淮河上游短时强降水天气学分型与物理诊断量阈值初探

利用常规高空、地面气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2001—2010年淮河上游短时强降水过程进行中尺度天气分析和物理量场诊断。然后,根据该区域短时强降水的环流形势和主要影响系统,将短时强降水过程分为副高边缘型、低槽型和台风倒槽型,其中副高边缘型又分为副高和低槽共同影响型、副高控制型和下滑槽副高型,归纳各类短时强降水天气系统配置模型,并提炼出表征短时强降水天气的物理量阈值。结果表明,淮河上游77.8%的短时强降水与西太平洋副热带高压有关,中低层多有急流、切变线和低涡,地面影响系统多为倒槽、辐合线和弱冷锋。短时强降水发生在低层辐合、高层辐散、低层正涡度以及中层上升运动的动力条件下;中低层有较强暖湿空气输送,湿区深厚,强降水发生在假相当位温(θse)大值区顶部;0℃层高度较高,中层风切变小,低层风切变较大,有利于短时强降水发生。     

青海高原短时强降水时空分布及天气学概念模型

利用青海52个地面气象站小时降水并结合常规观测资料和NCEP FNL再分析资料,使用K-means聚类法和合成分析方法,将青海的短时强降水天气环流形势配置划分为西风气流型、副热带高压型和高原低涡切变型。结果表明：（1）青海短时强降水发生在95°E以东地区,中心在东南部;主要出现在5-9月,8月最多,7月次之;每日17:00-2:00（北京时）出现站次多。（2）西风气流型的影响系统是高空槽和平直西风短波槽,高低空风垂直切变引起的动力不稳定导致短时强降水发生;副热带高压型是以低层偏南或偏东暖湿气流引起的热力不稳定造成短时强降水;高原低涡切变型是高原加热及弱冷空气活动使得低层锋区加强触发短时强降水。（3）合成分析表明：对流层高层的南亚高压和副热带西风急流,对流层中低层的短波槽、冷式和暖式辐合切变线,偏南暖湿气流,高原加热场等是短时强降水发生的主要影响系统。（4）来自印度季风低压偏南方向的水汽、西太平洋副热带高压东南方向的水汽、西风带高空槽西北方向的水汽在青海东部形成水汽辐合区,有利于短时强降水发生。     

鲁西北连续两次强降水过程对比分析

利用各种观测资料和NCEP/NCAR 1×1°再分析资料,对2012年7月30日夜间和31日夜间鲁西北连续两天强降雨天气进行诊断和对比分析。结果表明:强降水产生在西风槽前和副热带高压边缘的偏南暖湿气流中,西风槽稳定少动,台风在东南沿海北上,副高加强北抬,为鲁西北连续两天的强降水提供了天气尺度背景。925hPa及以下的低层,来自于渤海的偏东气流和来自于华东沿海的东南气流同时向鲁西北强降水区输送水汽,低层比湿大,CAPE和K指数较高。第1次强降水产生在偏南气流的暖区中,降水强度大,维持时间短。第2次强降水期间,低层有冷空气锲入,把暖湿气流抬升,前期为对流性降水,中后期转为稳定性降水,降水强度小,维持时间较长。850hPa及以下倒槽式切变线和中尺度低涡环流是造成强降水的中尺度影响系统,近地面层来自于渤海的东北气流与来自于东南沿海的东南暖湿气流形成中尺度涡旋,产生气旋式辐合上升,触发对流不稳定能量释放。对流云团在鲁西北形成长形的中尺度对流系统(MCS),稳定少动,有明显的列车效应和后向传播特征。强降水具有较强的日变化,夜间发展增强,白天减弱。     

98.8松嫩流域一次东北冷涡暴雨的数值模拟初步分析

利用MM5中尺度非静力模式对1998年8月8~9日松嫩流域的东北冷涡切变型暴雨过程进行了数值模拟和对比试验。结果表明, MM5能够对此次过程进行较成功的模拟; 同时发现, 此次过程首先由高层强的正涡度平流触发, 低涡区强降水的产生是由于高低空急流的耦合。其中, 高空急流的作用强烈而短暂, 低空急流的作用较为持久, 强度稍弱。阻高前部下沉气流形成的中层偏东干冷气流是切变形成的关键, 它与偏南气流在对流层中层形成的风向切变是产生上升运动的主要强迫机制。减弱阻高使其底部偏东气流减弱及后部偏南气流在高层减弱、低层增强, 导致降水减弱, 并使系统位置偏东、偏南。西北路冷空气增强使低涡和切变北侧高层偏南气流增强、低层偏南气流减弱, 导致降水强度增强、尺度增大。     

２０１０年陕西两次区域性暴雨过程对比分析

利用2010年8月陕西100个测站降水资料、常规高空、地面气象资料及NCEP／NCAR的1°×1°逐6h分析资料,对2010年8月陕西两次持续性强降水过程的环流背景、水汽条件、热力和动力学特征等进行对比分析,结果表明：在相对稳定的环流背景下,高空冷涡、低层切变及西太平洋副热带高压是影响两次强降水的主要系统;200hPa西风急流和急流轴右侧高空辐散演变对两次强降水过程发生发展有一定指示意义;两次过程水汽主要来源于对流层低层西太平洋副热带高压外围的暖湿气流,低层偏东气流是强降水持续的主要因素;两次过程冷空气影     

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。     

远距离台风“康森”与高空西北气流共同作用对大暴雨的影响

利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料、中国地面与CMORPH融合0.1°×0.1°逐小时降水产品、FY2E卫星资料和常规观测资料,对2010年7月14—15日江西东北部大暴雨天气进行分析,重点讨论了15日远距离台风与高空西北气流的相互作用。结果表明:(1)暴雨发生在副高北缘和高空为西北气流的背景下,低层存在台风"康森"的远距离水汽输送,低涡切变、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生,其中远距离台风"康森"与西北气流起了主导作用;(2)由于副高结构不够深厚强盛,强降水发生于南亚高压东侧偏北气流、500 hPa大陆高压和海上副高之间的西北气流、700—850 hPa副高西侧的西南急流中:台风"康森"北侧强劲的东南急流和副高西侧西南急流叠加将低纬大量的水汽和热量沿着大陆高压和海上副高之间的甬道向北输送,使江南北部成为高温高湿高不稳定区,200 hPa上16~20 m·s-1西北气流带动500—700 hPa干空气向南移动,与同步加强的暖湿气流相遇形成斜压锋区,使辐合系统稳定于江南北部;(3)高空西北气流和远距离台风的共同作用使斜压锋区的水平和垂直梯度加大、垂直风切变加强,有利于气旋性涡度发展、锋生加剧,强烈的上升气流穿越锋区,引起强的水汽辐合,加大了层结不稳定,在斜压区激发出多个中尺度涡旋,促进对流发展、强降水发生。(4)预报业务中,关键在于对副高、500 hPa冷槽、台风等外强迫系统强弱的预估,一方面需关注上下层系统作用对比的强弱,找出占主导地位的天气系统,另一方面应注意低层扰动环境的改变。     

“苏拉”台风引发福建西部大暴雨成因分析

利用常规天气资料、NCEP 1°×1°再分析资料、地面降水资料以及福建新一代天气雷达资料对2012年"苏拉"台风登陆后引发福建西部大暴雨天气成因进行分析,结果表明:"苏拉"登陆后高空涡旋受大陆高压东侧偏北气流引导向偏南方向移动,同时,台风登陆后进入大的环境风垂直切变区并向切变左侧倾斜,使得台风南倾结构进一步加大。台风结构南倾为福建西部大暴雨区提供了良好的动力条件,"苏拉"自身带来的水汽及台风南侧西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源,高空冷空气入侵与低层的高温高湿区形成上冷下暖结构呈现出条件不稳定层结,有利于深厚湿对流产生,结合充分的水汽供应,出现大暴雨天气。大范围暖平流配合风速辐合,中高层冷空气入侵与低层西南暖湿空气结合以及低层的西南急流建立是三个强降水阶段对应的中尺度天气特征。     

闽北一次初春强降水的成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、新一代天气雷达资料,对2012年3月6日-7日福建省北部地区暴雨成因进行诊断分析。结果表明:此次降水过程在高空西风槽南下带来的冷空气与西南暖湿气流交汇的背景下产生,暴雨区位于低空西南急流北侧、低层切变南侧、地面冷锋附近;强降水落区位于层结不稳定的湿区中,低层辐合、高层辐散有利于对流发展;干冷空气的侵入时高层高值位涡库向北向下伸展,促使中低层气旋涡度发展,从而导致强降水的发生;雷达回波分析表明,低层暖平流、高层冷平流、区域上空辐合形势都有利于对流性降水的产生。     

北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007-2014年6-8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim（0.5°×0.5°）全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明：（1）造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压（副高）与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。（2）不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异：在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南-西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南-东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。（3）从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流（冷池出流）和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。     

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。     

陕西盛夏一次强雷暴天气成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°逐6 h再分析资料、云顶亮温资料等对2019年8月2—4日西北涡作用下发生在陕西的一次强降水过程进行分析,结果表明：强降水发生在高原槽东移加深,副高西伸北抬的大尺度环流背景下,700 hPa西北涡是强降水产生的主要影响系统;台风“韦帕”与副高外围的暖湿气流为西北涡迅速增强提供了水汽、能量、动力条件,低层辐合、高层辐散进一步加强了西北涡发展;西南急流为强降水提供了水汽输送和不稳定能量,陕西处于θse高能区,大气上冷下暖存在位势不稳定层结;地面辐合线触发对流,陕南出现分散的对流性强降水,西北涡东移北上,低涡切变引发陕北系统性强降水;深厚的湿层、较厚的暖云有利于短时强降水出现;低涡降水云系中有对流单体生成发展,短时强降水出现在云顶亮温等温线密集处。     

海东市短时强降水天气过程的中尺度分析

2015年8月1日和2日夜间青海省海东市连续出现伴有短时强降水的强对流天气,导致部分乡镇洪涝,洪水淹没农田,冲走牲畜、冲毁自来水管道、路基,造成部分地方停水、道路中断等等,给当地群众造成严重损失。利用高空、地面观测、卫星云图、雷电等资料,采用中尺度天气图分析技术,得到预报此类短时强降水的一些依据:青海东部处于副高北侧的偏西气流中,蒙古槽底锋区南压至新疆北部、内蒙一带或西北气流中不断下滑冷空气的环流条件下,500h Pa青海东部有24小时负变压区,负变压中心易形成中小尺度的辐合流场;700h Pa青海东部有偏东或偏南气流提供充足的底层水汽,且河湟谷地内的偏东风对强降水提供一定强度的动力条件;高原低层850~700h Pa温度场上为暖脊,并与北部下滑的弱冷空气叠加,可产生强烈的对流不稳定;700h Pa干线与地面干线易触发中小尺度对流系统,并常对应降水区;地面辐合有利形成强降水;高层强的辐散为强降水提供了良好的动力条件;青海东部较强的对流有效位能、较大的风的垂直切变及深厚的湿层,非常利于强对流的发展及短时强降水天气的产生。     

热带气旋研究和业务预报技术的发展

利用GFS 0.5°×0.5°再分析资料、中国地面与CMORPH融合0.1°×0.1°逐小时降水产品、FY2E卫星资料和常规观测资料,对2010年7月14—15日江西东北部大暴雨天气进行分析,重点讨论了15日远距离台风与高空西北气流的相互作用。结果表明:(1)暴雨发生在副高北缘和高空为西北气流的背景下,低层存在台风“康森”的远距离水汽输送,低涡切变、副热带高压、远距离台风、西风槽、中尺度低压等多尺度系统协同作用导致了强降水的发生,其中远距离台风“康森”与西北气流起了主导作用;(2)由于副高结构不够深厚强盛,强降水发生于南亚高压东侧偏北气流、500 hPa大陆高压和海上副高之间的西北气流、700—850 hPa副高西侧的西南急流中:台风“康森”北侧强劲的东南急流和副高西侧西南急流叠加将低纬大量的水汽和热量沿着大陆高压和海上副高之间的甬道向北输送,使江南北部成为高温高湿高不稳定区,200 hPa上16~20 m·s^-1西北气流带动500—700 hPa干空气向南移动,与同步加强的暖湿气流相遇形成斜压锋区,使辐合系统稳定于江南北部;(3)高空西北气流和远距离台风的共同作用使斜压锋区的水平和垂直梯度加大、垂直风切变加强,有利于气旋性涡度发展、锋生加剧,强烈的上升气流穿越锋区,引起强的水汽辐合,加大了层结不稳定,在斜压区激发出多个中尺度涡旋,促进对流发展、强降水发生。(4)预报业务中,关键在于对副高、500 hPa冷槽、台风等外强迫系统强弱的预估,一方面需关注上下层系统作用对比的强弱,找出占主导地位的天气系统,另一方面应注意低层扰动环境的改变。

     

春季青藏高原感热异常对长江中下游夏季降水影响的初步研究

利用探空资料、台站逐时观测资料和ERA5逐时再分析资料,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,系统分析了2022年8月17—18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。结果表明,强降水发生前,中国西北地区上空300 hPa存在明显暖异常,随着时间推移暖异常略向东南方向移动且强度逐渐增强,并在降水峰值时刻达到最强。在静力平衡的调控作用下,对流层高层暖异常上层出现位势高度正异常,下层出现位势高度负异常。与这种配置相对应,对流层高层出现反气旋式环流异常,为高层辐散创造了有利条件。随着暖异常移动增强,高空西风急流异常向东南移动增强。另外,对流层中、低层出现气旋式切变,低层偏东气流转变为气旋前部偏南气流,为降水地区低层暖湿条件增强、大气不稳定度增大创造了有利条件。这种三维环流结构不仅为强降水形成提供了有利的高、低层环流条件与水汽条件,还为不稳定能量的积蓄奠定了基础。同时,在大通县西北高、东南低的喇叭口地形影响下,低层偏南气流携带的丰富水汽在此处聚集,配合较强的不稳定能量,共同促成了此次短时极端强降水过程。

     

呼和浩特地区20次过程性暴雨特征总结

文章对2000—2016年呼和浩特地区20次过程性暴雨进行分析,结果表明:65%的暴雨天气过程为冷切变型、25%的为西来槽型,暖湿切变型和蒙古冷涡型各出现1次;冷切变型的冷空气路径为西北或北,呼和浩特北部暴雨天气过程都是该类型,影响系统发展至对流层上层的高低空急流作用明显,副热带高压是重要的影响系统;西来槽型的冷空气路径为西北或西,系统发展至对流层中层,全部发生在呼和浩特中部地区,高空急流作用不明显、低空急流有很大贡献;暖湿切变型的冷空气路径为西或北,天气系统发展至对流层中下层,有地面倒槽或气旋顶部辐合区配合,低空急流起到关键作用,暖湿切变依赖于副热带高压存在;蒙古冷涡与偏南方向的低涡或西来槽相结合造成内蒙古中部强降水的个例较多,系统发展比前3种深厚且辐合更强烈。     

080125南方低温雨雪冰冻天气持续降水的数值模拟

利用WRF模式对2008年1月25—29日中国低温雨雪冰冻天气过程进行模拟。结果表明,雨雪期间长江中下游及以南地区长时间存在着高低空急流的耦合形态,且低空急流不断向雨雪区域输送暖湿水汽,使该地区低层的水汽辐合,促进大范围雨雪发生和维持：强高空辐散的抽吸作用,促进低空辐合、整层上升运动加强以及正涡度的维持．干冷空气从对流层高层倾斜南下加强了对流不稳定能量的积累.本次雨雪冰冻天气过程中存在明显的干侵入,降水区北侧对流层高层高位涡干冷空气沿等相对湿度（RH）线密集带侵入低层,促使雨区低层位涡中心迅速增大,促进强降水发生;本次过程表明位涡和降水有很好的对应关系,这对降水预报有很好的指示意义。由于极涡偏强促使冷空气南下,南方近地面浅薄冷空气使雨水结成冰导致灾害发生。     

9617号热带风暴Tom变性过程数值模拟分析

利用中尺度模式MM5对西北太平洋9617号热带风暴Tom转变温带气旋的变性过程进行了模拟.通过对其变性过程的模拟分析发现:热带风暴Tom与西风槽相互作用,风暴东侧低层暖湿气流与槽前正涡度平流发生耦合有利于气旋发展;槽前暖平流与槽后冷平流使风暴形成具有西冷东暖的热力分布结构,诱使风暴向斜压转变;高空急流入口处右侧的气旋式切变及出口处右侧的反气旋式切变有利于风暴右侧气流上升和左侧气流下沉运动,有利于风暴由正压向斜压性转变;来自风暴西北侧的干冷空气自700hPa附近向风暴中心侵入,使风暴中心暖柱体发生自低层向高层的西北一东南向的倾斜,其暖性特征遭到破坏;由于干冷空气的侵入,低层700hPa分为南北两个暖中心,北侧暖中心北侧出现了明显的暖锋锋生,西南侧另一个暖心附近有冷锋锋生迹象;平流层高值PV异常下传有利于变性后的热带风暴的再次加强.     

西北涡作用下陕西一次强降水过程成因分析

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°逐6 h再分析资料、云顶亮温资料等对2019年8月2—4日西北涡作用下发生在陕西的一次强降水过程进行分析,结果表明:强降水发生在高原槽东移加深,副高西伸北抬的大尺度环流背景下,700 hPa西北涡是强降水产生的主要影响系统;台风"韦帕"与副高外围的暖湿气流为西北涡迅速增强提供了水汽、能量、动力条件,低层辐合、高层辐散进一步加强了西北涡发展;西南急流为强降水提供了水汽输送和不稳定能量,陕西处于θ_(se)高能区,大气上冷下暖存在位势不稳定层结;地面辐合线触发对流,陕南出现分散的对流性强降水,西北涡东移北上,低涡切变引发陕北系统性强降水;深厚的湿层、较厚的暖云有利于短时强降水出现;低涡降水云系中有对流单体生成发展,短时强降水出现在云顶亮温等温线密集处。     

甘肃河东夏季区域性短时强降水环流形势分类特征

甘肃河东地区短时强降水易致灾,预报预警难度大。利用2010-2021年夏季加密观测站逐小时降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,筛选出甘肃河东50次区域性短时强降水天气过程,基于这些天气过程的500 hPa位势高度距平场,使用K均值客观聚类分析和主观天气学检验相结合的方法进行天气尺度环流形势分类,并通过合成分析和中尺度对流天气环境场条件分析方法构建不同类型的天气尺度系统配置概念模型。结果表明：（1）甘肃河东区域性短时强降水的天气尺度环流形势可分为高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型和西北气流型四类。（2）副高边缘西南气流型引发的区域性短时强降水次数最多,两高切变型和高原槽东移型发生频率相当,西北气流型发生次数最少。（3）四种类型的环流形势在天气系统配置、抬升条件、水汽条件和不稳定条件等方面存在显著差异。高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型三种类型发生时西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）所处的位置逐渐向西向北推进,水汽条件和不稳定条件逐渐趋好,当高空槽引导冷空气东移南下,斜压锋生形成大范围短时强降水。高原槽东移型抬升条件最好,短时强降水落区偏南;两高切变型冷空气偏北...