2000—2009年夏季东亚热带气旋远距离暴雨统计分析及个例的数值模拟

利用2000—2009年6—8月的NCEP 1 °×1 °FNL数据、TRMM降水数据及JMA提供的《TC最佳路径集》等资料,综合考虑低层水汽通道及TC与中纬度系统相互作用的两个因素,对0 °以北150 °E以西东亚地区的远距离暴雨进行统计分析,得出这一时期共有48例远距离暴雨产生,并将其分为5种类型。将各类型合成分析后得到远距离暴雨在850 hPa、500 hPa的主要影响系统有:TC、中纬度槽、副热带高压及水汽通道,其中水汽通道多与印度季风相连接对远距离降水的影响最显著,其次是中纬度槽。形成最多的是北槽、涡-南TC型远距离暴雨占总数的68.8%,而且远距离暴雨多发生在TC路径的右侧（占总数的71%）。200 hPa上多数远距离暴雨发生在高空急流的右后方,并在TC的东西部各有一反气旋性涡旋。当TC东部无反气旋性涡旋时TC较弱。当远距离暴雨发生在TC的西北方向,且西北方向有槽存在时TC较强。利用WRF中尺度数值模式对1104号TC Haima进行敏感性试验表明,TC在此次暴雨过程中起主要作用,通过影响降水区的水汽通道导致降水增强。      

热带气旋远距离暴雨的研究

用中国国家气象信息中心整编的1971-2006年中国693个地面基准站日降水资料、同期美国JTWC最佳路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,对热带气旋(TC)远距离暴雨进行统计分析和诊断研究.结果表明:36 a中有14.7％的TC产生远距离暴雨.TC远距离暴雨事件遍及中国大陆27个省(市、自治区),其中,环渤海地区和川陕交界处为中国TC远距离暴雨高发区.远距离暴雨集中发生在6-9月.34.6％的TC远距离暴雨具有影响范围广、降水强度大的特点.诊断分析表明,TC远距离暴雨能否产生的关键在于热带气旋东侧环流能否将水汽输送到中纬度槽前,如果有高气压或偏北气流对水汽输送的阻断,就不会形成远距离暴雨.     

山东省远距离热带气旋暴雨研究

应用1971—2003年的山东降水资料、常规天气图资料、台风年签和NCEP资料,对在华沿海登陆和活动的热带气旋在山东造成远距离暴雨的气候特征进行统计分析,对环流形势场进行合成分析。建立了山东省远距离热带气旋暴雨的天气学模型。分别计算分析了山东有和无远距离热带气旋暴雨合成的水汽和温湿能的收支。结果表明：在华南沿海登陆和活动的热带气旋与西风带环流系统和副热带高压相互作用在山东造成的远距离热带气旋暴雨年均2.5次。暴雨的范围广、强度大。出现暴雨的时间比热带气旋登陆时间滞后。在山东造成远距离暴雨的热带气旋在华南沿海登陆时,中心东部有一股东南风或偏南风低空急流指向内陆。中高纬度中低层西风带环流弱,位置偏北。500 hPa西风带中的偏北气流与副高边缘的偏南气流在山东境内汇合。低层850—700 hPa伴有低值系统影响,山东为气旋性环流控制。热带气旋登陆后其中心附近的中低层偏南风急流向北伸展,绕过副高脊线直达山东。在台风中心附近至山东之间建立起水汽和温湿能的输送通道,把高温高湿的暖湿空气源源不断地向山东输送。在台风登陆后12—48小时内,山东暴雨区上空有大量的水汽和温湿能的净流入。暖湿气流与西风带气流相汇合,产生辐合上升,造成暴雨。     

影响宁夏的热带气旋远距离暴雨特征和预报概念模型

利用JMA最佳TC路径资料和NCEP/NCAR再分析资料,普查了1961—2010年宁夏的暴雨个例,并对影响宁夏的热带气旋远距离暴雨进行了统计和合成分析。结果表明:宁夏各测站远距离暴雨日数在暴雨总日数中普遍占比达30%～46%,是宁夏暴雨类型里十分重要的一类。远距离暴雨主要集中发生在8月,较宁夏暴雨气候多发期推迟10～20天。台湾岛及其以东洋面和海南岛附近是宁夏产生远距离暴雨的热带气旋高频影响关键区,在两个TC高频影响区域之间还存在一个少台风甚至无台风影响的海域。进一步诊断分析表明,热带气旋、中纬度槽(涡)、副热带高压、水汽通道及高空急流是产生远距离暴雨的主要影响系统。根据诊断特征将远距离暴雨分为两类,揭示其环流差异主要体现在热带气旋和副高位置、水汽输送通道及海平面气压场,并在此基础上归纳了两类远距离暴雨的预报概念模型。     

广西热带气旋的暴雨统计分析及数值模拟

利用1949～2010年广西88个气象观测站的降水资料和1961～2010年NCEP/NCAR再分析资料,分析了影响广西热带气旋的数量、路径及其影响广西暴雨的特征,通过数值模拟研究了广西大范围暴雨物理量环境场的变化特征,结果表明:影响广西热带气旋个数有显著的减少趋势,并存在着明显的2a、4a和10a周期振荡信号,年日最多暴雨站数有增多的趋势。热带气旋影响下沿海地区发生暴雨的可能性最大,桂北山区最小。热带气旋从沿海地区登陆进入广西,造成广西各站发生暴雨概率最高,其次为从梧州、玉林进入广西的路径,最少的为热带气旋在北部湾西行进入越南。热带气旋的中低层环流中心一般为强降水区域,中心滞留时间越长降雨量越大,极大风速始终位于台风前进方向的右侧,大范围暴雨区域位于急流的左侧。在热带气旋影响日最多暴雨站数发生时中低层风速及高度场在近30年的变化特征:广西的东北面存在一个呈西北-东南向的风速增高带,西南面为风速减弱带;西北面为高度场减弱区,黄海一带为一个显著增强区。     

陕西4次台风远距离暴雨过程的水汽条件对比

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对比分析了陕西省4次台风远距离暴雨过程期间的水汽输送、水汽收支和水汽含量特征。结果表明：远距离台风用直接和间接2种方式影响热带低纬地区水汽向陕西方向的输送,中高纬度地区西风槽与高压系统直接参与暴雨区附近水汽的输送与再分配过程。远距离台风出现时,暴雨区南边界始终存在水汽的输入,占净输入的68%,西边界多为水汽的输出方,东边界上水汽收支变化趋势与台风移动路径密切相关。川东地区西南涡维持、发展并向东北向移动时,陕西水汽总收支成倍增大。台风远距离暴雨出现前12 h左右,暴雨中心低层比湿出现极大值,对应的风场辐合中心一般出现在比湿增加之后。     

"04·8"山东远距离台风暴雨成因的数值模拟

利用非静力平衡模式MM5,对由台风"艾利"和西风带冷空气相互作用造成的2004年8月26—28日山东大到暴雨天气过程进行了数值模拟,并对暴雨形成机理进行了分析。结果表明,"艾利"台风外围的急流带在华东沿海到山东南部地区产生深厚的湿层和强水汽辐合,从而导致不稳定能量的积聚;干冷空气从高层入侵使降水区对流不稳定增强,并使不饱和湿空气达到饱和,对降水具有增幅作用;低层正涡度和辐合作用的加强,导致中尺度低涡的形成和暴雨中心的产生。     

两次台风远距离暴雨过程的对比分析

利用常规高空、地面气象观测资料以及NCEP／NCAR1°×1°逐6h再分析资料,对2010年7月23—24日和2011年9月17—18日两次台风远距离暴雨进行对比分析。结果表明：两次暴雨过程虽然都受台风影响,但影响方式截然不同。前着台风直接通过低空急流将其附近的水汽、能量输送到暴雨区,降水效率高、强度大。后着台风作为扰动源,产生了类东风扰动并向西传播,在四川东部和青藏高原东部与西风带系统相遇,增大暴雨区气压梯度,诱发低空急流,增强暴雨区水汽辐合,同时延长西风带系统在暴雨区的停滞时间,造成降水时间延长。     

热带低压远距离对西南涡稳定加强的作用

利用地面观测资料、FY-2C卫星红外云图及中尺度数值模式WRF对2010年7月19-20日河北省南部和中东部一次区域性大暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟研究。结果表明,海上热带低压对西南涡的稳定和维持有远距离作用。由于热带低压的存在而促使西南低涡的发展,使西南低空急流在河北突然增强,降水得以再度加强;冷空气从高空侵入、下沉,加强了大气斜压性,迫使对流层中层空气的抬升,为西南涡的发展提供了动力条件;暖湿气流主要来自西南涡携带的西南气流及海上低压和西太平洋副热带高压的东南气流输送,为暴雨加强提供了充沛的水汽和热力条件。     

登陆热带气旋暴雨突然增幅和特大暴雨之研究进展

采用1950—2015年在浙南闽北登陆的台风历史个例及其降水资料,将台风路径分为西行类和北上类来探讨浙江省受不同路径台风影响时,发生区域性暴雨增幅或不发生增幅的形势场和物理量场特征及台风暴雨增幅落区规律。结果表明：台风登陆西行和北上路径发生区域性暴雨增幅或不发生暴雨增幅环境场特征均有明显的差异,增幅型台风登陆前后对流层中低层建立从南海、台湾东部到浙江沿海并伸入浙江内陆的E-SE急流和水汽通道,θ_se平流呈东暖西冷的结构,台风中心呈高层辐散、低层辐合的结构;若有弱冷空气入侵,暴雨增幅强度更强、范围更大,暴雨增幅落区明显向浙中北部地区伸展。无暴雨增幅型台风对流层中低层从南海到台湾没有明显的偏南风急流,中低层浙江沿海的SE风急流轴及水汽通道偏北偏东,强度偏弱,没有伸入浙江内陆;浙江处于大陆暖气团的SE侧,浙江沿海无明显的暖平流;高层无辐散或弱辐散、低层弱辐合。

     

一次江淮气旋大暴雨的诊断分析和数值模拟

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力条件;低空西南急流提供了水汽条件,此次过程对流条件较好,具有较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE);大气的对流不稳定性远大于斜压性,强降水发生在湿位涡正负值过渡的等值线密集带附近。过程最强降水时段由一次长生命史的中尺度飑线过程导致,利用WRF v3.9可以进行较好地模拟。研究飑线的环境条件和结构特征发现,环境大气具有较大的CAPE值和较小的对流抑制能(Convective Inhibition Energy,CIN),有利于对流的触发;较强的0~3 km垂直风切变,有利于飑线的维持;尽管冷池较浅薄,但冷池出流的抬升作用有利于对流的触发和飑线的维持。     

不同数值模式对江淮地区梅汛期暴雨模拟的对比分析

从降水偏差特征、预报技巧和对象诊断分析3个角度评估了欧洲中期天气预报中心模式(EC)、华东区域中心区域数值模式(WARMS)和江苏区域模式(PWAFS)对2020年江淮地区梅汛期11次典型暴雨过程的预报性能,并分析了各模式的优点及不足。结果表明:(1)24 h观测日平均累计降水主要分布在大别山—江苏淮北以及大别山—皖南山区,相应的模式降水偏差大值区与主要雨带位置有较好的对应关系,其中,EC在大别山和皖南山区存在明显干偏差,在江苏淮北地区则出现系统性北偏。WARMS和PWAFS两种区域模式均在大别山和皖南山区上游地区和下游浙江地区出现大范围湿偏差,而在江苏淮北地区出现干偏差;(2)24 h预报技巧评分结果表明,EC对暴雨及以下量级的TS评分最高,但大暴雨量级PWAFS最优,原因是EC对大暴雨量级出现较高漏报。对比WARMS和PWAFS两家区域模式可见,PWAFS在几乎各量级的空报和漏报率都低于WARMS,因此TS评分也高于WARMS;(3)通过MODE对象诊断分析发现,EC对降水位置预报最稳定,PWAFS对降水强度和范围的预报效果最优,但对雨带位置的预报不够稳定。总得来说,PWAFS的预报性能略优于WARMS,与EC相比在对降水强度和雨带范围的刻画上也具有优势,但预报稳定性尚有待提高。     

广东2008年罕见\

利用NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料和WRFV3.6模式对2015年5月19—20日两广地区一次暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对其成因进行诊断分析。结果表明：此次暴雨过程主要受500 hPa上两槽一脊、副热带高压的共同作用以及850 hPa上稳定存在的切变线及低涡的影响而成;WRF3.6模式能够较好地模拟出此次过程雨强及雨带分布;利用模拟结果诊断分析表明,副热带高压边缘的暖湿气流和高空大尺度西风槽的干冷气流的交汇,为本次暴雨的产生提供水汽条件;850 hPa的低空切变线稳定存在于两广地区,并且低层强盛的急流建立起的水汽通道,为暴雨的形成提供了水汽条件和动力条件;本次暴雨过程的上升运动强盛且深厚,有助于低层暖湿空气向上输送,利于暴雨的发生、发展;螺旋度的中低层正中心、高层负中心的结构配置以及ξ_mpv1 < 0, ξ_mpv2 > 0的湿位涡分布表明大气处于极不稳定的状态,有利于对流的发展。

     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

一次梅雨锋暴雨发生发展机制的诊断与模拟

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星资料和加密自动站资料,结合中尺度WRF模式对2013年苏皖地区的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断与模拟。观测资料分析表明:在有利的环流背景和热动力条件下,此次暴雨发生在梅雨锋前暖区,雨带呈现"先带状后串波状"的分布特征,并随锋面南移。前期降水由地面中尺度辐合线触发,受两个相继发展的中α尺度的线状对流系统直接影响;后期降水受地面暖式切变线触发,有多个中β尺度对流系统沿切变线串状排列,并不断东移发展。模拟结果分析表明:降水过程中,大尺度非地转强迫作用也是强对流的触发机制之一。地面辐合线产生条带状的低层辐合区,从而产生条带状连续分布的上升运动,形成线状对流系统及带状降水。此外地面辐合线能够在暴雨区形成南北两个中尺度垂直次级环流,这是降水的增强机制。暖式切变线上的局部扰动在低层局部地区产生强辐合,由此沿切变线形成强上升弱下沉间隔分布的现象,局部强上升区使得对流系统于该处得到发展,并形成分散的强降水区。     

登陆TC低压再度引发的特大暴雨诊断分析

利用客观分离方法及其改进方案提取得到热带气旋(TC)降水量,统计1965—2013年TC衰减成为热带低压后24 h内发生暴雨的个例,研究其气候变化特征,并进行天气学分型。结果表明：广西东部、广东、福建南部是TC衰减后24 h内产生区域性暴雨(简称WTCR₂₄)量的主要分布区;49 a来WTCR₂₄频次具有缓慢减少的趋势,且WTCR₂₄频次与TC频次具有较好的相关性;北部高压坝、鞍型场、并入高空槽3类环流型中,TC是否越过副热带高压脊线、副热带高压是否减弱是降水预报的转折点;较弱的TC何时并入较强的TC环流,是双台风型WTCR₂₄发生的关键。

     

“罗莎”台风波动特征与浙江远距离降水相互关系的初步研究

利用NCEP 1°×1°再分析格点资料和浙江省自动站降水资料,分析了2007年"罗莎"台风能量频散的波动特征与浙江省远距离台风降水之间的关系。结果表明:1)由于浙江省所处纬度相对较低,其远距离台风降水的形成过程与北方(西北和华北)典型的远距离台风暴雨存在本质区别,浙江省远距离台风降水主要是台风能量频散的波动效应所引起,而北方远距离台风暴雨的形成过程主要是西风槽和台风外围环流相互作用的结果。2)影响浙江省远距离降水的台风在整个台风环流登陆前有向降水区的能量频散过程,这种能量频散过程在对流层中低层波动特征不明显,因而能量频散的距离相对较小;在对流层中高层,台风能量频散表现出清楚的波动特征,能够影响到较远距离外的天气系统,从而引起局地降水的增加。3)台风能量频散的波动效应在远距离降水区的上空形成一个正涡量区,之后该正涡量区以波动的形式向下传播,导致降水区对流层中下层气旋性涡旋形成,造成局地降水或降水增加。     

双TC和梅雨锋共同作用下的一次暴雨过程分析

通过NCEP再分析资料计算各种物理量和应用卫星云图、雷达资料,并用WRF中尺模式做数值模拟,从动力过程、水汽输送过程、中小尺度系统等3个方面对TC和梅雨锋共同作用在浙北产生的一次暴雨过程进行分析。结论如下:(1)动力过程特点:300 hPa急流出口区辐散,中层3支气流汇合形成变形场锋生,产生强烈上升运动。低层TC外围的东南气流输入暖平流和湿位涡,使海上台风倒槽向北传播发展,最终形成气旋。TC高层流出气流对梅雨锋南侧垂直环流的维持有利;(2)水汽主要由两个TC外围的环流输送;(3)卫星云图和雷达回波显示有不同的降水云团合并且有加强的过程。用WRF中尺模式做数值模拟显示:700 hPa中小尺度的切变线或辐合区与强降水回波相对应。过程主要特点是中低层两个TC外围的气流与西风带气流在华东地区汇合,形成变形场锋生,产生强烈的辐合上升。在不同的气流汇合后产生了强急流输送水汽,加强垂直环流和中小尺度的辐合,是强降水产生的主要原因。西南季风经过台风绕流后在合适的环境场下仍有可能到达华东地区,这时往往与中纬度西风带汇合,在这种情况下会加强梅雨降水。