“8·31”广东极端强降水过程边界层触发条件分析

利用CFSR再分析资料、Micaps实况以及区域自动站等资料,对2018年8月30—31日广东惠州惠东-汕尾陆河附近出现的一次极端强降水过程进行边界层触发条件分析。结果表明:在具备华南暴雨发生发展必要条件的背景下,强盛西南季风脉冲,季风低压缓慢移动造成西南-偏南气流长时间维持;边界层中尺度能量锋和辐合区的演变激发了季风气流中不稳定能量释放,以及向西南开口的"U"型山谷和迎风坡产生的气流抬升辐合,暴雨雨团遇到莲花山主峰时发生移速减慢停滞,雨强加大,在沿山脉-高潭附近的低地峡谷一带形成明显的"列车效应",致使惠东高潭过程累积和24 h降水量均刷新历史记录。     

惠东高潭三次极端强降水过程成因对比分析

基于ECMWF的ERA-Interim全球大气再分析资料、MICAPS实况数据和广东省气象观测资料,对比分析了广东惠东高潭1979年、2013年和2018年的三次极端强降水过程的成因。结果表明:造成高潭极端强降水的影响系统有台风本体环流、登陆后的台风残余环流、季风低压外围环流等,其中2018年季风低压影响过程降水量最大;不同过程对流层低层强迫暖湿气流辐合抬升方式不同,分别为冷暖气流相互作用、西南季风和偏南季风地交汇、季风涌、边界层急流等;各过程中伴随的低空西南气流和偏南气流的风速大小差异明显,2013年台风残余环流影响时低空西南(偏南)风风速最大。相同点有:影响天气系统移动缓慢,并长时间维持,为极端强降水的发生发展和维持提供有利的动力条件;西南(偏南)季风、边界层急流或西南气流源源不断的水汽输送,为极端强降水的发展和维持提供了充足的水汽条件,同时低空暖湿气流的输送使得暴雨区大气层结不稳定状态长时间维持,利于持续性强降水的发展。研究结论可为今后高潭及其附近地区极端强降水的预报和决策服务提供理论支撑。      

2020年“8.11”四川芦山极端强降水特征及成因分析

利用地面观测降水、FY2G卫星云图、多普勒雷达数据和ERA-interim再分析资料,对2020年8月11日雅安芦山极端强降水的动力、热力、水汽输送等异常特征进行分析,探究了此次极端强降水的成因,并构建了强降水概念模型。结果表明：此次极端强降水发生在南亚高压脊线北抬、高原低槽东移加强的过程中,具有累计雨量大、突发性强、集中度高等极端性特征,槽前强盛的正涡度平流造成深厚的上升运动,边界层侵入弱冷空气和深厚的湿对流,致使降水效率偏高且强度偏大。边界层辐合线在高温高湿的环境中触发强不稳定能量,中尺度对流系统在弱的环境风条件下稳定少动,芦山上游对流单体“列车效应”导致强辐合的稳定维持,以及对流层中低层偏东风与山脉正交产生的地形增幅作用,共同导致了此次远超历史极值的极端强降水发生发展。     

一次由“列车效应”引发的梅雨锋暴雨研究

利用Micaps软件系统、多普勒雷达和NCEP 1°×1°再分析等资料,对2011年6月14日江西北部地区一次超历史极值的短时强降水过程的天气尺度系统和中小尺度系统及其两者关系进行了分析。结果表明,南支槽移动缓慢、中层干冷空气入侵、强盛的西南急流、高低空急流耦合及地面辐合线维持是造成此次极端降水的主要影响系统。反射率因子表现为低质心、垂直发展旺盛、高效率的强回波连续经过同一地区;同时,回波具有明显的后向传播特征和热带降水回波特点;径向速度表现出锋面过境特征,"牛眼"结构表明了低空西南气流较强。当暖湿急流输送方向与地面辐合线平行时,孟加拉湾的水汽被低槽前西南气流源源不断地输送到辐合线上空,使辐合线稳定、维持或发展。干冷气流入侵有利于对流单体的产生;大风速区和辐合区的发展有利于中小尺度对流单体及其次级垂直环流的维持、发展,且这些次级环流规则排列,从而"列车效应"得以维持。有组织的多单体风暴活动、地面静止锋及其附近多条中尺度地面辐合线长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因;降水回波处于东北—西南向的高能舌北侧移动,江西东北部特殊的地形作用促使"列车效应"形成和维持。     

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暖区强降水过程中地形的重要作用, 为今后该区域防灾减灾提供气象理论支撑。      

一次由“列车效应”造成的致洪暴雨分析研究

2010年6月25日在粤东南部地区发生了超历史纪录的强降水过程。利用MICAPS 3.1软件系统、多普勒雷达及中尺度地面自动加密观测站等资料进行分析表明：深厚的高空冷涡位置偏南,移动缓慢是造成此次极端降水的直接影响系统。有组织排列的多单体风暴活动、地面准静止锋及其前方锋前暖区内出现的中尺度辐合长时间维持,是形成＂列车效应（Train Effect）＂的主要原因,降水回波沿东北—西南向排列的地面总能量中心移动,特殊的地形作用促使＂列车效应＂形成。反射率因子图上显示强降水回波具有低质心结构且垂直发展旺盛,具有＂牛眼＂结构特征的速度图上表明了强盛的低空西南急流存在。由于＂大风核＂存在,造成中小尺度次级垂直环流,并且这些次级环流有规则的排列,这可能是＂列车效应＂形成和维持的主要原因。在上述研究基础上提出了此次＂列车效应＂暴雨模式。     

“12.7.21”西南涡极端强降雨的成因分析

利用常规观测资料、ECMWF分析场、区域自动站、多普勒雷达及SWAN系统产品等资料对2012年7月21日西南涡暴雨过程及盘龙极端强降雨进行分析。分析发现：此次过程是“北槽南涡”形势下,地面冷空气触发西南涡其东侧辐合上升运动强烈发展,高层强辐散,因而产生了对流性暴雨天气过程;冷空气从西侧侵入西南涡是925 hPa “S”形冷锋形成的直接原因,也是地面辐合线形成的重要因素;极端短时强降雨就发生在西南涡东侧中尺度雨带的中部偏北区域,有地面辐合线相配合,降雨最强时MCC冷云中心TBB达最低值。雷达回波表明：西南涡两侧冷暖空气的交绥促进了β中尺度气旋式环流的形成;偏南风低空急流为强降雨提供了充足的水汽,增强了中低层的垂直风切变,有利于强降水超级单体风暴的发展和维持;盘龙的极端短时强降雨是β中尺度气旋式环流中,伴随有深厚中气旋的强降水超级单体风暴在环流中心附近持续发展的结果。     

一次梅雨锋附近“列车效应”致灾大暴雨过程观测分析

2016年7月6日在武汉发生了一次造成城市严重内涝的暴雨过程。本文利用多普勒天气雷达、逐小时地面加密观测资料和EC 0.25°×0.25°细网格模式数据,对这次梅雨锋附近极端暴雨的降水特征、中尺度对流系统演变和暴雨成因等进行了细致分析,结果表明:(1)本次大暴雨是在典型梅雨期环流形势下发生的,副热带高压西北侧的高温、高湿区配合江淮切变线稳定少动,暴雨则出现在西南低空急流风速辐合区,925 hPa西南低空气流的进退有利于东北路冷空气南下,这与雨带的落区和维持有密切联系。(2)梅雨锋狭长雨带上的降水量分布呈现不均匀性,强暴雨主要集中在几个中心,降水中心的分布与梅雨锋附近低层风场扰动有关,梅雨锋雨带上产生大暴雨是一个典型的中尺度对流系统(MCS),沿着西南一东北走向的引导气流移动,湖北特殊地形促使"列车效应"进一步加强。(3)列车线主要由江淮切变线或边界层辐合线附近的中尺度系统扰动形成,地面中尺度气旋性辐合及低空西南急流长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因。(4)MCS在雷达回波上有三个明显特征,第一个是MCS在雷达回波形态上属于带状对流,由层状云和列车线共同组成,雨带与西南气流走向一致;第二特征是层状云和列车线移动方向几乎一致,MCS移动方向与列车线走向平行,垂直于列车线的分量很小;第三个是对流单体在列车线上游新生、加强,并向下游移动,对流单体的传播方向和列车线方向相反。(5)西南急流向近地面扩展、"牛眼"结构及风随高度顺转等中尺度系统,促使近地面扰动加强,诱发强降水。     

豫北一次强降水过程的多尺度诊断

2013年7月8日河南濮阳发生强降水天气,利用常规天气观测资料、NECP再分析资料、地面自动站加密资料、卫星云图和天气雷达产品,诊断此次强降水过程产生的原因及中尺度特征。分析表明:(1)此过程属切变线暴雨过程,高空低槽东移、副热带高压加强北上、西南暖湿气流加强、中低层切变线和地面倒槽发展是强降水过程的环流特征。强降水发生在大气层结不稳定区域,低层水汽充沛,有低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。降水中心位于中低层"人"字型切变顶端右侧暖切变线附近、地面倒槽顶端冷暖空气气旋性辐合最强区域;(2)沿倒槽辐合线强烈发展的β中尺度的对流云团东北移与濮阳周围发展的对流云团合并加强,形成较强的中α尺度的对流系统(MCS),对流性强降水落区处于MCS的前端对流发展旺盛区及附近,此处云顶亮温(TBB)值达到最低(203 K);(3)多普勒雷达回波图上,多条中尺度回波短带汇合加强,形成"人"字型带状回波北抬,与濮阳附近发展的对流回波合并加强,强回波在濮阳当地打转滞留,造成强降水;径向速度图上,低层较大的东南风入流和中层大范围强盛的西南风入流在雷达站周围形成中小尺度的强旋转辐合风场,使对流上升运动增强,造成极端对流性强降水。同时此处也是地面中小尺度的气旋性辐合处。     

2012年“6.4”广西沿海季风槽暴雨分析

利用常规气象资料和卫星云图、雷达、自动站等非常规资料,采用中尺度诊断分析方法,对2012年6月4日广西沿海大暴雨过程进行分析,表明这次过程是在超强台风"玛哇"折向东北移动,牵动季风槽北抬背景下发生的,分析表明:(1)季风云团沿地面中尺度辐合线向偏北方向移动,造成沿线强降水;(2)MCC北移过程中,出现逆风区,与大暴雨落区吻合;(3)"列车效应"是造成持续强降水的主要原因;(4)沿海迎风坡地形作用也是大暴雨发生的重要原因之一。     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

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。     

“5·7”闽南沿海暖区特大暴雨中尺度特征分析

利用双偏振多普勒雷达、风廓线雷达、雨滴谱仪等新型探测资料以及双雷达风场反演资料、地面加密自动观测站资料与FNL再分析资料,分析了2018年5月7日闽南沿海一次暖区特大暴雨过程的中尺度特征。结果表明:此次特大暴雨发生在强盛的超低空西南急流区内;超低空急流具有明显的脉动特征,其突然增强引起低空扰动加强,造成明显的低层辐合;深厚的西南急流导致对流回波形态与回波移动方向高度一致,使得多个强降水对流系统接连经过同一区域,形成列车效应,这是强降水长时间维持的重要原因;强降水对流回波带中,水平方向存在风向、风速双重辐合,垂直方向上存在明显的波状运动,上升运动位于强回波前部,使其不断向东北方向移动,同时在强降水对流回波带东南侧存在明显的补偿性次级环流,使低层辐合和上升运动得以维持;高浓度的小雨滴与大雨滴并存是此次暖区强降水云微物理的重要特征。     

山东一次区域性暴雨中尺度特征分析

利用常规资料、地面自动站资料、FY2C卫星云图TBB和多普勒天气雷达资料,对2009年5月9—10日发生在山东的春季区域性暴雨进行分析和研究。结果表明:①强降水是在低层冷空气和深厚西南暖湿气流交汇的过程中产生的,副高异常偏强,制约850～700hPa切变线和地面辐合线停滞少动,产生较长时间的降水。②地面辐合线的形成和维持激发了边界层的辐合上升运动,为暴雨区提供了充足的水汽,冷空气从边界层楔入,与暖湿气流汇合并抬升暖湿气流辐合上升,使上升运动加强,降水增幅。③中尺度对流系统是造成暴雨的主要中尺度系统,多个单体更迭并移经同一区域,形成"列车效应"而产生区域性暴雨。④雷达径向速度图中逆风区和不同高度(超)低空急流的大小对短时强降水预报有一定的指示意义。     

广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1?056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、日本气象厅谱模式（JMA）和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统（CMA-GD）,都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明：对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)-1,集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨（≥150 mm）概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较 “好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。     

强西南季风背景下1311号台风“尤特”的暴雨特征分析

通过对比多年5—9月逐日平均和1311号台风"尤特"登陆期间逐日平均的西南风分量,分析了"尤特"登陆期间的西南季风强度变化特征,同时还分析了"尤特"登陆期间的环流特征和强西南季风背景下暴雨区的水汽条件、热力条件和动力条件。结果表明:(1)此次持续性暴雨过程的逐日西南风分量明显大于多年平均值且维持时间长;(2)"尤特"东南部有低空急流长时间存在,使得水汽源源不断地输入到"尤特"环流中,同时该次过程强降水区域的850 h Pa假相当位温长时间维持在350K以上;(3)此次过程中同一个降水中心在台风外围环流影响和西南季风辐合影响下,其强上升速度区高度明显不同。     

“0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析

利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、地面自动监测站以及FY-4A卫星、多普勒雷达、激光雨滴谱仪等精细化监测资料,对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明：（1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水;高空急流入口区右侧强辐散、低空急流出口区风速辐合、低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件;低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送,整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件;500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、地面干线所围成的不规则四边形区域,且与500 hPa T-Td≤4℃、 700 hPa T-Td≤3℃、 850 hPa T-Td≤2℃、 Ki指数≥38℃、 Si指数≤-1℃所控制的区域相重叠,在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区,即在地面干线和地面中尺度切变线0～30 km范围内极端降水量最大。（...     

浙江北部一次短时大暴雨的中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料和GFS 0.5°×0.5°逐6h的分析场数据以及多普勒雷达、风云卫星资料,对2013年6月24日浙江北部一次短时大暴雨天气过程的特征及其成因进行了中尺度分析,结果表明:受西太平洋副热带高压西北部边缘的暖湿西南气流和850hPa暖切的共同影响,引发了浙江北部的短时大暴雨天气。在有利的大尺度环境场和物理量场配合下,当低层925hPa的中尺度辐合线和对流层中层700hPa的垂直上升运动区相重合时,中尺度辐合线附近会产生强对流,这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。此次暴雨过程与中尺度辐合线密切相关,中尺度辐合线是由偏东风和东北风辐合而成,该辐合线先于降水存在,而且从地面一直伸展到对流层中层,之后触发了浙北地区的短时大暴雨天气,强降水区域和强回波带落在中尺度辐合线附近区域。     

非常规探测资料在江西一次暖区暴雨过程分析中的应用

综合运用风廓线雷达等多种非常规探测资料,对江西省2013年6月29日暖区大暴雨进行分析,并对比6月28日锋面暴雨,归纳总结短时大暴雨发生的一些前兆信号及可用指标。结果表明:1)风廓线雷达能直观反映暴雨区附近中小尺度扰动、近地面弱冷空气入侵、急流脉动发展等特征,1.5—4 km高度层出现16 m/s以上急流对暖区暴雨发生有利,对强降水的发生有1—3 h提前指示作用。2)0.5—1.5 km高度层正的风垂直切变带对应降水发生发展,正速度带中大于4 m/s风速切变对应下游降水加强。3)PWV值在强降水发生前常出现持续上升或波浪上升。PWV值达到65 mm且维持较长时间,同时配合动力触发条件,有利于强降水的发生;PWV值低于60 mm并持续性下降,对应降水趋于减弱停止;强降水落区出现在湿舌前端的PWV等值线密集区内。4)此次强降水主要发生在TBB小于-40℃区域前端的等值线密集区和地面辐合线附近,且地面辐合线的强度、移向与新生单体的发展密切相关;强回波不断在地面辐合线附近合并加强形成"列车效应",雷达回波上逆风区、急流核、速度对等特征的出现有利于强降水的维持。     

2010年“6.15”闽西大暴雨过程中尺度特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、新一代天气雷达以及区域自动站资料,分析2010年6月15日福建省龙岩市一次大暴雨过程中尺度特征。结果表明:此次降水过程是在高空槽东移,低层强劲西南急流背景下产生的,主要强降水发生在低空切变线右前侧和低空西南急流出口左侧;此次过程暴雨落区位于层结不稳定的湿区中(θse≥348K),低层辐合、高层辐散明显;雷达回波分析表明,西南急流加强(减弱)对强降水的发生(减弱)有较强的指示作用。对于其中的五个中尺度雨团,在雷达回波上表现为中高空有冷平流入侵,中低层的中尺度辐合、中尺度风切变、西南急流以及逆风区。地面流场中的中尺度辐合线,对未来强降水落区有一定的预报提前量。