夜间中尺度对流复合形成前环境条件的演变

１９８５年６月１４日，在中部风暴试验俄克拉何马－堪萨斯初步区域试验（ＰＲＥ－ＳＴＯＲＭ）外场阶段生成了一个很强的夜间中尺度对流复合体（ＭＣＣ）。它出现在美国气候上中部暖季降水夜间最大中心附近。本文应用专门的无线电深空测风资料和地面中尺度站网资料研究了支持ＭＣＣ生成的环境条件在夜间如何演变的。这里所研究的ＭＣＣ是一个ＭＣＣ系列中的第４个，是在准静止地面锋以北１００－３００公里处向东方向传播的三个ＭＣ     

一次由低涡东移引发的中尺度对流复合体生成环境分析

用常规天气图、云图资料及ＬＡＦＳ、ＭＭ４客观分析资料，对１９９３年８月４日傍晚到夜间生成于鲁西南地区的一个由低涡引发的中尺度对流复合本的环境条件进行了诊断分析。结果表明，这个中尺度对流复合体产生于副热带高压北侧的西风带高脊后部、低层低涡前部的地面东西向弱静止锋附近。产生前，其环境大气已处于极端不稳定状态下。低空偏南急流不断将暖湿气流输送到处于对流不稳定区内的静止锋上，被强迫抬升激发出的中β对流云团，在低涡前部合并加强，最终导致了中尺度对流复合体的生成。     

一条弱静止锋上对流系统发生过程的中尺度特征

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2010年6月8—9日广西境内一条弱准静止锋上的2个中尺度对流系统发生发展过程,分析地面中尺度变压场、温度场、湿度场、流场、卫星云图和雷达回波等的中尺度系统的配置和特征。研究表明:(1) 当弱冷空气以扩散方式南下,准静止锋移入桂北后锋生加强,暖湿空气在准静止锋前中尺度负变压槽中辐合,湿舌从北部湾伸到辐合区内;(2) 准静止锋在桂中与湿舌相遇,锋面抬升触发深对流形成了第1个中尺度对流系统;(3) 随着“滇东南-桂西”低空低涡的发展,低涡东侧气流变化致使“北部湾-桂中”湿舌转向为“北部湾-桂西”,准静止锋在桂西与湿舌相遇触发了第2个中尺度对流系统。(4) 2个中尺度对流系统都是锋面抬升暖湿空气触发深对流而形成的,触发机制相同;(5) 2个中尺度对流系统都是在中尺度负变压槽中发生,中尺度负变压槽的形成或加强超前于中尺度对流系统发生约2～3小时。最后,给出了中尺度对流系统发生过程的概念模型。      

鲁中生成中尺度对流复合体的环境条件分析

结合１９９６年７月３０日鲁中地区中尺度对流复合体的诊断分析，对盛夏鲁中生成ＭＣＣ的条件，进行了分析探讨。指出；鲁中ＭＣＣ产生在西太平洋热带高压西北部边缘潜在不稳定区内的东西向切变，静止锋附近。低空暖湿的偏南气流，在静止锋上被强迫抬升，引起中尺度对流云图不断新生，合并，是ＭＣＣ生成的主要机制之一。     

南岭准静止锋附近加热场特征及其对锋面维持的作用

利用锋面客观分析资料计算分析了南岭准静止锋锋面附近加热场的分布特征及非绝热加热锋生（以下简称加热锋生）对锋面维持和锋面移动的作用。结果表明:大尺度凝结加热主要分布在锋区附近，在经向剖面上呈带状分布，并反映锋面结构的中尺度特征。加热的锋生作用不仅对锋面形成和维持是重要的，而且对锋面的移动与准静止也有重要作用。分析还表明，凝结加热的锋生作用不利于南岭静止锋水平稳定层的维持。     

一股高原南下弱冷空气触发准静止锋对流过程分析

利用卫星和自动站等非常规观测资料,通过对指示性特征云系追踪分析,进行弱冷空气活动的中、远距离检测,用地面中尺度变压场的演变特征对弱冷空气进行近距离检测,构成了弱冷空气活动的无缝检测,分析2011年6月7日一股弱冷空气从青藏高原南下入侵广西致使锋生加强和对流发生发展过程。研究表明:（1） 青藏高原小槽后的弱冷空气移过高原后,经云贵高原南下入侵广西,使广西境内原处于锋消减弱的准静止锋锋生加强,触发锋面对流而产生强降雨;（2） 暖湿空气在准静止锋前堆积形成中尺度负变压区,弱冷空气入侵后准静止锋锋生加强南移,锋面抬升中尺度负变压区中的暖湿空气触发对流运动,是一种锋面抬升触发对流机制;（3） 弱冷空气无缝检测方法具有提前时效、以及中尺度负变压区形成超前于对流发生约3 h是这次强降雨过程的一个明显特征。      

一次华南低空急流暴雨的数值模拟

利用中尺度数值模式ＭＭ４对一次无明显锋面系统配合的α－尺度华南低空急流引起的暴雨过程进行了模拟。结果表明，ＭＭ４可利用ＥＣＭＷＦ的大尺度资料成功地模拟此次过程，而利用模式输出的连续高分辨的结果，可以做大量的分析工作；在缺少高分辨中尺度实测资料的情况下探讨低空急流的结构，机制及它与暴雨的关系等问题提供了很好的可借鉴的方法。     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

经向切变线暴雨落区分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对有静止锋和无锋面的两类经向切变线的暴雨落区从地面形势、高低空系统配置及冷暖空气的相互作用等方面进行精细分析,补充完善低涡、切变线类天气系统暴雨落区位于低涡东南象限的一般概念模型,以满足精细化预报的需求.结果表明:有地面静止锋配合和无锋面的两类经向切变线,在空间结构上有显著差异.由于有静止锋配合的切变线系统具有锋面结构,锋面抬升作用显著,暴雨的第一落区位于地面倒槽顶端;其次,由于冷暖空气相互作用阶段不同,在地面中尺度气旋发展成熟阶段,由于干空气侵入暖湿输送带上空,在静止锋前暖区中,出现暴雨第二落区.在无锋面配合的经向切变线过程中,地面不存在南北风交替的锋面系统,除了低涡东南象限较强的水汽辐合造成的暴雨区,850 hPaθe高值区、高比湿舌和弱水汽辐合重合的区域,由于潜在对流不稳定造成另一个暴雨区,且不需低空急流存在.     

利用SAWYER-ELIASSEN次级方程对两支雨带的诊断

利用中尺度模式（ Ｍ Ｍ４）模拟的 １９８１ 年 ６ 月 ２７ 日江淮地区梅雨锋暴雨过程的高分辨率资料,使用 Ｓａｗ ｙｅｒ Ｅｌｉａｓｓｅｎ 次级方程,对与雨带相联系的中尺度结构进行了诊断分析。通过模式输出资料进行数值求解,揭示了急流锋生在两支雨带形成和维持中的特殊贡献。分析表明,高、低空急流耦合产生急流锋生环流,锋生环流有利于两支雨带的形成。     

一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层特征的观测分析

对STORM-FESTIOP17一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层结构演变及特征进行了分析。发现：暖湿空气沿锋面抬升凝结成云，产生降水过程中释放的大量潜热显著增加锋两侧的水平温度差异，产生锋生。与锋生相伴，在锋前产生低空急流和高空急流。当锋生至最强时，锋两侧温差可达20K，锋前低空急流开始减弱，锋后低空急流增强，锋后冷平流开始主导锋两侧的环流系统。该冷平流削弱锋两侧的温度水平梯度，产生锋消作用。对这次锋面斜压对流边界层的湍流特征分析表明：在边界层之上切应力wv明显增大；湍能收支分析表明在边界层之上的风切变产生项很强，即大尺度天气系统有利于斜压对流边界层的发展，边界层内各量充分混合。这次冬季锋面暴风雪天气过程，冷锋前的低空南风急流从墨西哥湾携带来的充足水汽及锋区边界层大气的强斜压性是其产生的关键因子：冷锋过后，大尺度高空急流的作用更有利于对流边界层的充分发展。     

昆明准静止锋结构

利用常规探空资料，　选取１９９３－１９９５年冬、　春季节中１０个昆明准静止锋典型个例作了合成计算，　分析了昆明准静止锋的结构。研究结果表明，　锋面呈准南北向，　平均位于１０３．５°～１０４°Ｅ附近，　垂直高度约７００　ｈＰａ。受云贵高原阻挡作用的影响，　昆明准静止锋低层的温度场、　湿度场和风场等的结构与一般冷锋有明显差异。     

中尺度系统与台风降水增幅的关系

利用１９９０年ＳＰＥＣＴＲＵＭ试验加密观测资料，分析了９０１２（ＹＡＮＣＹ）台风降水增幅的成因，台风造成的区域降水６４％为强降水率降水，其时间变化与台风位置的南北振荡有关。中－α尺度暴雨区与台风西侧的东北风急流以及台风倒槽相联系。中－β尺度暴雨区与地面强东风区、东风气流的扰动、中尺度辐合区、中尺度气旋、中尺度锋区和中尺度锋生区密切相关。     

两次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了两次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气被地形阻挡时,锋面的移动缓慢,此时锋区最为明显。当锋面维持在地形东侧时,风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区,描述的锋面位置几乎相同。两次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700hPa附近,且水平风场也均为600hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,两次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

2次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了2次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气受地形的阻挡,锋面移动缓慢,锋区最为明显。此时锋面位置位于风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区所处的位置。2次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700 hPa附近,且水平风场也均为600 hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,2次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

西北东部半干旱区一次极端特大暴雨的触发和维持机制

2022年7月15日地处西北东部半干旱区的甘肃庆阳出现特大暴雨,多站日雨量和小时雨量均突破历史极值,利用多源观测资料和ERA5再分析资料,针对这次特大暴雨过程形成机制进行分析。结果表明,本次过程是发生在黄土高原复杂地形下弱天气尺度斜压强迫、弱不稳定能量及深厚湿层背景下的暖区暴雨,局地性强、强降水持续时间长;南亚高压、副热带高压及低层气压系统上下叠加的环流形势配置有利于中尺度对流系统发生发展;地面辐合线和偏南低空急流触发对流系统初生、发展,低空急流的发展和长时间维持使地面辐合线不断加强,同时急流左侧（暴雨区）与其出口区和入口区右侧形成的稳定次级环流是对流系统维持的关键,而凝结潜热释放引发的局地锋生、低层正涡度发展则是对流系统发展维持的另一重要因素,同时也是大气不稳定度维持的重要原因。中尺度对流系统呈现深厚低质心、准静止特征,雷达回波具有后向传播和列车效应特征。     

鲁西北中尺度对流复合体环境场特征

通过对鲁西北一次典型的中尺度对流复合体（ＭＣＣ）环境物理量场特征分析,从一个侧面揭示了鲁西北ＭＣＣ生成、发展的环境条件。结果表明：ＭＣＣ发生在副高西北侧深厚的高能级、准饱和、潜在不稳定的气层中,５００ｈＰａ东移的中支短波槽是ＭＣＣ的触发系统;高、低空急流和低层辐合流场对ＭＣＣ的生成和发展具有重要的作用。     

梅雨锋暴雨的Doppler雷达观测研究:中尺度对流回波系统的结构和特征

详细分析了１９９１年７月９日发生在江淮地区的一次梅雨锋大暴雨过程,研究了梅雨锋中尺度对流回波系统的形态、结构以及与它相伴随的中尺度天气系统,提出了梅雨锋内弱的低层辐合下暴雨对流回波的中尺度回波增强区（ＭＥＥＲ）概念,并与台湾地区中尺度试验（ＴＡＭＥＸ）中的梅雨锋暴雨研究结果作了比较     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。