低纬高原地区一次强降水过程的中尺度雨团数值模拟研究

利用NCEP FNL 1°×1°逐6 h再分析资料、云南省124个台站逐6 h降水资料,对一次典型川滇切变线暴雨过程的环流特征和不稳定条件进行了诊断分析,研究表明:此次暴雨是在多尺度系统及地形共同影响下产生的,其中切变线停滞在云岭—哀牢山一线是关键。此次暴雨过程的降水量以云岭—哀牢山为界,呈现西南多、东北少的分布。湿位涡MPV分析表明,不稳定条件(对流性不稳定与条件性对称不稳定)的分布、变化与暴雨降水量的分布、变化对应较好。在主要降水时段,强降水区的对流层中低层为对流性不稳定,弱降水区为条件性对称不稳定。不稳定条件的形成、分布、维持均与高空急流引起的次级环流有关。

     

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

闽中南罕见冬季锋前暴雨个例特征分析

利用福建省逐小时加密自动站资料、风廓线、S波段双偏振雷达与雨滴谱等新型探测资料以及NCEP逐6 h的1°×1°大气再分析资料,分析了2017年2月21—22日福建中南部一次预报失败的冬季暴雨过程。结果表明:(1)此次暴雨过程类似于锋前暖区暴雨,自2000年以来仅此一例,十分罕见,是在低空急流偏强并长时间维持的背景下产生的,并未受到南支槽和冷空气的影响。(2)闽中大到暴雨带和闽南暴雨区的对流系统相互独立,有多个对流系统影响闽中地区,仅两个对流系统影响闽南地区。降水有较明显对流特征,属暖云弱对流降水,容易导致预报员对雨强估计不足。(3)此次冬季暴雨过程的水汽主要来自南海地区,低层水汽条件与汛期暴雨相当,但整层水汽条件较汛期略差;低空急流对暖湿气流的输送使暴雨区趋于不稳定,但对流不稳定度较汛期弱。(4)高空辐散低层辐合的配置为冬季暴雨带来了有利的动力抬升条件,但暴雨区涡旋性不强,无明显正涡度柱。其中,闽中大到暴雨主要与条件性对称不稳定有关,是在湿斜压作用下倾斜上升运动中产生,而闽南暴雨区既存在对流不稳定,也存在条件性对称不稳定。     

一次暴雨过程降水强度“双峰”结构成因分析

利用LAPS再分析高分辨率资料,对2008年6月9—11日浙、赣、皖地区一次具有"双峰"结构的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:中低层切变线和低空急流是此次暴雨过程的直接影响系统,为暴雨形成提供了良好的动力抬升机制。暴雨过程中暴雨中心区域水汽一直比较充沛且变化较小。对不稳定机制的分析表明,10日03时降水第一峰值可能是由低层对流不稳定和中层条件性对称不稳定机制的共同作用下形成,而条件性对称不稳定可能是10日09时降水出现第二峰值的主要成因,而绝对动量距平调整,则是条件性对称不稳定形成的可能机制。     

北京“7.21”暴雨的不稳定性及其触发机制分析

本文利用WRF模拟的高分辨率资料对2012年7月21日北京特大暴雨过程的对流不稳定和条件对称不稳定性及其触发和维持机制进行了诊断分析。分析结果表明:(1)在临近暴雨发生时刻及暴雨初期, 大气低层主要以对流不稳定为主, 随后对流触发, 不稳定性减弱, 而低空急流和湿斜压性的增强, 使得条件性对称不稳定加强, 维持和加强了暴雨的不稳定性。(2)分析表明, 在暴雨过程中主要由于较强的水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量异常, 从而导致条件性对称不稳定的产生。(3)本文分别对暴雨发生过程中的对流不稳定与条件对称不稳定的触发机制进行了分析, 主要结论如下:暴雨初期对流性降水阶段, 切变线上有利的垂直上升环境与地形的强迫抬升相互配合, 触发了对流性降水。另外, 北京上空的干冷空气入侵, 也增强了大气的对流不稳定性, 更易触发对流;对称不稳定导致的降水阶段, 主要是由于北京上空冷暖空气的长期对峙, 冷空气逐渐深入到暖湿空气下方, 使得暖湿气团沿冷气团爬升, 从而触发对称不稳定, 造成持续性降水。此次暴雨过程中0900～1300 UTC时刻暴雨增幅的重要原因是0900 UTC北京风向突变, 转为偏东风, 且风速骤增, 北京西北侧的喇叭口状的地形的强迫抬升作用, 与上空750 hPa移来的切变线上的垂直运动相互叠加, 形成中尺度涡旋, 产生了强烈的上升运动, 触发不稳定, 产生大暴雨。     

广西西江流域致洪暴雨过程中尺度特征及机制分析

利用广西逐站逐小时降水量、1°×1°逐小时FY-2C的TBB资料和1°×1°逐6 h NCEP/NCAR再分析资料,应用空间25点平滑滤波方法,分析了2005年6月18~22日西江流域致洪暴雨过程的中尺度特征及其发生、发展的机制。结果表明:这次致洪暴雨过程的降水时空分布不均,具有明显的中尺度特征。雨团集中出现在TBB值的低值中心、低值中心北侧等值线密集的地方以及等值线曲率大的地方。镶嵌于大尺度西南气流中的中尺度涡旋系统在西江流域反复生成,导致对流云团不断生成和加强,是此次暴雨产生的直接原因。暴雨区上空中尺度经向垂直环流圈的存在对中尺度涡旋和对流云团的发生和发展具有促进作用。中低层弱的对流不稳定与强的水平风垂直切变和湿斜压性共存是此次暴雨产生和持续发展的重要机制。     

山西秋季一次极端暴雨过程的异常特征分析

利用山西省109个国家站1960—2019年逐日降水量、2019年9月逐时降水量以及1980—2019年欧洲中期天气预报中心1°×1°逐6 h再分析(ERA5)资料,对2019年9月10—11日山西中南部区域性极端暴雨过程的异常特征及其成因进行分析。结果表明:(1)此次降水过程影响范围大、持续时间长,46站发生极端日降水事件,其中11站日降水量突破9月历史极值。(2)对流层中低层水汽、热力、动力条件均优于1980年以来山西中南部区域性暴雨过程的平均态,不同物理量的标准化距平绝对值(|N|)均达到2.5以上,超过历史相关统计值的上四分位值,尤其是水汽和热力条件表现出一定的极端性。(3)副高位置异常偏西、偏北且强度异常偏强导致中低层水汽和能量输送异常充足,山西中南部地区西边界和南边界的水汽输入对极端降水的发生发展起到重要作用。(4)倾斜上升的西南暖湿气流中存在位势不稳定层,700 hPa暖式切变线和地面冷锋触发对流,回波持续通过暴雨区产生"列车效应";稳定的切变线与异常的低层冷垫提供持续的动力条件,长时间维持异常充沛的水汽和水汽辐合是区域性极端暴雨的主要成因;大范围物理量场异常是导致此次极端降水事件发生的主要因素。     

“8·21”陕西中北部暴雨成因对比及预报偏差分析

运用常规高空观测资料、地面加密观测资料、EC-interim高分辨率(0.25°×0.25°)再分析资料对2018年8月21—22日(简称"8·21")陕西中北部暴雨过程进行综合分析,对模式的降水量预报进行检验,重点对比陕北和关中西部环流条件、水汽条件、能量条件、强降雨的不稳定机制等方面。结果表明:在陕西中部地区交汇的由高原槽带来的冷空气和副热带高压(简称"副高")外围的暖空气,为暴雨提供了有利的环流背景,700 hPa切变线为降雨提供了动力抬升条件,受河西地区西北路冷锋南压,陕北以冷锋后部的稳定性降水为主,而关中为冷锋触发的对流降水。暴雨过程中水汽输送弱,本地水汽含量大,关中西部比湿垂直梯度大,有利于对流增强、雨强增大。暴雨发生前,关中西部中低层存在显著的对流不稳定,对流有效位能(CAPE)较大,弱冷空气触发关中不稳定能量释放,产生对流暴雨,而陕北为中性层结,不稳定能量弱,中低层有条件对称不稳定,其造成较强的斜升气流,产生大到暴雨。冷暖空气交汇在关中产生锋生,是该地区产生对流暴雨的触发机制。模式对于大尺度降水预报偏强,而对于对流降水预报偏弱。     

引起舟曲特大泥石流灾害的"8·8"暴雨过程中尺度特征分析

利用常规气象资料以及FY-2E气象卫星云图、多普勒天气雷达资料和NCEP每6h一次的1°×1°格点资料,采用天气学诊断分析的方法,对2010年8月7—8日出现在甘肃省舟曲县的一次局地突发性致泥石流暴雨进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨是在高空短波槽、东风倒槽、低涡切变线、副热带高压和地面冷空气的共同作用下发生的。对流云团发展生成MCS是暴雨发生的直接原因。对流云降水回波的发展和增强与降水强度的变化有很好的对应关系。来自孟加拉湾和东海的暖湿空气是此次暴雨的主要水汽来源。中低层辐合,高层辐散的配置和垂直涡度的显著增大,为本次暴雨的发生提供了必要的动力条件。暴雨中心位于700 hPa等假相当位温线密集带的西南侧边缘,暴雨是伴随着对流有效位能和大量不稳定能量的有效释放而发生的。倾斜涡度的活跃发展,条件性对称不稳定机制的形成可能是导致此次暴雨发生的主要触发机制。     

垂直-倾斜对流一体化参数化方案的实现及数值试验

在Kuo-Anthes垂直对流参数化方案和Nordeng倾斜对流参数化方案基础上,提出了垂直-倾斜对流一体化参数化方案,并引入MM5模式中.利用该方案对2008年1月28-29日发生在中国南方的一次暴雪过程和2005年"海棠"台风过程进行了数值模拟,模拟结果表明,此次暴雪过程在垂直方向主要表现对流稳定状态,但在对流层低层始终存在条件件对称不稳定层,并且当条件性对称不稳定区向高层发展时,伴随着强上升运动作为触发机制,引发条件性对称不稳定能量的释放,产生更多的对流降水,使模拟的总降水量与实况更加一致.条件性对称不稳定的发展加强与降雪强度、辐合辐散和上升运动变化一致,条件性对称不稳定是造成暴雪发展加强的主要机制之一.通过对"海棠"台风72 h的模拟表明,条件性对称不稳定主要发生在台风的低层,且其水平分布呈螺旋状结构.条件性对称不稳定效应对台风路径影响较小,但对台风强度影响较大,在模式中考虑垂直-倾斜对流一体化参数化方案后,与仅考虑垂直积云对流参数化方案相比,72 h模拟的平均台风中心最低气压降低了3 hPa,最大达8 hPa.在模式中考虑条件性对称不稳定的影响,可使模式台风中上层的暖心结构更加明显,上升运动和对流性降水增强,对流释放的更多凝结潜热使台风得到进一步加强.     

梅雨锋附近的条件性对称稳定度

本文根据二维基本气流的理论,通过实例分析了梅雨锋附近的条件性对称稳定度的分布和演变;它与准地转锋生环流的相互作用;它与锋区垂直结构及大尺度水平环流的关系。发现对流不稳定大气因垂直对流而达到对流中性后,可能由于局地条件性对称不稳定而激发斜对流;如果暖区条件性对称稳定度很弱,准地转锋生环流的上升支也会产生类似对流的强降水带,从而使暴雨在对流稳定的条件下持续。这种条件性对称不稳定和弱稳定性与锋区的垂直结构、大范围水平环流、尤其与200hPa南亚高压及500hPa西太平洋副高脊线的相对位置有关。      

一次四川暴雨过程的非线性对流—对称不稳定分析

以NCEP/NCAR再分析资料和区域加密观测资料为背景场对2004年9月3—5日四川省一次特大致洪暴雨过程进行数值试验。在对降水模拟有较好结果的基础上,用模式大气资料分析了暴雨过程的非线性对流—对称不稳定,结果表明,近地面层条件性不稳定和地形强迫的共同作用触发了对流,而中高层的条件性对称不稳定促进对流的进一步发展,由此引发的深厚湿对流形成了持续大暴雨。     

浙江一次梅雨期暴雨过程中尺度特征及成因分析

利用浙江省逐日降水量资料、自动站雨量及FNL 1°×1°再分析资料对2017年6月19—25日浙江省梅雨期暴雨过程的高低空环流形势和中尺度对流系统及其物理量特征进行了分析和诊断。结果表明:此次暴雨过程为典型的梅雨天气系统背景下低空急流的加强和低层切变线的北抬或南压造成的具有明显的中尺度特征的一次降水过程。强降水分为3个阶段,前两个阶段均发生在低层暖湿空气北抬的过程中:低层切变线北抬过程中,伴随着西南和东南急流增强,使得中尺度辐合抬升运动增强,暴雨过程具有明显的暖区暴雨的中尺度特征。第3个阶段则为冷空气南下过程中:中低层的切变线和急流东移南压,锋区内垂直风切变增大,不稳定能量得以增强,中尺度对流系统沿着锋区不断的产生和发展。     

北京721特大暴雨极端性分析及思考（二）极端性降水成因初探及思考

本文是“北京7.21特大暴雨极端性分析及思考”的第二部分,第一部分“观测分析及思考”对此次过程的降水特点、水汽特点、中尺度对流系统（MCS）的环境场条件和发生发展过程进行了分析,指出这是一次极端降水过程。本文进一步从影响降水的因子：降水效率、水汽、上升运动、持续时间等方面进一步探讨极端性降水的成因,所用资料为业务中常用的模式分析和各种观测资料。分析表明,本次过程为典型华北暴雨环流形势,其中高层气流辐散区与低层低涡切变线的耦合是直接诱因;较高的环境相对湿度和湿层较厚,较低的抬升凝结高度和自由对流高度以及热带降水性质提高了本次过程的降水效率;异常大的水汽含量（可降水量达60－80mm）及与其相关的物理量异常,可作为判断极端降水的重要因子;环境大气具有中下层条件性不稳定,上层湿中性层结特性,CAPE值中等,同时上层干侵入增加了对流不稳定,有利于上升运动发展;低涡切变线及华北地形共同触发了MCS的在暖区生成发展;低涡北跳、MCS后向传播特性使暖区MCS东移速度慢,形成“列车效应”,造成降雨持续时间长。本文最后探讨了极端降水的预报思路。     

2010年7月7—15日湖北省持续性暴雨分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、地面自动站降水实况资料以及卫星云图资料和雷达组合反射率因子资料等,从环流背景、形成机理、雷达回波与卫星云图特征等方面,对2010 年7 月7—15 日湖北省持续性暴雨进行综合分析。结果表明: 中高纬度不断有短波槽东移,副热带高压和中低层切变线稳定维持,低空西南急流发展强盛,是持续性暴雨发生的有利大尺度环流背景;在中尺度回波团或回波带及中尺度对流云团的影响下产生暴雨;中尺度对流回波或云团一般发生在多个天气尺度系统的汇合处,对暴雨预报有一定的指示意义;水汽辐合贯穿整个降水过程,在低层出现强湿度中心时,对应强降水发生;中尺度对流系统表现在整个对流层为上升运动,暴雨区位于CAPE 值梯度不断加大的密集带中,低层θse 锋区不断增强为对流性强降水发生提供了有利的不稳定条件。     

黔东南一次区域性强降水的诊断分析

利用常规资料、自动站降水资料及NCEP/NCAR再分析资料(水平分辨率为1°×1°)等对2015年6月7—8日发生在黔东南州一次强降水过程进行诊断分析,结果表明:此次强降水的环流背景为副高西伸北抬,内蒙冷涡发展强盛,高原低值系统活跃,不断引导冷空气南下;700 h Pa与850 h Pa上西南急流加强并维持,低层风速风向辐合,为暴雨提供了水汽和动力条件;在降水发生前期,CAPE较大,不稳定能量明显积蓄,降水产生及雨势减弱停止时,CAPE迅速释放,强降水落区位于地面辐合线与850 h Pa切变线之间;雷达资料显示对流回波长时间维持并发展,"列车效应"显著。     

大气层结对流稳定条件下一次区域性暴雨的成因

利用常规气象观测资料、地面逐时降雨量、物理量场和雷达、卫星云图资料,对2011年9月5-6日陕西中部一次区域性暴雨的成因进行了综合分析,结果表明:这次区域性暴雨出现在连阴雨当中,覆盖了陕西中部和南部地区,具有降水强度弱、持续时间长、局地性不强的特点,属于稳定性降水。强降水是在大气层结对流稳定的条件下产生的,低层对流有效位能和高架的CAPE都是0 J·kg-1;分析条件性对称不稳定条件发现降水前期的垂直运动来自于锋面强迫以及锋面上的条件性对称不稳定,后期的垂直运动主要来自于锋面强迫。低层东路冷空气不仅起到冷垫的抬升作用,还增强了大气低层锋区和大气的斜压性,有利于暴雨的产生;卫星云图、雷达回波证实强降水主要是弱对流云带或层状云造成的;低层充沛的水汽条件、较强的锋区和水汽辐合是此类暴雨产生的主要原因。     

湘中一次低涡切变暴雨过程诊断分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h 再分析资料、FY-2E 静止卫星红外云图反演的逐时TBB 资料及长沙多普勒天气雷达产品,对2011 年6 月10 日由低涡切变系统引发的湘中区域暴雨进行诊断分析。结果表明: 湘中暴雨发生在高空低槽与中低层低涡相配合的环流背景下,暴雨中心具有低层正涡度(辐合)、高层负涡度(辐散)的垂直结构;此次湘中暴雨过程强降水的出现与TBB 最低值并不同步,而是落后于TBB 最低值1～3 h,强降水区主要出现在云团后侧TBB 梯度较大区域内;该暴雨回波为典型的混合性降水回波,逆风区移过的地区对应强降水区,逆风区出现后的半个小时内为强降水时段,逆风区消失后降水明显减弱,中层弱冷空气增加了暴雨区对流性不稳定。     

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时T_BB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。