2015年肇庆开汛暴雨环境条件和雷达风廓线产品特征分析

利用常规观测资料、Micaps资料、NCEP 1°×1°再分析资料和雷达风廓线资料,对2015年肇庆市开汛暴雨过程的环境条件及雷达风廓线产品特征进行分析。结果表明:暴雨发生在200 h Pa高空气流分流区、700 h Pa显著西南气流前方、850 h Pa切变线以南风速辐合区、925 h Pa风场辐合区和地面锋面低槽的重叠区域。暴雨发生前伴随着CAPE值激增,在大气层结极不稳定条件下,西南暖湿气流北上在广东中部地区辐合汇聚,为暴雨提供大量水汽和不稳定能量。暴雨过程低层气旋式涡度和高层反气旋式涡度使得低层辐合和高层辐散更加深厚,进一步增强上升运动。暴雨期间雷达风廓线资料直观地显示了中小尺度系统引起的风场变化,中层波动对应过程中的几个强降水时段。当上空处于中层西风波动槽前时,西南暖湿气流层次深厚,降水加强;当6 km以上高度西北气流向下发展时,降水处于减弱阶段。     

2009年5月9—10日华北南部强降水天气分析

应用常规天气图、地面加密降水观测资料、探空资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2009年5月9—10日华北南部大范围持续性强降水天气过程进行分析研究。结果表明,强降水是在冷空气与西南暖湿气流交汇的过程中产生的。500 hPa为槽前西南气流,850～700 hPa为东北—西南向切变线,地面冷锋转变为静止锋,之后生成弱的气旋波向东南方向移动消失。大气高温高湿,中层为弱的对流不稳定和对称不稳定。冷空气从底层锲入,一方面与暖湿气流汇合产生辐合上升,另一方面抬升暖湿气流,使上升运动加强,降水增幅。中高层空气暖湿,0℃层较高,以强降水天气为主,伴有雷电。由于暖湿气流较强,冷空气在南下过程中逐渐减弱,速度减慢,冷暖空气在黄河下游长时间对峙,强降水持续时间长。     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16-17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟.模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展.当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合.对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因.最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图.     

2003年7月8～9日江淮流域暴雨过程中涡旋的结构特征分析

2003年淮河流域梅雨期 (6月29日～7月11日) 的强降水过程有三次: 6月29日～7月1日、 7月3～5日及7月8～11日。本文对7月8日12时～9日12时期间湖南、 安徽和江苏发生的强降水过程的中尺度数值模式MM5的输出资料进行了诊断分析。分析结果表明: 除大尺度系统的配置有利于此次降水的发生以外, 此次降水主要发生在由西南及偏南暖湿气流与偏北气流辐合形成的梅雨锋切变线上, 切变线上辐合中心处生成并发展的两个中尺度低涡是造成降水的直接系统。低空西南风急流形成了从孟加拉湾、 南海至华东地区的强水汽输送带以及湖南、 安徽和江苏的水汽辐合中心, 为暴雨创造了十分有利的水汽条件。在低层切变线的辐合中心处有两个低涡分别生成或发展, 并沿切变线向东北方向移动, 这两个低涡生成的位置是低空急流左前侧急流达到极值的区域 (也是正涡度中心区), 其生成可能与低空急流的加强有关。在低涡附近, 低层水汽辐合较强, 且对流层中低层形成了强正涡度中心和强散度中心相耦合的动力结构, 并有强上升运动维持, 使得低层辐合的水汽被抬升到对流层高层, 有利于暴雨的发生。     

春季中国西南降水与青藏高原及周边非绝热加热之间的关系

基于气象观测资料和再分析资料,从西南地区降水年际变化规律入手,运用统计学方法从时空角度分析了与其相伴随的环流型和非绝热加热的关联。结果表明,当西南地区降水偏多时,东西向异常气旋、反气旋分别位于我国长江以南地区上空以及青藏高原西南侧上空对流层中、高层,西南地区对流层高层被异常偏北风控制,低层被异常偏南风控制,中层伴有较强的异常垂直上升运动,且与异常非绝热加热源区基本重合,而青藏高原西南侧上空对流层中层为异常的垂直下沉运动,且与异常非绝热加热汇区基本重合;反之亦然。在此基础上进一步运用气候动力学方法揭示了导致西南降水异常的可能物理过程：高原西南侧爬升流的异常垂直运动通过影响南支气流向下游的水汽输送异常,进而导致西南地区非绝热加热异常,最终实现对西南地区降水的调制作用。     

一次西南涡引发MCC暴雨的卫星云图和多普勒雷达特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和多普勒雷达资料,对2008年6月30日至7月1日发生在滇东北和四川盆地南部一次暴雨天气过程的分析发现,850hPa四川盆地南部西南涡引发的中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）是暴雨的直接影响系统,700hPa青藏高原东南侧西南涡引发的中尺度对流云团并入MCC后导致MCC迅速加强并向西移动。MCC生成于对流层高层急流出口区左侧强辐散区和低层强辐合区。雷达回波上“人”字形回波、平行短带回波和逆风区的出现说明MCC内部存在多个β中尺度对流系统,直接造成多个暴雨中心。MCC成熟阶段表现出中低层辐合和高层辐散的动力特征,其前沿中层以下有强气流流入,以上则有强气流流出。MCC消散阶段从低层到高层都有强西南气流进入,相应气流辐合减弱,失去中尺度组织结构。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

冷暖空气入侵对西南低涡发生发展影响研究

本文采用WRF模式模拟了2008年7月20~22日四川省一次由西南涡活动引发的大暴雨过程,并分析了对流层中层至中低层冷/暖空气入侵在西南涡发生发展过程中的作用,研究结果表明:冷/暖空气从北部入侵会改变对流层中、低层流场,当降低模式北边界温度,增强西北气流南下,致使四川省上空没有形成西南涡,取而代之为一深槽,同时雨区内上升运动减弱、低层辐合减弱,对流层中层温度增加、比湿略减小,雨区集中在深槽附近,雨区范围和强度都显著减弱且小于控制试验。增加模式北部温度引起北部东北气流向南输送,低值系统南移,增温促进了周围空气向降水中心辐合,增强了中低层大气的辐合上升运动,对流层中、中高层增温,雨带南压,雨区强度显著增强且大于控制试验。降低或增加模式西边界温度对流场、低涡强度和位置影响相对较小,降温使得低涡位置偏北、对流层风速增强与减弱区交替分布;增温使得低涡偏东、对流层中层至中低层风速减弱高层风速增强,二者对降水落区影响亦较小,对大暴雨中心强度有不同程度影响。     

青奥开幕式期间南京地区浅层对流成因及逆向移动特征分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、多普勒雷达资料及NCEP 1°×1°再分析资料,针对第二届青年奥运会开幕式期间形成发展于对流层低层偏东气流中的对流引发南京局地短时强降水天气进行了分析,探讨了低层偏东气流中浅层弱对流的形成机制、降水期间伴随在降水云系中逆向移动的两类对流单体的雷达特征和移动原因。结果表明,降水期间,南京上空对流层低层维持偏东风,中层以上则为西南风,两者之间的过渡区对应一干层,该干层由对流层中层的一支偏北气流携至的干空气形成,叠置于对流层低层较浅薄偏东暖湿气流之上,促进了对流层中低层对流不稳定层结的发展。地面风场扰动形成的局地辐合及地面非锋性斜压带激发了对流层低层偏东气流中对流的形成。镶嵌于降水回波中逆向移动的两类对流单体结构差异明显,两类对流单体质心高度、垂直伸展厚度与所在高度层中所盛行的背景风场决定了对流单体的传播与移动。     

1998年7月河套气旋强烈发展时的暴雨过程分析

采用位涡理论对1998年7月4—7日的一次河套气旋强烈发展中的暴雨过程进行分析。结果表明：此次夏季河套气旋的强烈发展是在高层正位涡平流和低层暖平流的共同作用下产生的。高空双急流结构产生的强烈辐散加强了低层辐合,有利于气旋的加强。强降水出现在河套气旋强烈发展过程中,是由高层冷空气与季风涌带来的西南暖湿气流辐合而引起的大尺度降水过程。在这次气旋强烈发展过程中,对流层低层到中上层均出现强的上升气流,使得南方深厚的暖湿空气不断随西南风流入暴雨区上空。暴雨发生时,华北地区处于地面Ω型的θse高能舌之中,其上空500 hPa存在一个由大尺度动力强迫形成的东北—西南向的非地转湿 Q 矢量辐合带,对流云带与 Q 矢量辐合中心有非常好的对应关系。     

2015年7月中旬京津冀持续性夜间雷雨天气成因初步分析

2015年7月15日00:00至20日00:00（协调世界时,下同）期间,京津冀地区每天傍晚均有明显雷阵雨天气过程发生,持续约一周时间。天气形势分析发现:虽然都是傍晚到夜间出现雷雨天气,但15~17日的雷雨过程,500 hPa主要表现为两槽一脊天气形势,京津冀地区处于低槽前部的不稳定区。18~19日两天,京津冀地区西部为低槽,东部为副热带高压（副高）,主要表现为西低东高的天气形势,是华北地区典型的暴雨天气型之一。15~17日与18~19日的水汽输送路径也有明显区别,15~17日以西南暖湿气流直接向东北方向输送以及台风外围偏东风气流向京津冀输送水汽为主,18~19日则为西南暖湿气流向东北方向直接输送到东海以东洋面后转为偏东风向京津冀输送为主,但是,水汽辐合中心均出现在京津冀附近,且水汽通量及辐合总是在12:00大于00:00,意味着傍晚的水汽条件好于白天。动力条件方面,整个降水期间,京津冀区域的对流层高层均处于南亚高压外围辐散区,低层辐合层次主要集中在700 hPa以下,近地面层12:00的辐合更为剧烈,中层均有干冷偏西气流下沉后与低层暖湿偏东气流辐合抬升,12:00的干冷气流下沉层次更低,与偏东风的辐合更强。温度层结方面,京津冀区域平均的气温垂直温差在800 hPa以下总是12:00高于00:00。降水期间,上升速度在中高层均表现为00:00大于12:00,但是低层的上升速度都是12:00强于00:00,傍晚的动力和水汽条件都更利于降水发生。     

西北东部一次大暴雨数值模拟及中尺度分析

2005年7月1-2日,西北东部出现一次造成严重灾害的大暴雨天气过程(本文简称为"050702"暴雨),利用NCEP(1°×1°)资料分析表明,副热带高压边缘偏南和西南气流北上,与西北冷空气在西北区东部形成辐合区造成了此次暴雨的发生,此次暴雨的水汽来源于中国南海和孟加拉湾.本文用非静力中尺度模式MM5V3.6成功模拟出此次过程,对暴雨中心冷暖平流、辐合层及水汽通量散度等暴雨因子的中尺度结构与强降水的关系进行了研究.结果表明:(1)降水强度和对流层中层冷平流有很好的相关,随着冷平流的增强,降水强度也迅速增大;暖平流对降水强度起到维持的作用;(2)在降水达最强时段,对流层中出现低层强辐合,高层辐散的结构;(3)在降水达最强时段,对流层中低层水汽辐合的达到最强,表明水汽通量散度场和降水有较好的对应关系.     

春季影响江淮地区的天气尺度气旋活动与同期降水的联系

本文基于1979~2013年ERA-Interim逐日4次的850 hPa位势高度场资料,利用基于最外围闭合等值线的气旋区客观识别方法得到春季影响江淮地区的二维气旋集,依据水平尺度划分了天气尺度气旋并分析该区域气旋强度的时空分布特征以及气旋活动与站点降水异常的关系,结果表明:天气尺度气旋活动与江淮地区降水异常、强降水事件发生频次均存在显著的正相关关系。气旋活动指数高-低年份差值分析发现,随着气旋活动指数增强,东北亚地区对流层中上层增温并伴随异常高压中心出现,促使其南部南北经向温度梯度以及高空西风急流偏弱。这有利于江淮区域北部异常正涡度平流输入,同时江淮地区对流层低层形成横槽型环流,江淮区域南部及其上游地区对流层中下层出现异常西南气流,有利于江淮区域涡度增大,相应的低空辐合、高空辐散垂直结构,为天气尺度气旋发展与维持提供了有利的动力抬升条件。横槽型异常环流配置有利于江淮区域南部的西南暖湿气流和北部的异常西向/西北向水汽输入和堆积,导致区域云量以及降水异常的增多。     

一次地形加强贵州暖区暴雨成因分析

利用常规气象资料、FNL再分析及雷达卫星资料等对2015年5月26—27日发生在贵州一次区域性暖区暴雨进行分析,结果表明:此次特大暴雨发生前期副高稳定少动,暴雨临近时高空影响槽东移,中低层切变线南压及暖湿气流辐合加强触发了暴雨的发生,暴雨发生在辐合线附近,无明显的冷空气影响,为典型的暖区暴雨;雷公山地形增强了气流辐合和地形抬升使其西南气流垂直上升运动较强,低空为强辐合区;低层高温高湿高能环境,有利于降水效率的提高,切变线两侧风速风向的辐合为暴雨的发生发展提供了充足的动力条件;降水过程强回波呈低质心、降水效率高的热带降水型特征,多个对流单体不断生消发展,在黔东南西部表现为明显的"列车效应";卫星云图显示特大暴雨落区及强度与TBB的变化有很好的对应关系。     

中国西南地区春季降水的时空变化及其异常的环流特征

利用中国气象局国家气象信息中心整编的中国西南地区97站逐日观测资料及美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,对中国西南地区1961—2013年春季降水的时空分布特征进行了分析,并研究了造成西南地区春季降水异常的环流成因。结果表明,中国西南地区春季降水的主模态呈现为全区一致型,该模态具有明显的2.5—3.5a及准5a的活动周期。对流层中低层副热带地区的异常气旋式环流波列形成的异常气流将洋面上空的水汽向中国西南内陆地区输送,暖湿气流与异常活跃的北方冷空气活动相配合,加上西南地区大气低层辐合、高层辐散而产生抽吸作用,使得当地对流层中低层出现较强的沿地形抬升的上升气流,从而有利于西南地区降水的形成,反之亦然。造成环流异常的原因除了与西南地区、热带地区的异常辐合/辐散运动造成的位涡扰动能量有关,亦与中高纬度波扰动能量下欧亚大陆下游地区的频散及辐合有关。此外,冬季1月的青藏高原地面加热场特征可作为预测后期西南地区春季降水异常变化的一个前期信号。     

袁河流域极端降水事件成因分析

利用欧洲中期天气预报中心格点再分析资料和HYSPLIT模式对袁河流域5次极端降水天气过程的平均环流背景、主要影响系统、物理量场以及降水发生过程中的120 h气块后向轨迹特征进行分析。结果发现:(1)极端降水发生时,高层袁河流域处于南亚高压东侧辐散气流中,中层副热带高压位置适中,受584 dagpm线附近的西南气流控制,低层正好处于切变线上,且有强盛的西南气流向降水区输送能量和水汽。(2)物理量场上,袁河流域附近低层辐合、高层辐散,垂直速度场、水汽分布、水汽通量散度场都有利于该区域出现暴雨天气。(3)与袁河流域一般性暴雨的平均t-lnp图对比分析可见,极端暴雨的能量条件更好,降水对流性更强,水汽条件也更为充沛。(4)袁河流域极端降水上空的水汽路径总体上可以归纳为5条。来源于孟加拉湾附近、中南半岛南部和云南南部的西南水汽路径最多,占轨迹总数的59.5%;其次是来源于我国南海的南方路径,主要位于1 500 m以下,占轨迹总数的15.0%。     

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

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...     

玉树南部地区一次降水天气过程成因分析

利用常规地面、探空、卫星云图、各物理量场以及各数值模式资料,对玉树州南部地区一次降水过程进行了诊断分析。结果表明:500h Pa高空中高纬度形势为两槽一脊型,北部下滑的冷空气和南支槽前的西南暖湿气流汇合在玉树南部区域时,容易触发玉树州南部地区大降水过程;低层辐合、高层辐散对大降水过程的发生起了重要作用;水汽条件充足是此次大雨天气出现的另一个重要原因。当水汽通量散度中心值A-16 g/(h Pa×cm2×s)时,有利于降水天气出现;玉树南部地区处在假相当位温(总温度)密集带,且其值大于80℃(76℃),并存在高能舌,可以作为未来24小时玉树地区出现强降水的预报指标之一。     

2018年“7·16”北京强降水天气过程成因

利用常规观测资料、地面加密自动站、多普勒雷达等多种观测资料和高分辨率分析场资料,对2018年7月15—18日北京地区特大暴雨过程的降水时空演化规律、成因以及极端性进行了初步分析。结果表明:此次过程有3股明显降水“波峰”,是典型的强度大、时间长、效率高的华北暖区降水。①具有典型华北暴雨环流形势,高层辐散,中层位于副高边缘、缓慢东移的低槽前端,配合低层急流辐合及高温高湿条件。②此次暴雨过程有一定环流形势和物理量极端性,包括副高异常偏强偏北,低层较强的西南气流、暴雨区上游异常偏强的能量和水汽以及异常偏北的热带辐合带(CITZ)。③本地具有一定对流潜势,配合中低层西南气流的剧烈温湿输送,及其在山前强迫抬升,并与夜间山风形成地面辐合线,触发对流;此次过程雷达回波的“列车效应”和后向传播现象明显,回波具有低质心的热带降水回波特点。