房山区夏季两次低涡暴雨天气过程对比分析

文章利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、自动气象站降水资料、南郊观象台雷达资料、FY-2G卫星资料、南郊观象台微波辐射计资料、GPS水汽探测资料,对北京市房山区2015年7月16—17日和2017年6月22—23日两次低涡暴雨天气过程进行对比分析,探讨两次暴雨天气过程发生发展过程中的异同。结果表明:两次暴雨天气过程均是在高空低涡的大尺度环流背景条件下发生的。"6·22"过程的低涡强度、位置以及地面倒槽强度更有利于在房山区形成暴雨,且动力条件、水汽输送条件和不稳定条件明显强于"7·16"过程。"7·16"过程中尺度特征更为明显,中尺度云团强烈发展,雷达回波强度强,且具有"列车效应"的特征,因此造成的降水强度更强。     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

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.     

两次西南涡区域性大暴雨过程的对比分析

通过应用实况高空资料及计算的物理量对发生在重庆同一地区的两次西南低涡区域大暴雨的环流背景、中尺度低涡移动条件和内部结构等的诊断分析,结果表明:虽然两次过程均为以西南涡为主要影响系统,但由于其环流背景以及低涡强盛期涡内部的结构存在极大的差异,从而导致其移动方向和移动速度的不同,进而使强降雨的走势存在差异.通过对比分析对由于西南涡而产生的重庆区域性暴雨有了更进一步的认识.     

2013年初夏湖北两次低涡暴雨对比分析*

利用NCEP提供的高时空分辨率的GFS(Global Forecast System)0.5o×0.5o再分析资料和常规气象资料,对2013年初夏湖北两次低涡暴雨进行了对比分析。结果表明：（1）两次暴雨落区不同,5月暴雨由湖北西部向东北方向发展,主要位于湖北西部和中北部;而6月暴雨由湖北西南部向东发展,强降水主要位于湖北中部和东部。（2）两次暴雨落区不同是由于低涡移动的路径不同造成的,而低涡的移动路径受高低空配置的影响,不同的高低空配置导致这两次低涡暴雨的差异。（3）500hPa正的涡度平流使低涡移动发展,对低涡暴雨的发展和移动有很好的指导意义,而6月暴雨500hPa存在强正涡度平流中心,使低涡东移发展加强;另外,对流层低层温度平流对低涡的移动有引导作用。（4）边界层水汽辐合为低涡造成的强降水提供了充足的水汽条件。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

一次低涡东移引发的大暴雨过程诊断分析

利用气象常规观测资料和NCEP 1°×1°格点再分析资料,对温州地区2007年梅汛期雨量最大的一次降水过程做了较为全面的分析。分析结果表明：低涡东移是造成这次局地大暴雨的直接原因;强降水往往发生在低涡移动的前部和右侧．大暴雨落区与水汽通量散度负中心有着较好的对应关系;并指出华南低涡在沿海地区和内陆地区产生强降水的水汽源地有所不同;此次局地大暴雨过程的水汽输送源地有两个,分别是南海和西太平洋;在沿海地区来自西太平洋的偏东气流对华南低涡暴雨有增幅作用;低涡前部中、低层强烈的上升气流为浙南沿海持续强降水的产生提供了十分有利的动力条件。     

江西汛期一次大暴雨过程湿位涡演变特征

利用自动气象站逐小时雨量资料和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,应用湿位涡理论,对2011年6月江西汛期一次大暴雨过程的湿位涡的演变特征进行分析,其中主要分析了正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)正负值范围以及其值的大小变化与暴雨强度、落区的关系。结果表明,此次大暴雨过程前期,以对流层低层的对流不稳定能量的释放为主。对流层低层MPV1<0,中高层MPV1>0,并且中高层有正值MPV1向低层输送,这样的高低空配置有利于低层对流不稳定能量的释放。低层MPV1等值线密集带零值线附近对应强降水中心区。此次大暴雨过程中后期,对流层中高层负值MPV2的绝对值和正值MPV1同时增大,其大值区南压,对流层中高层湿斜压性明显增强,使垂直涡度明显增大,同时伴随着对流层低层对流不稳定能量的释放,降水强度明显加强。从整个暴雨过程来看,暴雨落区的移动方向与对流层中高层MPV1正值区和MPV2负值区的移动方向一致,中高层湿斜压性的增强对暴雨增幅起了关键作用。     

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。     

陕北北部一次罕见区域性暴雨天气过程分析

利用MICAPS常规气象资料、ERA-Interim 0.25°×0.25°再分析数据、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G卫星云图和榆林CR/CB雷达产品,对2017年7月25日20时—26日08时陕西北部持续强降水过程进行综合分析。结果表明：（1）这次降水过程呈东西向带状分布,雨强大、范围小、移动慢、持续时间长,降水主要集中在夜间,大暴雨区具有典型的β中尺度特征;（2）西风槽的快速东移南压以及副高的稳定维持有利于槽前正涡度平流的加强及低层低值系统的发展,850 hPa新生的河套低涡和东南低空急流成为这次强降水过程的直接影响系统;（3）河套低涡是一个浅薄的热低压系统,它的发生发展可分为三个阶段,初始阶段低涡形成于弱的锋区中并具有不对称的暖心结构,成熟阶段和旺盛阶段低涡转变为对称的暖心结构,强降水产生在低涡发展成熟阶段,在低涡旺盛阶段降水达到最强;（4）河套低涡直接影响并控制着地面β中尺度低压的发生发展,β中尺度低压稳定在榆林西部,中尺度低压的西部和东部分别形成冷性辐合和暖性辐合,不断触发γ对流单体生成,不同中尺度对流云团的合并导致了降水的强烈发展。

     

一次西南涡暴雨的等熵位涡特征分析

应用常规资料和0.5°×0.5°的GFS再分析资料,对2010年7月19日发生在河北山东的一次西南涡暴雨过程产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明：西南涡、高、低空急流、地面低压是这次暴雨过程的主要影响系统;等熵位涡的演变和形态对冷空气活动有很好的示踪作用;等熵位涡中心两侧气流辐合,利于地面低压发展;高位涡下传,导致了大暴雨产生;等熵位涡大值区及移动方向与降水落区有很好的对应关系。     

2011年7月3日山东局地大暴雨过程的观测分析

应用常规气象资料、FY-2E红外TBB资料、地面加密自动站观测资料和NCEP再分析资料,对2011年7月3日山东中部地区出现的大暴雨过程进行了分析。结果表明：该过程在有利的天气形势下发生,其降水具有中尺度强对流系统特征;强降水落区位于地面自动站风场辐合中心偏冷锋前位置;一个MαCS和一个MβCS是该暴雨过程的直接影响系统;强降水出现在中尺度对流系统（MCS）发展强盛到成熟阶段,降水区最初位于TBB梯度最大处,再沿TBB梯度最大处向下风方移动,并始终处于强冷云顶区后侧;自高纬度向暴雨区低空锲入的东北气流对降水过程起触发作用;强降水区位于低层切变线南侧与水汽通量舌区左侧等值线密集带上,并与假相当位温陡立面密集区位置对应。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

2009年夏季四川盆地两次暴雨过程对比分析

利用NCEP1 °×1 °每6 h一次的再分析资料、常规气象站降水资料及探空资料,对2009年6月26-29日（“6·26”）和7月30日-8月2日（“7·30”）发生在四川盆地的两次暴雨过程进行对比分析。结果表明：（1）“6·26”暴雨过程降水影响系统主要是盆地中部的低槽及低层西南低涡,“7·30”暴雨过程则为两高之间的切变线、辐合线及西南低涡。（2）水汽通量流函数的对比分析显示,两次过程中水汽输送通道不同,“6·26”过程水汽主要来自孟加拉湾;而“7·30”过程则是孟加拉湾的水汽经中南半岛到达南海,与南海偏南气流汇合加强,向盆地中东部输送形成,且水汽通量的势函数及辐散分量对未来6 h累积降水的落区及中心有很好的指示作用。（3）中高层干冷空气向边界层下滑进入暖湿高能区,在埃克曼非平衡流向埃克曼平衡流调整过程中,强迫边界层中空气产生较强的垂直上升运动,且垂直运动延伸至中高层,同时激发中层的次级环流,可能是两次暴雨过程发生发展的重要物理机制。     

一次大暴雨过程中尺度涡旋系统特征分析

利用常规观测资料与加密自动站资料、卫星云图、多普勒雷达与微波辐射计资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2011年7月29—30日发生在天津及华北东部的大暴雨过程进行了分析。结果表明：在有利的环流背景下,迅速发展北上的低空中尺度涡旋是此次大暴雨的直接影响系统。高空槽前正涡度平流加强,造成低层减压、中尺度涡旋发展;涡旋中心向负变压梯度绝对值最大方向移动。分析中尺度涡旋垂直结构表明,开始时涡旋内斜升气流明显,随其发展,低层辐合明显加强、涡旋内转为一致的垂直上升运动,且最大辐合中心与正涡度中心相对应,均位于900 hPa以下。随低层东南气流加强,涡旋右前侧偏东入流显著加强,其不但为涡旋发展提供了有利的动力条件,也为暴雨发生和维持提供了充足的水汽。此次降水的强回波高度较低,钩状回波及中尺度气旋均在低层发展,造成强降水和短时大风,有别于典型钩状回波。水汽密度及液态水含量变化与降水对应非常好,强降水前15～30 min低层大气水汽密度和液态水含量会迅速增大,这可为强降水提前预报预警提供参考依据。     

2008年7月黄淮暴雨过程中西南涡结构特征分析

对西南涡暴雨的预报不仅取决于对西南涡移动路径的把握,也与西南涡的结构及其演变密切相关。利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,对2008年7月一次东移影响黄淮的西南涡的结构特征和暴雨机理进行分析,结果表明:西南涡的生成过程包含高原涡的耦合诱发,西南涡的生成、发展与干位涡向对流层低层扰动下传有关;中高纬冷空气与副热带高压边缘暖湿气流对峙加强了系统的斜压性,使西南涡中心向上伸展的位涡柱和正涡度柱具有向西倾斜的结构;成熟的西南涡具有中尺度非对称的显著斜压结构特征;对流层中层正涡度平流是西南涡发展和引导西南涡移动的重要因素;凝结释放大量潜热促使低层西南低涡发展,使降水增强。     

影响广西的两次台风暴雨中尺度对比分析

利用多普勒天气雷达、地面加密观测资料及NCEP格点再分析资料,从低层环境场、雷达回波特征、湿位涡分布等方面,对比分析路径相似的"启德"(1213号)和"纳沙"(1117号)台风造成广西降水条件的差异。结果表明:"启德"东侧的东南风急流强,水汽强辐合中心偏于台风中心附近,降水强度大,而"纳沙"水汽辐合主要位于东北气流与东南气流的汇合区,降水范围大;两者在越南北部登陆后其后部均存在窄长带状的中尺度强回波特征,但"纳沙"的螺旋回波雨带伸展范围更宽、持续时间更长;"纳沙"因有冷空气侵入,近地面层气流出现多个分支,更有利于形成中尺度涡旋和气流汇合带,是其比"启德"产生较大范围强降水的重要因素;两者的降水分布与低层湿位涡负值区有较好对应关系,强降水落区主要位于湿正压项(VMPV1)负值区和斜压项(VMPV2)正值区相叠加的区域,而"启德"的VMPV1负值比"纳沙"小,其对应的降水强度也较大。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料、区域加密站资料、卫星云图和雷达资料,对2015年5月6日(简称“05.06”)和8月30日(简称“08.30”)河南两次东北冷涡型强对流天气过程的系统配置、环境条件、中尺度特征等进行了详细分析。结果表明：(1)两次过程均发生在东北冷涡稳定维持下的环流背景下,“05.06”过程是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流,“08.30”过程则由横槽南下及暖湿气流引起以短时强降水为主伴有大风的湿对流。(2)“05.06”过程中高层有较强的干冷平流,叠加在低层暖湿平流上,形成了强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹发生发展;“08.30”过程则类似准正压类强对流,弱暖平流抬升配合上层冷平流形成不稳定,垂直风切变小,湿层较厚,有利于短时强降水的发生。(3)两次过程均发生在地面温度、露点大值区及高梯度区,高温高湿为其提供了能量和水汽条件,地面辐合线是其触发抬升机制。“05.06”过程冷暖交汇明显,干湿对比显著,是在冷暖交汇和干湿交汇共同有利环境下产生大风冰雹天气;“08.30”过程则是在高湿区中由冷暖交汇产生对流不稳定,以短时强降水为主。(4)两次过程均由发展旺盛的中β尺度对流云团自北向南移动产生,云顶TBB较低,中尺度雨团与TBB高梯度区对应较好。(5)雷达回波上,强对流过程中对流单体出现明显的回波悬垂、弱回波区以及有界弱回波等特征,径向速度场上有低层辐合和高层辐散、中层径向辐合、逆风区、中气旋等特征。

     

高原涡与西南涡相互作用引发MCC暴雨的形成机制分析

使用常规观测资料、ERA-Interim再分析资料和卫星资料,以2014年7 月8-10 日西南涡和高原涡相互作用引发MCC 产生大暴雨的天气过程为例,分析了两涡作用导致大暴雨的形成机制.结果表明:相互作用前期,两涡涡心间距较远,在500 hPa 高度上两者同处于青海南部的气旋及其向南延伸的低槽前.约24 h 后,高原...