黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

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。     

中纬度锋系的中尺度结构

本文对温带气旋中尺度云和降水的动力学、构成情况和结构的观测研究作了回顾。一般说来,大的中尺度降水带由最强烈的降水区构成,这种中尺度降水带分为六种类型:暖锋型、暖区型、宽广冷锋型、狭窄冷锋型、锋前冷空气爆流(Cold—Surge)型及锋后型。通常,这些降水带内的降水较多是小的中尺度。本文对大的中尺度和小的中尺度的可能机制进行了判别。     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

江西一次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面与探空资料、卫星资料等,对2012年5月12日发生在江西省中部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次暴雨过程发生在冷锋南侧地面倒槽区,由高层西风槽、低层低空急流及切变线、低涡共同影响所致。中低层西南气流的加强,一方面使暴雨区有充足的水汽输送,同时也使该区对流不稳定度加大,加强了暴雨区上空的对流上升运动。中尺度辐合线是强对流暴雨的触发机制,而冷锋影响使地面东风气流加强,冷空气入侵致中尺度辐合线演变为中尺度低压,中尺度低压是江西短时强降水长时间持续的机制;500hPa高空槽东移,槽前正涡度平流向江西上空输送,利于低层低涡生成和维持、上升运动加强,从而导致降水增强。冷空气影响初始阶段,〉10mm·h-1 的中尺度雨团产生在中尺度辐合线及其所演变成低压的1、2象限即中尺度辐合线或中尺度低压偏北一侧,随着冷空气的进一步入侵,中尺度雨团产生于中尺度低压的偏南一侧。     

降水系统的概念模式

雷达和卫星图象的解释是临近预报的主要内容之一。在做提前几小时的降水详细预报时,需要借助于天气尺度、中尺度现象和它们的机制对图象进行仔细的解释。本文综述了一些概念模式,这些模式描绘了热带和中纬地区的中纬度气旋、中尺度对流系统的各种表现。特别讨论了下述现象: (ⅰ)暖输送带,包括在上滑和下滑冷锋形势中具有后倾上升和前倾上升的输送带;(ⅱ)暖锋前的冷输送带;(ⅲ)出现在冷锋前低空急流边界层的与线对流相联系的窄雨带;(ⅳ)与对流层中层对流有关的中尺度宽雨带;(ⅴ)热带和中纬度飑线;(ⅵ)热带和中纬度非飑线中尺度对流系统;(ⅶ)与冷旋涡相联的次天气尺度逗点云;(ⅷ)极槽输送带和即刻锢囚(instant occlusion)。     

变性台风Winnie(9711)环流中的锋生现象

基于T106一日四次1.125°×1.125°格点资料, 采用非地转湿Ｑ矢量对登陆台风Winnie(9711)变性加强过程中环流内的锋生现象进行诊断分析。结果表明, Winnie变性加强与其环流内的中尺度锋生过程密切相关, 其低层环流中可发现包围台风中心的环状锋生现象。其中, 北侧锋带与西侧锋带在结构、性质上有所不同, 北侧锋具有暖锋特征, 而西侧锋具有冷锋特点。台风残余低压环流中心位于两条锋带的交汇处, 其变性加强过程类似于一个温带气旋在地面锋上的发展过程。Winnie变性加强过程中, 北侧暖锋锋生强, 锋面次级环流明显, 降水区主要出现在该锋带附近。西侧冷锋锋生弱, 无明显锋面次级环流, 降水不明显。强锋生区首先在台风上空高层产生, 随后增强下传, 加强了低层锋生过程。中低层锋生强度以及锋上垂直运动与凝结潜热作用有密切关系。     

黄南州短时强降水时空分布特征及环境场分析

通过对2006-2012年黄南州各地1h降水量≥25mm的短时强降水时空分布及环境场分析。结果表明:短时强降水时空特征为北少南多势态,河南最多,集中发生在7、8月份,一日的16-21时,均为单锋型;短时强降水过程的高空形势为副高边缘型、低涡切变型和西北气流冷平流型三种类型,其中副高边缘型强降水是黄南州主要高空环流形式,发生在冷锋前的暖区里;短时强降水天气过程开始前及发生时地面至中空湿度近似饱和,温度露点差小于4℃,触发短时强降水的冷空气侵入不同,副高边缘型温度场反应对流层中低层暖脊控制,对流层低层到地面有弱冷空气侵入,低涡切变型是对流层低层强冷空气的侵入,西北气流型是对流层中层冷空气入侵,对流层低层为暖空气控制;降水区一般在高空西风急流轴的南侧,高空西风急流出口区右侧存在辐散上升气流,有利于强对流天气的形成,低空显著气流为强降水区提供足够的水汽及不稳定层结的建立和维持;地面中尺度辐合线是强降水的中尺度影响系统;总结出短时强降水中尺度概念模型。     

华南冷锋云系的中尺度和微物理特征模拟分析

利用中国气象科学研究院（CAMS）中尺度云分辨模式,结合实测地面雨量、卫星和雷达资料,对发生在2004年3月31日~4月1日的华南春季冷锋降水过程进行模拟分析。模拟云带的出现时间、位置、形状与走向以及随时间的演变均与卫星观测一致。模拟的雷达回波分布同实测一致,回波主要出现在地面锋线以及锋后冷空气一侧,呈西南-东北带状分布,锋面云系的不同部位回波单体的差异很大。模拟的主要降水时段内的地面雨量分布范围以及大小同实测接近,中尺度雨带呈西南-东北带状结构,随着冷锋的移动逐渐向东南方向移动。在中尺度雨带上有4个生命史超过3小时的强降水中心,强降水中心基本都是向东略偏南的方向移动,与回波单体的移动方向一致。锋面云系的垂直运动深厚,且基本与云区对应,云系产生在低层辐合、正涡度,高层辐散和高相当位温的区域。地面锋线附近的上升速度大,云水含量高,冰相粒子的淞附和雨滴碰并云滴是云中的主要微物理过程,暖雨过程和冷雨过程都重要;而在高空锋区宽雨带部分低层为下沉气流,上升气流只出现在高层,主要是过冷云水、霰和雪晶组成的混合云,雪晶是霰增长的主要源项,降水主要由霰的融化产生,冷云降水过程比较重要。     

黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 h Pa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南—西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。     

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。     

陆地上爆发性温带气旋的暖锋后弯结构分析

温带气旋的暖锋后弯是20世纪80年代末从北大西洋爆发性气旋现场科学试验中发现的一个重要科学成果, 修正了 经典温带锋面气旋模式中锢囚锋的概念。在地球同步卫星云图上, 经常可以观测到欧亚大陆的气旋云系也存在与暖锋后弯 非常类似的演变过程。利用常规的高空、地面观测, NCEP的1°×1°再分析场和FY-2E 水汽图像等资料, 通过分析2012年5 月11-14日一次蒙古气旋强烈发展的结构特征, 揭示了在内陆地区温带气旋发展过程中若暖锋锋区增强而冷锋锋区减弱, 则 该类气旋也存在暖锋后弯和暖核被隔离的事实。分析结果还表明该类蒙古气旋中暖核强度虽不如海洋爆发性气旋, 但其厚 度可伸展到600hPa,在对流层低层850hPa低压中心附近不仅有暖核, 而且存在与暖核近乎重合的干中心, 但干暖中心与气 旋中心并不重合。另外, 单站探空及垂直剖面的分析显示, 在后弯的暖锋锋区附近存在强的湿上升运动, 干暖核内以干空气 和下沉运动为主, 在边界层内后弯暖锋锋区比冷锋锋区强;在冷锋后部的干输送带中对流层中高层锋区明显, 且总体上相对 湿度较小、上升运动微弱, 最显着的干区位于锋区上方下沉的暖空气中。     

一次强降水过程的多尺度环流背景及成因分析

利用NCEP再分析资料、ERA5再分析资料和自动站逐小时观测资料对2014年7月19日影响黑龙江省西部中尺度对流过程的天气尺度、中尺度环流背景及地面要素演变特点进行分析。结果表明:此次强降水过程是在台风与西风带系统远距离作用的背景下,由高空急流、冷涡、低层切变线与冷锋相互配合产生的。过程持续时间短、强度大、局地性强。副高外围偏南风引导远距离台风携带的暖湿气流向东北地区输送,与高空冷涡后部干冷空气配合,形成低层暖湿高层干冷的不稳定层结,为中尺度对流系统的发生发展提供了有利的环境条件。冷锋和喇叭口地形的辐合抬升相互配合,使暖湿气流抬升,冲破中层抑制,触发对流,使前期累积的不稳定能量释放。高空急流的辐散和通风作用使上升运动和不稳定层结维持,降水持续,且强度增强。受干冷空气卷入和强降水粒子蒸发的影响,系统后部出现较强冷池,使强降水同时伴有雷暴大风。随着系统后部冷池及冷空气主体的抬升,暖湿空气抬离地面,过程结束。     

黄南“7·20”区域性中到大雨天气过程分析

利用常规气象观测资料、自动站资料和数值预报,对黄南2018年7月20日中到大雨过程从天气形势、物理量场、数值预报等方面进行分析。结果表明:大降水的影响系统是新疆分裂短波槽东移与南支切变共同作用,地面冷锋及中尺度副合线触发强降水。在大降水发生前,大降水区均处于高能区中,能量锋区基本上位于青海的东部,中低空层结不稳定,从低层到高层青海中东部整层为上升运动,最强上升速度在500hPa～400hPa之间;从各指数来看在强降水发生前不稳定指数增大;水汽源地孟加拉湾海域,沿副热带高压外围西南气流输送到大降水区,且配合中低层水汽通量辐合,高层辐散,为大降水区提供较强的水汽供应及水汽辐合,青海东至东南部q≥12g/kg。数值降水模式预报中,降水时段和降水落区与实况较吻合,但量级误差大,尤其对单站的短时强降水造成的大雨预报效果更差,需结合当地气象条件加以订正。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

贵州西南部一次暖区暴雨不稳定性分析

该文综合利用常规观测资料,日本再分析JRA-25的6h资料（分辨率为1．25°×1．25°）、国家气象中心卫星红外辐射亮度温度（TBB）资料等,对2012年5月21日贵州西南部的暴雨过程的动力、水汽、中尺度及不稳定特征进行了分析,得到一些结论：此次过程影响系统主要是中低层的低涡切变和冷锋,但降水发生在冷锋前的暖区,为一次暖区暴雨,对云图TBB的分析表明降水由MCC产生。地面中尺度辐合区产生的辐合、垂直涡度激发次级环流产生,高低空急流的耦合等作用是暴雨产生的动力条件;对湿位涡的分析表明降水中存在对称不稳定能量,主要以对流不稳定能量为主,在中低层存在深厚的对流不稳定能量区,在降水区附近有MPV密集陡立区,700hPaMPV负值中心的移向和数值与降雨落区和趋势对应较好,降水发生在低层MPV1〈0,MPV2负值区前沿0线附近MPV2≥O的区域。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为：1）地面倒槽与850 hPa水汽辐合中心相吻合。2）地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3）地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θe舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

新疆北部一次暖区与冷锋暴雪并存的天气过程分析

利用常规、高时空分辨率ECMWF资料、FY-2E红外云图及FNL资料,对比分析了2014年1月30~31日发生在新疆北部的暖区和冷锋暴雪天气成因。结果表明,汇合的南北两支锋区上东移的短波槽是此次过程的直接影响系统;西南低空急流带来大西洋上充沛的水汽;短波槽前,对流层低层及地面中尺度辐合系统与高空辐散叠置,为暴雪天气提供了强烈的上升运动。暖区暴雪发生在减压升温区,冷锋暴雪则相反;冷锋暴雪区具有较强的对流不稳定层结,而暖区暴雪区相对较弱;暖区暴雪区位于地形中尺度冷高压北部,正涡度区后侧、负涡度区前侧梯度最大的区域,而冷锋暴雪位于正涡度区。因地形作用在艾比湖附近形成的?中尺度冷高压是预报北疆暴雪开始和结束的一个新指标。     

2011年7月3日山东局地大暴雨过程的观测分析

应用常规气象资料、FY-2E红外TBB资料、地面加密自动站观测资料和NCEP再分析资料,对2011年7月3日山东中部地区出现的大暴雨过程进行了分析。结果表明：该过程在有利的天气形势下发生,其降水具有中尺度强对流系统特征;强降水落区位于地面自动站风场辐合中心偏冷锋前位置;一个MαCS和一个MβCS是该暴雨过程的直接影响系统;强降水出现在中尺度对流系统（MCS）发展强盛到成熟阶段,降水区最初位于TBB梯度最大处,再沿TBB梯度最大处向下风方移动,并始终处于强冷云顶区后侧;自高纬度向暴雨区低空锲入的东北气流对降水过程起触发作用;强降水区位于低层切变线南侧与水汽通量舌区左侧等值线密集带上,并与假相当位温陡立面密集区位置对应。     

一次东北暖锋锋生暴雨的中尺度特征分析及成因初探

使用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对2017年8月1日发生在黑龙江南部的暖区暴雨过程的中尺度特征及成因进行了分析。结果表明:暴雨发生在副高加强西伸北抬及有台风活动的背景下,副高外围的水汽输送为暴雨提供了充沛的水汽条件;低层西南风的增大导致暖锋锋生,暖锋的辐合抬升作用加强,造成较大范围的暴雨天气;锋生区附近存在CSI,锋生作用及CSI的释放,加强了沿着锋面倾斜向上的斜升气流及锋面次级环流,CSI导致的斜升气流的发展进一步触发对流不稳定,导致大范围的垂直上升运动,降水显著加强;暖锋云带内部探空分析显示大气处于不稳定状态,有利于以短时强降水为主的对流发展。暴雨是由云团的后向传播造成的,强降水以暖云降水为主,降水效率高,雨强大,暖锋稳定少动,由暖锋锋生所致的对流单体在同一区域重复新生,并沿暖锋自西向东传播,形成列车效应,暴雨中心一直有最大反射率因子超过45 d Bz且降水效率高的强回波活动,持续时间超过4 h,导致强降水持续时间长,降水累积量大。