济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3. 3次,主要发生在7月上旬——8月中旬,17——23时和02——08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg~(-1),对流由冷锋触发(有时存在暖区对流),强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg~(-1),对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg~(-1)。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

青岛市短时强降水的气候特征和天气系统分型

利用1981—2012年4—10月青岛市7个观测站逐时降水量资料和同期NCEP再分析资料,统计分析青岛市短时强降水的时空分布特征,建立青岛市短时强降水天气概念模型。结果表明:青岛市年短时强降水日数无明显变化趋势;4—10月均有短时强降水出现,7—8月是多发月份;短时强降水的日变化有2个多发时段,主峰在下午到傍晚时段,次峰在凌晨时段;即墨、平度、黄岛为青岛市短时强降水的多发区域,其中黄岛为连续性短时强降水出现最多的区域;青岛市产生短时强降水的天气系统可分为六种类型,西风槽型、横槽型、冷涡型、热带低值系统型、西北气流型、切变线型,其中西风槽型出现次数最多。     

佛山短时强降水时空特征及主要影响系统

利用佛山市152个自动气象观测站2012—2020年降水资料,根据强降水范围和性质,研究佛山市短时强降水的时空分布特征,并分析主要影响系统。结果表明：（1）短时强降水发生频次整体呈上升趋势,不同范围、不同性质的短时强降水时空差异性较大。局地性、区域性、突发型短时强降水主要发生在4—9月,全市性、增长型短时强降水主要发生在3—10月,持续型短时强降水5—6月发生频次最高。（2）从日变化来看,局地性、区域性呈单峰特征,全市性呈多峰特征,突发型、增长型呈双峰特征,持续型较平稳,06—09时略高,局地性、全市性和增长型短时强降水中分位值日变化较小,区域性、增长型和持续型短时强降水中分位值的日变化较大。（3）极大值出现的时间段也不相同,最大值的短时强降水是一次增长型的区域性过程。（4）空间分布上,局地性短时强降水在佛山西南部和北部发生的频次较高,全市性短时强降水发生频次的分布与之相反,而区域性短时强降水在西南部发生频次较低,增长型短时强降水发生频次高于突发型短时强降水,持续型短时强降水发生频次最低。（5）影响系统占比最大的分别是局地性、突发型短时强降水为副热带高压边缘,区域性、持续型、增长型短时强降水为热带系统,全市性短时强降水为西风槽,而西南低涡在各类中占比均最小。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29—30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明:两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

一次低槽冷锋暴雨数值模拟和诊断分析

利用常规气象观测资料、GPS可降水资料、地闪定位资料以及NCEP 1°×1°再分析格点资料,对2011年7月2—3日山东中北部地区一次低槽冷锋暴雨天气过程进行分析,进一步采用中尺度模式WRF对此次降水过程开展了高分辨率数值模拟,并对模拟资料进行了诊断分析。得到如下结果:(1)此次降水过程具有强降水持续时间短,短时降水强度大、局地性强等特点,在空间和时间上都具有明显的中尺度特征。(2)整个强降水期间,负地闪占绝对优势,负地闪出现在强对流发展的整个阶段,正地闪出现在强对流减弱消散阶段。云顶温度越低,负地闪越密集,当系统减弱,正地闪迅速增加。当云顶亮温(TBB)下降到最低值,负地闪频数达到极大值时,降雨强度也达到最大。GPS可降水量在暴雨监测和预报中具有重要作用。(3)利用模拟结果的分析显示,散度、涡度和垂直速度的分布与对流系统的发生、发展较一致。     

2008年8月两次强降水天气过程对比分析

2008年8月17～18日以及21～22日,受黄淮气旋影响,山东境内相继两次发生强降水天气过程。本文采用大尺度特征分析和数值产品应用和检验的方法,对两次过程进行了对比分析。发现(1)二者产生强降水的雨强和范围不同;(2)海上副高的强度和位置不同。前者位置偏北、偏强,形状为块状,对降水有很好的阻挡作用;后者副高偏弱、偏南,呈带状,对降水系统的阻挡作用较弱;(3)地面气旋移动路径和气旋附近强降水位置不同。前者东北移动,强降水区位于气旋移动方向的第一、第二象限;后者先东移然后向东北移动,强降水区基本位于第一象限;(4)两次强降水区与低空低涡切变线前部的急流区有很好的对应关系;(5)数值预报产品对第一次强降水的预报可参考性较强,对第二次预报量级偏大,需要预报员对形势准确分析的基础上,作出订正预报。     

山东省持续性短时强降水过程物理量特征分析

基于常规气象观测资料和探空资料,对2007—2019年山东省123个国家级地面气象观测站观测到的持续性短时强降水发生特征、环流形势和环境参数进行分析。结论如下：(1)其间共有81个站点在78个降水日内发生144站次持续性短时强降水,鲁东南地区发生次数和发生站点比例均明显高于其他区域;降水集中在6月下旬至8月下旬,又以8月上旬至中旬最多。(2)天气过程主要发生在低层绝对湿度和相对湿度高、抬升凝结高度低、暖云层厚的条件性不稳定环境下。(3)准正压类和低层暖平流强迫类探空温湿廓线近似平行,对流有效位能中等、垂直风切变偏弱,低层暖湿平流是大气层结不稳定建立或维持的主导者;斜压锋生类和高空冷平流强迫类探空温湿廓线呈“V”形,低层偏湿、中层偏干,对流有效位能较弱、垂直风切变中等,冷暖平流对于大气层结不稳定的作用均较显著。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为:1)地面倒槽与850 h Pa水汽辐合中心相吻合。2)地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3)地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θ_e舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

变性台风“麦德姆”(1410)环流中的锋生现象及其对降水的影响

利用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2D(0.1°×0.1°)云顶亮温、逐时自动气象站降雨量、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用锋生函数对台风"麦德姆"(Matmo,1410)影响辽东半岛和山东半岛期间的降水特征进行了诊断分析。结果表明:1)Matmo影响辽东半岛和山东半岛期间,其低压环流与西风带高空槽相互作用,在其西侧和东北侧分别有冷锋和暖锋锋生,两条锋带均向东移。强锋生区首先在低层生成,随后尽管高空锋区向下延伸,但并未与低层冷锋重合,低层冷锋锋生强度减弱。2)山东半岛和辽东半岛的降水均发生在台风低压环流的锋生过程中,但山东半岛的降水明显多于辽东半岛。这与锋生强度密切相关,辽东半岛的锋生强度和垂直运动较山东半岛明显偏弱。3)强降水与台风环流内冷、暖平流活动密切相关,冷暖平流交汇之处对强降水有较好的示踪作用。山东半岛始终处于冷暖平流交汇处,其西侧斜压不稳定加强,上升运动发展,强降水出现在冷锋带上暖平流区内;而辽东半岛由冷平流转为暖平流时,对流运动向其东北方向发展,强降水位于辽东半岛东北部。     

概率匹配平均法在山东强降水预报中的应用

基于WRF集合预报系统开发了概率匹配平均降水产品,选取了山东省2014—2016年共13次强降水过程,检验评估了概率匹配平均法在山东省强降水预报中的综合表现。结果表明:对于不同的强降水过程,各预报产品的预报能力差异较大,尤其是对暴雨以上量级降水的预报存在较大偏差;概率匹配平均相对集合平均,对大雨以上量级降水预报有明显改善,较WRF确定性预报产品也有一定提高,对强降水预报具有一定指示意义;该方法的改进主要体现在对不同量级降水的调整上,尤其是强降水的落区,相对集合平均增大了强降水的范围和强度,但对整个区域的总降水量预报没有很好的改进作用。     

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明:1)两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2)两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0℃层高度之下。3)风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子Z_(DR)和比差分相位K_(DP),Z_(DR)≥0.5 dB,K_(DP)≥0.5°·km~(-1),相关系数CC≥0.95;反射率因子在50～54 dBZ之间,对应的K_(DP)1.0°·km~(-1),CC≥0.97,Z_(DR)适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4)两次强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现Z_(DR)柱和K_(DP)柱,高度接近-10℃层高度,8月10日强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱略高于0℃层高度,Z_(DR)柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

环渤海区域强风的特征及变化分析

利用2000—2012年环渤海区域57个台站大风资料,首先在确定区域强风天气标准的基础上,利用天气学分型方法分析了环渤海区域强风的特征等。结果表明:环渤海区域强风主要集中在冬半年,其中3—4月为多发月份。强风一般持续半天到两天。强风最大风速多为北风,主要集中在渤海西部天津到河北南部和渤海海峡到成山头一线两个区域。影响环渤海区域强风的天气类型主要有低槽冷锋、温带气旋、东高西低和台风4类,其中以低槽冷锋最为常见,温带气旋类次之。北路低槽冷锋和黄河气旋在强风过程发生初期往往高(低)压天气系统强度较弱,但造成的强风天气不可忽视。最后对低槽冷锋类区域强风的天气图预报指标进行了分析。     

黄河中游地区MCC天气学分型及结构差异分析

利用2005——2017年卫星、实况探测、L波段探空秒数据和NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析等资料,采用天气学和动力诊断分析等方法,对黄河中游地区中尺度对流复合体(mesoscale convective complex,MCC)进行天气学分型,并对其结构特征及差异进行分析。结果表明:1)黄河中游地区MCC主要生成在夏季,多在傍晚至次日凌晨发展成熟,生命史长、移动缓慢,以暴雨及以上量级降水为主,雨强大,地域差异明显。2)依据200 hPa环流形势,将MCC分为3个主型,结合500 hPa形势特点,每个主型下分为不同副型。通过分析不同分型下MCC环境场及物理量空间结构特征及差异,提炼MCC强降水预报关键技术,建立MCC强降水预报物理模型。3) MCC形成在低层比湿和能量扰动的正值中心附近,在低层扰动梯度大值区、靠近正中心的区域发展成熟。扰动正值中心所在高度、中心强度以及正扰动的厚度等物理因子与MCC发展以及降水强度关系密切。4)不同分型下,MCC不同生命阶段云系及环境大气的垂直变化存在明显差异。云顶高度下降,湿层加厚,凝结高度降低,逆温层消失,是MCC达到成熟的先兆信号。5)在200 hPa南亚高压稳定背景下,地面存在次天气尺度冷锋、中尺度高压和冷池;中尺度高压作用明显小于冷池,冷池强度和维持时间与MCC降水强度和持续时间密切相关。在200 hPa深厚低槽和西北急流或急流分支背景下,地面无冷池和中尺度高压形成,低层入流风速和温度梯度的加大是MCC发展成熟的重要因素,中尺度露点锋对MCC强降水的触发作用不可忽视。     

北部湾海雾过程的天气系统分型研究

采用2011—2016年NCEP/NCAR再分析格点资料和北部湾沿海6个气象站的常规气象观测资料,利用天气学方法对北部湾沿海出现大雾时的大尺度天气背景、地面形势进行了分类总结,探寻北部湾发生海雾时各类型天气系统的共同特点。结果表明:北部湾海雾的天气环流类型可分为西南倒槽型、入海高压后部型、均压场型、静止锋型、冷锋前部型和高压底部型,其中西南倒槽型、入海高压后部型、均压场型、静止锋型是4种主要的环流型,造成的北部湾海雾日数相对较多,而冷锋前部型和高压底部型造成的海雾日数较少;西南倒槽型、静止锋型的海雾过程持续时间较长、能见度较低,高压底部型的海雾消散较快;地面风速小、500 hPa高空存在偏西或西南急流、大气层结稳定是海雾出现时各类天气型的共同特点。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 h Pa与500 h Pa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为"S"型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

粤东至闽南沿岸海域夏季上升流的调查研究

利用2001、2002、2006和2009年夏季6个航次的温盐深(conductivity-temperature-depth,CTD)调查资料,揭示粤东至闽南沿岸海域上升流空间结构和强度的年际差异;并利用卫星遥感风场资料、海床基的海流和底层水温资料、广东南澳海洋站表层水温资料探讨海面风场、热带气旋对上升流的影响,上升流强度的时空特征,上升流的短期变化、生消过程及上升流的水体来源。结果表明,粤东至闽南沿岸海域上升流的范围和强度存在年际差异。上升流涌升至表层只出现在2009年7~8月航次。闽粤交界区沿岸海域,2006年7~8月航次,上升流范围较窄,且偏东北;2009年7~8月航次,范围较宽;2001年7~8月航次,范围偏西南。粤东沿岸海域,2006年7~8月航次上升流涌升高度较低,其他航次较高。研究海域2002年7~8月航次上升流强度较强,其他航次较弱。热带气旋使得上升流区海水垂向混合强烈,中下层冷水与表层暖水混合后迅速升温,上升流被破坏。粤东沿岸海域上升流强度强于闽南沿岸,出现时间也早于闽南沿岸。7月初至7月中旬,上升流开始形成,但不稳定;7月中旬至8月上旬,上升流处于强盛阶段;8月中旬至9月上旬,上升流减弱;9月上旬至9月中旬,上升流迅速消亡。粤东至闽南沿岸海域上升流的水体来源于粤东沿岸外海深层冷水。     

热带风暴Bilis（2006）登陆期间-波非对称降水分布成因的探讨

利用中尺度数值模式WRF-ARW对Bilis（2006）进行数值模拟,并进行地形和下垫面因素2个敏感性试验,诊断分析Bilis（2006）登陆期间-波非对称降水结构形成的动力因子。综合分析3个试验,结果表明环境垂直风切变对Bilis（2006）-波非对称降水结构形成的影响显著大于地形、登陆过程下垫面属性的改变和风暴移动速度的影响,冷空气的侵入对降水形成也有重要贡献。垂直切变的作用使顺切变左侧形成强降水,冷空气的作用与垂直切变的作用相互配合可能是顺切变方向和顺切变方向右侧强降水的主要成因。     

鲁西南至鲁中一次暴雨过程成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料、中国气象局物理量分析资料和泰山多普勒雷达资料对2013年7月18日发生在鲁西南至鲁中的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水由500hPa西风槽、700hPa切变线、850hPa低涡、地面辐合线、以及副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响造成。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了良好的热力条件,副高外围的水汽输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时暴雨区不稳定能量的维持和层结对流不稳定的结构,有利于暴雨的产生。地面中尺度辐合线的生成和发展,是这次暴雨产生的启动机制,暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。强降水期间,沿低层切变线北侧东北气流南下的冷空气与暖空气交汇,使对流加强、降水强度加大。另外,泰安地处鲁中山区向西南开口的山谷的南部,偏南气流的迎风坡,有地形产生的偏南风的辐合和抬升,地形造成的辐合上升运动对泰安地区第一个强降水时段降水具有明显的增幅作用。两个强降水时段雷达回波为混合型降水回波,反射率因子强度一般在30~35dBz,最强达40dBz,其中第一个强降水时段回波对流发展的高度更高。特殊的地势地貌也是此次暴雨产生的重要原因。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)...