北京“7.21”特大暴雨环流形势极端性客观分析

2012年7月21日(简称“7.21”),北京发生了自1951年以来最强的暴雨事件。利用倾斜旋转T模态主成分分析法和美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心再分析资料,探讨了北京“7.21”特大暴雨的大尺度环流形势的极端性。结果表明,北京“7.21”暴雨日所属的大尺度环流型在1951—2012年夏季出现的频率为10.9%,而在“7.21”同类环流型中暴雨出现的概率为4.51%。和同类暴雨日平均场相比,“7.21”暴雨日当天西太平洋副热带高压西伸更强,北京地区对流层低空急流更强,并伴随环境大气中极端充沛的可降水量和较大的风垂直切变。在“7.21”同类环流型下的621 d中,“7.21”暴雨日北京南侧的低空急流排在第54位,北京局地风垂直切变排在第209位,可降水量排在第8位,显示出其在低空急流和可降水量上的极端性。1951—2012年夏季,具有“7.21”暴雨日同类环流形势、且925 hPa低空急流和可降水量均达到或超过“7.21”暴雨日值的个例有3次,相当于每21年发生一次。     

Southeastern pacific blocking episodes and their effects on the South American weather

Summary Southeastern Pacific blocking episodes are studied using 17 years of reanalyzed daily data from the National Centers for Environmental Prediction (NCEP). The anomalous sea level pressure (SLP) within the area bounded by the longitudes of 130° W and 100° W and the latitudes of 50° S and 70° S is used as the base variable to determine periods with 7 or more sequential days with positive anomalies in this domain. Using these periods, composites are calculated for the SLP and its anomalies, 500-hPa geopotential height anomalies and the 250-hPa and 925-hPa wind vectors in the western southern hemisphere (SH). Composites for austral winter and summer exhibit atmospheric circulation features quite similar to those associated with the blocking episodes in the southeastern Pacific. The corresponding composite patterns of the precipitable water (Pw) and 925-hPa temperature anomalies for the South American sector are also discussed. For both seasons blocking episodes in the southeastern Pacific change the distributions of these thermodynamic variables over South America, in particular in its southern and southeastern regions by reducing (increasing) the Pw and low-level temperature in the southern South America (the central part of the continent). Therefore, monitoring the southeastern Pacific circulation patterns may lead to improved weather forecast for the South American sector.With 9 Figures     

北京一次大暴雨的水汽收支和微物理过程数值分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和常规气象观测资料,使用WRF模式对2012年7月21日发生在北京地区的一次特大暴雨天气过程进行数值模拟。在模拟结果的基础上,分析了此次暴雨过程的形势演变和水汽条件,并分别计算了暴雨发生过程中北京全市范围内的水汽输送、水汽收支、大气可降水量和空中各相态水物质的量值大小、空间分布情况及其相互转化关系。结果发现:这次降水主要受高空槽、低涡和地面切变线的影响。有东南、西南两条水汽输送通道,计算区域上空水汽收支变化与地面雨强的演变对应很好。中低层持续而强烈的水汽净输入,为暴雨的发生发展提供了很好的水汽条件。北京各站点大气可降水量普遍超过历史极值,反映了降水的极端性。降水发展不同阶段,云内微物理过程存在差异,降水量初期以暖雨为主,降雨量不大,之后冷雨过程增强,降水量迅速增大。     

A Heavy Rainfall Event in Autumn over Beijing—Atmospheric Circulation Background and Hindcast Simulation Using WRF

Heavy rainfall events often occur in Beijing during summer but rarely in autumn. However, during 3–5 September 2015, an exceptionally heavy rainfall event occurred in Beijing. Based on the reanalysis data and the Weather Research and Forecasting (WRF) model simulations, the main contributing factors and the predictability of this heavy rainfall event were examined through comprehensive analyses of vorticity advection and water vapor transport/ budget. The results indicate that a “high-in-the-east–low-in-the-west” pattern of 500-hPa geopotential height over the Beijing area played an important role. The 850-hPa low-level jet (LLJ) provided a mechanism for rising motion and transported abundant water vapor into the Beijing area. Two-way nested hindcast experiments using WRF well reproduced the atmospheric circulation and LLJ. Quantitative analysis indicates that the WRF model with the rapid update cycle (RUC) land surface scheme and the single-moment 6-class (WSM6) microphysics scheme exhibited the best skill, and the model performance improved with a higher resolution. Further analysis indicates that the bias in the precipitation forecast was caused by the bias in water vapor transport.     

A Heavy Rainfall Event in Autumn over Beijing-Atmospheric Circulation Background and Hindcast Simulation Using WRF

Heavy rainfall events often occur in Beijing during summer but rarely in autumn. However,during 3-5 September2015, an exceptionally heavy rainfall event occurred in Beijing. Based on the reanalysis data and the Weather Research and Forecasting(WRF) model simulations, the main contributing factors and the predictability of this heavy rainfall event were examined through comprehensive analyses of vorticity advection and water vapor transport/budget. The results indicate that a "high-in-the-east-low-in-the-west" pattern of 500-hPa geopotential height over the Beijing area played an important role. The 850-hPa low-level jet(LLJ) provided a mechanism for rising motion and transported abundant water vapor into the Beijing area. Two-way nested hindcast experiments using WRF well reproduced the atmospheric circulation and LLJ. Quantitative analysis indicates that the WRF model with the rapid update cycle(RUC) land surface scheme and the single-moment 6-class(WSM6) microphysics scheme exhibited the best skill, and the model performance improved with a higher resolution. Further analysis indicates that the bias in the precipitation forecast was caused by the bias in water vapor transport.     

四川盆地一次西南涡作用下大暴雨过程的短时强降水分析

利用常规地面、高空观测资料、自动站资料、NCEP1°×1°再分析资料和新一代多普勒天气雷达观测资料,分析2015年8月16—18日四川盆地持续性大暴雨过程,给出了此次大暴雨过程不同阈值短时强降水的时空分布特征,研究此次大暴雨过程中造成短时强降水的成因。结果表明:螺旋度的变化对短时强降水有指示作用,螺旋度等值线密集(稀疏),短时强降水增强(减弱)。水汽收支方程中,水汽通量散度项为短时强降水的发生提供了主要的水汽来源。永川雷达反演的风场上具有明显的低空急流、低层辐合,以及局地气旋性涡旋的中小尺度环流特征。通过对比分析发生在2013年6月30日的相似大暴雨过程,发现两次过程的关键影响系统均是西南涡。"8·17"大暴雨过程低涡前部偏南暖湿急流及低涡后部东北冷流均显著,是斜压锋生类短时强降水";6·30"大暴雨过程低涡前侧偏南暖湿急流显著,暖平流建立的不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。雷达特征显示"8·17"过程强反射率因子面积小,回波质心发展较高,有明显的辐合特征";6·30"过程强反射率因子面积大,回波质心发展低,并伴有中气旋活动。     

冀中南一次春季雨雪过程诊断与预报技术分析

利用常规观测资料、自动站资料、雷达及NCEP 1°×1°资料,在诊断2013年4月19日河北省一次回流多相态降水过程成因的基础上,总结了降雪漏报的原因。结果表明:冀中南降水区位于700hPa切变线南侧、700 hPa西南低空急流与850 hPa东北风急流交汇处,暖湿空气在冷垫上爬升和急流的次级环流为降水提供了动力条件,低空急流为降水提供了水汽条件。整层大气可降水量及变化可作为降水预报的重要参考。对比分析雨区和雪区的温度廓线发现:通过温度平流分析温度的垂直分布和演变比单独分析温度特性层高度对于辨别降水相态更为可靠,而雷达风廓线资料可作为识别冷暖平流进而辨别大气温度层结变化的有益补充。本次降水相态预报出现偏差的主要原因是对温度垂直分布和演变判断不够准确。     

2018年8月深圳一次连续暴雨过程初步分析

利用NCEP FNL 1°×1°再分析资料、自动气象站数据和风廓线雷达等资料,对2018年8月28日至31日由季风低压造成的深圳连续暴雨过程进行了初步分析。结果表明:连续暴雨期间,南亚高压稳定少动,西北太平洋副热带高压呈双脊型并缓慢西伸,北脊阻挡西南季风北上,使得季风低压在双脊之间缓慢西移并发展加强,为持续暴雨发生提供了必要的大尺度环流条件。强盛时期的季风低压垂直伸展范围约8~9 km,直至对流层中层,与副高之间气压梯度加大,导致低空急流加强并向下传播,深厚的急流区为暴雨提供充足的水汽和能量。低空急流的向下传播时间早于短时强降水发生0.5~1 h。925 hPa及其以下的对流层底层风场呈气旋式辐合,是重要的抬升触发条件。而1 km以下风场由西南风转为偏南风,在地形抬升作用下加速上升运动,最大垂直上升速度达0.5 Pa/s,地形对降水具有显著的增幅作用。     

遗传算法同化GPS可降水量资料的研究与应用

利用上海气象台提供的GPS可降水量资料,对2006年7月4-5日发生在江淮地区的一次大暴雨过程进行了分析和模拟研究.此次降雨过程与对流层中低层中尺度低涡的发生发展有密切联系.在高低空环流的共同作用下,高空槽后干冷气流与西南暖湿气流在江淮地区频繁交汇,使得中尺度对流系统得以持续发展.由于造成此次降雨的对流系统尺度较小,仅用常规资料难以理想地模拟出降雨过程.因此,采用遗传算法(GA)同化系统研究了GPS可降水量资料在暴雨模拟中的作用,并做了与伴随同化系统的对比试验.数值模拟结果表明:(1)使用GPS可降水量资料调整初始场后能更准确地模拟出降水的落区与强度.(2)为了进一步检验使用遗传算法同化系统后的效果,通过湿度场,风场,高度场的均方差试验,证明加入GPS可降水资料的遗传同化试验对其它要素的改善与伴随同化GPS可降水资料的试验相比,更能模拟出与实况更为接近的低层风场,湿度场结构.     

陕西2003年持续性暴雨高低空急流特征分析

本文利用常规资料、T213格点资料,对造成2003年8月24日~9月7日陕西省持续性暴雨、大暴雨过程的主要影响系统高空急流、低空急流的天气学、动力学特征及其与暴雨关系进行了分析,结果表明,在这次持续性暴雨过程中,高空急流及其南亚高压与低空偏南风或急流的有利配置是次级环流得以维持、对流持续和重建的重要机制。     

湖北省夏季不同阶段强降水及其大气低频特征

利用1961-2014年湖北省68站逐日降水资料和美国国家海洋和大气管理局环流资料,对比分析了湖北省夏季梅雨期和盛夏期低频强降水事件的基本特征、大气环流形势和低频信号传播特征。结果表明:(1)湖北省夏季降水存在显著的准双周低频周期。(2)相较于盛夏期,梅雨期低频强降水事件次数多,强度强。(3)梅雨期和盛夏期低频强降水事件发生期间的环流形势有着显著的差异。梅雨期,对流层中层东亚沿岸为南北向的波列分布,低层受强索马里越赤道气流和副热带高压外围西南气流共同影响,水汽条件好,东亚存在鞍型场,流场变形,利于形成中尺度气旋系统;盛夏期,对流层中层为欧亚波列分布,低层索马里越赤道气流弱,主要受副热带高压外围水汽输送的影响,日本海以西地区有一异常气旋,其西侧的偏北气流与暖湿气流在30°N附近交汇维持。(4)在强降水事件发生前后,对流层低层的低频正涡度传播特征有较大差异,在梅雨期表现为驻波特征,盛夏期传播更为明显,表现为向西、向南向北传播。     

秋冬季远距离台风海南岛暴雨特征及概念模型

通过对1960-2013年在越南登陆或登陆前停编后海南岛出现暴雨的秋冬季台风历史个例的分析,结果表明：秋冬季台风中有47%是南海台风,台风登陆越南或在登陆前停编时的纬度介于11.3°N-20.6°N之间,其中15.0°N-15.9°N最多（23.5%）,而19.0°N-19.9°N没有满足条件的台风;秋冬季暴雨出现的主要时段为9月下旬-10月下旬,其中10月中旬暴雨日最多（23.8%）;秋冬季暴雨落区集中在海南岛东部、中部和北部内陆地区,琼中县最多（12.7%）,西部沿海地区明显偏少;秋冬季暴雨的主要影响系统是热带低值系统（台风或低压环流）、东路或西路冷空气;低空急流和暴雨落区密切相关,暴雨区一般位于低空急流左前侧和切变线南侧;海南岛东北部暴雨偏东风低空急流位于两广南部;东中部暴雨偏东风低空急流位于两广南部至海南岛北部;西南部暴雨东南东风低空急流位于海南岛北部,同时南海存在西南风低空急流;西北部暴雨两广南部有东北东风低空急流;全岛性暴雨两广南部至南海中部为广阔的偏东风低空急流区。     

高低空急流耦合对长江中游强暴雨形成的机理研究

对1998－07－22T08－14发生于武汉附近的一次强暴雨过程的分析发现，这次强暴雨发生于南方暖区与北方冷空气脱离的孤立系统中，副热带经圈环流上升支是暴雨发生的大尺度背景场，它的低空入流和高空出流对大尺度雨区的生成与维持具有重要作用。边界层南风急流、低空西风急流和高空西风急流上下的耦合作用理强暴雨发生的重要原因。925hPa上边界层偏南风急流是暴雨区所需水汽的最大提供者和暴雨区对流不稳定能量释放的触发者，850hPa上低空偏西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区中低空的对流不稳定，200hPa上中纬高空西风急流的主要作用是建立和维持了暴雨区高空的条件对称不稳定，三者上下耦合使得中低空对流上升运动得以向上发展和加强，从而产生强暴雨。     

一次季风潮爆发引致的区域性大暴雨过程分析

利用气象观测资料、卫星云图、雷达图以及其它物理量等,对2012年6月21至23日区域性暴雨天气过程进行分析,得出如下结论：这次暴雨过程发生在热带气旋东北移及南海季风槽北抬的背景下,沿海西南急流是这次大暴雨的直接影响系统;这次过程水汽主要来源是南海,降水主要发生在水汽通量大值中心的右边及右前方,本次大暴雨降水强弱与水汽通量、急流及地形等有极为吻合的对应关系.     

安徽一次大范围暴雨和大风过程的成因分析

对2010年6月8日08时—9日08时发生在安徽麦收区的一次大范围暴雨和大风过程进行天气学分析,分析结果表明:在低层辐合、高层辐散的有利环流配置条件下,高压的阻挡、低空西南急流和低空东风急流是形成这次暴雨的最主要原因。高压阻挡使降雨维持的时间较长,两支低空急流不仅为暴雨区提供了充沛的水汽,而且两者之间的相互作用使得降雨进一步增强。通过对低空东风急流的作用做深入分析发现:低空东风急流的存在不仅使低空西南急流输送的水汽在其左侧累积,而且低空东风急流上的正涡度平流也迫使江淮气旋向麦收区方向缓慢移动,并使其不断发展,进一步加大了江淮气旋移动前方的气压梯度,使风力加大,东风急流进一步加强,形成正反馈机制。另外东风急流的动量下传又使得地面出现偏东大风。     

Impacts of the North India Ocean SST on the extremely cold winters of 2011 and 2012 in the region of Da Hinggan Mountains and its western areas in China

The study of the winter temperatures, averaged from the records of 11 observatories in the Da Hinggan Mountains and its western areas in China (DHM-WA), identified 11 extremely cold (≤???1.5 °C) and 13 extremely warm winters (≥?+?1.5 °C) during the past 60 years (1951–2010). The winters of 2011 and 2012 are another two extremely cold events. Aimed at exploring the climate causes, a comprehensive investigation is carried out on variations of some major atmospheric circulation components. Additionally, opposite circulation regimes are verified by examining the mean 500-hPa circulation patterns and sea level pressure (SLP) corresponding to 14 warm and 18 cold sea surface temperature (SST) phases over the North India Ocean (NIO) during the period of 1951–2010. Composite of an extremely cold winter usually includes a large and strong Siberian High, a deep East Asian trough to the west, an small and weak western Pacific Subtropical High to the east, a large North Polar vortex and a weakened westerly stream over Eurasia continent accompanied by a strong meridional winds from the polar region to lower latitude. Moreover, it has been found that a favorable circulation condition associated with the extremely cold winters to DHM-WA is mainly controlled by the SST over NIO in the previous warm season (June–September); This is primarily related to changes in the intensity of the Walker and Anti-Walker circulations, which subsequently influence the major circulation components and result in an extremely cold winter in DHM-WA.     

中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景

基于中国测站的降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,取第95百分位数作为极端降水阈值,通过经验正交函数分解(EOF)方法将中国东部分为华南、长江中下游、华北和东北三个地区,定义极端降水事件,并对中国东部夏季极端降水时空分布及环流背景进行研究。结果表明,极端降水事件随日期的变化与中国东部夏季雨带的南北移动相吻合。近54年来,华南极端降水事件频数在1991年左右突增,长江中下游地区有两次突变,1991年左右突增,2000年左右突减。华北和东北地区在1999年左右突减。发生极端降水事件时,低层850 hPa出现局地异常气旋环流,位势高度异常降低,对应低空异常辐合;中层500 hPa,西太副高位置异常偏南有利于华南极端降水的发生,副高西伸有利于长江中下游的极端降水,位置偏北易造成华北和东北极端降水;高层200 hPa,发生极端事件时降水关键区位于西风急流轴右侧,对应异常反气旋环流,这种高层辐散低层辐合的环流配置为极端降水提供动力条件。极端降水的气候平均态水汽主要来源于南半球和西北太平洋。副高的位置异常影响我国东部水汽输送异常,造成不同地区的极端降水。      

华北地区一次黄河气旋发生发展时所引起的暴雨诊断分析

利用NCEP/NCAR的再分析资料和GMS红外黑体亮度温度 (T_BB) 资料等, 对1991年6月9—11日的一次黄河气旋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:黄河气旋的发生发展是大气斜压性强烈发展的结果, 强的高空辐散与正涡度平流共同作用形成了黄河气旋, 对流层低层的暖平流促进了黄河气旋的进一步发展, 并对其移动方向有引导作用; 暴雨出现在黄河气旋的初生、发展阶段, 产生于气旋前部暖区的盾状云系中; 暴雨的水汽有西南和东南两个来源, 其中西南水汽通量大于东南; 暴雨区上空大气具有很强的对流不稳定性, 中尺度对流云团的发生发展, 造成了气旋降水分布的不均匀性和强降水中心; 降水造成的凝结潜热释放对气旋的发展有正反馈作用。     

2018年山东一次极端暴雨的环境场特征分析

利用多源气象数据资料，对2018年台风“温比亚”引发山东历史极端暴雨的环境场进行了研究。结果表明：（1）台风“温比亚”影响山东引起的前期强降水位于鲁南地区，主要为台风外围螺旋云系降水，19日白天至夜间是此次强降水主要时段，主要受台风和西风槽相互作用引起的，强降水落区主要集中于台风倒槽附近。（2）副高稳定少动、中低纬系统相互作用及低空急流的稳定维持是此次台风强降水的主要原因。（3）超低空急流相比低空急流对出现强降水更有明显的指示意义，其强度大小影响降水的强弱程度，且超低空（500 m以下）出现20 m?s-1以上的强风速对短时强降水有明显指示作用。低空急流指数对强降水出现特别是中小尺度强降水及雨强大小有一定预示作用。（4）特殊地形在此次台风暴雨中起了较大作用，地形的迎风坡效应在山地产生的强迫抬升作用及山脉阻挡引起的水汽在山前积聚等动力和热力共同作用触发湿对流是此次台风出现短时强降水的重要触发机制。（5）此次台风暴雨过程Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h雨强大小有较好的指示意义。另外，此次台风特大暴雨与冷空气密切相关。     

2012年7月山东接连两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、多普勒雷达风廓线数据、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年7月8日和10日接连发生在山东省的两场大暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:前一过程发生在副热带高压稳定的环流背景下以及不稳定能量增大的过程中,后一过程发生在副热带高压减弱南退的环流背景下以及不稳定能量释放的过程中;暴雨区上空低空急流和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程发生共同的有利大尺度环境条件,不同的是,前一过程强降水强度与落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致,后一过程这种对应关系不如前一过程好;西南急流强烈发展对应两次过程的强降水时段,后一过程西南急流发展高度低于前一过程,其风速却比前一过程强得多,降水结束时后一过程冷空气下传速度比前一过程更快、高度更低;后一过程云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-70℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内,这对强降水临近预报具有较好的指导意义。