2008年低温雨雪天气扰动能量的积累和传播

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年1月我国南方地区大范围低温雨雪天气期间波包传播和积累进行了分析与研究.分析表明,中低层500hPa和700hPa高度场的波包传播特征能够较好地反映期间出现的4次低温雨雪天气过程.4次雨雪过程基本上产生于波包扰动能量积累的高值时段或处于低压系统持续稳定阶段,雨雪天气处于波包大值区控制下.波包值的经向和纬向传播特征表明2008年1月我国南方地区持续低温雨雪天气过程,主要受到青藏高原南缘系统异常活跃的影响,南支槽活动频繁有利于来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流沿云贵高原不断向我国输送,继而为我国长江中下游以及其南部地区低温雨雪天气提供了充足的水汽来源.偏北路径的冷空气,副高西南侧偏东气流的扰动能量的传播和积累,在波包传播图上都有一定的反映.该研究对进一步利用波包传播图预报天气过程提供了有意义的一种思路.     

四川“9.22”暴雨过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过波包传播的诊断方法,对2008年9月22—27日我国川西地区持续性暴雨过程期间波包传播和积累进行了分析与研究,分析表明,波包分布及传播能明显反映出降水过程的发生、维持和结束特征。波包的大值区域与强降水区域基本一致,强降水过程基本上产生于波包扰动能量积累的高值时段或处于高位相阶段。波包值的经向和纬向传播特征表明9月22—27日川西地区持续性暴雨过程主要受西太平洋副热带高压、偏北地区和高原地区的弱冷空气、孟湾和南海向盆地输送水汽的两条水汽通道以及台风"黑格比"的共同作用。     

副热带高压控制下湖南两次短时暴雨发生及系统维持机制对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料,对2018年副高控制下湖南两次短时暴雨发生及维持机制进行分析。结果表明：①在水汽丰沛且有足够的不稳定能量和抬升条件下,强盛副高脊区反气旋环流内也可以触发短时暴雨天气,其大尺度环流形势特征和湖南典型暴雨过程有着较大差异;②对流性降水发生前,不稳定能量明显增强,中低层增湿明显,为暴雨提供能量与水汽条件;③两次过程分别受副高南侧热带气旋外围云系扰动和弱冷空气侵入影响,925 hPa形成弱扰动或者弱切变,配合地面中尺度辐合线,近地面动力抬升触发对流性降水,白天受太阳辐射影响,能够自由触发热对流。地形抬升也是重要触发机制,发生在迎风坡热对流占比84%;④两次短时暴雨的雷达回波为非常明显的低质心高效率的降水回波,环境风及其垂直风切变小,尽管不利于对流风暴有组织的发展,但雷暴单体移动缓慢,有利于同一地区长时间的强降水。     

黄土高原一次副高外围暴雨的对流环境及触发条件分析

利用常规气象观测资料、EC-interim逐6 h 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和雷达资料,对2017年7月25—26日陕北大暴雨过程成因进行了综合诊断分析,结果表明:河套地区西风东移与副高外围暖湿气流在陕西交汇,为暴雨提供了有利的环流形势;陕北暴雨区有两支水汽输送带,700 hPa上西南风急流水汽输送以及850 hPa上偏东风急流水汽输送,为暴雨提供了充沛的水汽和能量;700 hPa上榆林东部水汽辐合抬升,加之850 hPa偏东风在东部河谷辐合爬升,造成榆林东部地区的大暴雨天气;对流条件分析发现,暴雨发生前陕北地区中低层湿度较好,850 hPa比湿达到15～17 g/kg,大气不稳定度强,850 hPa和500 hPa的温差达到28℃,假相当位温相差18℃,CAPE值达到了2 354 J/kg,充沛的水汽、能量条件为对流提供了十分有利的条件;河套东北侧弱干冷空气与西南暖湿气流在陕北形成假相当位温密集带,大气湿斜压性增强,锋生触发陕北地区不稳定能量释放,形成强降水;不稳定分析表明,在降水前期及初期,大气对流不稳定度高,随着降水的产生,对流不稳定能量释放,强降水凝结潜热对中层大气的加热作用,又使得大气斜压不稳定增强,中层大气锋生造成的垂直运动使得陕北地区的强降水持续,造成大暴雨天气。     

2005年3月西藏强降雪过程的波包分布及传播特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,采用波包传播的诊断方法,对2005年3月24—25日发生在西藏中东部地区的强降雪过程中波包的传播和积累特征进行分析,发现500hPa高度场波包分布特征与强降雪产生的区域有着较好的对应关系,在强降雪产生的时段内,高度场扰动能量有着明显的积累和增强。从波包的传播特征来看,受印度洋和孟加拉湾低值系统活跃的影响,来自孟加拉湾的暖湿气流不断向青藏高原输送,继而为西藏林芝地区强降雪过程提供了充足的水汽来源。高纬的冷空气南下与西南气流交汇促使了这次强降雪天气过程的产生。     

朔州市"8·12"暴雨分析

利用MICAPS系统资料对2005年8月12日发生在山西朔州市北部的暴雨天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析。结果表明:这次暴雨天气过程发生在纬向环流向经向环流调整的过程中,西太平洋副热带高压有一次明显的西伸北抬,是一次典型的副高西北侧西南气流型暴雨。降水水汽主要来自南海,中低层的水汽输送十分充沛,并在朔州市北部形成辐合。低空急流的建立,为此次强降水提供了丰富的水汽和位势不稳定能量;过程期间,物理量场表现出强水汽输送辐合及上升运动;冷空气与暖湿气流及特殊地形的综合作用激发出中尺度降水云团,造成此次强降水。     

鄂东一次大暴雨过程的成因分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图TBB资料和逐小时地面降水资料对2012年7月12~13日发生在湖北东部地区一次大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)在华北横槽转竖带动冷空气南下的过程中,中低层有中尺度低涡的发生发展,中尺度低涡的稳定维持与副高外围西南暖湿气流共同作用,导致了这次强降雨的发生。(2)鄂东强降水主要由两个中尺度暴雨云团影响,前一个暴雨云团为MCC,受副高外围西南气流向偏东方向移动,后一个暴雨云团受冷空气影响向东南方向移动。(3)低层露点锋与本次强降水天气过程的发生发展有较好的对应,锋区北侧偏北气流穿越露点锋,使得低层气旋式涡度增大、辐合加强。(4)本次过程干湿空气的相互作用形成能量锋区,锋区的维持和加强导致了强降水的发生。      

2012年7月9日豫北一次短时暴雨诊断分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、新一代多普勒雷达资料和NCEP1°×1°全球再分析资料,对2012年7月9日出现在豫北地区的短时暴雨天气过程诊断分析。结果表明:副高外围强盛的西南急流将海上水汽输送到降水区;中低层暖舌有利于暴雨区不稳定能量的增加;中低层的辐合上升运动、地面干线和辐合线是这次暴雨过程的触发机制;稳定度指标的变化对强降水有较好的指示意义;雷达回波与中尺度辐合线有很好的对应关系;豫北地区的地形有利于降水的加强。     

一次远距离台风影响的陕北区域性暴雨成因分析

利用常规高空、地面观测资料以及NCEP/NCAR 1°×1°间隔6 h再分析资料,对2020年8月4—5日陕北区域性暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨过程的主要影响系统为500 hPa西风槽和副热带高压,中低层的切变及正涡度,为暴雨提供了有利的动力条件。随着台风“黑格比”的西移北上,副高主体西伸北抬,引导副高外围水汽向西北地区输送,促进了西南急流的建立和水汽的持续输送;同时台风西北侧偏东气流的加强,高能锋区梯度加强且向陕北地区伸展,使得雨强增大,850 hPa能量锋区为强降水的落区。暴雨区对流层中低层表现为较强的对流不稳定层结,形成有利于暴雨的高能高湿环境场。暴雨前期主要受弱的东路冷空气影响,降水效率低。暴雨后期高空冷空气入侵,850 hPa台风外围东风风速辐合增强,同时伴有强的上升运动,陕北地区受中尺度对流系统的作用导致暴雨加强。     

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。     

CHARACTERISTICS OF GRAVITY WAVE PROPAGATION AND ENERGY CONVERSION IN A SUDDEN HEAVY RAINFALL EVENT

In this paper, a sudden heavy rainfall event is analyzed, which occurred over the Yellow River midstream during 5–6 August 2014. We used observational, NCEP/NCAR reanalysis, high-resolution satellite, and numerical simulation data. The main results are as follows. Under an unfavorable environmental circulation, inadequate water vapor and unfavorable dynamic conditions but sufficient energy, a local sudden heavy rainfall was caused by the release of strong unstable energy that was triggered by cold air transport into middle and lower layers and the propagation of gravity waves. The distributions of rain area, rain clusters, and 10-minute rainfall showed typical mesoscale and microscale fluctuation characteristics. In the mesoscale rain area or upstream, there was a quasi-stationary wave of mesoscale gravity waves with their propagation downstream. In the course of propagation from southwest to northeast, the wavelength became longer and the amplitude attenuated. In the various phases of gravity wave development, there were evident differences in the direction of the wave front. Wave energy was mainly in the lower layers. Unstable vertical wind shear at heights of 1–6 km provided fluctuation energy for the gravity waves. The mechanisms of heavy rainfall formation were different at Linyou and Hancheng stations. Diabatic heating was the main source of disturbed effective potential energy at Linyou. The explosive short-period strong precipitation was caused by the release of strong effective potential energy triggered by the gravity waves, and its development and propagation after that energy maximized. In contrast, the latent heat release of upstream precipitation was the main source of disturbed effective potential energy at Hancheng. This formed a positive feedback mechanism that produced continuous precipitation. In the studied event, the development of westerly belt systems had disturbed the wind field. The contribution of kinetic energy generated by this disturbance could not be ignored. The Froude number, mountain shape parameter, and ratio between mountain height and temperature inversion layer thickness had various effects of atmosphere and terrain on mesoscale and microscale mountain waves. In upper and lower layers, there were five airflows that were strengthened by the terrain. All these had important influences on local heavy rainfall at Linyou and Hancheng stations.     

青藏高原夏季风强弱年波包传播特征分析

采用1996—2005年NCEP/NCAR 600 hPa逐日再分析资料,利用高原季风指数定义和波包传播的诊断方法(WPD),研究了高原夏季风强弱年(1998年和1997年)不同发展阶段的波包传播特征。研究表明,在高原夏季风开始前,都存在着季风的加强期,期间高原地区都有来自乌拉尔山—巴尔喀什湖地区向东传播的波包和来自阿拉伯海、阿拉伯半岛地区向西传播的波包。当乌拉尔山向高原地区的波包传播减弱,高原地区波包传播主要来自西太平洋地区时,高原夏季风爆发。在高原夏季风爆发后,存在着季风的加强期、维持期和减弱期等不同阶段。季风加强期间,强年(1998年)主要是从西太平洋地区向西传播到高原的波包值,而弱年(1997年)西太平洋地区几乎没有向西传播到高原的波包;季风维持期间,强年(1998年)表现出高原地区波包大值区向四周频散的趋势,而弱年(1997年)反映出与强年(1998年)相反的特征,高原地区有来自阿拉伯海、阿拉伯半岛地区和西太平洋地区传播来的波包;季风结束减弱期间,乌拉尔山地区的波包值再次向东传播影响到高原地区。最后分析波包强中心对应着天气系统扰动能量的中心,并且与天气系统也有较好的对应关系,波包强中心的传播常常与槽脊的移动相联系。     

中尺度天气图分析技术在2011年我国南方4次强降水过程中的应用

对12 h 50 mm以上的强降水带的预报,模式输出的降水资料是预报的重要依据,但是有时偏差可达100～200 km.本文尝试依据国家气象中心2010年下发的《中尺度天气图分析技术规范(暂行稿)》,利用探空资料,对2011年6月我国南方梅雨期间强降水过程中4次12 h最强降水时段的环境场进行中尺度天气图分析,得到了有利于梅雨锋附近的强降水的预报着眼点,给出了判断强降水落区的一些参考依据.700 hPa以下西南(偏南)急流汇合区,在这些地区,具备了较强的动力、水汽辐合和一定的风垂直切变.地面气压槽中低于日变化的3h变压低值区(中心)易形成变压风辐合流场,也是强降水易发区(中心).多数情况下锋面可以作为强降水南界,但当925 hPa暖切变位于地面锋面南侧(附近),强降水发生在锋前暖区,10 m·s-1以上西南急流所能到达的纬度可作为南界.500 hPa槽前≥18 m·s-1中层西南急流轴一般可作为50 mm以上的强降水区域的北界,但当925 hPa切变位置与中层西南急流位置重叠或位于其北侧时,则以700 hPa切变为北边界.将这些判据应用于多次强降水天气时段中,并与日本模式输出降水比较,在强雨带南北界以及降水中心方面有订正作用.中尺度天气图分析技术及预报思路是订正模式对强降水落区预报的有效手段之一.     

一次西南涡影响云南强降水过程分析

通过对2004年8月4日西南涡影响下云南强降水过程的环流背景、卫星云图演变以及动力、热力条件的分析,发现这次西南涡是一个具有斜压性的极其深厚的系统,随高度前倾,高层500 hPa上的西南涡表现尤为明显,并且诱发了低层700 hPa西南涡的产生,强降水主要出现在西南涡的西南方;强降水与强上升运动区和正涡度区有很好的对应关系,并且正涡度和上升运动的出现比气旋性环流场有24 h的提前时间,对于强降水预报更具有预示性,它们是一个逐渐由高层向低层发展的过程;中-β尺度对流云团在金沙江河谷南移合并加强,形成了中-α尺度涡旋状云系,其中的对流云团在强降水中作用较大;强降水正是出现在对流层低层(MPV1 MPV2)的负值范围内,这也说明西南涡涡旋云系的发展与正压和斜压不稳定都有关系,对流层低层MPV1<0和MPV2<0有利于暴雨的发生。     

2007年夏季江淮强降水过程中10~30d低频变化及其与对流层上层波包活动的联系

利用NCEP/NCAR再分析和全国740站逐日降水资料,运用一点滞后相关等方法,对2007年夏季江淮流域强降水期间低频振荡的波动活动特征及其与降水低频变化的联系进行了分析。结果表明,在2007年夏季降水中,降水低频分量起着重要作用。降水的低频振荡主周期为10~30d,降水距平时间序列与10~30d低频分量具有较好的对应关系。低频扰动在对流层上层和低层都呈现波列状分布,且在降水活跃位相时,低频环流在高、低层具有斜压结构。在对流层上层,低频扰动有缓慢的东移倾向,相速度为每天2~3个经度。西风带中存在多次移动性波列向下游的传播,且在120°E以西以每天14经度的群速度向下游频散能量,表明10~30d低频波动具有明显的下游发展特征。在强降水开始5d前,低频波动与能量可起源于高纬的乌拉尔山附近,沿着西北-东南向的路径向下游传播。下游发展的低频波动为江淮流域带来了能量,为强降水的发生提供了条件。这些结果加深了人们对低频波动在江淮流域强降水过程中所起作用的认识,可为寻找江淮流域强降水过程预报线索提供科学依据。     

The Relationship Between Abnormal Meiyu and Medium-Term Scale Wave Perturbation Energy Propagation Along the East Asian Subtropical Westerly Jet

The East Asian subtropical westerly jet(EASWJ) is one of the most important factors modulating the Meiyu rainfall in the Yangtze-Huaihe River Basin, China. This article analyzed periods of the medium-term EASWJ variation,wave packet distribution and energy propagation of Rossby waves along the EASWJ during Meiyu season, and investigated their possible influence on abnormal Meiyu rain. The results showed that during the medium-term scale atmospheric dynamic process, the evolution of the EASWJ in Meiyu season was mainly characterized by the changes of3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves. The strong perturbation wave packet and energy propagation of the 3-8 d synoptic-scale and 10-15 d low-frequency Rossby waves are mostly concentrated in the East Asian region of 90°-150°E, where the two wave trains of perturbation wave packets and wave-activity flux divergence coexist in zonal and meridional directions, and converge on the EASWJ. Besides, the wave trains of perturbation wave packet and wave-activity flux divergence in wet Meiyu years are more systematically westward than those in dry Meiyu years, and they are shown in the inverse phases between each other. In wet(dry) Meiyu year, the perturbation wave packet high-value area of the 10-15 d low-frequency variability is located between the Aral Sea and the Lake Balkhash(in the northeastern part of China), while over eastern China the wave-activity flux is convergent and strong(divergent and weak), and the high-level jets are strong and southward(weak and northward). Because of the coupling of high and low level atmosphere and high-level strong(weak) divergence on the south side of the jet over the Yangtze-Huaihe River Basin, the low-level southwest wind and vertically ascending motion are strengthened(weakened), which is(is not)conducive to precipitation increase in the Yangtze-Huaihe River Basin. These findings would help to better understand the impact mechanisms of the EASWJ activities on abnormal Meiyu from the perspective of medium-term scale Rossby wave energy propagation.     

2010年冬季江西两次暴雨过程的环境场分析

利用自动气象站逐小时雨量资料、常规气象观测资料以及NCEP每6 h一次的1°×l°全球再分析资料,分析了2010年12月12日和15日江西2次大范围暴雨过程。结果表明,在＂拉尼娜＂的气候背景下,高空急流右后侧的强辐散区与中低层异常加强的西南气流辐合区耦合,形成冬季暴雨过程。在动力、水汽条件方面,冬季暴雨700 hPa高度层比850 hPa高度层表现明显,暴雨落区与700 hPa高度层的水汽辐合区一致。与江西汛期暴雨过程相比,涡度、散度、垂直速度量值较小,动力条件较弱,造成逐小时降雨强度不大;850 hPa高度层的比湿值仅为汛期值的50%,低层水汽条件差,但整层水汽输送与汛期暴雨相近;对流不稳定、对称不稳定为冬季强降雨、强降雪存储了不稳定能量。     

2010年冬季江西两次暴雨过程的环境场分析

利用自动气象站逐小时雨量资料、常规气象观测资料以及NCEP每6h一次的1°×1°全球再分析资料,分析了2010年12月12日和15日江西2次大范围暴雨过程.结果表明,在“拉尼娜”的气候背景下,高空急流右后侧的强辐散区与中低层异常加强的西南气流辐合区耦合,形成冬季暴雨过程.在动力、水汽条件方面,冬季暴雨700 hPa高度...