浙东地形对台风“利奇马”极端降水的影响分析

利用自动站实时降水资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,结合中尺度数值模式WRF对台风"利奇马"在浙东地区产生的极端降水过程进行分析,重点研究了浙东地形对极端降水的影响。结果表明,"利奇马"影响期间,浙东强降水过程出现2个雨量峰值,依次由台风外层螺旋云带和台风中心附近的多个中尺度对流云团持续影响所造成,浙东地形对这一系列对流云团有明显的加强作用。浙东地区西部山脉对"利奇马"有阻滞和辐合抬升两方面作用,前者通过地形阻挡拖曳,延长强降水时长,后者通过山前显著的动力抬升作用和水汽辐合加强造成降水增幅。根据估算可知,括苍山脉在强降水阶段对暴雨的增幅可达11 mm·h~(-1),接近此时段内总雨量的2.5成。通过敏感性试验降低地形高度后,浙东地区辐合及上升运动减弱,雨量也明显减少,进一步验证了浙东地形是造成此次极端降水事件的重要原因。     

青藏高原东南侧滇西北一次强降水天气过程分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、地形数据等,对2019年7月7—13日青藏高原东南侧滇西北地区持续性强降水天气过程进行综合分析。结果表明:西太平洋副热带高压控制中南半岛,伊朗高压稳定在印度西部附近,中高纬冷空气不断渗透南下,使印度东部低值系统长时间存在,其前部西南气流与副高西侧偏南气流汇合后持续影响滇西北,有利于孟加拉湾水汽向滇西北输送。强降水期间滇西北地区低层水汽通量散度呈负值,水汽辐合较强。整层大气低层辐合—高层辐散,上升运动强烈,抽吸作用明显;中低层大气高能高湿,处于对流不稳定状态。滇西北处于喇叭地形底部,两侧高大地形有利于引导水汽在滇西北汇聚,为持续强降水提供充足水汽;怒江州处于迎风坡,地形强迫抬升增强降水,使得怒江州降水量大于迪庆州和丽江市。     

习水南部一次秋季最强降水中的地形作用

该文利用习水107个站点的降水观测数据、高空和地面形势实况资料、习水双偏振雷达数据、ERA5全球再分析资料,通过天气学统计方法,分析2021年9月12日习水强降水过程成因,并解释了地形对此次强降水的增强作用。分析结果表明：(1)此次过程发生在双台风夹击的背景下,主要影响系统有对流层中层高空槽、低空低涡切变线;(2)高空槽东移迫使低涡切变线发展加强,为此次过程提供了抬升条件,14号超强台风“灿都”外围的偏东气流减缓了低涡切变线东移速度,使得其在习水停留时间变长,同时,低空偏南气流和偏东气流的辐合为强降水的发生发展提供了热力不稳定和水汽条件;(3)雷达回波是以积云为主的混合降水回波,多对流单体活动,并有明显的“列车效应”现象;(4)由于大娄山南侧地形对对流层的气流有辐合抬升作用,对流单体在山脉南侧移速减慢、合并增强,导致降水强度和范围增大,从而形成此次强降水过程。     

一次热带低压伴随中尺度锋生的暴雨天气过程分析

利用地面观测资料和NCEP/FNL再分析资料,对福建省东北部2018年8月24—25日热带低压影响下的暴雨天气过程进行分析,以揭示中尺度锋生对局地强降水的作用。结果表明：此次暴雨天气过程具有降水集中、局地性强、强度大、持续时间长、存在2个明显降水阶段的特征。强降水过程伴随中尺度锋生现象,且在第二阶段明显强于第一阶段,为第二阶段强降水提供有利动热力条件。热带低压移动缓慢,降雨持续时间长,配合中纬度槽带来的弱冷空气,是此次极端降水的原因之一。2个降水阶段都有较好的水汽供应,第二降水阶段水汽通量弱于第一阶段,说明水汽供应不是造成2个阶段降水强度差异的主要原因。由于低层风速较大,地形抬升比水汽供应具有更重要的作用。     

伊犁地区一次罕见特大暴雨中尺度系统的数值模拟

利用自动气象站观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP/NCAR再分析资料,针对2016年6月16—17日伊犁地区的一次罕见强降水过程,在天气形势和中尺度系统分析基础上,借助WRF模式高分辨率模拟资料对强降水的形成过程进行细致分析。结果表明:中亚低槽、高空偏西急流、低空切变线和辐合线是此次强降水过程的主要天气系统。多个中尺度云团受伊犁北部天山地形抬升作用,长时间维持在沿天山地区,并持续产生强降水。模拟结果显示,不断移至北部沿天山地区的中尺度对流单体是造成此次伊犁地区强降水的直接中尺度系统,其发生发展与低空急流、低层风场辐合和地形有密切关系。低空急流增强引起动力辐合增强,触发不稳定能量释放,加之地形抬升,使得垂直运动维持并快速发展,并在有利的水汽条件配合下引发低层辐合线附近对流系统加强,导致伊犁北部沿天山地区出现强降水。     

地形影响下海河流域北系强降水成因分析

利用区域自动站观测和NCAR/NCEP 1°×1°再分析资料,对比2012-2014年海河流域北系4次强降水过程成因,重点分析地形对强降水过程的影响。分析结果表明,4次强降水过程均属于低槽类暴雨,高空槽是影响流域北系强降水的主要影响系统,副热带高压、低层辐合系统对暴雨强度、位置及持续时间存在明显影响。此外,除能量及水汽的积聚外,地形对海河流域北系降水强度有明显增幅作用。风场与地形相配合的地形抬升是降雨增幅的动力因子。在水平方向上,呈"V"形分布的上升运动区,对应燕山山脉迎风坡坡度较大地区;在垂直方向上,地形强迫引起的低层上升运动中心与天气系统抬升引起的中高层上升运动中心逐渐合并加强。地形阻挡导致的水汽通量辐合也是迎风坡降雨增幅的重要因子,低层地形引起的水汽辐合明显强于中层天气系统引起的水汽辐合。     

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

2012年4月云南怒江持续性降水过程分析

该文对2012年4月18—29日怒江州北部地区持续性强降水天气过程的环流背景、冷空气渗透和物理量场进行了分析,还从特殊地形对降水的增强机制作了探讨后认为:此次强降水天气过程发生在低层有辐合切变的环流形势下,配合有冷空气的南下渗透;同时怒江州中、低层水汽条件好且上升运动强烈。怒江州处于地形抬升的中间位置上,经缅甸向东移的天气系统和暖湿气流受青藏高原和滇西北高大地形的引导和阻挡被迫抬升形成地形雨,怒江州北部的贡山、福贡县正好位于地形雨的中心地带,这些因素诱发和维持了此次持续性强降水天气过程。     

台风“海燕”过境海南岛数值模拟及暴雨成因诊断

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、地面观测降水资料、FY-2E卫星相当黑体温度资料,采用WRF中尺度数值模式对2013年11月9—11日台风"海燕"过程进行数值模拟,并对期间海南暴雨天气诊断分析。结果表明:台风"海燕"携带的大量水汽,为海南暴雨提供了丰富的水汽来源;TBB梯度高值区与暴雨强度及落区有很好的对应关系。地形在暴雨过程中起到重要作用,初期台风外围偏东气流遇海南中部高山产生地形重力波,促使局地辐合上升,产生降水;随着台风靠近,风向转为偏南且风速增大,地形作用促使气流强烈抬升,在低层产生强对流中尺度系统,并与高层辐散系统配合,产生强降水。     

一次双高空急流背景下南疆强降水事件的动力过程和水汽源分析

本文利用欧洲中心ERA-Interim和NOAA的再分析资料并应用拉格朗日后向轨迹追踪的方法对2015年5月24日发生在南疆的一次强降水过程进行了动力诊断和水汽特征分析。结果表明此次强降水过程的直接影响系统是中亚低涡前西南气流中发展的小槽,南北两支高空急流辐散场叠加引发的对流层高层加剧的抽吸作用和高低空急流的耦合作用共同导致了深厚强烈的上升运动,是这次强降水主要的动力抬升机制。TBB（black body temperature）的演变与降水的发生、发展有很好的对应关系,TBB中心降至-50°C以下时降水开始且随其中心强度的扩大降水也持续加强。进一步诊断发现,低层850 hPa对流涡度矢量（CVV）垂直分量的正值中心在降水前6～12小时已可以大致体现未来强降水的落区。此次南疆盆地强降水的水汽主要源于黑海和里海,低空急流引导了一部分水汽进入南疆,HYSPLIT模式后向追踪的结果表明,此次强降水过程主要有两条水汽通道,均源于新疆以西的欧亚大陆但输送路径有所差异,偏西路径和转向路径分别主要输送800 hPa以上和以下的水汽,降水发生前两条路径在垂直方向上均有明显抬升,水汽辐合有利于暴雨的形成。     

2017年春季南疆中部两次强降水天气环流配置及干冷空气侵入特征对比

本文利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP再分析资料对比分析2017年4月14日("4·14"过程)和2017年5月1—2日("5·1"过程)南疆中部巴州地区强降水过程,探讨春季强降水天气动力学异同。结果表明:春季强降水发生在副热带西风急流活跃,伊朗副热带高压向北伸展,地面冷锋活动,高低空为急流锋区配置背景中。水汽源地位于东经40°的阿拉伯海—里海附近,沿西方路径进入新疆,在有利风场条件下汇合至巴州地区,高低空急流耦合形成次级垂直环流,干冷空气多方向侵入增强春季降水强度。主要差异在于"4·14"过程是副热带西风急流异常北跳、影响系统西风带短波槽、冷空气西方路径,"5·1"过程则是极锋急流与副热带西风急流汇合、深厚长波槽系统、冷空气西北路径;"4·14"过程是典型急流锋区降水伴有对流性降水,强降水发生时形成两支次级环流圈,3股干冷空气从不同方向向中低层气旋性环流附近汇合激发了另一支低层中尺度次级垂直环流圈的建立;"5·1"过程是典型急流冷锋降水,高空干冷空气在垂直方向向下入侵触发和增强冷锋降水,形成了一支完整强大的次级垂直环流圈造成巴州大范围的系统性降水。     

一次南岭地区早春暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对2019年3月4—5日发生在南岭山脉附近的强降水天气进行综合分析。结果表明:短波槽活跃,低层急流强盛,特别是边界层急流、切变较长时间维持,为这次暴雨过程提供了很好的动力和水汽条件;水汽集中在800 hPa以下,主要是低层和边界层的水汽辐合;偏北气流南下过程中,与南方暖湿气流在南岭山脉地形影响下易形成边界层及地面的中尺度气旋,大尺度切变线、辐合线受山脉阻挡南推缓慢,增加强降水维持时间,气流持续汇集产生辐合,使得水汽通量辐合区位置与南岭山脉的位置、走向一致,降水增幅明显;早春时节的暴雨,一般热力条件差,着重关注水汽及动力条件,特别是出现低空急流和边界层偏南急流时,在有利的地形下易触发中小尺度扰动而出现强降水。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

一次短时强降水过程中的干侵入作用

以2012年7月15日凌晨榆林地区一次短时强降水过程为研究对象,利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示冷涡影响下降水过程中干侵入的特征及其对短时强降水发生、发展的作用机制。结果表明:此次短时强降水过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的黑体亮温高值区与干冷区相对应,干冷区的伸入使得对流云团边缘亮温梯度增大,同时对流云团发展;干侵入与对流层高层的下沉运动、高值位涡以及干冷区相对应,因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在强降水区上空出现了对流不稳定层结,为短时强降水的发生创造了有利的环境条件。另外,此次降水过程水汽条件主要集中在对流层低层,风场辐合带来的短时间水汽辐合为短时强降水集聚了一定的水汽条件。在地面中尺度辐合线的触发作用下,将不稳定层结中包含水汽的气块抬升,从而形成降水。     

河南“7·19”豫北罕见特大暴雨降水特征及极端性分析

2016年7月18-20日受低涡气旋影响,河南省出现了一次全省大范围的强降水过程("7·19"),其中豫北部分地区出现特大暴雨,最大过程雨量达732 mm。本文基于自动气象站降水、地面风场观测资料、雷达组合反射率资料、常规气象探空资料和1°×1°ECMWF再分析资料,对"7·19"过程的降水特征、大尺度环流特征和中尺度系统进行了分析,同时也对比分析了"7·19"过程和1980-2016年以来发生在豫北太行山东麓的71个强降水过程(所选区域至少有一个站点的日降水量大于100 mm)的物理量场特征。结果表明:太行山地形和低涡气旋背景下有利的大尺度环流为"7·19"特大暴雨提供了充沛的水汽和辐合抬升条件;中尺度地形辐合线的生成、发展和维持、多个地面中尺度气旋移动造成的列车效应是导致局地特大暴雨的主要原因,对比不同强降水过程的物理量场显示"7·19"的动力因子具有明显的极端性特征。     

广东西部沿海一次致灾暴雨的中尺度分析

2016年5月28日广东西部沿海发生了一次致灾暴雨过程,该文利用区域自动站、多普勒雷达等常规观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,分析此次降水过程的中尺度天气系统演变特征和维持机制。结果表明:(1)此次暴雨过程发生在季风槽西南急流中,西南急流为暴雨提供了不稳定能量,同时充足的水汽含量、显著的水汽辐合以及达到20×10~(-6)hPa·s~(-2)垂直螺旋度,都有利于强降水系统的生成、发展和维持。(2)分析中尺度对流系统(MCS)表明,MCS(b)和MCS(c)是造成此次降水的主要系统,两者同时生成后,迅速合并和加强,并维持在原地少动。分析雷达资料表明,此次强降水具有明显的后向传播性和列车效应,雷达回波性质是以积状云为主的混合性的降水回波,该类回波具有效率高,时间长等特征。(3)分析区域自动站地面资料特征表明,沿海中尺度辐合线上不断激发新对流云团和辐合线南北两侧较大的温差梯度,对强降水的发生发展提供了较好的抬升触发条件,同时江门和阳江沿海的"喇叭口"地形使得对流加强。     

急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响

利用中尺度数值模式WRF对2020年6月1日的阳江特大暴雨进行模拟和分析。结果表明：WRF的模拟结果很好地再现了该次暴雨的过程。通过控制试验和地形敏感性试验对比，发现将阳江及附近地区的山地移除后，降水区远离阳江地区，发生在粤西北山区。进一步分析表明，边界层急流为这次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素：一方面地形阻挡边界层急流增强相当位温水平梯度，增强对流不稳定性；另一方面，地形对边界层急流的抬升作用增强辐合上升运动产生对流。同时，边界层急流出口区配合低空急流入口区的抽吸作用，导致降水系统发展强盛。     

“苏迪罗”(201513)台风引发浙南特大暴雨成因分析

利用常规气象资料和卫星、雷达、区域自动站等资料和NCEP再分析资料,对2015年"苏迪罗"台风给浙南造成的特大暴雨成因做了初步分析,结果表明,"苏迪罗"影响期间,浙南降水主要是由台风本体螺旋雨带造成,前期局部强降水是由台风外围云系造成,后期降水则由其残留云系引起;温州南部持续强降水是由台风本体的持续强回波导致列车效应而造成的。通过对物理量的分析发现,"苏迪罗"台风水汽主要来自南海和西北太平洋,而强的水汽输送和水汽辐合配合低层强辐合、强上升运动以及中高层的强辐散导致浙南地区暴雨的发生;地形对暴雨的形成有一定的增幅。     

“灿都”影响四川“100722”暴雨天气过程分析

利用地面自动站降雨量资料和NCEP 1°×1°的每6小时再分析资料,从能量、南风脉动、温度平流和地形作用,分析了登陆台风＂灿都＂减弱后其外围偏东南气流向北输送造成四川盆地西部持续暴雨天气过程。结果表明：蒙古高压加强发展,然后与西伸加强的西太平洋副热带高压合并,形成阻塞形势、高空副散流场和西南季风的活跃都有利于南海源源不断的水汽输送到暴雨区辐合上升;暴雨发生在大气不稳定的层结环境中;台风登陆形成南风脉动造成暴雨区风速风向辐合明显,低层暖平流触发MCS发生发展,形成强降水;地形抬升作用加强暖湿气流辐合上升运动,促使暴雨增幅。