初夏边界层东南风急流和江淮气旋锢囚锋

一、引言 在华东中尺度天气试验中,我们在分析1980年5月31日至6月1日的天气过程时,发现苏皖平原地区边界层存在一支东南风急流,它和江淮气旋北部的暴雨区有着密切关     

一次江淮气旋极端雨雪过程的云系特征和成因分析

2016年2月12日夜间至13日白天,受冷空气和江淮气旋影响,山东出现了一次极端雨雪天气过程,全省48个国家级气象站日降水突破同期历史记录。采用多种观测和NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料分析了降水云系的演变特征、风场的中尺度特征和降水成因。结果表明:(1)雨雪过程不断有β中尺度云团从苏皖移入山东,降水主要由4个β中尺度云团造成;江淮气旋逗点头云系由4条带状回波发展形成,暖锋云系以层状云为主,其间有零散的对流云,逗点云尾部的冷锋云系形成初期多为对流性,入海后对流性减弱;气旋形成后雷达回波发生气旋式旋转、拉长,形成多条中尺度强雨带。(2)水汽条件极为有利,来自西南和东南两个方向的低空急流持续输送充沛的水汽,降雨阶段还有来自东南方向超低空急流的水汽输送,降雪阶段边界层水汽输送微弱。(3)降雨阶段,低层为浅薄的东北风冷垫;降雪阶段,东北风冷垫较降雨阶段深厚得多。东北风冷垫上东南风层变薄直至减弱消失是雨雪相态转换的标志,强雨雪都发生在偏南低空急流最强盛时段。(4)低层低涡前部东北风和东南风的切变辐合、暖平流、暖锋锋生以及条件性不稳定能量释放强迫上升运动造成强雨雪。风廓线雷达和激光雨滴谱仪的观测是降水相态短时临近预报的有益判别资料。     

长江下游梅汛期中尺度涡旋特征分析

利用2006～2009 年日本再分析资料对长江下游地区梅汛期间(5～7 月)边界层内中尺度涡旋进行普查,并分类统计分析了边界层内中尺度涡旋与暴雨、低空急流的关系。研究结果表明:每年的5～7 月该地区经常在对流层低层或(和)边界层内出现中尺度扰动涡旋,根据中尺度涡旋最初生成的高度不同,可划分为边界层中尺度涡旋、对流层低层中尺度涡旋和对流层低层—边界层中尺度涡旋三类。边界层中尺度涡旋中与暴雨有密切关系的中尺度涡旋称为边界层中尺度扰动涡旋(PMDV),根据涡旋前或后6 小时累积雨量,可以进一步将其分成两类:第一类是暴雨的直接制造者中尺度对流系统(MCS)先于边界层中尺度扰动涡旋发生(MCS-PMDV);第二类是边界层中尺度涡旋产生后,激发了中尺度对流,造成了暴雨过程(PMDV-MCS)。PMDV-MCS 类涡旋暴雨的特点是在对流层低层850 hPa 是一条切变线,其南侧有一支西南低空急流,边界层925 hPa 则是一个闭合的涡旋,暴雨区主要落在涡旋的东北面和东南面。     

边界层急流与江淮梅雨期暴雨

本文通过分析低空九层风场资料，对１９８７年江淮梅雨期的边界层急流的基本特征及其对梅雨过程中暴雨的动力作用做了多方面的初步研究。并与华南边支急流做了一些比较，发现江淮梅雨期的边界层急流是影响梅雨期暴雨发生与维持的一个非常重要的系统。     

雷州半岛东南风边界层急流

从大量实测资料中发现,雷州半岛地区存在着一支稳定的东南风边界层急流。本文通过115个过程个例,讨论了急流的基本特征及产生急流的天气形势,指出这支急流与华南偏南风超低空急流在特征上存在明显区别。      

登陆福建台风造成浙江强降水的分布特征和成因分析

利用常规气象观测资料、中尺度加密观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,分别对登陆福建且对浙江造成明显影响和一般影响的台风进行合成,对比分析两类台风的雨量场、环流形势场和物理量场,结果表明:登陆福建台风造成的强降水主要发生在浙江南部和东部地区,暴雨中心一般出现在浙江温州地区,过程平均雨量在100 mm以上;暴雨发生前台风北侧有高压坝,台风低压和高压坝之间强东南风急流为暴雨区带来东风扰动和云团;暴雨区具有低层辐合、高层辐散的结构,有一个高能中心,向北延伸经过暴雨区的台风倒槽上对应有高能舌和不稳定层结;在边界层,台风中心北侧有南风急流和东风急流形成东—西向的气流辐合线,暴雨云团在辐合线上生成发展,并向下游传播,形成持续性暴雨。     

“91.7”暴雨低涡发展结构和暴雨机制中尺度数值模拟

对１９９１年７月４日至７日（“９１．７”）发生在江淮流域的一次低涡切变线特大暴雨过程进行了高分辨行星边界层参数化的中尺度数值模拟。控制模拟结果揭示“９１．７”江淮暴雨过程与中尺度暴雨低涡的生成和发展以及特有的动力和热力结构密切相关；气旋性涡柱，强上升运动与深厚湿舌三位一体的共存结构是暴雨低涡持续发展并产生对流云系和持续暴雨的强耦合条件；西南低空急流的发展和维持，不仅是暴雨低涡形成和持续发展的重要动     

边界层急流与北京局地强降水关系的数值研究

应用3 km分辨率的中尺度模式,成功模拟出了2005年8月3日凌晨北京地区一次局地强降水过程,在此基础上探讨了地形热力作用和局地强降水与边界层急流的关系,结果表明,局地强降水与边界层急流之间存在正反馈作用,降水过程通过改变局地大气温度场的分布,导致边界层气流加速和急流的形成。而边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合,为降水提供更多的水汽和更有利的动力条件。     

中尺度风速脉动对暴雨的触发作用

关于台风倒槽暴雨过程及低空东南风急流的重要作用已有过许多研究。本文就影响江苏的4次诱生低压类台风倒槽暴雨过程,收集整理江、浙、皖、沪等省市共百余气象台站的气压、温度、湿度、风和降水自记记录,利用这些时空尺度较稠密的资料进行综合客观分析,追踪台风倒槽内东北风风速脉动现象的活动规律及其与中尺度雨团关系;采用50公里小网格计算各地面物理量场,分析风速脉动的中尺度物理特性;结合高空物理量值(格距150公里)剖析风速脉动的垂直厚度和空间结构,探讨风速脉动成因及对暴雨的激发作用。     

大尺度环境中中尺度对流系统生成的数值模拟试验

对1983年6月11日20时(北京时)实测资料进行低通滤波处理,取其大尺度部分作为初值,用七层原始方程模式对江淮气旋内中尺度对流系统的生成过程进行数值模拟试验.结果表明,从大尺度背景场出发,可以模拟出中尺度对流系统的生成.在西南低空急流十分潮湿的情况下,中尺度对流系统可以在江淮气旋暖区、低空急流大风速中心的前部、位势稳定度倾向维持负值的地区生成和发展.它的动力、热力结构,降水分布,以及发生、发展过程等,都与暖季(3—9月)在美国中部频繁出现的中尺度对流复合体(MCC)十分相似.     

梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟

利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转      

中尺度非均—边界层气候的数值研究——(Ⅱ)夏季的数值试验

用修改的 Nickerson 等提出的中尺度模式,对我国北方夏季非均一下垫面上的边界层气候特征进行了研究。结果表明,在晴朗、静风和无扰动系统的条件下,下垫面的非均一性对边界层气候起着决定性的影响。边界层气候特征和低空急流强度与局地环流关系密切。干燥裸地上边界层内出现的逆湿现象,是由下垫面非均一的湿度场和中尺度平流共同引起的。     

急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响

利用中尺度数值模式WRF对2020年6月1日的阳江特大暴雨进行模拟和分析。结果表明：WRF的模拟结果很好地再现了该次暴雨的过程。通过控制试验和地形敏感性试验对比，发现将阳江及附近地区的山地移除后，降水区远离阳江地区，发生在粤西北山区。进一步分析表明，边界层急流为这次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素：一方面地形阻挡边界层急流增强相当位温水平梯度，增强对流不稳定性；另一方面，地形对边界层急流的抬升作用增强辐合上升运动产生对流。同时，边界层急流出口区配合低空急流入口区的抽吸作用，导致降水系统发展强盛。     

黄河中游一次中层低涡暴雨的中尺度数值模拟

本文采用改进的ＭＭ４中尺度模式模拟系统对造成１９８２年７月２９日－８月２日黄河中游特大暴雨过程后一阶段强降水的低涡系统进行了中尺度数值研究。结果表明：与强降水密切相关的该中尺度系统是在登陆台风外围东南风急流影响下发展起来的具有斜压性的中尺度低涡，其风场上最强的气旋性涡旋在对流层中层。它非登陆台风变性而成，而是由新生低涡发展而成的一个对流场中高层涡旋。造成暴雨中尺度低涡发展的主要机制是非绝热湿过程。     

中尺度非均一边界层气候的数值研究: (Ⅱ) 夏季的数值试验

用修改的Nickerson等提出的中尺度模式，对我国北方夏季非均一下垫面上的边界层气候特征进行了研究。结果表明，在晴朗、静风和无扰动系统的条件下，下垫面的非均一性对边界层气候起着决定性的影响。边界层气候特征和低空急流强度与局地环流关系密切。干燥裸地上边界层内出现的逆湿现象，是由下垫面非均一的湿度场和中尺度平流共同引起的。     

低空急流的不稳定性及其对暴雨的触发作用

本文分析了1972年7月2—3日一次长江流域低空急流的过程,这次低空急流发生在江淮气旋的暖区之中。在低空急流左侧有雷暴和暴雨发生。发现这支低空急流有独特的三维流场结构。指出它是一支极不稳定的气流:在急流轴的左前方有一个Ri数负值区,这正是低层最不稳定的地区。低空急流具有很强的超地转特性,非地转最强时,暴雨发生。这时急流中出现很强的风速脉动,这种脉动的传播对于中尺度低涡及雨团的发生起着触发的作用。以后气压场向流场调整,重新达到地转平衡,这时暴雨也就仃止。     

吉林省重大暴雨过程评估方法研究

应用Barnes滤波原理,构建合适的带通滤波器,获取了中尺度信息,对2005年7月21～24日台风"海棠"登陆后与中纬度系统相互作用给河南省造成的暴雨过程进行了分析.结果表明:在台风外围大尺度气旋性环流中,中尺度低压、中尺度辐合线和辐合区是此次暴雨的直接影响系统;台风低压移近后,与西太平洋副高之间气压梯度加大,可以在副高西南侧形成东南风低空急流,东南急流的形成促使中尺度系统加强和发展;干冷空气自对流层中层向低层伸展,与低层的暖湿气流交汇,使对流和暴雨加强.     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

地形对中尺度边界急流的影响

本文研究了两层流的浅水波模式,并考虑了地形的作用,当背景场为大尺度经向地转流υ_g时,在山地或海岸附近可以形成一类中尺度边界层急流,其特征宽度为Lc=L_0C_0/(υ_g+β_g~*/2f),式中 c_0=(g~*H)~(1/2),L_0=c_0/f为Rossby变形半径,β=-h_s/x为地形坡度。当地转流和山脉坡度满|υ_g+β_g~*/f|>c_0时,中尺度边界层急流中的惯性重力波可以产生超高速不稳定。对于向北的地转流(υ_g>0),山脉东坡有利于形成强而窄的边界层急流和出现超高速不稳定。对于向南的地转流(υ_g<0),在山脉的西坡也会出现同样的情形。     

2021年河南“7.20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析

利用MICAPS观测降水数据、欧洲气象中心ERA5再分析资料和FY-4A卫星云顶亮温数据,对2021年7月20日河南极端暴雨进行综合分析。结果表明,此次暴雨受200 hPa两槽一脊、大陆高压、副热带高压（副高）西伸北抬和台风“烟花”西移、“查帕卡”台风倒槽等多尺度天气系统共同影响,黄淮气旋的西南气流与副高和“烟花”之间的东南气流稳定控制河南地区,边界层急流供应充沛水汽,在太行山和嵩山迎风坡辐合抬升,致使河南暴雨长时间维持,产生极端降水量。西南气流穿过从广东和广西延伸到河南的高湿带,副高和“烟花”引导东南气流经过从东海洋面延伸到河南的相对较弱湿区,这两条水汽输送带在太行山和嵩山地形阻挡下汇合在河南北部,为暴雨供应水汽。丰富的可降水量、水汽过饱和、深厚暖云层以及降水系统较强的水汽消耗率为郑州高降水效率提供有利条件。郑州低层大气经历多次从强层结不稳定到弱层结不稳定的转化,边界层急流引起的垂直风切变和气流辐合对层结稳定度变化有重要影响。黄淮气旋内部中尺度涡旋对河南暴雨发生发展至关重要,不但提供西南气流,还产生较强的位势高度纬向平流,增强边界层急流。嵩山与太行山余脉构成喇叭口地形,边界层急流在嵩山北侧和东侧爬坡,促使山前水汽堆积,激发和加强暴雨。中尺度云团合并小尺度云团,发展成结构密实的孤立云团,稳定少动,对暴雨有重要影响。降水区上空广义湿位涡异常,由于广义湿位涡能够刻画中尺度系统的垂直风切变、涡度以及大气湿斜压性和层结不稳定等动力和热力因素垂直结构特点,所以对中尺度系统和降水落区有一定指示意义。