北京市"7·21"特大暴雨不同预报产品可预报性对比

利用ECMWF、NCEP全球预报产品和BJ-RUC区域预报产品,对比了不同模式对北京市"7·21"特大暴雨暖区降水、锋面降水的预报效果,同时利用WRF高分辨率中尺度模式同化常规观测资料和雷达资料,对此次过程进行数值模拟试验。结果表明:NCEP和ECMWF的全球集合预报产品都能预报出北京市"7·21"特大暴雨过程,但在暖区降水阶段和锋面降水阶段存在6 h左右的时间滞后,且降水量偏小;BJ-RUC区域模式预报出了整个强降水过程,且较好地预报了暖区降水,优于NCEP和ECMWF预报,但锋面降水较之实况锋面阶段降水偏南,预报的降水量小于实况。对于此次特大暴雨过程的模拟,暖区降水和锋面降水的预报要优于业务预报,且暖区降水接近实况降水,但整个锋面降水过程存在3 h的时间滞后。     

“5·7”闽南沿海暖区特大暴雨中尺度特征分析

利用双偏振多普勒雷达、风廓线雷达、雨滴谱仪等新型探测资料以及双雷达风场反演资料、地面加密自动观测站资料与FNL再分析资料,分析了2018年5月7日闽南沿海一次暖区特大暴雨过程的中尺度特征。结果表明:此次特大暴雨发生在强盛的超低空西南急流区内;超低空急流具有明显的脉动特征,其突然增强引起低空扰动加强,造成明显的低层辐合;深厚的西南急流导致对流回波形态与回波移动方向高度一致,使得多个强降水对流系统接连经过同一区域,形成列车效应,这是强降水长时间维持的重要原因;强降水对流回波带中,水平方向存在风向、风速双重辐合,垂直方向上存在明显的波状运动,上升运动位于强回波前部,使其不断向东北方向移动,同时在强降水对流回波带东南侧存在明显的补偿性次级环流,使低层辐合和上升运动得以维持;高浓度的小雨滴与大雨滴并存是此次暖区强降水云微物理的重要特征。     

2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究

利用京津冀区域加密自动气象站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP 0.25°再分析资料及0.03°高分辨率地形资料研究了北京2018年7月15—16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明:(1)这次暖区特大暴雨发生在副热带高压边缘的暖气团(θ_se高能区)中,无明显冷空气强迫,斜压性弱,有丰沛的水汽,850 hPa以下出现强水汽辐合。(2)暴雨的中尺度对流系统发展有3个过程:带状对流建立和局地强雨团影响、北京北部"列车效应"南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、平原地区线状对流重建。(3)暴雨发生前,低层西南风出现风速脉动,低空急流建立。首先在2500—3500 m高度形成低空急流,2 h后2500 m以下风速显著增大,5 h后急流厚度由边界层伸展到700 hPa。急流出口区降压,低层出现气旋性风场或切变,有利于垂直上升运动发展,触发和加强对流。(4)西南低空急流暖湿输送导致高温、高湿、高能的对流不稳定层结反复重建,这是对流发展加强的重要原因。(5)地面辐合线是对流触发并逐渐组织成带状对流系统的关键影响因素。地面辐合线方向、低空急流轴、回波移动方向三者几乎...     

华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

一次暖区暴雨天气过程分析

利用FNL 1°×1°再分析资料、FY-2F卫星TBB资料及常规气象观测资料,对2019年5月24—26日发生在贵州的1次连续性暴雨天气过程进行分析。结果表明：此次连续性暴雨过程地面维持热低压影响,无冷空气影响,是典型的暖区暴雨;高空槽和中低层切变线为暴雨的产生提供了天气尺度背景,地面辐合线是触发对流的重要因子;暴雨发生前大气呈现动力和热力不稳定的结构特征;24日夜间地面辐合线在贵州中部地区稳定维持,触发中β尺度对流单体生成,并发展形成中α尺度系统,对流发展旺盛,伸展高度较高,影响范围广。25日夜间辐合线移动较快,触发的中β尺度对流单体组织性较弱,没有形成中α尺度系统,造成的暴雨局地性强;暴雨与水汽通量散度梯度的大值区、TBB≤-52 ℃的冷云区和TBB梯度大值区对应较好,TBB≤-65 ℃的区域有利于大暴雨产生。     

黔中地区一次暖区暴雨的中尺度特征分析

利用自动站加密观测资料、ERA5再分析资料、FY-2F云顶亮温资料和雷达产品资料等,对2019年5月24日夜间黔中地区暖区暴雨过程的中尺度对流系统特征及成因进行分析,结果表明：（1）此次暖区强降水过程具有持续时间长、小时雨强大、强降水范围广等特点;（2）高能高湿的环境及强的大气层结不稳定特征、深厚的暖云层以及较低的抬升凝结高度和自由对流高度,为高效率持续性降水的产生提供了有利条件;（3）本次暖区暴雨主要由2个对流发展旺盛且伸展高度较高的对流云团连续影响造成,其移动路径在黔中地区存在叠加效应;（4）暴雨由积云为主的积层混合降水回波长时间滞留造成,具有明显的“列车效应”,降水强回波质心低,具有热带降水型回波的特征;（5）地面辐合线为对流系统的发生发展提供了较好的动力条件。强降水落区的位置随着地面辐合线的移动而移动,同时强降水落区主要位于地面辐合线左侧的偏北气流内。     

广州“5·7”局地突发特大暴雨过程的数值可预报性分析

2017年5月6日夜间至7日上午广州地区发生局地特大暴雨,分析表明对流触发与珠江口地区边界层南风增强等因素有密切关系。数值模式预报检验表明,ECMWF集合预报的强降水预报成员在初始条件上具有更显著的辐合上升、水汽和不稳定性条件,而GRAPES区域模式对6日20时初始场分析以及对边界层南风增强过程的预报都更为准确。集合敏感性分析表明,降水预报高敏感区分布与江南地区高压、南海高压以及华南低槽等关键天气系统的相对强度和位置有密切关系;降水对温度的预报敏感区主要位于关键区边界层内,近地面层到边界层底部温度越高、边界层顶越冷,越有利于对流不稳定性增强,有利于关键区内对流发展。通过3组探空预报试验分析了对流尺度降水预报关于初值热扰动、低层风场扰动和降水物理方案的敏感性,结果表明在特定环境条件下,与低层风场扰动试验组对比,降水预报对于初始热力扰动更为敏感;降水微物理方案预报试验表明,在小成员数的集合预报中物理方案扰动能够有效增大预报离散度。以上结果表明,分析对流尺度集合预报中各类初值扰动、物理扰动导致的预报变化和预报敏感性,能够更为全面地估计暖季中小尺度强降水事件的可预报性。     

2011年“7·25”山东乳山特大暴雨成因分析

利用常规资料、地面加密资料、多普勒雷达资料和ＮＣＥＰ再分析资料等,对2011年7月25日发生在山东省乳山市一次超历史极值的特大暴雨过程进行分析。结果表明：本次特大暴雨是由高空西风槽、低层切变线与副热带高压边缘的低空急流共同影响所致;由低层前期强盛的低空偏南暖湿气流输送使半岛上空低层高温高湿,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结;近地面向岸风的侧向辐合产生气旋式切变线,是本次暴雨的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。此外,半岛上空超低空偏南急流的加强,使中尺度切变线北抬,进而受乳山倒喇叭口地形影响,发展成了中气旋,产生了强降水超级单体风暴。而强降水超级单体风暴造成的短时强降水,是本次暴雨致灾的重要原因。     

豫北两次特大暴雨事件的物理量极端性和中尺度特征

2016年7月9日和19日,河南省北部出现两次罕见特大暴雨过程,给人民生活及各行业造成重大影响和财产损失。利用河南省自动气象站降水量、雷达回波及常规探空、地面观测资料以及欧洲中期天气预报中心1°×1°再分析资料(ERA-Interim),对这两次过程的降水特点、水汽和动力条件的极端性、地形与降水的关系及中尺度对流系统特征进行诊断分析。结果表明:(1)两次特大暴雨过程具有降水日雨量突破历史极值、强对流特征明显、强降水中心位于太行山东麓迎风坡等共性特征,但二者具有不同的影响系统,降水范围有明显差异;(2)两次特大暴雨过程均存在来自热带和副热带的西南和东南两支水汽输送,整层水汽条件较好,其中"7.09"过程的整层可降水量具有明显极端性,而"7.19"过程中,水汽条件接近同期暴雨过程的平均值,极端性不明显;(3)两次过程的动力条件有较大差异,"7.09"过程动力条件弱,强降水中心新乡站的700 hPa垂直速度远小于该站暴雨过程中该值的多年平均值,而"7.19"过程林州站700 hPa垂直速度约是1981年以来28次暴雨过程中该站平均值的3倍,具有明显的极端性;(4)两次过程均伴有地面中尺度辐合线生成、发展和维持,地面中尺度辐合线触发对流单体生成、合并,其增强、维持与大的小时雨强相对应,对流云团具有低质心、高效率降水等特征;(5)太行山地形对两次极端暴雨增幅均有正贡献。     

北方一次暖区大暴雨降水预报失败案例剖析

目前全球模式对暖区暴雨的捕捉能力有限,北方地区的暖区暴雨预报更是业务预报中的一个难点。2013年7月1—2日河北、天津等地出现了一次区域性大暴雨过程,降水由锋前暖区降水和锋面降水组成,特别是冀中的特大暴雨[409mm·(24h)~(-1)]暖区降水占60%以上。预报员对此次过程的预报量级显著偏小,特大暴雨、暴雨均出现漏报。各家数值模式预报均不能给预报员提供足够的有用信息,给预报带来很多困难,导致预报的失败。本文利用业务预报中常用的数值预报产品、加密自动站观测资料、常规地面、高空观测资料、新一代天气雷达资料等对此次北方暖区暴雨预报失败案例进行剖析,结果显示:高温高湿的环境中,未能捕捉到可触发对流的次天气及以下尺度的小扰动,如地面辐合线、阵风锋、冷池及中尺度涡旋等及其对强降水的影响,加之对中尺度对流系统的环境场条件,如低空急流、急流核的发展演变等的精细分析不足是导致强降水预报量级偏弱的重要因素;对于发生在深厚暖湿气团中的暖区降水的预报,需考虑高温高湿环境下地面辐合线、冷池及中尺度涡旋的相互作用对对流的触发及组织化发展导致的局地性、对流性强降水的产生;基于地面自动站资料和雷达资料等的短时临近预报可以弥补全球数值预报对中小尺度系统的捕捉能力的不足,提高暖区暴雨的预报准确率。     

华南前汛期暖区暴雨研究新进展

华南前汛期暖区暴雨一直是困扰科研和业务的重要难题。在1970s末第一次华南暴雨综合试验中,老一辈科学家提出了华南前汛期暖区暴雨的概念,并揭示了诸多对华南暴雨研究有重要意义的成果。近年来,随着现代气象探测手段、高性能计算能力的提升以及中尺度暴雨科学观测试验的开展,对华南前汛期暖区暴雨的研究取得了不少新的认识。本文重点梳理了近10 a有关华南前汛期暖区暴雨方面的最新研究进展,从暖区暴雨的定义及分类、多尺度天气特征、形成机制及可预报性研究等4个方面进行系统性论述。最后,对华南前汛期暖区暴雨研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

梅雨期暴雨系统的流依赖中尺度可预报性

中尺度天气系统的初值敏感性,导致了中尺度系统预报极限的存在.中尺度系统的初始误差的快速增长及其中尺度可预报性依赖于系统流的特征.梅雨暴雨形成是多尺度天气系统共同作用的结果,决定了梅雨期暴雨的形成机制的多样性,也决定了其初值敏感性的差异性.本文重点对比分析了五种不同类型的梅雨暴雨的误差增长特征及其机制.冷空气抬升、低层涡...     

豫北“7·9”特大暴雨的短期预报分析和反思

对2016年7月9日豫北特大暴雨的短期预报决策过程进行了总结和反思,主要结论如下:(1)此次降水过程存在明显的对流云团之间的合并及组织化过程,这些过程涉及中小尺度系统相互作用。作为重要业务参考的全球模式(包括确定性和集合预报)均未能提前(24或12h)对此次暴雨过程做出有效预报或提示。(2)高分辨区域模式和快速同化更新系统大多表现出更好的预报能力,可提前12或6h提示预报员豫北地区有暴雨或大暴雨。(3)特大暴雨过程预报失败的主要原因是预报员过份依赖全球模式的结果,缺乏使用高分辨区域模式产品的经验或对这些模式产品信心不足。高分辨区域模式在投入业务运行之前,需加强对预报员的系统性培训,才能更有效地发挥这些模式产品的业务效能。(4)在现有QPF业务流程中逐渐增加概率产品的使用,既符合新技术的发展趋势,也可望对暴雨或极端降水的预报提供更有效支撑。     

2017年5月7日广州特大暴雨微物理特征及其触发维持机制分析

利用区域气象站、海岛站、测风塔、风廓线和多普勒天气雷达等多种非常规观测以及NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料,对2017年6月22日凌晨广东西部沿海发生的一次预报失败的局地特大暴雨过程的成因进行了综合诊断,重点探讨了局地海陆风和地形（相互）作用对该过程的影响。结果表明：（1）暴雨发生在弱天气尺度环流背景下,华南地区无锋面和高空槽活动,边界层超低空偏南急流为暴雨提供了不稳定能量,不同性质下垫面的热力差异导致天露山山前形成海陆风（偏南）与偏北风的中尺度辐合线,致使初始对流在关键区触发。（2）偏南暖湿气流向北推进受阻后,在天露山地形强迫抬升下对流增强发展成中尺度对流系统（MCS）,下垫面热力差异在山前强迫产生的中尺度垂直切变与降水之间可能存在正反馈现象,延长β中尺度对流系统生命史。（3）中尺度辐合线上不断激发的对流云团,形成降水的列车效应,导致了这场罕见的局地特大暴雨过程,凸显海陆风环流对本次暖区暴雨的重要作用。（4）该过程发生前,所有业务客观数值预报模式均未预报出明显降水,数值模式难以做出暖区尤其是弱天气背景下的暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。

     

弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析

首先对2008-2019年4-9月湖南弱天气尺度背景下暖区暴雨依据500 hPa环流形势分为强西南急流型和副高型,然后对2018年4月30日(简称"4·30"过程)和2016年7月17日(简称"7·17"过程)两次不同类型暖区暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)两类暖区暴雨具有明显季节差异,强西南急流型和副高型分别发生在春季和夏季。强西南急流型一天任何时刻均会出现,夜间降水频次增多。副高型的日变化明显,降水峰值出现在上午。强西南急流型降水范围广,多出现在湘南地区,西南急流北推到长江中下游地区时,湘北也会出现暴雨。副高型降水分散,在湘西北、湘北及湘东南地区均出现强降水,局地性强,对流性明显。(2)"4·30"过程暴雨区处于上下一致西南风中,在切变线南侧辐合上升、西南急流和地面辐合线共同影响下湘东北出现暴雨,属于强西南急流型暖区暴雨;而"7·17"过程,副高脊线控制湖南,受中低层弱切变和地面中尺度气旋影响,湘西北出现暴雨,属于副高型暖区暴雨。(3)"4·30"过程暴雨区上空垂直螺旋度均为负值,700 hPa存在负值中心,意味着700 hPa切变线造成暴雨区强辐合上升,导致强降水发生;"7·17"过程,垂直螺旋度呈"上正下负"结构,900 hPa高度强气旋性旋转辐合最强,表征近地层中小尺度系统影响造成暴雨。"4·30"过程水汽输送和辐合比"7·17"过程更强。"7·17"过程比"4·30"过程低层热力不稳定能量更大且热力不稳定层结更强。β中尺度辐合线和γ小尺度气旋分别为"4·30"过程和"7·17"过程的触发机制。     

2019年韶关“5·18”局地特大暴雨极端性成因分析

2019年5月18日,广东省韶关市出现了局地特大暴雨,刷新了韶关有气象记录以来的雨量记录。利用常规观测资料、区域气象自动站观测资料、韶关双偏振多普勒天气雷达资料,以及NCEP 1 °×1 °再分析资料对本次过程进行详细分析,探讨本次过程发生的极端性成因。(1) 本次过程是粤北历史罕见的局地暖区突发性特大暴雨过程,天气尺度的背景场较弱,极端性条件不显著,但能从中尺度分析场分析出暴雨潜势。(2) 暴雨发生之前,韶关一直处于偏南暖湿气流控制的区域,并且随着对流抑制减小为0,对流有效位能增强,自由对流高度下降至近地面,使得气块更容易被强迫抬升。(3) 多个单体持续发展与合并,出现“列车效应”,近地面冷池维持向南楔入,低层西南风加强叠加于冷池上导致强风速辐合辐散区和中气旋的出现,是维持强回波持续发展的重要原因;回波呈暖区降水的垂直结构特性,也呈现出近地面层冷池对暖湿气流强迫抬升的结构特征,侧面说明了强降水触发机制。(4) 地形对对流触发和暴雨的增幅有重要影响,峡谷和喇叭口地形加强了偏南气流的汇入及辐合作用,山前迎风坡除了地形抬升作用外,位于山前的地面辐合线对于对流既有触发又有加强与维持的作用。(5) 山前强水平温度梯度为对流发生提供了有利的环境条件,当初生对流出现降雨之后,水平温度梯度进一步加强,形成了温度梯度与对流强度之间的正反馈过程,因而对流持续发展与维持。(6) 对于此类突发的短历时强降水造成的暖区暴雨,监测和短临预警仍然是主要手段。      

2017年7月初柳州特大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料和柳州多普勒雷达观测资料,采用天气学诊断分析方法,对2017年7月1-2日发生在柳州市的一次特强降水过程进行了分析。结果表明:高原槽、低涡切变以及地面辐合线是此次过程的主要影响系统;副热带高压的稳定维持,使高原槽长时间停滞在黔桂交界一带;地面中尺度辐合线的长久维持为强降水提供了动力抬升的条件,辐合上升运动增强激发出大量的中尺度对流云团,强回波形成列车效应,从而产生大暴雨。     

“98.7”鄂东特大暴雨的地面中尺度系统分析

利用１９９８年７月鄂东特大暴雨过程期间的地面加密资料,系统地分析了地面中尺度系统对这场特大暴雨发生、发展所产生的影响。经分析发现：特大暴雨发生在地面高压脊后部、低压槽前的两股偏南气流汇合处;鄂东处于辐合气流中,其地面常有中尺度系统生成和维持;地面中尺度辐合线和地面露点锋对鄂东特大暴雨起了触发、维持以及能量积累的作用。