南疆西部暴雨的动力热力特征分析

采用NCEP1°×1°再分析资料,对2012年南疆西部3次暴雨过程中的锋生函数和湿位涡特征的对比,分析南疆西部降水的动力、热力条件与降水的关系,结果表明:锋生函数和湿位涡与南疆西部的降水有很好的对应关系,并能较好地反映降水的动力、热力机制。西部翻山的和东部"东灌"冷空气与南疆盆地的暖空气冷暖交汇,形成锋生。低层锋生达6×10~(-9) K·s~(-1)·m~(-1)以上时,低层辐合叠加地形强迫提供动力作用,触发降水。锋生的强度与降水强度成正比。低层辐合,暖气团被抬升,中层锋生强度达4×10~(-9) K·s~(-1)·m~(-1)以上时,冷暖交汇的热力作用和水汽凝结,使降水维持,形成暴雨。暴雨时有3 PVU的正湿位涡叠加于负湿位涡之上,低层负湿位涡-3.0 PVU时易出现短时强降水。垂直分布上前倾结构形成对流性降水,后倾结构形成持续性降水。     

一次低空急流加强下的暴雨过程成因分析

基于地面、高空常规气象观测资料及风廓线雷达资料和WRF模式资料,分析江西一次低空急流加强下暴雨过程的环境场及成因。结果表明:(1)暴雨发生在副热带高压(简称"副高")北抬、西南急流加强的天气背景下,此次暴雨是副高、西风带短波槽、中尺度辐合系统、低层切变、季风等多系统作用的结果。(2)低层增湿、增暖和对流层中层冷平流的侵入以及异常的各项热力不稳定指数,使江西北部成为高能、高湿、高不稳定区,并在江西东北部形成中尺度假相当位温θ_(se)能量锋区和露点锋区,而锋生正是此次暴雨过程原因之一。(3)低空急流加强一方面带来了充沛水汽,另一方面,中尺度辐合系统沿着急流发展形成中尺度能量、温度锋区,而对流性降水释放的凝结潜热反馈又促使中尺度对流系统进一步加强,利于强降水发生。1.5～3 km 16 m·s~(-1)以上急流可提前1～3 h指示西南风下风方向地区有强降水。(4)500 hPa正涡度平流的发展使得对流层中层气旋性涡度增加,导致正涡度柱发展,并与涡度柱北侧下沉运动构成次级环流。同时高位涡中心向下发展,有利于低层气旋性涡度加强、锋生加剧,促进上升运动,有利于暴雨维持。     

"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.     

贺兰山东麓两次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析

利用自动气象站雨量资料、MICAPS4调阅资料以及NCEP再分析资料,对比分析了2016年8月21日和2018年7月22日宁夏贺兰山东麓两次局地暴雨过程的降水特征、环流形势等,重点对两次过程的湿位涡场进行了诊断分析。结果表明:两次暴雨过程第一阶段均为暖区降水,表现出降水范围小、时间短、强度大,相对第一阶段降水,第二阶段降水范围较大、雨强较小。两次过程强降水均发生在假相当位温(θse)等值线密集区,并沿低空急流轴呈长条状分布,强降水时段与θse最大值出现时间相一致。暴雨区位于位涡(PV)负值中心区附近,暴雨发生发展过程与PV负值中心的移动和变化较为一致,PV负值中心的加强和减弱以及移动方向对局地暴雨的预报有很好的指示意义。对流层500 hPa以上湿位涡正压项(MPV1)正的大值区对应700 hPa以下负的大值区,正负中心区垂直叠加的配置有利于暴雨发生发展。垂直剖面图上600 hPa都存在湿位涡斜压项(MPV2)负极值中心,对流层中低层MPV2负极值中心的强度和维持时间以及变化对局地暴雨的预报有一定的指示作用。     

一次强对流暴雨的湿位涡特征

应用常规地面观测资料、区域加密站降水资料、NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°,间隔6 h),分析2009年6月8日发生在华北的一次强对流暴雨过程的湿位涡分布特征。结果表明:湿位涡(VMP)的分布对强对流暴雨的发生、落区有较强的指示作用,湿位涡正压项(VMP1)正负值区(上正下负)垂直叠加的配置有利于强对流暴雨的发生、发展。暴雨出现在850 hPa上VMP、VMP1、VMP2(湿位涡斜压项)正负值过渡带附近,是对流不稳定和斜压不稳定相结合的地区。θse的等值线接近垂直的地区非常有利于垂直涡度的增长,有利于强降水发生。     

一次西南涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料对2013年5月25~26日发生在我国中东部大范围的暴雨过程进行了湿位涡诊断分析,结果表明:(1)暴雨发生时低层湿位涡明显增加,湿位涡正压项自底层至高层呈现出“负-正”的分布特征,湿斜压项负值中心的演变反应出斜压性在强降水发生时所起的重要作用;(2)本次暴雨过程分两个阶段,第一阶段主要是因为强垂直风切变作用,使得降水具有强对流特征;第二阶段则是由于斜压性作用,降水分布广、持续时间长;(3)干冷空气沿着等熵面向下入侵到低层负位涡之上会导致对流不稳定度进一步加大,垂直运动发展使得低层水汽抬升,凝结潜热释放有利于中低层低涡的维持和发展。      

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

一次陇东大暴雨的锋生过程及倾斜涡度发展

利用探空、地面加密自动气象站、卫星云图、天气雷达和ECMWF(ERA-interim)0.25°×0.25°再分析资料,从大气环流、云图和雷达回波特征、锋生及倾斜涡度发展等方面对2013年6月20日发生在甘肃陇东地区的大暴雨天气进行了诊断分析。结果表明:高原东北侧低空切变线、副热带高压及冷空气相互作用下,干冷空气和暖湿空气在中低空交汇产生强锋生,使切变线上垂直涡度、辐合快速发展,触发不稳定能量释放产生强对流,导致大暴雨发生。暴雨出现在TBB-52℃的强对流云带中,雨强随着冷空气的向南侵入和渗透,由北向南在陇东地区逐步增强,进入四川后开始减弱。雷达强回波区高度5 km,在0℃层以下具有低质心、暖云高效降水回波的特征。降水回波为南北带状,自南向北移动,不断影响同一地区,具有明显的"列车效应"。锋生强度与切变线强度及暴雨强度的增强、维持和减弱变化基本一致。分析锋生函数表明,在暴雨增强阶段,散度项锋生和形变项锋生起主要作用,形变项锋生作用更显著,倾斜项锋生作用相对较小;在暴雨持续阶段,散度项锋生和形变项锋生作用旗鼓相当,倾斜项起锋消作用。通过全型垂直涡度方程建立垂直涡度变化与锋生的直接联系,从而诊断锋生对天气系统强度的作用。锋生使得湿等熵面倾斜,在锋区前侧产生显著的正垂直涡度变化,切变线得到快速发展。     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

贺兰山东麓两次暴雨过程湿位涡特征分析

选用宁夏贺兰山东麓512个自动气象观测站逐小时降水量数据和ERA5再分析资料及常规气象探测资料,对比分析该地区2018年7月22日特大暴雨和2020年8月11日大暴雨过程的湿位涡特征,探讨两次暴雨发生发展机制。结果表明：两次暴雨过程均发生在“东高西低”的环流形势下,西太平洋副热带高压西侧的偏南气流、高低空急流配置以及台风为暴雨过程提供了有利的水汽和动力条件;暴雨发生前3～6 h,对流层低层700～850 hPa存在湿位涡正压项(MPV1)负值中心和湿位涡斜压项(MPV2)正负中心过渡的等值线密集带,其移动发展及持续时间同暴雨发生发展有较好的对应,对暴雨预报有一定指示作用。对流层低层MPV1负值区和MPV2正值区相叠加的位置是强降水易发区,且MPV1、MPV2强度越强、持续时间越长,降水越强,当MPV1和MPV2趋于零时,大气层结稳定,降水过程逐渐结束。     

冷涡背景下吉林省双台风暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料及NCEP1°×1°再分析资料,从环流背景、物理量场等方面对吉林省2018年8月23—26日发生的一次暴雨过程进行了分析。结果表明：(1)本次天气过程分为两个阶段,第一阶段受东北冷涡和台风(苏力)倒槽及双台风外围水汽影响,暴雨主要发生在吉林省中东部,第二阶段受冷涡诱发的低空低涡和减弱的台风(苏力)残余水汽影响,降水强度较第一阶段显著减弱,但影响范围较大;(2)第一阶段双台风外围的低空偏东风急流叠加形成来自日本海区域的暖湿水汽输送带,并在吉林省中东部强烈辐合,为暴雨的产生提供了有利的水汽条件;(3)第一阶段在冷暖平流作用下东北冷涡斜压发展加强与北上台风(苏力)倒槽相互作用在吉林省东南部产生暖锋锋生,斜压锋生下次级环流的发展及高低空急流耦合作用显著,有利于降水强度增强,同时Q矢量锋生函数对暴雨落区有一定指示意义。     

2011年福建省雨季首场暴雨过程分析

利用常规资料和NCEP每6h一次的全球再分析资料(水平分辨率为1°×1°),对2011年福建省雨季首场暴雨过程进行分析.结果表明:福建处于中层的南支槽前西南气流和西风槽后西北气流的交汇区、高空急流入口区的南侧辐散区、低层切变及地面锋面附近辐合区,有利于强降雨过程产生.强降水期间,福建省处在高能区,且大气不稳定和水汽输送条件充沛.本次过程,福建省水平运动锋生较强,强锋生带有利于低层辐合.强降水区和水平运动锋生场相对应.湿位涡的子项即经向涡度和相当位温经向梯度的相互作用项负值中心及强负值区与锋面降水也有较好的对应关系.     

湿位涡诊断分析在河南台风远距离降水中的应用

应用湿位涡理论,分析了两个发生在河南的台风远距离降水个例,讨论了湿位涡与台风远距离降水形成的关系。结果表明：两个个例中,河南具有有利于强降水发生的湿位涡特征;异常暴雨的发展与湿位涡的变化有很好的对应关系：湿位涡的异常区域对应着最强的降水,对流层高层ζmpv1（湿位涡的垂直分量）正值区与低层ζmpv1负值区相互作用,即高层下滑的干冷空气与中低层由东南急流输送的高温高湿空气交汇,容易储存和释放湿对流不稳定能量,有利于强降水产生。湿位涡理论在河南台风远距离降水诊断中有很好的应用前景。     

一次冬季暴雨过程中的锋生和条件对称不稳定分析

基于观测资料和NCEP再分析资料,并结合中尺度数值模拟,对2012年1月14—15日我国江南和华南冬季暴雨过程中的锋生与条件对称不稳定(conditional symmetric instablility,CSI)进行诊断分析。结果表明,南支锋区上短波槽东移配合低层冷空气活动,在江南南部到华南地区形成了明显的锋生过程,构成了有利于暴雨过程的天气尺度环流背景;来自孟加拉湾异常充沛的水汽输送形成了冷季暴雨所必须的水汽条件,异常强盛的高空急流人口区右侧的强辐散区也有利于暴雨的形成。在降水过程中锋面附近有多条中尺度雨带活动,锋生函数分析表明,14日夜间广西境内锋生明显增强,在潜热释放的影响下CSI开始发展,相应的锋生次级环流也有所发展,锋前暖区中的上升运动随之增强,导致广西北部形成较强的中尺度降雨带。分析表明,锋生次级环流和CSI实质是锋面次级环流方程(Sawyer-Elissen方程)在不同稳定性条件下的解,锋生强迫环流的性质可由湿位涡作为等价判据进行分析。     

湿位涡诊断分析在河南台风远距离降水中的应用

应用湿位涡理论,分析了两个发生在河南的台风远距离降水个例,讨论了湿位涡与台风远距离降水形成的关系。结果表明：两个个例中,河南具有有利于强降水发生的湿位涡特征;异常暴雨的发展与湿位涡的变化有很好的对应关系：湿位涡的异常区域对应着最强的降水,对流层高层ζMPV1（湿位涡的垂直分量）正值区与低层ζMPV2负值区相互作用,即高层下滑的干冷空气与中低层由东南急流输送的高温高湿空气交汇,容易储存和释放湿对流不稳定能量,有利于强降水产生。湿位涡理论在河南台风远距离降水诊断中有很好的应用前景。     

应用新型辐散方程诊断“6.28”关岭大暴雨的激发和维持机制

利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、FY—2E相当黑体亮温TBB资料和区域自动站逐时降水资料,结合新型辐散方程,对2010年6月28日贵州省关岭县一次特大暴雨天气的发生和维持机制进行了诊断分析。结果表明:(1)大气运动非平衡强迫使贵州西部地区出现辐合增长,激发了该区域暴雨天气的产生;(2)能量锋生与垂直风切变的耦合强迫,促进了贵州西部地区辐合的持续增长,使暴雨得以维持;(3)对流层中低层湿位涡水平分量与垂直涡度耦合,其负值中心与地面强降水中心相对应,随后中尺度对流复合体(MCC)云团北侧出现了新生单体,第二轮暴雨随即发生并维持。     

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h）,对2013年7月21-22日和2014年7月8-9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,“0721”过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区（延安）出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。“0721”过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6 h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。     

一次暴雨过程中湖北西北部和东北部降水差异的成因分析

利用地面自动站资料和NCEP提供的0.5°×0.5°高时空分辨率GFS(Global Forecast System)再分析资料,对2008年7月1—2日一次暴雨过程中,湖北西北部与东北部降水差异的成因进行分析。结果表明:1)湖北西北部的降水发生在高低空急流发展时期,且西北部很快处于后一个高空急流的右前方,不利于西北部降水持续发生;东北部降水发生在高空急流稳定期与低空急流发展期,高低空急流耦合,诱发中尺度低涡形成,导致持续性强降水。2)水汽输送在西北部集中的时间短,提供的水汽有限;在东北部集中的时间长,提供的水汽充足。3)西北部不稳定能量释放得快;东北部一直存在不稳定能量释放,导致该地区天气尺度系统猛烈发展,激发重力波,造成强降水。4)西北部锋生位于随高度向北倾斜的锋区中,随着冷空气的南下,强降水很快结束;东北部锋生位于随高度向南倾斜的暖区锋区中,冷空气与稳定的副热带高压外围西南暖湿气流对峙,产生较强的倾斜项锋生,有利于东北部的长时间强降水。     

AREM3.0模式对“5.31”天气过程的模拟分析

利用实时气象资料、卫星云图和NCEP 1 °×1 °再分析资料结合湿位涡的诊断分析,对2006年7月27日位于山东半岛沿海的威海市受远距离热带低压影响发生的特大暴雨过程进行了研究.结果表明:整个过程中主要有三个对流云团活动,高低空急流的耦合作用以及高层的强辐散为云团的产生提供了有利的环境流场;强对流天气发生在锋前暖区内,特大暴雨落区与能量锋区有很好对应;低空正涡度分布与暖平流的输送为山东半岛特大暴雨提供了动力和热力条件;对物理量场与湿位涡湿斜压项MPV2的时空演变分析表明,高、低空急流在不同时段所起的作用对雨强的变化起决定作用,MPV2＞0区域始终位于低空急流核的前方.     

一次梅雨暴雨过程的双峰结构分析

对2007年7月7～9日的一次梅雨暴雨的分析,发现这次暴雨与梅雨期间的双锋面结构有关.在暴雨区的两侧由于梅雨锋与副热带锋共同作用,形成了典型的双锋面结构,梅雨双锋的出现使暴雨强度大大加强.分析表明,此次降水过程的双锋结构经历了4个阶段的演变过程,通过湿位涡分析发现双锋结构可导致倾斜涡度发展使中低层涡度加大,有利于降水发展.在各种类型的暴雨过程中在副热带锋区和梅雨锋区均有倾斜涡度发展,S形态的双锋结构两类锋区的共同作用不明显,但其他类的双锋结构则有两支锋区的共同作用.