低纬高原地区一次大暴雨过程MβCS的数值模拟

利用MM5(V3.6)模式对2003年6月低纬高原地区一次大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验.分析表明:产生低纬高原暴雨的水汽在不同的层次来源不同,低层辐合和高层弱辐散是本次MβCS暴雨的触发因子;700～500 hPa强相当位温梯度产生强不稳定能量的积累并迅速释放,高层增暖形成暖中心使高层等压面升高和500 hPa有β中尺度气旋性扰动生成,从而导致低层辐合和高层辐散进一步加强;低纬高原地区MβCS的暖心结构维持时间较高原下游地区短,是MβCS生命史相对短,降水突发性强、强度大、历时短的主要原因.     

全国各省市气象科技期刊文摘(16)

1中尺度对流系统(MCSs)散度场的特殊结构《陕西气象》2003年第2期张弘陕西省气象台710015摘要对青藏高原东侧一次局地特大暴雨的分析表明,高原东侧的中尺度对流系统空间结构复杂,散度垂直分布从对流层低层到高层呈现辐合至辐散的双重结构,即在400hPa以上还存在着另外一个辐合至辐散结构,而不是低层辐合、高层辐散的简单形式。其中对流层中高层第2个辐合区是暴雨时高原气流直接导致的,对MCSs的形成和维持具有重要作用。与东部地区相比,高原东侧的MCSs所伴随的暴雨具有历时短,强度大,突发性强等特征。2变分法和卫星云图模式识别在强降水面…     

一次暴雨过程预报的多模式NWP产品与物理参数的综合分析应用

对照常规天气图实况资料,检验几种常用NWP产品对2008年7月5日山东一次强降水过程的形势场预报和降水预报,并对其物理量场进行诊断分析.结果表明,暴雨落区与诸多物理量场的配置紧密相关;暴雨区出现在低层水汽辐合中心移动路径上,位于与水汽通量散度强辐合中心和强上升运动中心接近处;暴雨区移动方向与水汽通量大值中心、△θse(500-850)负值中心长轴方向一致,水汽通量散度低层辐合、高层辐散两者均满足时有利于强降水发生;200 hPa高空辐散的抽吸作用远比仅有低层辐合更有利于上升运动发展;地面强降水区出现在200 hPa强辐散中心所在处.     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

高原低涡移出高原的动力结构特征分析

利用ECMWF资料对2001年6月1~5日东移出高原的低涡个例的动力结构进行了诊断分析。结果表明:(1)低涡东移过程中,闭合等高线或者闭合气旋式环流的垂直厚度随时间呈加厚趋势;(2)高原低涡在东移过程中,垂直方向上几乎都是正涡度,500hPa上正涡度随时间呈增强趋势;(3)在高原上时涡区明显低层辐合、高层辐散;移出高原后表现为微弱的低层辐合、高层辐散,甚至低层辐散、中层辐合、高层辐散。(4)处于高原上时涡区整层都为上升运动,移出高原以后上升运动微弱,中低空经常为下沉运动。(5)低涡处于高原上时,涡区在边界层始终有水汽辐合,移出高原以后在低空只有微弱的水汽辐合甚至辐散。涡区外围东南侧的槽前脊后区存在低空急流,是水汽通量和水汽辐合的大值区。      

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

南海季风爆发早晚年大气环流的输送异常Ⅱ:能量输送异常

利用NCEP再分析资料,计算和分析了南海季风爆发偏早年和偏晚年能量输送差异。结果表明:1) E-P通量输送区域性明显,高层200hPa和低层850hPa,高原西侧、中国中东部和中太平洋辐散偏强,高原主体、西太平洋和东太平洋辐合偏强;中层500hPa,基本都是辐散偏强或是辐合偏弱。2) E-P通量垂直结构差异明显,早年高原南侧高层辐合异常偏弱,中纬度中高层和高纬度低层辐散异常偏弱;早年中低纬度中高层西风异常减速,高纬度高层西风异常加速。3)高层温度场在西伯利亚、中国地区、北太平洋地区是异常偏暖,在中国东南部和俄罗斯中东部异常偏冷;中层和低层的分布相似,与高层刚好相反。高度场差异分布一致,早年在西伯利亚和北太平洋为高度场异常偏高,而在中国中南部、俄罗斯中东部和赤道中太平洋为高度场异常偏低;海温异常偏暖和偏冷的区域与850hPa温度场的分布非常一致。      

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时T_BB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。     

重力波与低纬高原地区ＭβＣＳｓ地域特征的关系

利用MM5（V3.6）模式对2003年6月低纬高原地区一次大暴雨过程进行了数值模拟和地形敏感性试验,从重力波的角度研究低纬高原地区MβCSｓ生命史较短这一地域特征形成的原因。分析表明,大气稳定层结利于重力波的产生和传播,重力波的传播导致MβCSｓ的能量向两侧快速频散,使得成熟的MβCSｓ主体强度减弱,两侧有新的MβCSｓ生成并发展,中心降水也迅速减弱。地形敏感性试验表明,低纬高原地形使得大气在不稳定能量积累以后很快释放触发强降水,大气随即转化为稳定层结,利于重力波的快速传播和MβCSｓ主体能量的迅速频散,使得低纬高原地区触发暴雨的MβCSｓ生命史较短,引发的降水具有突发性强、历时短的特征。     

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。     

北上台风暴雨过程涡散场的能量收支和转换特征

利用辐散风和旋转风的动能收支方程,对北方一次北上台风倒槽暴雨过程暴雨区内的涡散场能量收支和转换进行了计算.结果表明:暴雨区内动能的增加是暴雨增幅的一个主要原因.暴雨发展时,就旋转风动能(K_R)而言,旋转风动能通量(HFR)辐合是主要能源,而旋转风的动能产生项(GR)是主要能汇;就辐散风动能(K_D)而言,辐散风的动能产生项(GD)是主要能源,辐散风动能通量(HFD)辐散是主要能汇;总动能水平通量(HF)提供的辐合主要表现于对流层中、低层,这就使得低层辐合加强,上升运动加强,有利于暴雨的增幅.在暴雨过程中次网格尺度效应由能源转变为能汇,在暴雨发展之时能汇减小;能量的转换项C(K_D,K_R)总为正值,在转换项中,地转效应项的贡献很大.说明暴雨过程能量均由K_D向K_R转换,也就是说有效位能经K_D向K_R转换,充分说明了在整个暴雨过程中,尽管辐散风动能变化(∂K_D/∂t)很小,但是它在其中充当“桥梁”作用,C(K_D,K_R)在暴雨发展时达到最大,此时能量转换最为旺盛;对流层低层辐散风动能向旋转风动能的转换是暴雨产生和发展的重要条件.此次暴雨过程,在暴雨区内表现为斜压不稳定和正压稳定共存的特征,其发展过程是系统斜压不稳定增长,正压稳定性减弱的过程,暴雨增幅的另一个重要原因就是暴雨区内低层斜压的发展.     

天山北坡一次特大暴雨过程诊断分析

利用常规资料、NCEP1°×1°再分析资料对2007年7月16—17日天山北坡出现的特大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明：暴雨发生在100hPa南亚高压呈双体型、500 hPa中亚低值系统在天山北坡东段稳定维持的环流背景下;沿天山两侧的强东西风切变组织了系统性的强上升运动、低层向山的偏北气流与天山北坡向北开口的喇叭口地形产生的辐合上升运动促使暴雨强度增大;暴雨区与低层辐合、高层辐散的气旋性涡柱区相对应;来自孟加拉湾沿高原东侧偏南气流北上的水汽,通过中高层的西南气流和低空的偏东气流两条路径接力输送到暴雨区;正位涡异常与暴雨的发生关系密切。     

南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析

运用卫星云图、雷达回波、Micaps常规及物理资料,对2005年6月5~7日南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析,结果发现它发生在200hPa强辐散作用、低层切变线靠近高层辐合区,以及地面倒槽辐合区强上升垂直运动的耦合有利的环境场中。中-αMCS具有低层气旋式辐合、高层反气旋式辐散的配置,高层辐散是低层5倍以上。中-αMCS在发生发展过程中,有来源于孟加拉湾、南海、西太平洋充沛的水汽输送,主要输送层在925hPa。暴雨发生时对流不稳定。雷达径向风速分布揭示了这次暴雨中存在尺度很小的边界层辐合、低层冷平流的动力触发作用。     

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析

运用卫星云图、雷达回波、Micaps常规及物理资料，对2005年6月5～7日南宁市一次大暴雨的中-αMCS分析，结果发现它发生在200hPa强辐散作用、低层切变线靠近高层辐合区，以及地面倒槽辐合区强上升垂直运动的耦合有利的环境场中。中-αMCS具有低层气旋式辐合、高层反气旋式辐散的配置，高层辐散是低层5倍以上。中-αMCS在发生发展过程中，有来源于孟加拉湾、南海、西太平洋充沛的水汽输送，主要输送层在925hPa。暴雨发生时对流不稳定。雷达径向风速分布揭示了这次暴雨中存在尺度很小的边界层辐合、低层冷平流的动力触发作用。     

一次西南涡引发MCC暴雨的卫星云图和多普勒雷达特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和多普勒雷达资料,对2008年6月30日至7月1日发生在滇东北和四川盆地南部一次暴雨天气过程的分析发现,850hPa四川盆地南部西南涡引发的中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）是暴雨的直接影响系统,700hPa青藏高原东南侧西南涡引发的中尺度对流云团并入MCC后导致MCC迅速加强并向西移动。MCC生成于对流层高层急流出口区左侧强辐散区和低层强辐合区。雷达回波上“人”字形回波、平行短带回波和逆风区的出现说明MCC内部存在多个β中尺度对流系统,直接造成多个暴雨中心。MCC成熟阶段表现出中低层辐合和高层辐散的动力特征,其前沿中层以下有强气流流入,以上则有强气流流出。MCC消散阶段从低层到高层都有强西南气流进入,相应气流辐合减弱,失去中尺度组织结构。     

桂东南“6.28”大暴雨触发机制分析

通过对6月27-29日出现在玉林大暴雨进行动力机制分析,结果表明:这次大暴雨在两槽两脊较强经向环流下,高原槽东移为暴雨产生提供了有利的动力条件;850hPa切变线快速南压至桂中,触发了当地不稳定能量释放;低层强辐合、高层强辐散的耦合利于垂直上升运动和MCS的发生发展;强降水出现在MCS发展最旺盛的时段。     

初夏盆地暴雨环境场特征与分析

本文通过对物理量场的分析,定量地分析研究了一次初夏盆地暴雨环境场特征。分析表明: 大气环流的调整使高空急流轴线南压。其入口区右侧低层辐合高层辐散的配置加强了低空急流,暴雨出现在两支急流汇合处。高原涡耦合西南涡东移,盆地北部冷锋南下东移,迫使低层空气抬升,触发了本次暴雨过程。盆地水汽大值区可扩展到500hPa。低层湿度近饱和到暴雨出现早1—2天。当上下层湿中心趋于重合时,意味着暴雨即将产生。湿中心略比暴雨中心位置偏前。300hPa湿区移向对地面暴雨移向有引导作用。暴雨位于总能量大值区。当能量中心近于垂直,且700hPa与500hPa总能量接近时,意味着暴区产生时间逼近。而能量垂直中心点基本上是暴雨中心落点。而△θ_(?)可能对初夏层结稳定度反映不敏感。盆地上空出现了垂直顺时针环流,可能预示未来1—2天将出现暴雨。500hPa大片辐合大值区中出现的辐散区将对应地面微雨量区。低层涡度对地面冷锋移向有预示作用。     

2011年5月11-12日广西区域性暴雨诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站雨量资料、卫星TBB资料和雷达资料.对2011年5月11-12日广西出现的区域性暴雨进行诊断分析.结果表明:暴雨是在欧亚中高纬地区为两脊一槽的环流背景下产生的.500hPa南支槽、850hPa低涡和地面辐合线是其主要影响系统.水汽从南海输送到广西上空.并在桂西北产生强烈辐合.暴雨发生前广西处于θse高能舌区内,低层暖平流、中高层冷平流加剧大气层结的不稳定.在500hPa南支槽前正涡度平流输送下,桂西北850hPa低涡得到加强,低层辐合、高层辐散的垂直结构,有利于产生强烈的垂直上升运动.强降水与桂西北两个MBCS云团的强烈发展有关,冷云顶在-52℃以下的TBB低值区与暴雨落区有较好的对应关系.涡旋状降水回波的不断新生东北移是导致区域性暴雨发生的原因之一.     

一次中尺度对流系统（MβCS）触发特大暴雨机理研究

采用MICAPS提供常规和非常规资料,通过对2008年4月12日出现在桂东南大暴雨的大尺度环流背景和中尺度对流系统及发生发展机制研究后认为:(1)中高纬地区呈现"两槽一脊型",为冷空气的南下提供了有利的环流条件,高原槽和南支槽的东移为暴雨的产生提供了有利的动力、水汽条件;(2)高低层急流形成优质配置,高层强辐散与中低层强辐合及强上升运动为MβCS的发生发展提供了有利的动力条件;(3)水汽通量和水汽通量散度的强辐合以及对流不稳定为MβCS的发生发展提供了有利的热力条件;(4)最强降水时段主要发生在MβCS突然增强阶段.