0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

一次局地大暴雨过程的综合分析

利用常规气象监测资料,以及卫星、雷达、闪电定位、GPS／MET等精细化监测资料,对2010年8月18日-19日的暴雨天气过程进行了综合分析发现：边界层两条仅中尺度辐合线与两条暴雨带有很好的对应关系。暴雨期间,共有6个α中尺度对流云团在边界层中尺度辐合线上生成、发展与合并,特大暴雨由β中尺度对流云团合并形成的MCS所造成。分析结果表明,暴雨发生在副高西进北抬和冷空气东移南下的背景下;700hPa、850hPa和边界层中尺度辐合线是此次暴雨过程的主要影响系统;局地闪电频次峰值出现时间早于强降水峰值出现时间1h左右;GPS探测网对水汽探测的反应早于区域加密站的观测,PWV锋区出现时间较强降水出现时间有大于12h的提前量,且PWV锋区的出现时间和位置对暴雨落区预报有一定的参考价值,可以作为判断强降水出现的一个重要参考依据。     

天津城区一次γ中尺度短时暴雨的热动力环境分析

利用睿图-短期预报子系统的精细化预报结果、地面加密自动站、多普勒雷达、FY-4A卫星的逐5 min可见光云图以及北京探空等资料,对2018年7月22日发生在天津城区的一次突发性γ中尺度短时暴雨的热动力环境进行了详细分析。结果表明:此次暴雨发生在500 hPa副热带高压控制范围内,是由城区孤立风暴造成的一次局地强降水过程,具有范围小(不足20 km)、生命史短(1～2 h)、雨强大(62.4 mm·h~(-1))、中尺度边界层环境复杂等特点。暴雨是在上游降水系统的冷池边界还远离天津城区时,由城市热岛、上游冷池出流前的边界层弱冷空气、系统性东北风和午后逐渐形成的中尺度海风共同作用造成的。下垫面水平热力差异及地表能量平衡的结果导致天津中心城区形成较为显著的热岛效应,热岛强度达2～4℃,与热岛效应伴随的城市热岛暖低压的形成与发展导致城区形成中尺度辐合中心。上游降水产生的中尺度高压(上游降水区)和天津城市热岛暖低压(下游非降水区)之间的气压梯度导致冷池前沿形成了一支超越冷池出流边界而率先到达天津城区的一支北风,这支边界层弱冷空气与系统性东北风、海风在城市热岛暖低压作用下均向城区汇合,进一步增强了城区辐合中心的强度及维持时间。垂直方向上,沿城区的纬向、经向分别形成了两个方向相反的、非对称的中尺度次级环流,其上升支正好位于天津城区。上游冷池出流前中尺度锋区东移造成的水汽集中以及热岛效应伴随的局地热量累积使城区逐渐发展为高湿高能区,且垂直方向上不稳定度增强,为局地暴雨的发生提供了有利的中尺度环境条件。     

2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究

通过对雷达、卫星、地面等观测资料的诊断分析以及数值模拟研究, 对2005年6月广东 (粤中) 地区特大持续性暴雨的β中尺度系统进行了研究, 得出以下结果: (1) β中尺度系统是该次广东持续性暴雨的直接制造者, 当地的喇叭口地形非常有利于β中尺度系统的触发与维持。β中尺度系统发展初期有一些更小的γ中尺度系统的活动, 它们形成带状, 逐渐发展合并为β中尺度系统。 (2) 在较为成功的模拟的基础上, 采用模式输出资料对β中尺度对流雨团P作了仔细分析, 结果显示低层对应风场的辐合, 高层对应风场的辐散, 这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持, β中尺度雨团中心对应着上升运动, 而在雨团北侧有弱下沉气流的补偿。引起降水的β中尺度系统多位于锋前暖区的相对更暖区域。 (3) 在同一次暴雨过程中, 粤桂两地同处锋前暖区, 对其风场上的异同点作了比较。共同点是低层均存在风场的辐合。但广西为风速辐合, 辐合中心具移动性, 而广东为风向辐合, 有明显辐合线, 辐合中心, 稳定少动。 (4) 地面辐合线上的扰动以及地面较强的温湿对比区的热力作用对于β中尺度系统的触发可能有重要的影响。地面资料提供了很有用的信息, 是一种重要的工具。 (5) 在此基础上提出了锋前暖区中尺度对流系统及地形、地面风、温、湿分布对其影响的概念模型。     

湘西北一次大暴雨过程中尺度结构特征分析

利用常规观测资料、区域自动气象站资料、多普勒雷达资料、美国GFS及LAPS分析资料,对2012年6月下旬发生在湘西北的大暴雨过程的成因以及β中尺度系统的三维动力热力结构特征进行了分析,结果表明:此次过程属于典型的湖南盛夏低涡切变型暴雨过程,地面降水在时空分布上具有明显的中尺度特征。低空急流加强北推不但有利于水汽和不稳定能量向暴雨区的输送,也是β中尺度低涡发生发展和垂直上升运动加强的主要原因。地面中尺度辐合线的维持和地形的阻挡有利于暖湿气流的抬升,而上升的暖湿空气在中高层凝结释放潜热,对上升运动起到正反馈作用。产生暴雨的β中尺度系统具有明显的动力、热力结构特征。在暴雨发展的最强阶段,β中尺度系统的四周各有一个垂直环流圈,其中南北两侧的下沉补偿气流向暴雨区的分支不但有利于水汽和不稳定能量的输送,也加强了暴雨区低层的辐合;东西两侧下沉补偿气流向暴雨区的分支加强了暴雨区气流的气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度系统的辐合;基于上述研究成果,提炼了此次低涡切变线暴雨的三维物理结构示意图。      

海陆风环流在天津2009年9月26日局地暴雨过程中的作用

利用常规天气资料、地面加密自动站资料、天津中尺度模式产品资料以及卫星云图和多普勒雷达等资料,对2009年9月26日出现在天津地区的局地暴雨过程进行天气学、动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明,本次暴雨的天气尺度主要的影响系统是500 hPa高空槽,中尺度系统是由海陆风环流形成的地面中尺度辐合线.降水前天津市具有较好的热力不稳定条件,较好的能量储备,有利的动力条件,一定量级的水汽辐合,边界层的东风将渤海的水汽输送至天津市,是本次过程的主要水汽来源.天气尺度的积云对流与海风锋的碰撞触发不稳定能量的释放,引发第一阶段的强降水,边界层东风急流再度加强所产生的抬升效应引发第二阶段的降水.中尺度切变线通过提供带状辐合上升运动起着胚胎和组织积云对流的作用,使得降水回波和对流云团沿中尺度切变线发展、加强和移动,产生了明显的列车效应,导致了这场历史罕见的秋季局部暴雨过程,也充分凸显出海陆风环流对本次暴雨的重要作用.     

海陆风和地形对一次弱天气背景下暖区特大暴雨的影响分析

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。     

恩施“6·24”暴雨中尺度系统特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星TBB资料、雷达资料,对恩施州2016年6月24—25日发生的一次大范围暴雨过程进行分析。结果表明:本次强降水,具有典型的两槽一脊"单阻型"梅雨环流特征,在有利的大尺度环流背景下,在高空槽、低层低涡切变、西南急流、地面中尺度辐合线等中尺度天气系统的共同影响、相互作用下,形成了此次大范围强降水。此次暴雨空间上分布不均,局地性强,表现为明显的中尺度对流性特征,雷达回波图上降水性质表现为混合型降水,暴雨的直接影响系统是中β尺度对流系统,且中β尺度对流系统在多个中尺度对流云团合并后加强,时间尺度约为5 h。此次暴雨过程是在上干冷下暖湿强的大气层结不稳定条件下,梅雨锋、边界层辐合线和地形槽的触发作用将前期积累的能量释放产生的强对流天气,同时,副高外围西南气流将南海和西太平洋的水汽向恩施输送,为暴雨的发生提供了有利的条件。     

边界层风廓线雷达资料在北京夏季强降水天气分析中的应用

利用北京城区及周围3个站的Airda 3000边界层风廓线雷达提供的风廓线资料,详细分析了北京2005年8月3日的一次强降水天气过程.分析表明,降水前十几小时出现双层低空急流,急流层内结构复杂,呈现多中心结构.风廓线观测揭示,南高空槽和弱冷空气共同诱发产生的切变线低涡是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统,暴雨系统有很复杂的垂直结构.强降水开始前数小时(夜间)城区地面风场辐合,在临近降水和降水开始时辐合(或切变)层向上发展,这一过程有利于降水的发展.     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

河南省对流性暴雨云系特征与概念模型

利用2005—2010年FY-2C/E和MODIS卫星资料、A0报文、自动气象站降水资料及常规观测资料,修订了河南省对流性暴雨中尺度对流系统标准,统计分析了暴雨中尺度对流系统的活动规律和降水特征,初步建立了河南省典型对流性暴雨概念模型。河南省对流性暴雨中尺度对流系统主要包括新生对流云团、β中尺度对流系统、α中尺度对流系统及带状中尺度对流系统。对流性暴雨易产生于中尺度对流系统的发生、发展期,多发于中尺度对流系统云顶亮温低中心附近及后侧梯度大值区, 云系上云光学厚度高值区为中尺度对流系统发展潜势区。低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对中尺度对流系统的发生、发展起触发作用;高压后部型与午后边界层辐射增温关系密切,能量锋、边界层辐合线是中尺度对流系统的触发系统;切变型过程中干线的作用较重要。河南省对流性暴雨中尺度对流系统多发展于山区附近,移动路径有东移、东北移和东南移型,高层云导风可为中尺度对流系统的移动发展提供预报信息。     

“03.7”湘西北特大致洪暴雨的触发机制数值研究

利用常规、地面加密观测资料、GMS卫星云图和常德多普勒天气雷达资料, 结合MM5中尺度数值模式模拟结果对“ 03.7”湘西北特大致洪暴雨过程进行综合分析, 并探讨其可能的触发机制。研究表明: “03.7”湘西北特大暴雨与边界层内多个中尺度辐合扰动的移动和发展密切相关, 且伴随着中尺度雨团的强烈发展, 由此诱发的β-中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统; 有组织的多单体风暴活动是张家界这一特大暴雨中心形成的主要原因; 等熵面上的位涡下滑和倾斜涡度的发展可能是导致β-中尺度气旋涡度急剧发展的重要因素; 低空急流扰动、对流层高层强辐散形成的抽吸作用以及湘西北特殊地形对此次暴雨过程有明显的触发和增幅作用。     

安徽北部一次局地特大暴雨过程的中尺度特征分析

利用NCEP 0.25°×0.25°再分析资料、自动站加密观测资料、卫星和雷达资料,对2018年6月27—28日安徽北部出现的一次局地特大暴雨过程进行特征分析,结果表明:(1)此次特大暴雨过程发生在冷涡后部的大尺度天气背景中,低槽具有前倾结构,环境场提供了充足的水汽和能量条件;(2)降水具有低质心暖云降水特征,后向传播、低槽移动缓慢和引导气流弱是导致降水长时间维持的主要原因;(3)雷暴高压的地面出流和环境西南风的辐合导致的边界层中尺度辐合线是对流的主要触发、维持和增强机制,与对流风暴主体靠近时边界层中尺度辐合线触发、维持和增强作用强,远离对流风暴主体时作用减弱;(4)边界层中尺度辐合线的位置与等温线密集带暖侧保持一致,对流单体主要在其冷侧新生或发展增强,强降水中心位于雷暴高压冷中心附近;(5)位于风暴后部的边界层中尺度辐合线呈准静止状是造成后向传播长时间维持,进而强降水持续降落在安徽北部地区的重要原因。     

中亚低涡引发的两次南疆西部暴雨中尺度特征对比分析

选取南疆西部区域自动气象观测站逐时降水量资料、气象站常规观测资料、FY-2D云图TBB资料、NCEP再分析资料以及ECMWF和T639客观分析场资料,采用统计分析和滤波方法对2012年5月21~23日和2013年5月26~29日2次发生在南疆西部的暴雨过程进行对比分析。结果表明:2次暴雨过程均为中亚低涡影响形成,暴雨中心一致,但降水范围、持续时间和降水强度明显不同,中尺度系统的差异是其可能原因。2次暴雨过程分别由中-β系统和中-α系统影响形成,过程的影响系统尺度小,则雨强大、降水时间短,反之亦然。地形作用下的中低层抬升和辐合是南疆西部降水形成的重要原因。地面辐合线是南疆西部暴雨的主要中尺度影响系统,是暴雨的重要触发机制。冷空气翻越帕米尔高原进入盆地,与盆地暖湿气团交汇,形成强辐合线,不稳定强烈发展,利于出现对流性降水,降水强度大。     

京津冀一次罕见的双雨带暴雨过程成因分析

2013年7月1日京津冀区域在副热带高压北抬、偏南低空急流加强、高空槽东移的环流背景下,出现了一次罕见的降水强度大、持续时间长的双雨带暴雨过程。利用常规观测、NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料和多种加密观测以及雷达变分同化分析资料等对此次暴雨过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明:南北两支暴雨带的形成机制和中尺度过程有显著差异,但是双雨带在形成与维持过程中也有相互促进作用。南支暴雨带发生于西南暖湿气流加强的环境下,对流不稳定层结显著、整层湿度大;强降水是在暖式中尺度辐合线的触发和组织下由中尺度对流复合体产生的,雷达回波具有明显的"列车效应"和后向传播特征,属于深厚的暖区湿对流暴雨,雨强和累积雨量极大、中尺度特征明显;地面辐合线及中尺度涡旋的位置决定了雨带和特大暴雨中心的位置,强降水产生的冷池出流和偏南暖湿气流形成的温度梯度最大区域指示了强回波的传播方向。北支暴雨带是在冷式切变线和低空低涡的影响下,由切变线云系形成的多单体回波带造成的;不稳定能量条件比南支暴雨带差,但是高低空系统耦合作用产生的上升运动强,中层的干冷侵入形成了明显的θse锋区,属于锋面对流系统,同时地形对降水有显著的增幅作用,多种因素综合作用造成雨强相对较弱,但是降水持续时间长,暴雨区面积大;过程中低空低涡的移动路径与强降水的落区和雨带的位置有较好的对应。南支暴雨带暖区降水后边界层形成的偏东风不仅为北支暴雨带提供水汽输送,而且在太行山前的地形抬升作用促使了强对流单体的发生发展,增强了北支暴雨带的降水强度,而太行山前强对流降水造成的冷池促进了地面中尺度涡旋的形成,造成南支暴雨带后期强对流回波的合并和降水的再度加强。     

台风海葵引发浙西山区大暴雨的成因

利用中尺度数值模式WRF,结合多普勒雷达资料、卫星TBB资料和自动站资料对2012年8月6—9日由台风海葵引发的杭州西部山区强暴雨洪涝灾害进行分析。结果表明,登陆台风内部的螺旋云带中有多个中尺度云团活动,云团不断从台风螺旋云带内部分裂生成,并有一个从加强发展到逐渐消亡的过程,正是在中尺度云团的直接作用下,给台风经过地区造成了一次又一次的强降水,导致了浙西北等地区持续不断发生暴雨,因此,中尺度系统是造成台风暴雨的直接原因;台风外围的东北风、西北风和偏西风在有利地形配合下,往往会汇合形成中尺度辐合线,未来强降水区域也基本落在中尺度辐合线附近区域,中尺度辐合线是触发暴雨对流发生、发展的重要系统;浙江杭州西北部山区地形对于台风暴雨主要体现在增幅作用,对台风路径、降水范围影响不大。     

高原低涡影响下的一次暖区强降水特征分析

利用地面和高空观测资料、雷达资料、FY-2E逐时云顶亮温TBB资料以及NCEP/NCAR（1 °×1 °）再分析资料等,对2014年7月30—31日四川盆地的暴雨天气过程的中尺度对流系统特征及触发机制进行分析和探讨。结果表明:（1）本次暴雨的地面中尺度风场辐合线与强降水落区有较好的对应关系,辐合线比强降水提前1 h出现,且强降水落区主要位于辐合线左侧有边界层弱冷空气影响的偏北气流范围内,同时强降水落区随地面中尺度风场辐合线移动;（2）暴雨过程临近时具有不稳定能量特别高、地面和低层露点温度大、抬升凝结高度低、湿层非常深厚等显著特征十分有利于强降水的发生,降水过程中有充足的水汽向暴雨区输送并在暴雨区有明显的辐合上升,为强降水的持续提供了较好的条件;（3）在高原低涡缓慢东移过程中,涡前的正涡度平流使低层涡度增加、垂直上升运动加强,触发强对流活动,是本次暴雨过程的触发机制之一;强对流降水造成的非绝热加热正反馈于大气,使强对流活动发展,强降水天气持续,是本次暴雨过程的维持机制之一。      

三峡谷地三类突发性中尺度暴雨概念模型研究

利用2003—2013年湖北省三峡谷地加密自动站资料、常规观测资料、NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对三峡谷地突发性中尺度暴雨过程进行分型,并从环流背景及天气系统、环境场、地形影响等方面分别进行分析阐述,确立有预报意义的概念模型。结果如下:2003—2013年间,三峡谷地突发性中尺度暴雨过程分为西南低涡前冷暖切变结合型、东北冷槽尾部南北气流汇合型和副高内部边界层辐合型三类。其中,西南低涡前冷暖切变结合型,以天气尺度强迫为主,低层冷暖切变结合区对中尺度暴雨预报指示意义强,地面上以北风气流为主,峡谷入口处南侧迎风坡抬升作用强,峡谷附近温度场呈Ω型,中尺度对流系统(MCS)形成后多沿峡谷向东移动;东北冷槽尾部南北气流汇合型,天气尺度系统明显,低层冷切变尾部辐合区对中尺度暴雨预报指示意义强,地面上南、北两支气流并存,在峡谷入口处交汇进入峡谷,MCS形成后多由北向南移动;副高内部边界层辐合型,以边界层辐合和地形强迫抬升为主,边界层弱切变对预报指示意义强,地面上以偏南气流为主,进入峡谷后受地形阻挡作用,形成逆时针旋转的中尺度辐合中心,配合峡谷入口北侧迎风坡地形抬升作用,动力强迫达到最强,MCS形成后多由南向北移。在上述分析基础上,建立了三峡谷地三类中尺度暴雨概念模型。     

一次南岭地区早春暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,对2019年3月4—5日发生在南岭山脉附近的强降水天气进行综合分析。结果表明:短波槽活跃,低层急流强盛,特别是边界层急流、切变较长时间维持,为这次暴雨过程提供了很好的动力和水汽条件;水汽集中在800 hPa以下,主要是低层和边界层的水汽辐合;偏北气流南下过程中,与南方暖湿气流在南岭山脉地形影响下易形成边界层及地面的中尺度气旋,大尺度切变线、辐合线受山脉阻挡南推缓慢,增加强降水维持时间,气流持续汇集产生辐合,使得水汽通量辐合区位置与南岭山脉的位置、走向一致,降水增幅明显;早春时节的暴雨,一般热力条件差,着重关注水汽及动力条件,特别是出现低空急流和边界层偏南急流时,在有利的地形下易触发中小尺度扰动而出现强降水。     

2015年5月19—20日华南地区不同性质暴雨成因和预报分析

利用常规地面、高空和自动站观测资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,结合多普勒雷达回波和卫星资料,对比分析了2015年5月19—20日华南暴雨过程中不同性质暴雨对应的天气背景、垂直结构特征及直接造成暴雨的中尺度对流系统活动特征。结果表明：此次华南暴雨过程3个强降水中心分别与3个中尺度对流系统相关。（1）广西北部在850 hPa低涡切变线及α中尺度锋面气旋影响下,暴雨区斜压锋生结构明显,整层大气强烈上升。地面冷锋后中尺度线状对流活跃,排列紧密,持续时间较长,降雨量大。大尺度模式有较高的可参考性。（2）广东中北部暴雨区受边界层弱冷空气触发,线状对流系统在其南侧高温高湿环境中新生并传播,排列松散,移动速度较快,总降雨量不及广西北部,但局部雨强突出。边界层中尺度辐合线及γ中尺度气旋对强降水起重要作用。中尺度模式有一定的反映,预报难度较大。（3）广东东南部暴雨由暖区边界层风速辐合及地形海岸线作用产生,其降水质心低,降水效率高。模式的预报能力十分有限。针对不同特点的暴雨预报,数值模式的预报能力不同,而预报员在对天气特征准确把握的基础上,综合考虑不同数值模式的结果,有望得到更准确的预报。