榆林市2017年两次暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP FNL1°×1°间隔6 h再分析资料,对2017年7—8月榆林市相继出现的两场区域性暴雨过程（7月26日暴雨过程,简称“7·26暴雨”;8月22日暴雨过程,简称“8·22暴雨”）的热力、动力机制进行对比分析。结果表明：两次暴雨与高低空急流关系密切,当高低空急流加强,出现强动力抬升时出现强降水,暴雨落区位于低空急流左前侧的强水汽辐合区。“7·26暴雨”低空急流和水汽辐合更强,大暴雨出现在高低空急流耦合的强上升区。两次降水过程热力机制有所不同,“7·26暴雨”过程中层有冷空气卷入,中低层存在强对流不稳定,低层切变线触发不稳定能量释放,产生强降水;“8·22暴雨”过程大气整层饱和,锋面作用显著,暖湿空气被冷空气抬升,低层存在对流不稳定,大尺度稳定降水系统伴随中小尺度对流发展,降水加强。对流层低层VMP1（湿正压项）负高值中心对暴雨落区有较好的预报指示意义。     

川西平原一次暖区暴雨的诊断分析和数值模拟

利用探空、地面观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年8月14日川西平原暖区暴雨进行了诊断分析和数值模拟。结果表明,副热带高压增强北抬,低层南风建立,东亚大槽南压引导偏北风进入四川盆地与南风辐合,从而导致了强降水。南风为暴雨区提供了水汽,使近地层假相当位温明显增大,导致川西平原上空对流不稳定加剧,配合较强的垂直上升速度,有利于出现暴雨。经中尺度滤波后,成都、乐山均出现辐合流场,揭示出暴雨开始和南移的过程。低层的风场辐合是成都强降水的动力抬升机制,数值模拟发现700h Pa偏北风和偏南风辐合,是眉山强降水的触发机制。乐山的水汽和抬升条件较弱,其降水也明显弱于眉山和成都。     

1710号台风"海棠"登陆后漳州市远距离暴雨的能量特征

从能量角度分析台风和暴雨区显热能、潜热能和动能的时空分布特征,定量讨论台风强度长时间维持和暴雨区远距离降水突然增幅过程中能量加强的成因以及动能的补充途径。结果表明:(1)台风中心和暴雨区上空潜热能比显热能小一个量级,但潜热能平流明显大于显热能平流,潜热能对台风中心和暴雨区总能量增量的贡献大于显热能。(2)台风远距离暴雨发生时,暴雨区低层是一个深厚的潜热能大值区,凝结潜热释放有利于暴雨发生,低层是显热能和气温低值区,冷区的存在增加了暴雨区上空斜压不稳定,对暴雨具有增幅作用。(3)区域外能量的补充是"海棠"登陆后强度长时间维持的主要原因,西南风急流是显热能和潜热能补充台风的主要途径,潜热能增量远大于显热能增量。(4)"海棠"登陆后强度长时间维持导致西南急流加强,暴雨区低层显热能平流和潜热能平流也得到加强。暴雨区西边界纬向动能平流的加强、中高层动能的下传和斜压不稳定能量的转化使低层动能得到加强。低层动能加强、能量的积累和冷区的建立为台风远距离暴雨的发生提供能量、动力条件和不稳定条件。(5)台风远距离暴雨的发生具有前兆性,暴雨区低层出现正能量平流时间提前强降水发生时间约12 h。     

一次北方台风暴雨(9406)能量特征分析

从能量角度分析了9406号台风在我国北方造成大范围暴雨过程,定量讨论了台风变性过程中显热能、潜热能和动能的时空分布特征、北方暴雨区远距离降水突然增幅过程中能量的变化、以及动能的补充来源.发现:(1)虽然潜热能比显热能小1个量级,但潜热能平流大于显热能平流.热带气旋在获得西风带斜压能量之前,其总能量的维持主要来自潜热能的贡献,潜热能的贡献约是显热能的两倍.(2)台风远距离降水的突然增幅是中低纬度系统相互作用的结果.来自热带气旋的显热能平流与西风带显热能平流非线性叠加,导致槽前显热能明显增加,西风带槽迅速加深,降水突然增幅.同时,暴雨区高空动能下传的突然增强对暴雨突然增幅有贡献,而该高空动能下传的增加与6小时之前台风环流区大量潜热能量释放相对应.(3)台风进入影响区之前,在整个对流层有潜热能、显热能和动能直接从台风区输入暴雨区;在台风进入影响区之后,只有低空显热能平流保持继续向暴雨区输送能量.(4)台风进入影响区之后,北方暴雨区动能的补充主要来自对流层上层动能的下传、斜压不稳定能量向动能的转化和北方暴雨区西边界动能的输入.5个类似台风的合成分析支持了以上主要结论.得出的暴雨增幅模型可对预报台风远距离降水有指示作用.     

华南汛期暴雨过程的潜热计算分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了发生在华南汛期一次强暴雨过程中的潜热,并探讨了这次强暴雨过程中潜热的演变及垂直分布特征。结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的潜热,其变化与暴雨强度的演变相一致。暴雨区上空强烈的对流凝结潜热在这次暴雨过程中起了主导作用。在垂直方向上对流凝结潜热的极大值呈双峰型特征,极大值所在高度随着暴雨的增强有上传的趋势。大尺度凝结潜热的极值大小及其所出现的高度层都异于对流凝结潜热。     

高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

贵州西南部一次暖区暴雨不稳定性分析

该文综合利用常规观测资料,日本再分析JRA-25的6h资料（分辨率为1．25°×1．25°）、国家气象中心卫星红外辐射亮度温度（TBB）资料等,对2012年5月21日贵州西南部的暴雨过程的动力、水汽、中尺度及不稳定特征进行了分析,得到一些结论：此次过程影响系统主要是中低层的低涡切变和冷锋,但降水发生在冷锋前的暖区,为一次暖区暴雨,对云图TBB的分析表明降水由MCC产生。地面中尺度辐合区产生的辐合、垂直涡度激发次级环流产生,高低空急流的耦合等作用是暴雨产生的动力条件;对湿位涡的分析表明降水中存在对称不稳定能量,主要以对流不稳定能量为主,在中低层存在深厚的对流不稳定能量区,在降水区附近有MPV密集陡立区,700hPaMPV负值中心的移向和数值与降雨落区和趋势对应较好,降水发生在低层MPV1〈0,MPV2负值区前沿0线附近MPV2≥O的区域。     

山东一次暖区暴雨的环境场特征和触发机制

利用常规观测资料、区域自动站及NCEP再分析资料,对2018年5月15—16日山东暴雨过程的环境场特征和触发机制进行分析。结果表明:(1)该暴雨过程分为暖区暴雨和锋面暴雨2个时段,高空槽、暖切变线和地面辐合线是造成暖区暴雨的主要影响系统;(2)暖区暴雨开始前大气具有产生对流的不稳定环境条件;(3)850 hPa暖切变附近的暖区暴雨有明显的能量锋区,而发生在暖切变南侧暖区的暴雨锋区不明显;(4)暖区暴雨期间,暴雨区上空的垂直风切变均达到中等以上强度,垂直环境条件有利于暖区对流天气的发生、发展;(5)地面中尺度辐合线是暖区暴雨的触发机制,辐合线的位置和移动方向与雨带的落区和移动方向一致;(6)低空急流和超低空急流的加强和向下传播也会触发不稳定能量的释放。     

大气能量学揭示的高原低涡个例结构及降水特征

从能量角度分析了发生于2010年7月21~25日的一次高原低涡天气过程及降水特征。定量讨论了高原低涡发展不同阶段显热能、潜热能和对流有效位能(CAPE)的时空分布特征以及各能量分量变化的原因。发现:(1)显热能在高原低涡生成初期是总能量变化的主导因素,潜热能则在高原低涡东移下坡之后对总能量的变化起主要作用;(2)潜热能的空间分布证实高原低涡在成熟阶段出现与台风类似的螺旋结构;(3)标准化对流有效位能(NCAPE)在高原低涡发展最强盛时呈现明显的空心结构;(4)高原低涡的降水主要分布在低涡中心的东南侧或南侧,这与高原低涡的环流以及能量分布特征有密切关系。     

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。     

山东半岛南部一次沿海强降雨成因分析

利用常规气象观测资料、区域自动站观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和雷达探测等资料,对2012年9月21日山东半岛南部沿海强降雨过程的成因进行了天气学诊断分析,结果表明:1强降雨是在500hPa第1个西风槽过后第2个西风槽逼近的过程中产生的,850hPa以下为偏南的向岸风,且风速随时间增大,形成偏南的超低空急流,持续地向沿海输送水汽和能量,造成水汽辐合、湿度增大、对流有效位能升高。产生强降雨的水汽和不稳定能量条件远小于内陆地区。2在向岸的超低空急流的左侧产生中小尺度的涡旋和辐合上升,海岸地形抬升作用使得上升运动加强,触发对流不稳定能量释放,造成强降水。3在雷达回波中,小尺度的对流单体沿海岸线向西南方向发展,后期在日照附近的沿海形成弓状回波,向东南海区移动。     

2012年夏季四川东部一次大暴雨过程分析

本文使用常规观测资料、四川省自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY－2E云顶亮温资料和1°×1°的NCEP再分析格点资料对2012年7月20～23日四川东部强降水过程的主要影响系统、水汽源地、动力、热力条件等进行诊断分析,结果表明:(1)本次暴雨过程中伴有500hPa高空槽东移至四川并向南加深发展,槽后冷空气与槽前暖湿气流在四川汇合,低层有低涡发展,配以高低空急流耦合的有利形势;(2)暴雨前期水汽主要来源于孟加拉湾,随着南海台风西进,其外围偏东气流向西输送增强,西南暖湿气流北上受到抑制,使得雨带南压;(3)降水以对流性降水为主,暴雨期间水汽凝结潜热在对流层中低层起主要作用,强上升运动将低层的潜热加热向上输送,形成高空的热源中心,强降水期间大气的加热是与大气的垂直上升运动密切相关的;在本次暴雨过程垂直输送项是视热源Q1和视水汽汇Q2的主要贡献者,尤其是在强降水阶段;(4)在低涡在发展阶段,低层正涡度局地变化项首先得到发展,在低涡减弱阶段,正涡度局地变化项的峰值中心由低层向中低层抬升;(5)中尺度对流系统与小时降水分布一致,MCS的发展是触发降水的重要因素之一。      

An analysis of heavy precipitation caused by a retracing plateau vortex based on TRMM data

In this paper, we study a persistent heavy precipitation process caused by a special retracing plateau vortex in the eastern Tibetan Plateau during 21–26 July 2010 using tropical rainfall measuring mission (TRMM) data. Results show that during the whole heavy rainfall process, the precipitation rate of convective cloud is steady for all four phases of the plateau vortex movement. Compared with the convective precipitation clouds, the stratiform precipitation clouds have a higher fraction of area, a comparable ratio of contribution to the total precipitation, and a much lower precipitation rate. Precipitation increases substantially after the vortex moves out of the Tibetan Plateau, and Sichuan Province has the most extensive precipitation, which occurs when the vortex turns back westward. A number of strong convective precipitation cloud centers appear at 3–5 km. With strong upward motion, the highest rain top can reach up to 15 km. In various phases of the vortex evolution, there is always more precipitable ice than precipitable water, cloud ice water and cloud liquid water. The precipitating cloud particles increase significantly in the middle and lower troposphere when the vortex moves eastward, and cloud ice particles increase quickly at 6–8 km when the vortex retraces westward. The center of the latent heat release is always prior to the center of the vortex, and the vortex moves along the latent heat release areas. Moreover, high latent heat is released at 5–8 km with maximum at 7 km. Also, the latent heat release is more significant when the vortex moves out of the Tibetan Plateau than over the Tibetan Plateau.     

On the Diurnal Cycle of Heavy Rainfall over the Sichuan Basin during 10–18 August 2020※

A sustained heavy rainfall event occurred over the Sichuan basin in southwest China during 10–18 August 2020, showing pronounced diurnal rainfall variations with nighttime peak and afternoon minimum values, except on the first day. Results show that the westward extension of the anomalously strong western Pacific subtropical high was conducive to the maintenance of a southerly low-level jet (LLJ) in and to the southeast of the basin, which favored continuous water vapor transport and abnormally high precipitable water in the basin. The diurnal cycle of rainfall over the basin was closely related to the periodic oscillation of the LLJ in both wind speed and direction that was caused by the combination of inertial oscillation and terrain thermal forcing. The nocturnally enhanced rainfall was produced by moist convection mostly initiated during the evening hours over the southwest part of the basin where high convective available potential energy with moister near-surface moist air was present. The convective initiation took place as cold air from either previous precipitating clouds from the western Sichuan Plateau or a larger-scale northerly flow met a warm and humid current from the south. It was the slantwise lifting of the warm, moist airflow above the cold air, often facilitated by southwest vortices and quasi-geostrophic ascent, that released the convective instability and produced heavy rainfall.     

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h）,对2013年7月21-22日和2014年7月8-9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,“0721”过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区（延安）出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。“0721”过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6 h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。     

一次西南涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用NCEP1°×1°再分析资料对2013年5月25~26日发生在我国中东部大范围的暴雨过程进行了湿位涡诊断分析,结果表明:(1)暴雨发生时低层湿位涡明显增加,湿位涡正压项自底层至高层呈现出“负-正”的分布特征,湿斜压项负值中心的演变反应出斜压性在强降水发生时所起的重要作用;(2)本次暴雨过程分两个阶段,第一阶段主要是因为强垂直风切变作用,使得降水具有强对流特征;第二阶段则是由于斜压性作用,降水分布广、持续时间长;(3)干冷空气沿着等熵面向下入侵到低层负位涡之上会导致对流不稳定度进一步加大,垂直运动发展使得低层水汽抬升,凝结潜热释放有利于中低层低涡的维持和发展。      

一次沿川西高原东麓地带的强降雨过程分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料及卫星资料,对2012年8月16~18日盆地西北部沿龙门山脉的连续特大暴雨的形成机制进行探讨,此次暴雨过程出现在青藏高原东侧陡峭地形向盆地的过渡带,具有突出的地域特点。重点分析了青藏高原切变线东移期间,副高西北侧暴雨区内的对流触发机制和地形作用。分析表明:副热带高压前期的维持稳定与高原低值系统东移是产生强降雨的环流背景,在强降雨区域低层具有明显的风速风向辐合,东北—西南向的龙门山带即青藏高原东侧陡峭地形引起了盆地低层东南气流强烈的垂直上升运动。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是低层具有明显的高温高湿和大气不稳定层结。此次强降雨具有典型的“上干下湿,上冷下暖”的结构,正是强对流天气形成的有利条件。      

台风"灿都"造成云南强降水过程的水汽螺旋度诊断分析

利用地面加密观测、Micaps资料和NCEP1°×1°再分析资料对1003号"灿都"台风造成云南暴雨进行诊断分析。结果表明:台风低压为高温高湿且具有强对流不稳定的深厚系统。进入云南后除了自身携带的大量水汽和能量外,先后有副热带高压西侧强盛偏南急流和孟加拉湾西南气流卷入,使得台风低压在云南持久不衰,并产生全省性强降水。诊断量"水汽螺旋度"对暴雨落区和强度有较好的对应关系,强降水多发生在水汽螺旋度正值中心的偏南侧。"水汽螺旋度"随时间变化的两个影响因子"螺旋度通量散度"和"湿螺旋度散度"对强降水的落区和强度也有较好的指示作用。若是分别对两个因子进行诊断,再综合分析环流形势,将能达到更好的强降水预报效果。     

梅雨锋暴雨过程潜热及反馈机理个例分析

在对2003年6月24~25日的一次江南北部梅雨锋暴雨过程进行合理模拟的基础上,应用模式输出资料,系统分析了暴雨过程中大尺度稳定凝结加热(Hs)及对流凝结加热(Hc)的时空分布特点以及其潜热在暴雨过程中的反馈作用。研究表明在这次暴雨过程中,主要以Hc为主,平均的Hs、Hc均主要分布在900~250 hPa,最大值位于400 hPa附近;在暴雨发展过程中,Hs、Hc随暴雨的增大而增大,且加热层次不断加深;去除潜热的“干”敏感性试验表明,潜热释放加热了深厚的大气层,使得高层加压辐散,暴雨北侧高空西北急流加强,低层减压辐合,暴雨南侧的低空西南急流加强,同时使得低层的切变线得以维持加强。