秋季川东北一次西南低涡大暴雨分析

利用高空实况实时分析场、FY-2ETBB以及地面加密自动站实况资料,对2014年9月13~14日发生在四川盆地东北部的大暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)川东北大暴雨天气过程形成的关键是较为深厚的西南低涡长时间稳定少动,大暴雨区位于北支西风急流南侧和南支东风显著风速带北侧辐散上升运动区的重叠区内,稳定的东高西低的环流形势是这次暴雨发生的大尺度环流特征,地面风向切变的形成对暴雨的产生具有一定的指示意义;(2)在长生命史、稳定的西南低涡内存在多个MCS对流云团的连续生消,MCS云团冷云中心都呈近圆形,移动缓慢,云团发展到成熟阶段,冷云中心TBB值低于-72℃,在减弱的冷云罩中有中小尺度雨团的生成、畸变、分裂的现象发生,在每个强降雨时段内又存在着两个或多个短时强降水峰值;(3)在此次降水过程中重庆沙坪坝站对于广安13日的强降水更具有指示意义,3个时次中沙坪坝站露点曲线和层结曲线之间形成低层暖湿,中高层干冷,有利于强对流天气发生的“喇叭口”形状。      

2004年9月川渝大暴雨期间西南低涡结构及其环境场的分析

采用NCEP再分析资料、常规观测资料、卫星云图资料及地面降水资料, 对2004年9月2日～8日发生在川东和重庆的大暴雨的影响系统及其环境场作了分析研究。结果表明, 此次暴雨分为三个阶段, 降水系统主要有两个:第一、三阶段的主要降水系统是低空切变线；第二阶段的主要降水系统是西南低涡, 而西南低涡影响期内的雨量最强、范围最大。西南低涡开始时为一β中尺度系统, 最后发展达α中尺度系统。其影响时间从4日00时到6日06时 (国际协调时）, 持续了54小时。本文对此次暴雨过程所做的研究表明, 川东地区的特殊地形, 500 hPa高空小槽以及700 hPa、 850 hPa低层鞍型流场均是西南低涡产生和维持的重要条件； 西南低涡上层为暖性结构； 在暴雨过程中有20个雨团接连发生, 中尺度系统是这次暴雨的直接影响系统；对水汽收支的计算表明, 水汽可能来自于低纬度热带地区。本文还对西南低涡与东北低涡的异同作了比较。     

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

利用常规观测、FY-4A TBB资料和ERA5再分析资料,从环流背景、中尺度特征、水汽和动力条件、能量和不稳定条件等方面,对2020年8月14—18日发生在四川盆地西部的一次持续性极端暴雨过程进行分析。结果表明：西太平洋副热带高压稳定少动,导致高原低槽东移受阻而稳定维持在四川盆地西部,中低层有切变线和急流维持,配合地面冷空气南下,为持续性极端暴雨提供了有利的环流背景。中尺度对流云团生成、合并、加强,受地形阻挡及副热带高压外围气流、切变线和中尺度低涡的持续影响,对流云团强中心维持在四川盆地西部,是暴雨过程的直接影响系统。暴雨水汽来源于孟加拉湾和西太平洋,在地形辐合抬升作用下,四川盆地西部形成强水汽辐合中心,暴雨过程中各水汽物理量呈现极端性,为持续性极端暴雨的产生提供了充足的水汽条件。暴雨区上空始终有气流辐合与正涡度发展,有利于垂直上升运动加强;暴雨区位于假相当位温密集的锋区中,锋区的动力强迫有利于能量和水汽向上输送,使暴雨区持续维持高能、高湿环境,雨区上空有广义湿位涡异常。暴雨区位势不稳定主要由其散度分量造成,代表水平散度和位势稳定度的耦合作用,位势散度正值区由散度分量和垂直风切变分量共同决定,850 hPa位势散度高值区与强降雨落区有较好对应。

     

一次大暴雨过程中高原低涡与西南低涡相互作用机制探讨

对2007年7月16-19日高原低涡东移形成的川渝地区大范围大暴雨过程,利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、FY-2C TBB云图资料和T213分析场资料,采用天气动力学和中尺度诊断方法,分析了大暴雨的形成机制.结果表明:此次大范围大暴雨过程是高原低涡诱发西南低涡发展从而形成耦合系统造成的,其垂直上升运动气柱和涡柱的耦合发展与维持是低涡发生发展并产生持续性强降水的动力机制,对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是低涡发展并形成持续对流性降水的热力层结条件.     

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3～6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。     

涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

利用中尺度WRF模式对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示低涡首先出现在850 h Pa上,几个小时后700h Pa上才有低涡生成,850 h Pa低涡的形成与西南低空急流有着密切的联系。通过ω方程的诊断分析表明,涡度的水平平流项和辐散项对850 h Pa低涡的形成起主要作用,而潜热释放对850 h Pa低涡的形成作用不大;潜热加热是700 h Pa气流不断辐合从而形成低涡的主要因子。干敏感性试验研究进一步证实了潜热释放对850 h Pa低涡的影响不明显,但是会导致700 h Pa上气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。     

一次台风远距离作用下的西南低涡大暴雨个例分析

利用2009年8月2—5日发生在川渝地区一次远距离台风暴雨的实况降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了远距离台风作用下的水汽和温湿能输送特征;利用25点平滑算子方法研究了台风"天鹅"对此次暴雨影响系统——西南低涡作用下的中尺度特征。结果表明,此次大暴雨过程是在有利的环流背景下发生的,东移的高空槽耦合了西南低涡,远距离的台风"天鹅"使得西南低涡在川渝地区长时间维持,台风"天鹅"倒槽对低涡系统暖湿结构具有重要作用;在台风倒槽偏东气流驱动下,其携带的水汽和能量与西南低空急流输送的暖湿水汽汇合,构建了输送到低值系统附近的水汽和能量通道,增强了强降水区水汽和能量积聚效应,这种积聚效应促使低涡系统物理结构的维持;在台风倒槽顶部偏东气流动力作用下,促使低涡系统中低层正涡度增强,进一步促使垂直涡度增长,对低涡系统动力结构维持起到积极作用,进而促使低涡系统长时间维持,最终导致长时间强降水的发生。     

西南低涡造成湘中一次大暴雨天气过程的诊断分析

利用多普勒天气雷达产品、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星TBB资料、实时探测资料,对2013年发生在湘中一次大暴雨过程进行分析,结果表明:此次暴雨过程是典型的西南低涡东移产生的暴雨.暴雨就发生在低涡东移过程中暖式切变的南侧,充沛的水汽输送和强的整层大气可降水量均为这次大暴雨提供有利的水汽条件.同时卫星云图上典型的U型缺口,与暴雨区有很好的对应关系.     

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.     

西南低涡生成过程中形成"7.8达州大暴雨"的机理分析

本文利用高空实况资料和地面自动站资料对2005年"7.8"四川盆地东北部致洪大暴雨天气过程中西南低涡活动特征进行了中尺度诊断分析,分析发现大暴雨出现在西南低涡控制下的地面辐合线北侧,西南低涡右前方低空急流左侧的强上升运动中心和强水汽辐合中心对中尺度大暴雨的产生作用明显.     

The Energy Budget of a Southwest Vortex With Heavy Rainfall over South China

Energy budgets were analyzed to study the development of an eastward propagating southwest vortex (SWV) associated with heavy rainfall over southern China(11-13 June 2008).The results show that kinetic energy(KE) generation and advection were the most important KE sources,while friction and sub-grid processes were the main KE sinks.There was downward conversion from divergent to rotational wind KE consistent with the downward stretching of SWVs.The Coriolis force was important for the formation and maintenance of the SWV.Convergence was also an important factor for maintenance,as was vertical motion during the mature stage of the SWV and the formation stage of a newly formed vortex(vortex B).The conversion from available potential energy(APE) to KE of divergent wind can lead to strong convection.Vertical motion influenced APE by dynamical and thermal processes which had opposite effects. The variation of APE was related to the heavy rainfall and convection;in this case,vertical motion with direct thermal circulation was the most important way in which APE was released,while latent heat release and vertical temperature advection were important for APE generation.     

2004年冬季风期间一次强寒潮过程的能量收支研究

利用1°(纬度)×1°(经度)的NCEP再分析资料和常规站点观测资料对2004年12月28～31日的一次强寒潮、冷涌过程作了研究,研究结果表明:(1)此次强寒潮事件在我国南海引发了强烈的冷涌,该支冷涌一直向南越过赤道影响南半球.大尺度环境场有利于此次寒潮、冷涌事件的爆发,本次寒潮属于“横槽转竖型”,其中200 hPa的西风带大槽经历了一次调整,500hPa经历了一次明显的横槽转竖过程,对流层低层蒙古高压稳定维持,其东侧的偏北大风是冷空气南下的有利条件.(2)此次寒潮大风区内的动能制造以正压动能制造和斜压动能制造为主,寒潮爆发初期,以正压制造过程为主,此后,由于有效位能释放的作用增强,斜压制造过程与正压制造强度相当,大风区随着动能制造的增强而增强;当斜压、正压动能制造均减弱,大风区亦随之减弱.(3)有效位能收支表明,整层有效位能的释放与大风区相对应,有效位能的释放有利于寒潮、冷涌的维持.寒潮大风区内,对流层高层受有效位能释放的影响最大,有效位能和风能可以互相转换;对流层中层所受的影响最小,且以风能向有效位能转换为主;对流层低层则以有效位能向动能转化为主,十分有利于低层风速的增大和维持.     

一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

0601号登陆台风及暴雨减弱消亡过程中的动能收支分析

利用高分辨率（10km）数值模拟的结果,以登陆华南并引发特大暴雨的0601号台风为例,对台风中田尺度动能收支平衡进行了诊断分析。结果表明,中-β尺度系统动能收支水平项（水平通量散度项和水平产生项）很小,垂直项（垂直通量散度项和垂直产生项）是动能收支方程的主要部分;动能垂直通量散度在对流层低层是动能的汇,在对流层中高层为动能的源;动能垂直产生项在对流层各层都是动能的汇;浮力产生项在300hPa以下是动能的源,在对流层高层是动能的汇;平均动能的局地变化项,在对流层各层均小于零,暴雨期间对流层动能支大于收,且动能变化在对流层中低层最明显。就整个对流层的垂直总量而言,浮力产生项是主要的动能源,而垂直产生项是主要的动能汇。较强冷空气首先从对流层中层入侵台风环流系统,抑制动能制造和传输,是中田尺度对流系统不能维持、发展的主要原因,也是台风系统及其暴雨不能长久维持的关键。     

The Possible Mechanism of a Type of Vortex Heavy Rainfall during the Pre-Rainy Season in South China

In this paper,NCEP reanalysis data,intensive observation data collected from field experiment,model simulation data,and topographic trial data are fully analyzed to study a severe heavy rainfall event during 5 6 June 2008 in South China.Unlike most warm region rainfall cases,this one is associated with an obvious vortex system,which draws in water vapor and energy from the southwest monsoon surges ahead of a low trough above the Bengal Bay (BLT,Bengal Low Trough).At the lower troposphere,three currents,especially the southwest current and the east current,converge into the southeast of the vortex.Thus,the distributions of strong vorticity,water vapor,and ascending motion cause frequently occurrence and growth of convection there.The possible reasons for this rainfall event are summarized as a conceptual model.     

"98.7"特大暴雨低涡的螺旋度和动能诊断分析

“98．7”特大暴雨过程与700hPa低涡切变线的强烈发展以及丰沛的水汽和强垂直运动密切相关。螺旋度的诊断结果揭示,与强暴雨区和切变线低涡相应的是一对符号相反而又紧邻的螺旋度带。它们的垂直结构是一对符号相反而又互伴的螺旋度柱;螺旋度及其诸分量的量级是相同的。这表明,垂直运动的水平切变和水平速度的垂直切变以及水平速度的水平切变对螺旋度有相同大小的员献,也意味着强垂直运动和低空急流对暴雨的发生和发展极其重要。动能的诊断结果显示。强动能区与暴雨区和低涡切变线有很好的对应关系,在中、低空的强动能中心也正是强降雨中心;动能最强的700hPa也是低涡切变线发展最强的层面。强动能及其强梯度区和强螺旋度区基本一致。表明强动能及其强梯度对螺旋度变率及其通量有重要贡献。     

Energy Paths that Sustain the Warm-Sector Torrential Rainfall over South China and Their Contrasts to the Frontal Rainfall: A Case Study

Predicting warm-sector torrential rainfall over South China, which is famous for its destructive power, is one of the most challenging issues of the current numerical forecast field. Insufficient understanding of the key mechanisms underlying this type of event is the root cause. Since understanding the energetics is crucial to understanding the evolutions of various types of weather systems, a general methodology for investigating energetics of torrential rainfall is provided in this study. By applying this methodology to a persistent torrential rainfall event which had concurrent frontal and warm-sector precipitation, the first physical image on the energetics of the warm-sector torrential rainfall is established. This clarifies the energy sources for producing the warm-sector rainfall during this event. For the first time, fundamental similarities and differences between the warm-sector and frontal torrential rainfall are shown in terms of energetics. It is found that these two types of rainfall mainly differed from each other in the lower-tropospheric dynamical features, and their key differences lay in energy sources. Scale interactions (mainly through downscale energy cascade and transport) were a dominant factor for the warm-sector torrential rainfall during this event, whereas, for the frontal torrential rainfall, they were only of secondary importance. Three typical signals in the background environment are found to have supplied energy to the warm-sector torrential rainfall, with the quasi-biweekly oscillation having contributed the most.     

“12.7.21”西南涡极端强降雨的成因分析

利用常规观测资料、ECMWF分析场、区域自动站、多普勒雷达及SWAN系统产品等资料对2012年7月21日西南涡暴雨过程及盘龙极端强降雨进行分析。分析发现：此次过程是“北槽南涡”形势下,地面冷空气触发西南涡其东侧辐合上升运动强烈发展,高层强辐散,因而产生了对流性暴雨天气过程;冷空气从西侧侵入西南涡是925 hPa “S”形冷锋形成的直接原因,也是地面辐合线形成的重要因素;极端短时强降雨就发生在西南涡东侧中尺度雨带的中部偏北区域,有地面辐合线相配合,降雨最强时MCC冷云中心TBB达最低值。雷达回波表明：西南涡两侧冷暖空气的交绥促进了β中尺度气旋式环流的形成;偏南风低空急流为强降雨提供了充足的水汽,增强了中低层的垂直风切变,有利于强降水超级单体风暴的发展和维持;盘龙的极端短时强降雨是β中尺度气旋式环流中,伴随有深厚中气旋的强降水超级单体风暴在环流中心附近持续发展的结果。     

一次引发川东暴雨的西南涡特征分析

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料、自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY-2E云顶亮温资料,对2013年6月29日至7月1日发生在四川东部的大暴雨过程进行分析,结合涡度收支方程重点分析了引发这次大暴雨的西南涡结构。结果表明：在西南低涡发生发展过程中,对低涡发展起直接作用的是水平辐合辐散项和水平平流项,低涡形成前水平辐合辐散项起主要贡献,低涡形成后水平平流项贡献增大,并在对流层中低层以正贡献为主,扭转项贡献最小,而垂直输送项在低涡形成前期以正贡献为主,低涡减弱阶段以负贡献为主;在西南低涡形成前期,对流层高层有位涡大值区向下传输至中层,中高层正位涡叠加在低层负位涡之上,有利于低层低涡的发展及不稳定能量的存储与释放,是低涡维持发展的重要因素。     

两次高原涡与西南涡作用下的暴雨过程对比分析

利用FY-2D卫星TBB资料、NCEP1° × 1°再分析资料和地面自动站观测资料,对2008年7月20~22日和2012年7月20~22日两次由高原涡和西南涡相互作用,造成四川暴雨过程进行对比分析,结果表明:(1)强降雨落区与引导高原涡移动的高空槽有密切关系,高空槽的移动和变化大致决定了强降雨的落区。(2)造成两次暴雨过程的对流云团生成和发展虽然有一定的差异,但最终会发展合并形成一个MCC;并且强降雨位于对流云团TBB最大梯度区,一般靠近亮云核,并在亮云核的西北部。(3)两次暴雨过程期间,均有低层辐合高层辐散,对应着强的涡度和强的上升运动,并且散度、涡度和垂直速度都是增大的。(4)两次暴雨过程期间水汽来源存在着差异,但水汽是逐渐增强的,并且水汽辐合中心与强降雨落区相对应。