弱天气强迫背景下浙江两次暖区大暴雨过程成因分析

2021年6月9日夜间和6月12日夜间,浙江绍兴出现了两次暖区大暴雨过程,主、客观预报均出现较大偏差。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达资料以及ERA5再分析资料,对这两次过程的环流场、触发机制和中尺度对流系统演变情况进行分析,结果如下:(1)两次过程均发生在弱天气强迫背景下,“609”过程是在边界层急流的作用下发生的,“612”过程发生在副高边缘;(2)“609”过程中垂直螺旋度大值中心最高伸展至对流层中层,上游位涡扰动不断向下游输送,促使暴雨区位涡扰动持续发展;“612”过程中垂直螺旋度大值中心仅伸展至对流层低层,等熵面上存在干冷空气侵入,有利于位涡扰动迅速加强;(3)两次过程的触发机制均为β中尺度辐合线,中尺度对流系统沿着辐合线不断发展,并处于“准静止”状态,造成大暴雨,“609”过程β中尺度系统较“612”过程停滞时间更长,同时受迎风坡地形抬升作用影响,降水总量更大。     

弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析

首先对2008-2019年4-9月湖南弱天气尺度背景下暖区暴雨依据500 hPa环流形势分为强西南急流型和副高型,然后对2018年4月30日(简称"4·30"过程)和2016年7月17日(简称"7·17"过程)两次不同类型暖区暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)两类暖区暴雨具有明显季节差异,强西南急流型和副高型分别发生在春季和夏季。强西南急流型一天任何时刻均会出现,夜间降水频次增多。副高型的日变化明显,降水峰值出现在上午。强西南急流型降水范围广,多出现在湘南地区,西南急流北推到长江中下游地区时,湘北也会出现暴雨。副高型降水分散,在湘西北、湘北及湘东南地区均出现强降水,局地性强,对流性明显。(2)"4·30"过程暴雨区处于上下一致西南风中,在切变线南侧辐合上升、西南急流和地面辐合线共同影响下湘东北出现暴雨,属于强西南急流型暖区暴雨;而"7·17"过程,副高脊线控制湖南,受中低层弱切变和地面中尺度气旋影响,湘西北出现暴雨,属于副高型暖区暴雨。(3)"4·30"过程暴雨区上空垂直螺旋度均为负值,700 hPa存在负值中心,意味着700 hPa切变线造成暴雨区强辐合上升,导致强降水发生;"7·17"过程,垂直螺旋度呈"上正下负"结构,900 hPa高度强气旋性旋转辐合最强,表征近地层中小尺度系统影响造成暴雨。"4·30"过程水汽输送和辐合比"7·17"过程更强。"7·17"过程比"4·30"过程低层热力不稳定能量更大且热力不稳定层结更强。β中尺度辐合线和γ小尺度气旋分别为"4·30"过程和"7·17"过程的触发机制。     

2010年4月桂东北一次暖区暴雨天气分析

对2010年4月桂东北一次暖区暴雨天气分析,分析,发现本次过程是由高原南侧的低值系统东移,与副高西北侧西南急流之间形成强烈辐合上升运动造成的;中高纬度稳定的纬向环流和稳定少动的副高为过程提供了很好的环境;高原南侧的低值系统可能与高原的地形摩擦作用有关。     

海陆风和地形对一次弱天气背景下暖区特大暴雨的影响分析

利用区域气象站、海岛站、测风塔、风廓线和多普勒天气雷达等多种非常规观测以及NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料,对2017年6月22日凌晨广东西部沿海发生的一次预报失败的局地特大暴雨过程的成因进行了综合诊断,重点探讨了局地海陆风和地形(相互)作用对该过程的影响。结果表明:(1)暴雨发生在弱天气尺度环流背景下,华南地区无锋面和高空槽活动,边界层超低空偏南急流为暴雨提供了不稳定能量,不同性质下垫面的热力差异导致天露山山前形成海陆风(偏南)与偏北风的中尺度辐合线,致使初始对流在关键区触发。(2)偏南暖湿气流向北推进受阻后,在天露山地形强迫抬升下对流增强发展成中尺度对流系统(MCS),下垫面热力差异在山前强迫产生的中尺度垂直切变与降水之间可能存在正反馈现象,延长β中尺度对流系统生命史。(3)中尺度辐合线上不断激发的对流云团,形成降水的列车效应,导致了这场罕见的局地特大暴雨过程,凸显海陆风环流对本次暖区暴雨的重要作用。(4)该过程发生前,所有业务客观数值预报模式均未预报出明显降水,数值模式难以做出暖区尤其是弱天气背景下的暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。     

一次弱天气背景下浙江局地暖区暴雨成因分析

利用多源观测资料及ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料,对2021年6月9日夜里浙江首场梅汛期局地暖区暴雨的降水成因进行了诊断分析。结果表明:此次过程环流形势与典型梅雨完全不同,属于弱天气背景下的局地暖区暴雨;南海低压和西太平洋副热带高压之间东南气流的维持,为暴雨区提供充沛的水汽来源,925 hPa超低空偏南风急流的加强有利于低层增温增湿,不稳定层结加剧,暴雨区位于急流轴左侧;整层高湿背景及较低的自由对流高度导致的弱抬升条件就能触发对流,中高层气旋性辐合旋转加强使暴雨加强,较厚的暖云层有利于提高降水效率;地面中尺度辐合带的生成激发了初始对流,其维持和加强不断激发对流云团生成,产生列车效应,导致暴雨形成。龙门山小尺度地形有利于东南气流在迎风坡强迫抬升,对流加强,且垂直速度的发展程度与地形有较好的对应关系,地形高度越高,激发的垂直速度越强。     

武陵山区一次暖区强降水触发和维持机制分析

利用自动站观测资料、多普勒雷达资料、ERA5 0.25 °×0.25 °再分析资料及WRF数值模拟资料，对2018年5月19—20日发生在重庆武陵山区一次暖区暴雨过程中尺度环境条件及中小尺度对流系统演变、触发和维持机制等进行分析。结果表明:（1）此次过程无明显冷空气强迫，斜压性弱，边界层高温高湿，对流层中下层存在明显条件不稳定层结；（2）石桥强降水中小尺度对流系统演变主要有3个阶段:分散对流组织成东西向带状对流、带状对流断裂后雨团准静止维持、东北-西南向带状对流快速重建；（3）沿武陵山脉分布的边界层辐合线触发雷暴发生，强回波单体沿辐合线移动和加强，形成“列车效应”；（4）石桥东部山顶雷暴冷池出流下山，与环境暖湿气流和地形作用共同维持石桥强降水；（5）山区地形对降水有重要影响，近地面偏东风与石桥西部山体相互作用形成局地气旋性小涡旋触发降水，而受到石桥东部山体阻挡作用，地形性涡旋移速变慢，利于强降水维持。      

黑龙江省一次伴有龙卷的暖区暴雨成因分析

2014年7月19日夜间黑龙江克山出现雨强超过90 mm的短时强降水,利用常规观测资料、区域站资料、NCEP/NCAR再分析资料等对此次冷锋前部的暖区强降水成因进行分析。结果表明:(1)此次强降水出现在580 dagpm线附近,副高诱发的超低空急流为强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量。(2)地面辐合线和地形抬升触发对流。高空急流东移,高空急流出口区左侧和辐散区与低层辐合相耦合促使对流快速发展增强。耦合消失,强降水则快速减弱。(3)低层暖平流明显,尤其地面具有暖锋锋生特征。强降水出现在不稳定层结和上升运动快速增强的阶段。(4)地面～200 hPa辐合层形成深厚的上升运动区,促使对流快速发展。(5)中尺度对流雨带沿地面辐合线生消。降水先出现在暖湿舌前部。随后,强降水产生的冷空气抬升暖湿空气形成冷锋特征的降水,由于强降水和冷空气的正反馈作用,降水持续时间长。冷空气势力最强时,伴随中尺度气旋性环流及0～1 km强垂直风切变有利于龙卷产生。(6)开口状地形的辐合作用、抬升及局地地形导致的中尺度环流风场对暖区降水的形成和维持作用显著。     

珠三角北部一次暖区强降水过程中的地形作用

基于ERA5再分析资料、广东省风廓线雷达、雷达拼图产品和实况观测数据,分析了2020年6月7日夜间—8日珠三角（珠江三角洲）北部暖区强降水过程中主雨带与南岭南部地形走势一致的原因,阐释地形对此次强降水的触发和维持作用。结果表明：（1）此次过程发生在典型的暖区暴雨环流特征的背景下,主要影响系统为对流层中层弱短波槽扰动、低空急流和边界层急流脉冲等;（2）雷达回波表现为团状结构,多以对流单体形态生消,伴随明显的“列车效应”现象,但3个不同发展阶段内回波的持续时间、强度,以及触发地、传播和移动方向等均存在差异;（3）由于边界层西南（偏南）风增强和地形作用,新的对流单体在珠江口附近和珠三角西北侧被触发,同时由于南岭南侧地形对边界层暖湿气流的阻挡和拦截等作用,使得气流在珠三角北部形成明显的辐合抬升,造成该区域内对流单体移速减慢和汇聚,增强了降水强度;（4）强降水长时间的持续与海陆热力差异、冷池和边界层暖湿气流增强等引起的地面露点锋和中尺度辐合线有关。露点锋为强降水的发展和维持提供了热力不稳定条件,地面辐合线加强了对流层底层气流的辐合抬升,进一步增强了强降水区的降水强度。研究结果有助于认识珠三角北部...     

弱天气背景下鲁南一次暖区大暴雨触发 与维持机制分析

利用区域自动站资料、ERA5再分析资料、FY-2F云顶亮温资料和多普勒雷达资料等,对2019年8月5—6日鲁南大暴雨过程的环流背景、环境场条件、中尺度对流系统（MCS）演变特征及其触发机制进行了分析。结果表明：（1）这次暴雨过程发生在副热带高压边缘的弱天气强迫背景下,大尺度环流形势配置不是很有利;（2）深厚的湿层、较低的抬升凝结高度（LCL）和自由对流高度（LFC）、上干下湿的不稳定层结为大暴雨的产生提供了有利的环境条件;（3）暖区强降水发生在鲁中山脉向苏北平原的过渡带上,呈狭长带状,5日午后和夜间先后生成的准静止β中尺度对流系统（MβCS）共同导致大暴雨过程的发生,小时强降水中心主要出现在MβCS云团TBB梯度大值区附近;（4）5日午后鲁南和6日凌晨枣庄中部强降水的触发机制为地面中尺度辐合线,MCS沿着辐合线不断新生和发展,形成“列车效应”,造成大暴雨。6日凌晨临沂西北部强降水由850 hPa露点锋触发,鲁中山脉峡谷风效应和迎风坡的动力抬升作用促使MCS增强发展;（5）强降水的持续与850 hPa露点锋、冷池和边界层暖湿气流增强引起的地面辐合线的长时间维持有关。     

重庆一次弱天气系统强迫下的极端短时强降水事件分析

利用常规观测、多普勒雷达、FY-2F卫星、加密自动站等数据和ERA-Interim0.125°× 0.125。再分析资料,对2019年4月19日重庆极端短时强降水事件的环境条件和发展机制进行了分析。结果表明:在天气尺度垂直运动较弱的背景下,此事件由准静止的β中尺度对流系统(MβCS)形成。对流发展前本地水汽充足,"上干下湿"的层结不稳定特征显著。对流发生发展于云贵高原向四川盆地过渡的綦江河谷附近,河谷三面环山,地势由西南向东北倾斜。γ中尺度对流从河谷南侧下山增强,导致河谷内的局地强降水和冷池。冷池与河谷东坡上暖湿气团间的强中尺度水平温度梯度,有利于近地面西南风加速向东侧山体辐合,促使已移至河谷内的γ中尺度对流向东坡移动并加强为一个孤立的MβCS。受冷池的持续增强、东侧地形的阻挡、两个γ中尺度对流的并入和弱环境气流引导的共同影响,MβCS得以较长时间维持并影响同一局地区域,导致綦江、万盛局地发生极端短时强降水。     

青岛地区暖区暴雨特征研究分析

利用2011-2018年常规和非常规气象观测资料,统计分析青岛地区38个暖区暴雨日的基本特征.结果 表明:(1)青岛地区暖区暴雨按发生的天气形势主要可分为暖切变型、冷锋型、副高边缘Ⅰ型及产生连续性暴雨的副高边缘Ⅱ 型.(2)暖区暴雨主要发生在7-9月,其中7、8月发生次数较高.暴雨落区和青岛的地形关系密切,在南北山区形...     

华南暖区暴雨中一次飑线的中尺度分析

利用地面加密观测资料、高空观测资料、多普勒雷达观测和雷达风场反演资料等,分析造成2010年5月6—7日华南暴雨中一次飑线的演变过程及三维结构特征。结果表明:(1)此次飑线过程发生于200 hPa高空辐散区、500 hPa高空槽后、地面准静止锋锋前暖区内,850 hPa飑线北侧为切变线,东南侧存在低空急流,中低层为中等强度垂直风切变。(2)该飑线系统初始对流单体由西风受广西大瑶山脉地形阻挡而触发。发展过程中两广交界处不断生成新单体,东移发展并入对流带,单体发展及对流带的形成与地面中尺度辐合线关系密切。(3)该飑线在形成过程中存在对流带与对流单体的锢囚过程,锢囚过程中地面辐合线及中层中气旋起组织作用,至盛期对流带东段出现弓形回波结构。强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流,造成地面冷池及后部辐散出流,促进弓形回波发展。(4)成熟期飑线系统包含弓形回波、冷池及不明显的层状云区,三维结构特征与经典飑线类似,但无涡旋对,雷暴高压也不明显。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称“副高”)边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明：此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温tbb≤-60 ℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的“列车效应”,强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶tbb≤-70 ℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

中国暖区暴雨的研究进展

利用常规气象观测、多普勒天气雷达、风云2G卫星、ERA5再分析资料,基于多尺度子空间变换及局地多尺度能量分析方法,对2020年1月24—26日广西沿海一次漏报的暖区暴雨天气进行了诊断研究,结果表明：暖区暴雨期间南支槽前西南急流的暖湿输送为暴雨发生提供有利背景场;对流系统不断在越南东北部喇叭口地形作用下触发,受高层气流引导移入广西沿海一带造成明显降水;暖区暴雨的发生发展主要由对流尺度动能主导,两者演变具有较好的匹配关系;对流能量主要来源于对流层中、低层,而在对流层高层为能量的流失;背景尺度向对流尺度的动能转换贡献最大;对流层中层、低层背景流场的正压失稳主导了暖区暴雨的发展;对流层中层对流尺度有效位能向动能的浮力转换进一步促进了系统的发展;动能的空间输送使得对流动能在空间上均匀分配,有利于对流系统平稳发展,使其维持较长生命史并移动较远距离造成多地降水;天气尺度动能转换和气压梯度力做功的贡献很小,体现了暖区暴雨弱天气尺度强迫的性质。

     

台风与冷空气对\

利用常规探测资料、NCEP/NCAR 1°×1° 6 h间隔的FNL再分析资料、NCEP GFS 0.5°×0.5° 6 h间隔资料、多普勒雷达和中尺度地面自动站资料,对2014年\     

Distribution and Diurnal Variation of Warm-Season Short-Duration Heavy Rainfall in Relation to the MCSs in China

Short-duration heavy rainfall（SDHR） is a type of severe convective weather that often leads to substantial losses of property and life. We derive the spatiotemporal distribution and diurnal variation of SDHR over China during the warm season（April–September） from quality-controlled hourly raingauge data taken at 876 stations for 19 yr（1991–2009）, in comparison with the diurnal features of the mesoscale convective systems（MCSs） derived from satellite data. The results are as follows. 1） Spatial distributions of the frequency of SDHR events with hourly rainfall greater than 10–40 mm are very similar to the distribution of heavy rainfall（daily rainfall 50 mm） over mainland China. 2） SDHR occurs most frequently in South China such as southern Yunnan, Guizhou, and Jiangxi provinces, the Sichuan basin, and the lower reaches of the Yangtze River, among others. Some SDHR events with hourly rainfall 50 mm also occur in northern China, e.g., the western Xinjiang and central-eastern Inner Mongolia. The heaviest hourly rainfall is observed over the Hainan Island with the amount reaching over 180 mm. 3） The frequency of the SDHR events is the highest in July, followed by August. Analysis of pentad variations in SDHR reveals that SDHR events are intermittent, with the fourth pentad of July the most active. The frequency of SDHR over mainland China increases slowly with the advent of the East Asian summer monsoon, but decreases rapidly with its withdrawal. 4） The diurnal peak of the SDHR activity occurs in the later afternoon（1600–1700 Beijing Time（BT））, and the secondary peak occurs after midnight（0100–0200 BT） and in the early morning（0700–0800 BT）; whereas the diurnal minimum occurs around late morning till noon（1000–1300 BT）. 5） The diurnal variation of SDHR exhibits generally consistent features with that of the MCSs in China, but the active periods and propagation of SDHR and MCSs difer in diferent regions. The number and duration of local maxima in the diurnal cycles of SDHR and MCSs also vary by region, with single, double, and even multiple peaks in some cases. These variations may be associated with the diferences in large-scale atmospheric circulation, surface conditions, and land-sea distribution.     

Forecast Error and Predictability for the Warm-sector and the Frontal Rainstorm in South China

In south China, warm-sector rainstorms are significantly different from the traditional frontal rainstorms due to complex mechanism, which brings great challenges to their forecast. In this study, based on ensemble forecasting, the high-resolution mesoscale numerical forecast model WRF was used to investigate the effect of initial errors on a warmsector rainstorm and a frontal rainstorm under the same circulation in south China, respectively. We analyzed the sensitivity of forecast errors to the...     

山区地形对暴雨的影响

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3—4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析。结果表明：（1）该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hPa分流辐散区,主要影响系统为500 hPa高空槽和850 hPa暖切变线,地面无明显冷空气影响,属贵州暖区极端暴雨。（2）此次暖区暴雨是由4个对流云团连续影响直接造成,强降雨出现在对流云团中心附近及其后侧云顶亮温（T_BB）等值线梯度大值区。（3）暴雨由积状云为主的混合降水回波造成;暖云层和湿层深厚、低层水汽输送充沛、异常偏低的自由对流高度（LFC）和抬升凝结高度（LCL）及中等强度“瘦高”型对流有效位能分布,是形成高效率降水的有利环境条件。（4）梵净山对水汽向北输送具有阻挡作用,使水汽通量大值带和水汽辐合中心集中在其东南侧;边界层偏东风在山前转向南流与南来偏南气流在暴雨区形成东西向稳定中尺度辐合线,对流在辐合线附近触发、合并、加强和东移是造成特大暴雨的重要原因;迎风坡和喇叭口地形的中小尺度动力强迫有利于边界层水汽输送和抬升凝结。

     

青藏高原夏季带状MCSs的分类以及形成原因

利用2007-2011年夏季TBB（black body temperature）资料筛选出夏季青藏高原地区特征比较稳定的带状MCSs加以归类,结合NCEP资料及后向轨迹模型对其成因进行逐类探讨。结果表明,特征稳定的带状MCSs共有37例,可以按形状分为三类：北凸型、南界型和纬向型,其中北凸型发生得最多,纬向型最少。整个夏季有接近30％的时间,特别是在7月有近50％的时间都出现这种稳定的带状MCSs。高层南亚高压以及高空急流和低层500hPa切变线辐合及其南侧的高温高湿是带状MCSs生成的主要原因。500hPa上,纬向型带状MCSs一般发生在高原南北两侧较平直的东、西风气流中;北凸型发生时,高原北部为平直的西风气流,孟湾为较强的槽,高原东、南部受西南偏南气流影响;南界型时高原一般为西北气流,南侧有较强的孟湾气旋控制。围绕高原有4个水汽的辐散源地,带状MCSs对流区的水汽主要通过高原南侧和高原东南部的辐散源地进入对流区。     

地形、冷池出流和暖湿空气相互作用造成北京一次局地强降水的观测分析

利用地面和探空常规探测资料、多普勒天气雷达以及风廓线雷达资料,对2015年8月7日发生于北京的一次伴随有闪电和冰雹的突发性局地强降水过程的成因进行了分析。结果表明:这次过程发生在强层结不稳定环境中,对流层中层低槽配合低层切变线,促进河北西北部对流发展,并向东南方向移动,形成北京西北部短时强降水;北京中部地区强降水的直接制造者则是新生的局地性雷暴单体,由雷暴冷池出流和暖湿空气在边界层交绥和辐合所触发。北京西北部地形促使冷池出流下山速度加快、冷池出流高度抬高,以及偏东暖湿气流的辐合抬升作用,则是局地雷暴新生的重要影响因子。