一次华南—江南持续暴雨的大尺度水汽场和中尺度特大暴雨模拟诊断分析

按天气学方法,对2010年6月华南—江南持续暴雨作大尺度水汽场诊断分析,同时用三重嵌套WRF中尺度模式,模拟6月19—20日"高空槽-西南涡-切变线-低空急流"系统造成的江南特大暴雨过程,并且对模拟中尺度暴雨雨带和雨团作高时空分辨率诊断分析。诊断物理量包括:可降水量、对流可降水量、水汽及云水、云冰通量和通量散度、水汽权重平均风速、凝结函数降水率等。模拟与诊断分析表明,华南江南持续性暴雨大尺度水汽场特征是,因东亚"中高纬度正距平中低纬度负距平副高偏强偏西季风槽异常活动",造成孟加拉湾和南海上空的大尺度水汽进入大陆;中尺度特大暴雨发生在上游区有暖湿急流、并处于风场辐合的"水汽+云水+云冰"(总水物质)饱和高值区;因凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率均为风场(散度场)中垂直运动产物,模拟的凝结函数降水率随模式时空分辨率提高而逐渐逼近于模式的显式降水物理过程,当模式分辨率达到4 km,可模拟出"西南涡切变线"系统中,有凝结函数降水率为1~3 mm·min~(-1)的中尺度雨团生消;且模式大气中的云水、云冰碰并增长降水率,可用其通量散度描述,并且应与凝结函数降水率相叠加。从而表明,模拟中尺度雨带和雨团发生、发展的天气学动力因素,只能是天气系统风场,即是模式的高时空分辨率散度场决定模式大气垂直运动,进而决定凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率,它们一起构成了模式显式降水(率)。     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

贵州一次大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5V3.5,对2005年5月31日至6月1日贵州省发生的一次大暴雨天气过程进行数值模拟,并利用模拟结果对该过程进行诊断分析。结果表明:模式较好地模拟这次大暴雨过程,并对与暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展做出了较成功的模拟,此次过程中,西南涡是造成大暴雨的主要影响系统。对中尺度系统的模拟表明:强降水与强上升运动区及正涡度区有很好的对应关系,低层辐合、高层辐散、西南低空急流、垂直运动增强等是此次暴雨维持和发展的重要机制之一。强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水的强弱与辐合的强弱变化一致。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU／NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5，模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程。结果表明，高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力。高分辨率模拟输出显示“9．18”绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴，且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团。模拟还显示受高原地形影响，该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构。其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展，热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量，中层具有斜压不稳定能量。中尺度对流系统具有两支上升人流和两支下沉出流，低层人流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放，中层人流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放，两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展，形成绵阳大暴雨。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

2010年8月开封一次大暴雨过程中尺度特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、气象卫星云图、雷达监测产品和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年8月19日开封市区出现的一次强对流性暴雨过程进行诊断分析.结果表明:在副热带高压控制之下,能量积聚充分,湿层深厚,大气处于上干下湿的不稳定层结,西南低涡、850 hPa切变线及地面冷锋触发不稳定能量,产生了对流性暴雨;低层切变和地面冷锋辐合区域狭窄并且基本重合,使得垂直辐合上升运动强烈发展.该过程的中尺度特征分析表明,两个在低涡东南侧沿850 hPa切变线东北移的中-β尺度对流系统加强合并为一个中-α对流系统,最强降雨出现在中-α对流云团移动的右前方、tbb梯度最大与tbb冷中心之间的区域,与旺盛发展的强回波前沿相对应.     

东北地区一次短时大暴雨β中尺度对流系统分析

为了探寻东北短历时暴雨的预报线索,利用自动站、卫星和常规气象观测资料相结合的方法,研究2006年8月10日最大1 h雨量达到90.8 mm(泰来,其中,后半小时降水82 mm)的东北中西部百年一遇短历时特大暴雨中尺度对流系统(MCS)发展过程,及其发生的天气尺度背景和中尺度环境与触发机制.通过红外卫星云图和高分辨率的可见光云图,分析MCS如何从一个γ中尺度发展为α中尺度对流复合体(MCC)的过程.分析表明,与6个市(县)半小时雨量超过33 mm相关联的MβCS分别发生在2个阶段,第1阶段在MCC形成之前,MβCS主要向东移动(最后合并成MCC),第2阶段,在MCC成熟阶段.MpCS出现在MCC的西南边缘,而且最强短历时暴雨就发生在这里.从分辨率更高的可见光云图上可以发现,有北、西两条积云线,它们交汇的地方MβCS强烈发展并产生暴雨.分析MCS加强和产生暴雨的原因表明:(1)暴雨发生前夕暴雨区域具有高温、高湿和对流性不稳定层结,并存在明显的对流有效位能增加、抬升凝结高度及自由对流高度降低的现象,有利于暴雨发生;(2)β中尺度云团之间的合并,使MCS迅速发展,产生暴雨;(3)北、西两条积云线分别与地面风场中的两条辐合线相对应,在它们交汇处的较强辐合导致β中尺度云团强烈发展产生暴雨.分析MCS在MCC西南方向传播的原因表明,两条辐合线的移动方向和速度决定了暴雨MCS的传播方向.另外,偏北气流的出现和新老云团的新陈代谢过程是触发暴雨的关键因素.上述分析结果也为短历时暴雨的预报提供了有用的线索.     

湖北一次梅雨大暴雨分析

应用加密探空资料、NCEP再分析资料与自动气象站雨量资料,分析2009年6月29日湖北梅雨大暴雨。结果表明:暴雨期间700hPa江淮较长切变线维持准纬向特性,850hPa低空急流北上到江南北部。700hPa鄂西北等地准东西走向θse锋区有所加强并南移,湖北暴雨区位于θse锋区南侧且θse数值有所增加的地区。垂直积分水汽辐合大值区与强降雨带位置对应比较好,且整层水汽辐合比强降雨发生要早6h以上。恩施、武汉两站暴雨发生除了受低层切变线等较大尺度系统影响外,局地气象要素配合也很重要,尤其是低层较为充足的水汽是降雨维持的条件。当高层低槽移过,高、中层之间出现水平风垂直切变后恩施降雨明显加强。武汉站前期高层或中层干空气向下伸展,中、低层不稳定层结加强后降雨发展,其最强降雨和低层冷式切变线过境同时发生。     

一次川西阻塞性特大暴雨的诊断分析

利用T106客观分析场资料，对1998年7月4-6日发生在成都地区的特大暴雨过程进行了热力、动力及水汽条件的诊断分析，并将T106物理量产品24、48小时场与对应客观分析场进行比较。结果发现：①暴雨发生在等θse线高度密集的高能锋区和△θse500-800负大值区内；②正、负涡度大值区分别与强烈发展的低值系统及高压坝对应较好；③盆地上空低层辐盒、高层辐散的区域，同时存在强烈的上升运动，暴雨就发生在此；④来自南海的水汽源源不断送往盆地，由于高压坝的阻塞作用，水汽在盆地中、西部地区辐合；⑤24^s的T106物理量场与对应客观分析场吻合较好，有实际预报能力。48^s的涡度、散度、垂直速度及水汽通量、水汽通量散度预报场偏差较大，须订正使用。     

2009年7月广西一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

运用WRF模式对2009年7月发生在广西地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行诊断分析.结果表明,模式能够合理地再现此次暴雨天气过程.在对流层中低层,水汽通量散度的负高值区、假相当位温广义波作用量密度和z-螺旋度的正高值区,与强降水落区都存在较好的对应关系;水汽通量散度负值中心大小及负值区向上伸展的高度、...     

2009年7月广西一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

运用WRF模式对2009年7月发生在广西地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行诊断分析。结果表明,模式能够合理地再现此次暴雨天气过程。在对流层中低层,水汽通量散度的负高值区、假相当位温广义波作用量密度和z-螺旋度的正高值区,与强降水落区都存在较好的对应关系;水汽通量散度负值中心大小及负值区向上伸展的高度、假相当位温广义波作用量密度的高值中心值,与降水强度之间存在一定的相关性;z-螺旋度的强度变化对降水强度的增大和减弱也具有较好的指示意义。     

一次梅雨期暴雨的中尺度数值模拟分析

利用常规气象资料、AREM模式输出资料,对发生在2005年梅雨期湖北的一次暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明,强降水发生时,在对应的中尺度对流系统中存在两个分别位于300hPa和600hPa附近的强上升运动中心,低层辐合、高层辐散的单模态分布是上升运动得以维持的重要条件;环境风场并不能控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;强降水形成可概括为低层切变线东移诱发地面低压发展、引起垂直上升运动迅速增加、触发低层水汽的垂直输送和高不稳定能量强烈释放等过程。     

南京一次局地大暴雨的β中尺度对流系统结构分析

利用WRF中尺度模式,对2007年7月发生在南京地区的一场局地大暴雨过程进行了数值模拟。通过大尺度环流、流场以及有关物理量等特征结构分析表明:在南京地区产生局地暴雨的直接影响系统是一个β中尺度对流单体。在成熟期具有暖性对流涡柱的特征,涡度的发展较散度具有一定的滞后性,其暖心结构和假相当位温分布与热带气旋极为一致。并且该对流系统的垂直环流在成熟期表现出了一些类似超级单体的环流特征,证明了普通单体风暴具有向局地强风暴发展的潜力。从分析液相及冰相粒子混合率的垂直分布表明:对流单体发展的成熟期,冻结高度之上有过冷水与冰相粒子共存,过冷水分布最广的时期与系统最强降水时段对应良好。这意味着淞化过程可能是导致对流系统降水增幅的一种机制。由水汽通量散度分析,对于预报对流系统的发生位置和时间具有一定的指示意义。本次过程中流场散度项是决定水汽通量散度分布的关键因素,水汽平流项的贡献甚微。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

2013年7月四川盆地一次特大暴雨的中尺度系统演变特征

利用常规观测资料、地面加密资料、卫星观测资料和NCEP再分析资料等,对2013年7月8日四川盆地西部大暴雨过程的天气背景、水汽来源、地面环境场特征、中尺度云团活动等进行了分析并开展了数值模拟研究。这次过程发生在中纬度“东高西低”的环流背景下,西风槽与西太平洋副热带高压稳定的同时有高原东部小槽东移,孟加拉湾低槽槽前西南暖湿气流在盆地转为偏东风,输送充沛水汽。地面偏东风与偏北风形成的中尺度辐合线上有对流云团发展加强,为此次大暴雨的发生提供了有利的中尺度辐合条件。模拟结果表明,在川西高原地形阻挡影响下,偏东气流被迫抬升,配合中低层低涡发展形成的辐合上升,形成有利于对流系统发生和维持的环境条件。近地层辐合线北侧偏北冷空气的侵入促使对流不稳定能量释放,对对流的触发和维持有一定作用。     

1998年一次梅雨锋暴雨中尺度对流系统的模拟与诊断分析

文中利用观测资料(包括部分‘四大科学试验'资料)和高分辨率数值模拟结果,对1998年6月16～17日发生在赣闽浙沿武夷山北麓地区的梅雨锋暴雨中尺度对流系统特征进行了分析研究。分析表明:(1)本次梅雨锋暴雨发生在对流层中低层中β尺度低压南侧的中尺度辐合线上;在弱的风垂直切变环境下,梅雨锋中α对流云系中有数个中β尺度云呈塔状强烈垂直发展,它们是造成暴雨的中β尺度对流系统。(2)基于加密探空观测的对流有效位能计算显示,赣闽浙沿武夷山北麓地区的强暴雨发生前,最大对流有效位能可达到2600J/kg;通过时间加密的探空观测有可能捕捉对流有效位能的中尺度变化特征。(3)利用高分辨率模拟结果对赣闽浙沿武夷山北麓的暴雨中β尺度对流系统(中β降水云塔)的结构分析显示,强烈发展的中β降水云塔为有利的中尺度动力配置结构,即对应着一个狭窄的、从地面伸展到250hPa的正涡度区,其1.5m/s的垂直上升运动与低层强辐合和高层强辐散相伴随。(4)通过分析与诊断,提出了低层中尺度辐合线上强烈发展的梅雨锋暴雨中β尺度对流系统的气流运动图像,即:在对流层低层,空气从西南和西北两个方向流入中β降水云塔区,在云塔中垂直(略向东倾斜)上升;靠近云塔南(北)侧边缘的上升气。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

2005年7月一次大暴雨过程的模拟和诊断分析

基于2005年7月9—10日河南、安徽等地一次大暴雨的巨大影响,利用中尺度模式（MM5）对此次过程进行了模拟,并使用NCEP/NCAR再分析资料和模式输出产品作了多种物理量诊断分析,结果表明,贝加尔湖附近阻高、下游的东北冷涡及其伴随的高空槽造成了有利的环流形势,低层切变线及急流是此次暴雨过程的最主要影响系统。散度、涡度、垂直速度、螺旋度及位温的分布和演变反映出在此次降水发生过程中,暴雨区出现了很强的辐合上升运动,中低层大气层结不稳定性强,上下层大气物质交换强烈,在暴雨区上空螺旋度呈＂下正上负＂的垂直结构,螺旋度正的大值区对应强降水中心;水汽通量散度的分布说明暴雨区有充足的水汽供应,而锋生条件为降水的形成和维持提供了一定的能量。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。