

天津一次局地大暴雨中尺度对流系统组织化特征与成因

应用常规观测资料与地面加密自动站、卫星云图、多普勒雷达等多种非常规观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)分析场资料,对2013年7月1日天津南部大暴雨中尺度对流系统的结构、演变特征及其成因进行了分析。结果表明:(1)大暴雨发生在副热带高压边缘暖湿气流、低空700—850 h Pa暖性切变线、高低空急流有利配置的背景下,属暖区暴雨。(2)大暴雨由若干β中尺度对流云团合并加强后的α中尺度对流云团造成,对应雷达,强降雨是由西南方向不断移入天津南部的γ中尺度对流单体发展加强,并先后组织成若干东—西向带状β中尺度对流系统先东北后偏东方向移动造成的,在大港南部有列车效应,具有典型的热带型降水回波特征。(3)逆风区的出现、中空急流向低层伸展,低空急流、超低空急流先后形成并加强,是降水强度加强的重要原因。(4)地面中尺度切变线的维持、加强和中尺度低压倒槽东移、发展、入海加强为中尺度气旋,是先后造成对流单体发展加强并组织成带状中尺度对流系统的两个中尺度系统。(5)近地层中尺度切变线是地面中尺度切变线形成的原因,对流单体前侧的偏南冷性水平出流的叠加,一方面增强了沿切变线的辐合,一方面也加大了低层的水汽输送;带状对流系统后侧的偏北冷性水平出流与东南气流形成的中尺度切变线是地面中尺度气旋形成的原因。     

一次中尺度对流系统的电场演变特征

综合雷达、卫星、电场、闪电定位仪等资料,分析了2009年6月5日经过南京地区的中尺度对流系统(MCS)的地闪、电场演变过程及特征。本次过程中,MCS的发展阶段正地闪占主导地位,成熟阶段负地闪占主要地位,消亡阶段层状云区的正地闪相对较频繁。将该过程电场划分为4个阶段,重点对MCS对流区的电场进行了演变过程和特征分析,并用准正态分布模式模拟了MCS的对流区电场。结果表明,准正态分布模式能够更细微地反映电场变化,模拟得到的电场和实际观测相符。     

西北区东部一次大暴雨过程的湿位涡诊断与数值模拟

利用绝热、无摩擦大气湿位涡守衡理论和NCEP(1°×1°)再分析资料,对我国西北区东部2005年7月1~2日大暴雨过程进行了分析。结果表明:700 hPa上副热带高压西侧强西南气流北上,在西北区东部与东移南压的西北冷空气形成强辐合,是造成西北区东部这次强降水的主要影响系统。在700 hPa等压面上湿位涡与辐合区域相对应的是,在西北区东部存在一个湿位涡正压项MPV1的正值区和湿位涡斜压项MPV2的负值区域,它们准确地指示了辐合区的范围及变化,暴雨出现在辐合区中或MPV1和MPV2的等值线密集区边缘上;对流层高低层正值MPV1可以指示对流稳定的冷空气的变化,而对流稳定度小的暖湿气流表现为小的正值(高层)或负值(低层),等值线密集带指示了降水的后界。用模式输出的高时空分辨率资料诊断暴雨发生期间各个暴雨中心的等熵面结构,表明用湿位涡理论可以很好地解释这次暴雨发生的局地特征。     

梵净山东南侧夏季暖区暴雨中尺度系统演变与环境场特征个例分析

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3-4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析.结果表明:(1)该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hP...     

一次中尺度对流系统的闪电演变特征

利用地面雷电探测网资料、多普勒雷达和卫星资料对一次典型的MCS过程的地闪变化特征进行了分析,结果表明,在系统发展的最初阶段全为负地闪;在MCS的成熟阶段地闪频数一直较高,在10次/min以上,负地闪占绝对优势;在消散阶段,地闪频数急剧下降,同时正地闪所占比例越来越大,甚至超过负地闪。地闪基本出现在<-50℃的云区和前部大的温度梯度区内,集中发生于<-60℃的云区。负地闪主要发生在强对流区(>40 dBz),其持续时间和强对流的维持时间几乎相当,说明负地闪可以很好地指示或有助于识别强对流区;密集的正地闪也与强回波区相对应,而稀疏的正地闪则多发生在系统后部的稳定性降水或云砧部位。同时,在MCS成熟阶段出现高正地闪频数的瞬间突增有可能对应着地面强天气的发生,在强对流天气的临近预报中应予以关注。     

北方一次暖区大暴雨强降水成因探讨

2012年7月7日黄淮出现一次典型暖区大暴雨过程,降水持续时间长、强度大和强降水范围集中,中尺度特征明显。本文通过常规和非常规观测、NCEP分析资料对该次黄淮暖切变线引发的豫东北、鲁南和苏北等地大暴雨天气过程的成因进行探讨,结果表明:整层高湿环境有利于降低暖区暴雨对抬升条件的要求、提高降水效率和局地不断产生中尺度对流系统;低层垂直风切变和超低空急流在对流触发和维持中可能有重要作用;次天气及以下尺度的抬升条件,如地面辐合线、925和850 hPa切变和低空急流出口区的风速辐合等均可导致强降水,降水落区一般位于低层多层风速辐合的叠置区;暖区暴雨的雷达回波具有明显的后向传播、列车效应和热带降水型特点。