一次桂北暴雨过程中低涡的发展维持机制

利用常规观测、卫星数据及ERA5再分析数据,从动力和热力角度对引发2020年5月24-25日广西北部暴雨过程的低涡发展维持机制进行了诊断分析。结果表明：低涡在滇黔桂交界一带生成,随后逐渐发展东移,对流云团及降水落区主要分布在低涡东侧及南侧。涡度方程诊断表明,低涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响。水平风场对涡度的输送使得局地涡度减小,而水平风场的辐合效应使得局地涡度增大。将原始风场分解为地转风和非地转风分量后发现,非地转风分量主导了局地涡度的变化,非地转风水平散度项正贡献最大,扭转项次之,两者是造成低涡发展维持的主要原因。在热力作用方面,低涡发展移动过程中对流层中层附近的潜热加热正反馈也有利于低层低涡的发展维持。     

“7.20”华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究

利用中国地面加密自动站观测资料、北京地区雷达探测资料、NCEP （1°×1°） FNL资料、ECMWF ERA Interim （0.125°×0.125°）逐日再分析资料等,对造成2016年7月19-20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究。华北地区这次特大暴雨过程出现了3个阶段降水,其中与低涡系统强烈发展对应的第2阶段降水是本次华北暴雨过程的主要降水阶段。针对该低涡的分析表明：（1）850 hPa以西南低涡为中心的低压带中,在河南西北部新生低涡系统,并且其在向华北地区移动过程中显著加强,该低涡系统在空间结构上,从倾斜涡柱逐渐发展成近乎直立的、贯穿整个对流层的深厚低涡系统;（2）中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关：低层低涡系统显著加强之前,对流层上层（300-200 hPa）首先出现高空槽异常加深并向南发展,该高空槽发展的开始阶段与其本身冷暖平流造成的斜压发展过程对应;而后,随着高纬度平流层高位涡沿等熵面向南运动,造成华北地区对流层上层涡度增强,形成正位涡异常区;当这一正位涡异常区叠加在对流层中低层锋区上空时,造成对流层中低层气旋快速发展并向下伸展,诱发河南西北部的新生气旋;低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流,促使低空气旋向东北方向发展"移动"（本质上是暖平流前端造成的气旋发展）,这一动力学过程反过来使高层的涡度增强;这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强,而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱;（3）随着低涡系统增强,极大地加强了垂直上升运动并触发了对流,形成大范围的强降水,大量的凝结潜热释放,造成了低层低涡系统在强降水开始阶段的快速发展和增强;20日00时（世界时）以后,虽然对流活动显著减弱,但低涡系统的加深维持了大范围强降水过程的持续。强降水与低涡发展的正反馈过程是这次华北暴雨得以长时间维持的重要机制之一,这一过程形成的持续性潜热释放也是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。     

西北东部半干旱区一次极端特大暴雨的触发和维持机制

2022年7月15日地处西北东部半干旱区的甘肃庆阳出现特大暴雨,多站日雨量和小时雨量均突破历史极值,利用多源观测资料和ERA5再分析资料,针对这次特大暴雨过程形成机制进行分析。结果表明,本次过程是发生在黄土高原复杂地形下弱天气尺度斜压强迫、弱不稳定能量及深厚湿层背景下的暖区暴雨,局地性强、强降水持续时间长;南亚高压、副热带高压及低层气压系统上下叠加的环流形势配置有利于中尺度对流系统发生发展;地面辐合线和偏南低空急流触发对流系统初生、发展,低空急流的发展和长时间维持使地面辐合线不断加强,同时急流左侧（暴雨区）与其出口区和入口区右侧形成的稳定次级环流是对流系统维持的关键,而凝结潜热释放引发的局地锋生、低层正涡度发展则是对流系统发展维持的另一重要因素,同时也是大气不稳定度维持的重要原因。中尺度对流系统呈现深厚低质心、准静止特征,雷达回波具有后向传播和列车效应特征。     

2004年9月上旬川渝黔特大暴雨过程分析

就2004年9月上旬西南低涡引发的区域性大暴雨过程的形成、维持原因作初步的探讨和分析，指出中低层的强水汽输送和19号台风“桑达”是此次过程的主要原因。     

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明:特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

对流性暴雨形成前的三次潜热释放过程

波状低云区诱发的初始行星边界层内的中（小）尺度上升运动是浅薄和弱小的系统。要使浅薄系统向中、高空发展为深厚的暴雨对流运动，需要在大尺度有利环境支持下，经过二次潜热释放──①波状低云形成②孤立对流单体形成③强降水构造形成，才导致暴雨发生。二次潜热释放在云场上的表现十分清楚，是预报的重要指标和依据。     

一次东北冷涡暴雨过程成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6h的再分析资料和FY-2E红外云图、TBB等资料,对2014年7月7—8日由东北冷涡引发内蒙古东北部的暴雨过程形成原因进行了天气学诊断分析,结果表明:1低空急流是主要水汽来源,不同地区出现暴雨的机制不同,兴安盟东部、呼伦贝尔市东南部由于槽前、切变南缘地面暖锋附近,中低空急流汇合处,强辐合抬升触发不稳定能量释放导致强天气的发生,而呼伦贝尔市西南部暴雨跟中上层冷涡的生成发展与对应的地面低压逐步耦合的动力作用相关;2湿位涡的分布对暴雨的发生、落区有较强的指示性作用,700hPa正负值区过度带的配置是暴雨发生发展的有利潜势,暴雨发生在700hPa等值线密集带和850hPa MPV2大于等于0的叠加区域内,700hPa正负过渡带附近,偏向于正值一侧;3最大降水量的雨强落后于云团TBB最低值1~2h,并不是强TBB与最强降水同步出现。     

一次低涡暴雨过程发生机制及其模式预报分析

为了揭示低涡暴雨发生机制,认识高分辨率的区域数值模式对低涡暴雨类天气的预报能力,应用多种观测资料,NCEP再分析资料和区域数值模式WRF和GRAPES预报资料,分析了2012年7月20—23日西南地区一次高原涡和西南涡带来的大暴雨过程。研究结果表明:(1)高原低涡与西南低涡耦合有利于低涡发展维持,中层的正涡度平流、低层的辐合上升运动是低涡发展的重要机制。低涡强烈发展时期,对流系统发展极为强盛,-64℃云盖呈圆形。(2)对流层中低层低涡的维持和发展,使四川盆地处于辐合上升环流控制中,提供了有利于降水的动、热力条件,是盆地强降水发生的重要机制。(3)两个模式都较好地反映了低涡影响下的盆地大暴雨过程。与实况的差异主要表现在降水发生时间提前,降水落区移动偏快或偏慢,有利于降水的动、热力场更强等等。相对而言,WRF模式预报与实况更接近。模式预报的低涡位置及伴随的物理量演变决定了降水预报的差异。     

宁波一次特大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°格点资料,对2008年9月5日宁波地区出现的暴雨天气过程进行综合分析。分析表明:冷空气、西南暖湿气流及东南气流的交汇,为宁波地区暴雨的发生提供了有利的天气背景条件。暴雨一般出现在θse最陡峭密集区内,该区内气旋性涡度发展最强。垂直螺旋度中心向低层移动,将会导致地面降水强度明显增强。湿位涡正异常中心能较好的反映高空冷空气的活动。中低层湿位涡的湿斜压项(mpv2)负中心强度变化对降水强度有一定指示作用。大气湿斜压不稳定的增强对暴雨的贡献不容忽视。     

河南一次特大暴雨过程的天气学分析

利用NCEP再分析资料,对2005年7月20-22日河南西部特大暴雨的成因进行了诊断分析。结果表明：台风低压倒槽外围的东南气流和副高西南侧的东南气流合并,形成一支较强盛的东南气流带是本次特大暴雨的水汽来源;辐合线和地形的作用是本次特大暴雨的触发机制;特大暴雨中心附近存在低空的气旋辐合、高空的反气旋辐散,且在特大暴雨发生发展时,高空的反气旋辐散作用起主导作用,是特大暴雨发展和维持的依据;在前期有东南急流存在的情况下,东风分量和南风分量明显减弱的时刻．是强降水发生的时刻。     

一次江淮暴雨过程的数值模拟和诊断分析

利用WRF模式对2003年7月4-5日江淮地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和诊断分析.结果表明:暴雨区处于高温高湿环境,高、低空急流的耦合和低层辐合以及高层辐散的配置有利于暴雨的产生发展.通过计算湿位涡还发现,ζ_MPV1高低层正负值区叠加的配置、ζ_MPV1<0及ζ_MPV2>0的演变,表明此次过程中不仅有对流不稳定能量存在,还有倾斜涡度的发展.ζ_MPV1和ζ_MPV2综合反映了暴雨区对流不稳定和斜压不稳定的增强.     

Potential Vorticity Structure and Inversion of the Cyclogenesis Over the Yangtze River and Huaihe River Valleys

In this paper, the potential vorticity structure and inversion of the cyclogenesis over the Yangtze River and Huaihe River valleys during 21 23 June 2003 are investigated with a potential vorticity （PV） framework. The cyclogenesis is manifested by a lower-tropospheric PV anomaly over the Yangtze River and Huaihe River valleys at early stages mainly due to latent heat release, which greatly affects the evolution of the associated lower-tropospheric geopotential height and wind fields as demonstrated by piecewise PV inversion. At later stages, an upper-tropospheric PV anomaly develops, resulting in the growth of ridges over the cyclone in both the upstream and downstream, which provide a favorable background field for the low-level cyclone development. But the effect of a surface thermal anomaly always impedes the development of the cyclone to different extents during this cyclogenesis. It is further demonstrated that the position and the strength of the PV anomaly are closely related to the low-level cyclone development, and the lower-tropospheric PV anomaly seems to constitute the most significant feature, for instance, contributing about 60% to the low-level jet （LLJ）.     

Evolution of moist potential vorticity during a warm-zone heavy rainfall event in the Pearl River Delta

First,based on routine meteorological data,the synoptic characteristics of a heavy warm-sector rainfall that occurred on June 13,2008 in the Pearl River Delta were analyzed.Second,a mesoscale numerical model,Weather Research and Forecasting(WRFV2.2),was used to simulate the heavy rainfall. Diagnostic analyses were done of moist potential vorticity(MPV)for its horizontal components(MPV2) and vertical components(MPV1)based on the simulation results of WRFV2.2 to identify the mechanism of the rainfall development.The results showed that the heavy rainfall occurred when there were high MPV1 in the upper levels and low MPV1 and high MPV2 in the lower levels.Disturbances of high MPV1 in the upper levels came from the southwest or northwest,those of low MPV1 in the lower levels came from the southwest,and those of high MPV2 came from the south.Disturbances of low MPV1 at low levels were the direct cause of convective instability.Enhanced vertical shear of meridional wind led to increased MPV2 at lower levels,strengthened baroclinicity,and active warm and wet flows.These distributions of MPV helped to trigger the release of unstable energy and produce warm-sector heavy rainfall.As it integrates the evolution of dynamic and thermal fields,MPV is able to reveal the development of this heavy rainfall effectively.     

2008年河南黄淮地区暴雨过程个例分析

利用常规气象资料和NCEP资料对2008年7月22日河南黄淮地区的暴雨过程进行了分析.结果表明:这次过程是在500 hPa槽前西南气流引导下,高低空急流耦合区内西南涡沿切变线移出,弱冷空气侵入暖倒槽触发不稳定能量释放造成的.垂直螺旋度计算结果显示:中低层正垂直螺旋度中心与降水落区有很好的对应关系,大暴雨中心位于正垂直螺旋度中心附近.湿位涡演变分析发现,这次过程有"干侵入"发生,暴雨区中低层对流不稳定和对称不稳定共存,有利于降水增幅.水汽条件分析表明:这次过程的水汽源地在孟加拉湾和南海,主要是低层和近地层的水汽辐合.     

涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

利用中尺度WRF模式对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示低涡首先出现在850 h Pa上,几个小时后700h Pa上才有低涡生成,850 h Pa低涡的形成与西南低空急流有着密切的联系。通过ω方程的诊断分析表明,涡度的水平平流项和辐散项对850 h Pa低涡的形成起主要作用,而潜热释放对850 h Pa低涡的形成作用不大;潜热加热是700 h Pa气流不断辐合从而形成低涡的主要因子。干敏感性试验研究进一步证实了潜热释放对850 h Pa低涡的影响不明显,但是会导致700 h Pa上气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。     

江淮切变线强度的定量化描述方法研究

从气象观测事实和物理的角度出发,定义了一种江淮切变线强度的定量化的表征方法,即综合与降水关系密切的切变涡度和散度形成能客观近似地刻画切变线附近切变强度的指标量■。并在此基础上利用再分析资料和实况降水资料分析切变强度与对应降水量之间的关系,分析表明:强切变强度区域与降水雨带有明显的对应关系,降水区往往与强切变强度区域相一致或是比强切变强度区域略偏南;证实了切变强度与降水强度有正相关关系的事实,当切变强度■时,对应区域6 h累积降水量超过10 mm,甚至达到30 mm。     

大气湿位涡影响夏季江淮降水异常的机理分析

利用欧洲中心再分析资料(ERA-40)中1958-2001年气象场资料(世界时00时),分析了降水异常年850 hPa湿位涡及其分量差异的原因.结果表明,降水异常年湿位涡和湿位涡正压部分的差异主要是由水汽的垂直分布差异引起稳定度的变化所致,而相对湿位涡和湿位涡斜压部分的差异,分别主要是由垂直涡度及纬向风的垂直切变和暖湿气流的经向切变所致.另外,还利用湿位涡的正压部分和斜压部分讨论了江淮夏季850 hPa大气性质的变化,结果表明,近50年来,大气对流不稳定减弱,而斜压不稳定增强.     

2008年7月黄淮暴雨过程中西南涡结构特征分析

对西南涡暴雨的预报不仅取决于对西南涡移动路径的把握,也与西南涡的结构及其演变密切相关。利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,对2008年7月一次东移影响黄淮的西南涡的结构特征和暴雨机理进行分析,结果表明:西南涡的生成过程包含高原涡的耦合诱发,西南涡的生成、发展与干位涡向对流层低层扰动下传有关;中高纬冷空气与副热带高压边缘暖湿气流对峙加强了系统的斜压性,使西南涡中心向上伸展的位涡柱和正涡度柱具有向西倾斜的结构;成熟的西南涡具有中尺度非对称的显著斜压结构特征;对流层中层正涡度平流是西南涡发展和引导西南涡移动的重要因素;凝结释放大量潜热促使低层西南低涡发展,使降水增强。     

A case study on the role of water vapor from Southwest China in downstream heavy rainfall

Based on the observation data analysis and numerical simulation, the development of an eastwardmoving vortex generated in Southwest China during the period 25 27 June 2003 is studied. The water vapor budget analysis indicates that water vapor in the lower troposphere over Southwest China is transported downstream to the Yangtze and Huaihe River valleys by the southwesterly winds south of the vortex center. A potential vortieity （PV） budget analysis reveals that a positive feedback between latent heat release and low-level positive vortieity plays a vital role in the sudden development and eastward movement of the vortex. Numerical simulations are consistent with these results.     

一次江淮地区MCV过程的数值模拟分析

本文在前期统计工作的基础上,选取了一次典型的中尺度对流涡旋(MCV)个例,利用NCEP/NCAR再分析资料分析其背景场特征,并利用WRF数值模拟结果分析其成因及其触发"二次对流"的可能机制。结果表明:MCV发生前,江淮地区处于200 h Pa强辐散场中,高层抽吸作用明显,500 h Pa江淮西北部短波槽槽后不断有冷空气南下,加强该地区大气层结不稳定,850 h Pa湖北至安徽中部有切变线活动,这种高低层配置十分有利于MCV生成及对流发生;MCV生命史各阶段垂直输送项和涡管倾斜项呈反位相分布,而水平平流项和辐合辐散项的作用基本是相互抵消的,垂直输送项和辐合辐散项是MCV生成阶段中低层涡度的主要来源;MCV引发的"二次对流"出现在其生成阶段,且位于其南侧,MCV发展成熟后,对流迅速减弱;MCV的生成使南侧西南低空急流加强,伴随水平涡度的变化,"二次对流"的发生发展与水平涡度对应的垂直环流上升支有直接联系。