2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

“9608”号台风登陆北上引发北方特大暴雨的中尺度对流系统研究

利用NCEP再分析资料和常规观测资料,对1996年8月3—5日发生在河北和山西的特大暴雨过程进行了分析和模拟研究,并对模拟结果用部分特殊观测资料进行了证实。天气形势的分析表明,“96.8”暴雨过程中登陆减弱的台风低压并未出现“75.8”暴雨中的台风与中纬度西风槽发生相互作用,入侵的弱冷空气是由华北高压南侧的偏东风引导至台风倒槽外围,是属于比较少见的登陆台风北上受高压阻挡停滞类型;台风倒槽内发生发展的2个中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接影响系统,对流层低层的偏南风低空急流对中尺度对流云团的发展具有重要作用;暴雨期间,低空急流不仅强度大,而且伸展高度也相对较高;伴随强对流系统的主要入流和出流气流分别有2支,其中对流层高层的高空中尺度急流中心主要由强出流气流形成。分析还表明太行山对对流系统的阻挡可能是导致强降水长时间维持在石家庄附近的原因之一。     

吉泰盆地夏季一次暴雨天气过程中尺度对流系统演变特征

利用地面气象观测、FY-2G卫星TBB、多普勒雷达、ERA5再分析资料,以及江西快速循环同化系统等资料,分析了2020年7月9日吉泰盆地梅雨期特大暴雨天气过程的中尺度系统演变特征及机制。过程分为线状对流系统MCS-A转向、南压阶段和单体对流系统MCS-B、MCS-C北移发展阶段。结合盆地西侧山区、盆地北部、盆地南部三个暴雨区,重点分析了暴雨天气过程的第一阶段。结果表明：1)边界层辐合线触发MCS-A,后者西侧不断并入边界层辐合线上和低空急流前端的新生单体,形成“列车效应”。2)弱降水冷池驱动MCS-A中强降水雨团向西南方向传播以及MCS-A与弱降水雨团合并,共同导致了MCS-A转向。3)受幕府山和吉泰盆地地形绕流作用,对流层中低层中-β尺度低涡在吉泰盆地东北部停留约5 h,激发盆地西部、北部对流活动的发展。4)对流系统处于准静止态,急流前端存在中-γ尺度涡旋,导致MCS-A中强对流单体在吉泰盆地南部长时间维持。     

一次中尺度对流系统（MβCS）触发特大暴雨机理研究

采用MICAPS提供常规和非常规资料,通过对2008年4月12日出现在桂东南大暴雨的大尺度环流背景和中尺度对流系统及发生发展机制研究后认为:(1)中高纬地区呈现"两槽一脊型",为冷空气的南下提供了有利的环流条件,高原槽和南支槽的东移为暴雨的产生提供了有利的动力、水汽条件;(2)高低层急流形成优质配置,高层强辐散与中低层强辐合及强上升运动为MβCS的发生发展提供了有利的动力条件;(3)水汽通量和水汽通量散度的强辐合以及对流不稳定为MβCS的发生发展提供了有利的热力条件;(4)最强降水时段主要发生在MβCS突然增强阶段.     

一次发生在α中尺度涡旋东部的特大暴雨过程分析

2010年9月7日苏皖北部出现了暴雨—大暴雨,局部特大暴雨,这次暴雨过程产生在热带风暴（1009号,玛瑙）在东海北上转向日本以后。利用卫星、雷达和NCEP逐日4次1°×1°资料对天气形势和中尺度对流发展的环境场特征等进行诊断分析表明：位于日本海的热带风暴北部的偏东气流与南下深厚的蒙古高压底部的偏东气流汇合,构成了一支强盛的低空偏东风气流,它向西流向太行山东麓,其分支沿太行山南下时,诱生了位于太行山脉南部切变线东部的涡旋系统。当低涡进入黄淮平原后,在越过渤海的边界层东风急流激发下迅速发展为α中尺度涡旋系统。南方的暖湿气流在涡旋系统边界层东风急流的动力强迫下抬升,不稳定能量释放,导致β中尺度系统发生发展。β中尺度系统的影响和γ中尺度系统的合并导致强降水过程的发生。     

一次苏皖特大暴雨过程中边界层急流结构演变特征和作用分析

利用加密自动气象站、多普勒雷达和NCEP再分析资料,结合中尺度数值模式的模拟结果,详细分析了2008年8月1日苏皖地区特大暴雨过程的演变特征及形成机理。研究表明,与特大暴雨过程始终伴随的边界层急流促进了降水的发展与加强,在特大暴雨产生的动力和水汽输送条件上扮演着重要角色。边界层急流的波动与降水的发展密切相关,中层弱冷空气的入侵使边界层急流明显减弱,导致了降水区中大气对流不稳定结构与垂直风切变的增强,使对流性降水发展,在经历短暂的减弱之后,边界层急流后部南风再次增强并推动其北侧切变线的发展,在两者的共同作用下,暴雨区内局地的辐合与气旋性涡度大大增强,并强迫出一支狭窄而深厚的上升气流,促进了暴雨区及附近的中小尺度对流系统发展,使降水发展至最强。另外,与边界层急流相伴随的一支水汽通量辐合带是这次暴雨主要的水汽输送通道。     

新疆特大暴雨过程中的中尺度对流系统特征

利用GMS-5卫星红外云图数值资料,普查结果表明新疆“96·7”特大暴雨期间共发生了6个中尺度对流系统,分析了它们的发生、发展过程及环境场特征。     

一次长历时特大暴雨多普勒雷达中尺度分析

2008年7月22日湖北省襄樊市出现了一次长历时的特大暴雨过程,9小时内降水量301 mm,占年平均降水量的三分之一,为当地有气象记录以来最大、最强的一次降水过程。利用多普勒雷达资料等对这次特大暴雨的回波结构特征、中尺度系统活动和地形作用进行了分析。结果表明:(1)在低涡、切变线共同作用下,影响襄樊地区特大暴雨的回波系统有两个,一是稳定维持在鄂西北地区的切变线带状降水回波,二是低涡东北侧发展的具有螺旋回波带结构的涡旋回波,两者构成涡带结合型回波结构形态。在涡带结合处,对流回波的不断新生、向北移动导致襄樊地区持续性的强降水。(2)襄樊特大暴雨过程的发生与其北部115 km处的一支东北风中尺度超低空急流的建立,及其南部低涡东侧强偏南暖湿气流的向北发展有密切关系。由于襄樊西侧武当山的屏障作用,超低空东北急流折向东南,与偏南暖湿气流在静止锋附近形成中尺度气旋性辐合上升运动。两支急流的维持对襄樊附近持续性的辐合上升运动起到关键作用。     

“96.8”河北特大暴雨成因的中尺度分析

该文用卫星云图和常规气象资料,分析了1996年8月3～5日河北省的特大暴雨过程。分析认为：这次特大暴雨出现在东亚强经向环流形势下的副高西北部边缘特定的有利地区,主要受两个中尺度云团的直接影响。该云团的形成和发展,是偏南风低空急流与华北北部南下的近地面层弱冷空气相互作用的结果。     

京津冀大暴雨个例中尺度诊断分析

利用NCEP再分析资料、地面加密降水资料、雷达资料,采用Shuman-Shapiro滤波方案对2005年8月16日京津冀大暴雨的大尺度流场和中尺度系统进行诊断分析。分析表明：暴雨发生在高低空流场及中低纬系统配置非常有利的天气背景下,是多种尺度天气系统相互作用的结果;在对流性不稳定层结中,冷空气沿等熵面侵入到中尺度辐合系统中,激发了中尺度低涡的迅速发展,在孟加拉湾和南海源源不断输送的水汽配合下,导致了暴雨的发生;中β尺度对流雨团发生在滤波后1000hPa等压面的低涡中心北侧和850hPa中α尺度辐合线南侧,呈现暖式切变的降雨特征。     

Mesoscale Moist Adjoint Sensitivity Study of a Mei-yu Heavy Rainfall Event

The mesoscale moist adjoint sensitivities related to the initiation of mesoscale convective systems (MCSs) are evaluated for a mei-yu heavy rainfall event. The sensitivities were calculated on a realistic background gained from a four-dimensional variational data assimilation of precipitation experiment to make the sensitivity computation possible and reasonable within a strong moist convective event at the mesoscale. The results show that the computed sensitivities at the mesoscale were capable of capturing the factors affecting MCS initiation. The sensitivities to the initial temperature and moisture are enhanced greatly by diabatic processes, especially at lower levels, and these sensitivities are much larger than those stemming from the horizontal winds, which implies that initiation of MCSs is more sensitive to low-level temperature and moisture perturbations rather than the horizontal winds. Moreover, concentration of sensitivities at low levels reflects the characteristics of the mei-yu front. The results provide some hints about how to improve quantitative precipitation forecasts of mei-yu heavy rainfall, such as by conducting mesoscale targetted observations via the adjoint-based method to reduce the low-level errors in the initial temperature and moisture.     

2004年7月10日北京暴雨的中尺度分析

利用常规探测、地面加密观测、NCEP1°×1°的6小时资料和雷达资料对2004年7月10日北京罕见的局地暴雨进行了天气动力学和中尺度分析。结果表明这次暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,造成强降水的3个雨团在时空尺度上具有中β尺度系统的特征,不断移入的对流回波是降水的直接制造者,中尺度辐合线和小低压为降水发生提供了有利的触发条件。     

孟加拉湾低压造成云南强降水的中尺度分析

通过对１９８１～１９９１年春秋两季孟加接湾低压影响云南强降水的１６个个例的ＴＢＢ资料进行等值线分析及云北度、云降水效率的计算和对中－α尺度对流进行了尺度及结构分析、对云顶温度、温度梯度、地理区域与降水关系的分析,给出了一些孟加拉湾低压影响云南并造成强降水时的云图特征量与降水的相互关系。     

2003年7月3～5日淮河流域大暴雨中尺度对流系统的观测分析

2003年淮河流域的大洪水主要是由3次集中的持续性大面积强暴雨过程引起, 其中7月3～5日从淮河上游向下游的移动性强降水, 使来自上游的洪水与下游暴雨 "遭遇", 加剧了淮河的洪水水情.作者主要采用探空、卫星和雷达资料, 对造成滁州和南京强暴雨的中尺度对流系统的结构和发生背景进行分析.结果表明: 低槽的东移造成了雨区从淮河上游向下游东移; 降雨前来自中纬度的中层干空气侵入加强了对流层中低层的对流不稳定; 7月4～5日的大范围降水主要由α中尺度对流系统的发生、发展引起, 但突发的局地强降雨是由较小的β中尺度, 甚至γ中尺度系统直接造成; 云顶温度低于-52℃的对流区虽然覆盖范围较大, 但其下部的雷达强回波带与其并不完全对应, 而是位于-52℃云区的中心偏南, 强回波的北侧有100～200 km宽的云砧; 双多普勒雷达反演资料较好地揭示出造成滁州强降雨的是中尺度辐合线及其上的中尺度对流线和对流单体, 辐合线随高度向北倾斜.     

05.7.23河北暴雨中尺度分析

利用常规观测资料和卫星、自动站、加密雨量站、多普勒雷达等资料，对2005年7月22—24日河北中南部大暴雨过程进行天气动力学和中尺度分析，结果表明：这次暴雨是在有利的大尺度环流下产生的；副热带高压及热带系统造成的低层水汽堆积及高层的强辐散为强对流发生提供了热力和动力条件；整个过程中主要有三个强对流云团活动，地面对应有3个中-β尺度雨团产生，雨团一般出现在中尺度辐合线或中尺度气旋性环流偏向暖湿气流一侧；强雷达回波和正负速度对、逆风区等特征对强降水具有指示意义。     

2003年淮河大水期间MCS的普查分析

利用GEOS-9卫星红外1云图对2003年6月21日至7月22日淮河流域大水期间的MCS做了普查分析.结果发现：（1）淮河大水期间共有10个MαCS和24个MβCS,其产生频数远大于常年的平均值;（2）绝大部分MCS初生于淮河流域并且其成熟时的位置位于淮河流域是造成这次大水的主要原因之一;（3）淮河流域大水期间部分MCS的形成时间与一般MCS有所不同.最后,结合常规资料对产生MCS的天气背景进行了分类,发现该期间MCS形成的天气背景具有多样性.     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

夏季北京地区强地形雨中尺度结构分析

利用卫星、雷达资料,分析了2002年6月24日北京地区大暴雨的降水云团演变特征,结果表明：中α尺度对流系统减弱过程中经历了中β尺度云团的发展过程,中β尺度对流云团是北京西部局地暴雨的影响系统;在观测分析的基础上进行了数值模拟分析：低层东风气流向西移动遏太行山东坡辐合抬升,黄土高原低层偏西风向东移动,受太行山脉强迫倾斜上升,与太行山东坡的地形抬升叠加,在太行山及其东坡产生强烈的上升运动,并形成垂直次级环流圈,同时,低层的偏南气流在燕山南坡上升,而冷空气偏北气流在燕山南坡半山腰下沉,该次级环流圈是北京西部山区强降水产生和维持的主要物理机制。     

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

对2001年5月31日~6月1日发生于低纬高原地区的一次强降水过程进行了数值模拟,在确定大尺度环流形势场、降水过程及雨团模拟正确的基础上,对引发强降水的主要雨团A,利用模式输出的高分辨模拟结果进行了深入的再诊断分析研究。结果表明:虽然雨团A所在区域未发现有明显的气旋系统（或扰动）,但在其发展强盛期,仍具有明显的中尺度动力和热力结构特征;中低层正涡度中心先于降水系统的发展,而垂直上升运动是低层气流辐合抬升的结果;雨团A的形成与近地层气流辐合线密切相关,并与云南特殊的地形地貌密切关联;南风分量对强雨团A的产生和发展具有重要的作用;同时,受其大尺度环流场的影响,雨团A的发展演变与印缅槽的形成和发展密切相关。对中尺度雨团A的水汽来源分析表明:在中尺度系统发展成熟前有较强的向雨团A区域的水汽输送,并且水汽主要来源其西南侧,即孟加拉湾。