云南一次两高辐合型短时强降水过程的成因分析

利用ERA-interim再分析资料、常规观测资料、雷达资料以及闪电定位仪资料,对2015年8月云南一次两高辐合形势下短时强降水发生的成因和中尺度特征进行分析。结果表明:(1)此次短时强降水过程具有分布范围广、降水时段集中、频次大等特点。(2)副热带高压和孟加拉湾外围持续的水汽输送,地面冷锋的抬升触发,低层辐合、高层辐散且散度辐合中心和上升运动中心叠置,有利于强烈上升运动形成,是短时强降水发生发展和维持的动力机制。(3)湿层深厚、暖云层厚度大,有利于降水效率的提高。(4)中尺度对流云团中随着云顶亮温小于-70℃区域面积的减小,短时强降水的频次也明显减少。(5)两高势力相当,形成对峙,导致低质心高效率的积云对流系统移动缓慢,呈准静止状态是短时强降水得以发生的重要原因。(6)此次过程伴有明显的闪电活动,且随着短时强降水站次数的增加,正闪次数明显增加,负闪次数明显减少。     

郑州市两次短时强降水过程的环境条件和中尺度特征对比

为了探求不同天气影响系统和垂直风切变下中小尺度系统造成的城市短时强降水过程的预报预警特征,以2007年8月2日和2008年7月11日发生在郑州市的两次短时强降水过程为例,利用常规观测资料以及河南省区域自动站、雷达探测资料等,对其大尺度环境条件和中尺度特征进行了对比分析。结果表明:以露点锋为触发机制的强降水超级单体和以锋区造成边界层辐合线为触发机制的混合性降水回波,虽然其雷达回波表现形式不同,但在地面中小尺度系统的作用下,都产生了1~2 h雨量达100 mm·h-1左右的短时强降水;地面辐合中心和高温高湿中心为短时强降水提供了动力抬升、热力不稳定能量和水汽条件;不同的0—6 km和0—2 km高度垂直风切变导致不同的对流回波形式,产生相同强度的短时强降水;短时强降水的降水效率不仅与云中降水粒子的大小有关,还与其数密度有关,即降水强度既与降水回波强度有关,也与其降水云中的滴谱分布有关;两次短时强降水过程分属于强对流型和热带降水型。结合地面加密站观测资料中小尺度分析与雷达探测产品分析,可对此类短时强降水发生提前预警。     

短时强降水特征统计及临近预警

利用多普勒天气雷达、探空和逐小时降水量资料,对2010 2012年,滇西南普洱、西双版纳537次短时强降水天气过程进行统计分析,建立三种短时强降水概念模型,分别是:低质心弱辐合型短时强降水、低质心辐合型短时强降水、高质心短时强降水。对比分析了不同类型短时强降水的强度特征、移速特征、生命期特征、垂直风切变特征等,探讨了辐合作用与强降水维持时间的关系、辐合切变量与雨强的关系、D_(VIL)与降水量的关系。并得出预警方法:满足如下条件时,出现短时强降水的可能较大:(1)低质心强降水中,回波无倾斜特征,强度以40~45 dBz为主,强度从低层到高层维持或缓慢减弱,大部分回波的H_((40dBz))≥H_0,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.67 h(辐合切变量≥2.2 m·s~(-1)时,累计长度/回波移速≥0.50 h),预报提前时间30~40 min。(2)高质心强降水中,强回波边缘存在宽≥3 km、强度为40~45 dBz的回波,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.47 h,预报提前时间28 min左右。此外,对短时强降水成因进行了探讨。     

基于加密自动气象观测站的柳州市短时强降水 时空特征分析

利用柳州市2010-2019年75个加密自动气象观测站小时降水资料,分析柳州市1h、3h、6h短时强降水时空分布特征。结果表明：短时强降水出现最多的是融安、融水一带以及鹿寨北部,山脉的迎风坡和喇叭口地形更利于短时强降水的出现;高发期在5、6月份,其次是7、8月份;短时强降水的日变化呈现单峰结构,主要出现在夜间和早晨时段。该区域短时强降水时空分布特征差异显著,与影响系统、地形的辐合抬升作用以及局地热力条件差异有关。     

陕西关中西北部一次短时强降水过程的成因分析

利用常规气象观测资料、陕西区域自动站观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和卫星雷达探测资料,对2012年8月13日关中西北部一次短时强降水过程的成因进行动力学诊断分析,结果表明:在有利于触发中小尺度系统发生及其发展的条件下造成了本次短时局地强降水,雨区环境大气为低层对流不稳定、中层条件对称不稳定、高层对流不稳定的混合型不稳定层结。从卫星和雷达资料分析显示强降水过程是两个不同的中小尺度系统造成,前期是中β尺度干线、辐合线触发带状对流性降水,后期是中β尺度Ω系统触发圆形状对流性强降水。短时强降水雷达反射率因子呈低质心结构,具有热带降雨型特征。     

南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征对比分析

利用常规气象探测、FY气象卫星、多普勒天气雷达、地面自动站资料以及NECP、EC高时空分辨率再分析资料,对比分析了2014年8月30日(简称"8.30")和9月8日(简称"9.08")南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征。结果表明:"8.30"过程发生在高压脊前西北气流内,"9.08"过程出现在低涡底部平直西风带内,两次过程中地面和低空中尺度辐合线均是短时强降水的重要影响系统;造成短时强降水的β中尺度对流云团发展迅速、移动快,两次短时强降水分别产生在对流云团TBB梯度最大处和发展过程中范围最大时。两次过程在雷达回波特征方面存在明显差异,对流风暴质心高度明显不同,"8.30"过程影响系统为高质心γ中尺度超级单体,最强回波高度6 km,具有中低层辐合、高层辐散、旋转特征;"9.08"过程影响系统为低质心γ中尺度普通单体风暴,最强回波高度2 km,雷达径向速度上两次过程边界层辐合线对对流风暴的产生和加强有重要作用。     

盆地西部一次极端短时强降水过程的多源资料分析

利用FY4卫星、多普勒雷达、风廓线雷达、闪电监测以及分钟级降水和风等多源观测资料,从短临监测的角度分析了2020年8月11日四川盆地西部一次极端短时强降水过程。结果表明：本次过程中,多站小时雨量超过100 mm且范围集中。风廓线雷达资料显示,当低空急流加强时,近地层风向发生明显转变,扰动加剧,形成高低空切变线;当强降水发生时,伴有明显的地面辐合线特征,且多普勒雷达呈现出清晰的低层气旋辐合;分钟级降水与降水质心高度、低空急流强度、低层气旋辐合及地面辐合线的形成等具有良好的对应关系;低空急流指数、闪电频次等峰值特征超前强降水峰值0.5～1 h。     

山东省短时强降水天气的特征分析

通过分析山东省2007—2010年常规观测资料、山东省区域和国家级自动气象观测站降水观测资料,研究短时强降水天气的时间和地理分布特征,分析短时强降水出现的时间、落区和强度,并对1小时降水量≥100mm的短时特强降水的天气系统进行了分析,结果表明：2007—2010年山东省短时强降水天气一般出现在5—10月,7—8月较多;1小时降水量≥100mm的短时特强降水都发生在7—8月;出现短时强降水天气的时段以午后至傍晚居多,夜间次之,上午最少;当500hPa位于西风槽前和副高边缘,700hPa和850hPa位于西风槽前或存在切变线,地面有冷锋影响时,有可能发生1小时降水量≥100mm的短时特强降水天气。     

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和吉林省白山观测站多普勒雷达等资料,对2010 年7月31日吉林省东南部的短时强降水天气过程进行初步分析。结果表明：500hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化;强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一;小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程;多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的强度和零线形状、以及逆风区对预报短时强降水具有很好的指示意义。     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

基于SWAN产品的短时强降水雷达特征及预警分析

利用SWAN产品和自动站雨量资料,详细对比分析了2010~2012年区域性暴雨中的短时强降水雷达特征,结果表明:(1)短时强降水具有反射率因子大,液态水含量高、回波顶高,强回波厚度大等特征,在每隔6min的SWAN拼图产品中,短时强降水通常满足:3km高度处CAPPI回波≥30dBZ,组合反射率CR中心强度≥40dBZ,VIL>5kg/m2,45dBZ以上的回波中心厚度(H)≥3km,这些参数的变化可以作为短时强降水的预警临近指标。(2)现有SWAN产品中的QPE/QPF产品对未来逐小时的雨量和落区具有一定的预报能力,但QPE产品估测1h累计降水量更接近于实况雨量,在监测到有上述强回波发展时,可通过分析QPE产品和回波特征及预警指标对短时强降水过程进行预报。      

2006—2015年徐州短时强降水特征分析与指标研究

利用2006—2015年徐州自动气象站逐时降水量的观测资料,统计徐州地区短时强降水历史个例资料,分析其发生时空间、年际、年、日和强度变化特征。研究短时强降水发生时环境背景场资料,分析中小尺度影响系统,进行归类比较,建立短时强降水的4种概念模型。并从相应的热、动力结构演变规律,分析物理量指标得出,充沛的水汽,深厚的湿层,中等强度的对流有效位能和高I_k指数等有利于短时强降水的发生。     

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

中尺度强暴雨云团云特征的多种卫星资料综合分析

针对2002年6月23—27日发生于江淮地区的一次中尺度强暴雨过程，利用FY-1D，EOS和NOAA卫星的可见光、红外、微波通道遥感观测、反演资料，从相态、光学厚度、垂直结构等各方面分析云特征，并将分析结果与同时段地面雨量观测进行对比分析，发现云光学厚度大且云顶粒子为大粒子、冰相态是此次降雨过程中云团的主要云特征，地面雨量的大小与云光学厚度密切相关，两者间基本呈正相关关系；稳定少变的大光学厚度云或云光学厚度显著增大均可带来强的地面降水。微波资料可以很好地体现降雨云团的垂直结构。分析结果显示，卫星遥感对揭示中尺度强暴雨云团的云特征，具有很好的指示作用。     

Variations of Precipitation Structure and Microwave Tbs During the Evolution of a Hailstorm from TRMM Observations

In this paper, a hailstorm occurring on 9 May 1999 in Huanghuai region was studied by using the combined data from the precipitation radar (PR), microwave image (TMI), and visible infrared scanner (VIRS) on the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite. According to the 3-orbit observations of 5-h duration from the TRMM satellite, the variation characteristics of the precipitation structures as well as cloud top temperature and microwave signals of the precipitating cloud were comprehensively analyzed during the evolution of hailstorm. The results show that the precipitation is obviously converted from early hail cloud with strong convection into the later storm cloud with weak convection. For hail cloud, there exists some strong convective cells, and the heavy solid precipitation is shown at the middle-top levels so that the contribution of rainfall amount above the freezing-layer to the column precipitation amount is rather larger than that within the melting-layer. However, for storm cloud, the convective cells are surrounded by the large area of stratiform precipitation, and the precipitation thickness gradually decreases, and the rainfall above the freezing-layer obviously reduces and the contribution of rainfall amount within the melting-layer rapidly increases. Therefore, the larger ratio of rainfall amount above the freezing layer to column precipitation amount is, the more convective the cloud is; reversely, the larger proportion of rainfall below the melting layer is, the more stable the stratiform cloud is. The different changing trends of microwave signals at different precipitation stages show that it is better to consider the structures and stages of precipitating cloud to choose the optimal microwave channels to retrieve surface rainfall.     

乐山地区短时强降水时空分布及变化特征研究

基于2013～2020年乐山地区9个国家自动站和136个区域自动站逐小时降水资料,应用诊断分析方法,系统研究了乐山地区短时强降水的时空分布及变化特征,探讨了短时强降水发生频次与地形因子的关系。结果表明：乐山地区短时强降水年均频次和极值均呈增加的趋势,强度较为稳定,变率不大。短时强降水在3～10月均有发生,其频次月分布呈现出单峰型的特征,集中发生在7～8月,占全年的77.7%,7月下旬～8月上旬发生频次又占7～8月总量的49.8%。短时强降水频次日变化呈单峰单谷结构,夜间发生概率最大,白天发生概率相对较小,22时～次日04时是短时强降水集中高发时段,虽然短时强降水在午后和傍晚的发生概率相对较小,但其强度较强,也应当引起重视。乐山地区短时强降水空间分布差异较大,存在两级分化的特点,与地形关系密切,总体呈西南部和东北部少、西北部—中部—东南部多的分布特征。短时强降水的发生与经纬度、海拔高度等地形因子显著相关,高发区主要集中在山谷喇叭口、岷江流域的河谷地带及城市热岛区。     

浙江省短时强降水的时空分布特征

利用2010～2019年浙江省基准气象站和自动气象站逐小时降水的观测资料,对浙江省短时强降水的时空分布特征进行了统计分析,结果表明:1）2010 ～2019年浙江短时强降水累计发生频次为72601站次,随雨强增大呈指数式衰减。2）短时强降水空间分布不均匀,沿海向内陆发生频次减少,出现频次最高的地区位于温州西南部。夏半年随时间推进和影响系统演变,短时强降水的空间分布亦存在差异:5～6月浙西地区短时强降水多发,7月短时强降水全省分散分布无明显的区域集中特征,8～10月则主要在沿海地区多发。3）总体而言短时强降水的日变化峰值出现在17:00（北京时间,下同）,且高强度短时强降水更倾向发生在午后到傍晚时段。夏秋季节短时强降水在午后到傍晚最为多发,峰值出现在17:00至18:00,这与副热带高压强盛,午后到傍晚热力和不稳定条件好,易触发强对流天气有关;春季除午后到傍晚外夜间和凌晨亦为短时强降水多发时段,可能与低空急流多在夜间和早晨发展加强有关。短时强降水的月变化特征呈现类双峰型分布,8月最为多发（26.0%）（主要由台风降水造成）,其次为6月和7月。不同强度的短时强降水月变化特征存在较明显差异。而短时强降水的年际分布不均,2015年之后年际变化幅度增大,其中 2016 年短时强降水发生频次最高达8728站次,2017 年为发生频次最低仅5581站次。     

基于微波辐射计的盛夏短时强降雨水汽特征分析

利用RPG HATPRO-G4微波辐射计和自动气象站观测资料，研究盛夏时节成都地区短时强降雨的水汽密度(VD)、相对湿度(RH)、整层水汽含量(IWV)演变特征，并探讨微波辐射计资料在短时强降雨中的应用。结果表明:盛夏时节成都地区无论是发生阵雨还是短时强降雨时，大气中水汽条件均较好，地面VD达19±3g·m-3，IWV在53kg·m-2以上，1～3km高度RH≥90%。降雨开始前1h地面VD与2倍的500hPa高度VD之和是否达到26.3g·m-3，可作为短时强降雨发生与否的指标，识别率达75%。短时强降雨发生前3h，持续的水汽辐合使3km高度处出现98%≤RH≤100%的湿层，该湿层随着降雨的临近而增厚，向下伸展至边界层。降雨刚发生时，4km以上相对湿度骤降，4km以下湿度略增加。降雨结束后，整层水汽含量会降低至与降雨发生前相近的值。      

近6年陕甘宁三省5—9月短时强降水统计特征

利用2005—2010年5—9月加密自动气象站1 h降水资料对陕甘宁三省不同强度短时强降水时空分布特征、天气学概念模型以及物理量特征进行研究,结果表明:短时强降水在陕甘宁三省存在4个活跃区和3个不活跃区;7—8月是短时强降水的多发期,两大峰值出现在7月下旬和8月中旬,日变化呈双峰分布,1 h降水量≥30 mm的短时强降水具有夜间多发性;通过典型个例的综合分析,建立了低槽-副高型、低涡-远距离台风型、两高切变型3类短时强降水概念模型;从物理量场来看,3类短时强降水均具有丰富的水汽和不稳定层结 (能量)、高于发生冰雹的0℃层高度、较厚的暖云厚度,且均发生在弱风切变环境中;低槽-副高型最为典型,其抬升凝结高度最高,500 hPa与850 hPa假相当位温差Δθ_se、抬升指数,K指数,对流有效位能量值最低,短时强降水发生频次高,1 h降水量大多在25 mm以内。低涡-远距离台风型水汽条件最好,深厚湿区、次天气尺度Ω系统和较低的抬升凝结高度使短时强降水发生范围最广,强度更强。两高切变型降水强度最大、持续时间最短并具有突发性, 其Δθ_se、抬升指数、K指数、对流有效位能最高,0～3 km垂直风切变最强,对流性特征明显,特别是强天气威胁指数接近300,强降水发生的同时往往伴有雷暴。     

辽宁长历时强降水的环境特征分析

利用NCEP 1°×1°格点再分析、FY-2E相当黑体亮温TBB和地面加密自动气象站等资料,分析了辽宁3次典型长历时强降水TBB值与降水强度的关系、中尺度环境场特征及维持机制,并初步建立了辽宁长历时强降水概念预报模型。结果表明:在副热带高压的形态、位置和强度有利于辽宁产生强降水的大尺度形势下,副热带高压西侧低空急流持续输送的充沛暖湿空气与高空干冷空气在同一地点长时间相互作用,为强降水的发生和维持提供了有利的环境背景条件。强降水持续时间与其上空的强垂直速度持续时间有很好的对应关系,强降水持续时高空一般为弱的不稳定或中性层结。强降水不仅可出现在对流云团发展旺盛的冷云区内部或边缘,也可发生在TBB值较小的暖云区内。TBB值的大小与降水强度没有必然的关系,但TBB值的快速减小都预示强降水即将发生。这些结论有利于深化认识辽宁地区长历时强降水的成因并为预报提供线索。