北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007-2014年6-8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim（0.5°×0.5°）全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明：（1）造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压（副高）与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。（2）不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异：在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南-西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南-东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。（3）从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流（冷池出流）和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。     

基于Copula函数的甘肃河东短时强降水特征分析

利用1960—2014年兰州、临夏、合作、定西、武都、天水、平凉和西峰逐分钟降水资料,分析甘肃河东强降水频次的时空分布特征,建立基于Copula函数的持续时间和过程雨量的联合分布,基于该函数开展强降水发生概率分析研究。结果表明:(1)甘肃河东近55年来平均强降水频次为1. 64次/(a·站),主要特征为持续时间短、过程雨量小,平均持续时间为2. 88 h,过程雨量为23. 4 mm,持续时间小于1 h的概率高达13. 4%;(2)强降水主要发生在汛期(4—9月),月变化服从正态分布,墨西哥帽小波分析表明频次存在着显著的22～23 a和13～15 a的年代际和3～7 a的年际变化;(3)强降水发生概率从大到小依次为平凉、西峰、天水、定西、武都、临夏、兰州和合作,相应的陇东最大,陇南次之,中部地区最小。     

甘肃省短时强降水的时空特征

基于甘肃省81个自动气象站2002—2012年逐小时降水数据,分析了甘肃省近11 a来短时强降水的时空变化特征。结果表明:短时强降水频次自甘肃省西北向东南逐步递增,陇东南地区是甘肃省短时强降水发生频次最多、强度最强的地区。短时强降水存在2个高发中心,一个在以合水为中心的陇东地区,另一个在以徽县为中心的徽成盆地。短时强降水主要发生在午后至前半夜,出现时段集中在16:00—00:00,17时前后是短时强降水天气高发时段。短时强降水主要出现在5—9月,其中7—8月是一年中出现最多的月份,其次是6月。近11 a来,短时强降水频次呈上升趋势,2006年和2010年出现了2个峰值,其中2010年最多,发生52次,2004年最少只有17次。     

沙澧河流域短时强降水特征和概念模型

利用2000-2012年5-9月1 h降水加密观测资料,统计分析了沙澧河流域短时强降水的时空分布特征,结果表明:沙澧河流域短时强降水的空间分布呈自南向北、自东向西减少的趋势;强降水集中出现在6-8月,7月是最为频发月份。日变化呈双峰结构,子夜到凌晨(23时-次日05时)和傍晚前后(18-19时)为易发生时段。应用常规MICAPS地面和高空观测资料对沙澧河流域短时强降水个例天气系统和触发条件进行分析,总结出4种天气学概念模型,分别是有露点锋西南涡型、无露点锋西南涡型、有露点锋切变线型、无露点锋切变线型。其中西南涡型造成的强降水范围比较大,该类型强降水的落区一般位于西南涡移动方向的右前方或其前部切变线与沙澧河流域附近其他中小尺度系统交汇的区域内;切变线型造成的短时强降水范围相对要小,但局地性更强,该类强降水的产生与冷空气的侵入有很大的关系,强降水的落区产生在切变线移动过程中与沙澧河流域附近中尺度系统相交汇或包围的区域内;当有露点锋存在时,短时强降水更偏向于露点锋的两侧,或在露点锋与地面辐合系统相交汇的附近产生。     

河池市区短时强降水特征分析

利用河池地面观测站1990—2011年逐小时雨量资料,统计了河池市短时强降水的分布特征;通过普查历史天气个例,分析产生短时强降水天气过程主要环流特征,并对其进行初步分型。通过分析环境场的物理特征,找出短时强降水与冰雹天气的主要差异,对提高预报服务质量具有一定的意义。     

天山北坡短时强降水时空分布及环流配置特征

利用常规探测、自动站逐时雨量及ECMWF0.25°×0.25°每日4次的ERA-interim再分析等资料,分析2010—2018年6—8月天山北坡短时强降水时空分布及其环流配置特征。结果表明:天山北坡短时强降水时空分布不均,主要发生在沿山海拔1000～2000 m区域,尤其昌吉州频次最多;雨强R≥10 mm/h出现频次2015年最多,而R≥20 mm/h出现频次相较前者骤减,2016年出现最多,均在2014年最少,且6月出现最多;短时强降水日变化明显,16时—次日03时发生频次最多,占总次数的73.8%。天山北坡短时强降水过程以局地分散性居多,占总过程的65.1%;影响系统主要分为西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽、中亚低涡、西北气流等4类,其中,西西伯利亚低槽(涡)、中亚低槽两者占总过程的73.2%。     

黄南州短时强降水时空分布特征及环境场分析

通过对2006-2012年黄南州各地1h降水量≥25mm的短时强降水时空分布及环境场分析。结果表明:短时强降水时空特征为北少南多势态,河南最多,集中发生在7、8月份,一日的16-21时,均为单锋型;短时强降水过程的高空形势为副高边缘型、低涡切变型和西北气流冷平流型三种类型,其中副高边缘型强降水是黄南州主要高空环流形式,发生在冷锋前的暖区里;短时强降水天气过程开始前及发生时地面至中空湿度近似饱和,温度露点差小于4℃,触发短时强降水的冷空气侵入不同,副高边缘型温度场反应对流层中低层暖脊控制,对流层低层到地面有弱冷空气侵入,低涡切变型是对流层低层强冷空气的侵入,西北气流型是对流层中层冷空气入侵,对流层低层为暖空气控制;降水区一般在高空西风急流轴的南侧,高空西风急流出口区右侧存在辐散上升气流,有利于强对流天气的形成,低空显著气流为强降水区提供足够的水汽及不稳定层结的建立和维持;地面中尺度辐合线是强降水的中尺度影响系统;总结出短时强降水中尺度概念模型。     

太行山东部短时强降水的环流形势特征场分析

该文基于华北地区太行山东部2008—2018年6—9月的逐小时降水数据,利用K-means客观聚类法对太行山东部降水数据进行客观分类,得到3类不同降水强度类别的降水簇。对这3类降水簇分别从对流层低层到对流层高层的环流形势场进行分析对比,得出最有利于短时强降水发生的环流形势特征场：对流层高层200 hPa西风急流风速大且急流中心向东扩展,急流附近有位势高度槽发展,槽有较强的辐散场;中层500 hPa有强的位势高度槽脊和温度槽脊发展;低层700 hPa有强盛的西南低空急流和闭合的低压气旋性环流,850 hPa层上大部水汽达到饱和,925 hPa层上短时强降水区风向风速变化剧烈,具有明显的风向风速辐合中心、强的低压气旋性环流中心和大范围的暖区。这种由对流层低层向高层的环流配置最有利于短时强降水的发生发展。同时对3类降水簇的地理特征进行对比可以发现,短时强降水易发生于山前。研究结果不仅有助于短时强降水的预报,而且对防灾减灾、水资源利用和社会经济发展具有重要的科学意义和应用价值。     

济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明：短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点（Td）、850 hPa假相当位温（θse）、对流有效位能（CAPE）以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。      

吉林省短时强降水天气的中尺度特征及概念模型

利用2005-2012年吉林省逐时降水资料及相应的北半球高空、低空、地面观测资料,采用中尺度分析方法分析了吉林省短时强降水的中尺度特征,总结了冷涡影响类、高空槽类、副高后部类三类短时强降水天气的中尺度概念模型,为预报员今后预报此类天气提供参考和技术支持。     

新乡市短时强降水特征分析

利用2011-2020年5-9月新乡市国家级自动气象站逐小时降水量观测数据,对新乡市短时强降水的时空分布特征及过程发生前的环境背景场进行分析,结果表明:新乡市短时强降水空间分布与局地地形关系密切,短时强降水频次和极值雨强均呈现由西至东递减的趋势.短时强降水频次年变化差异显著,多的年份可达52次,少的年份仅3次,月变化呈...     

上海地区不同类型短时强降水的大尺度环流背景特征分析

作为一种强对流天气,短时强降水的监测诊断和预报预警已成为气象预报部门的业务重点,也是当今社会各界的关注重点。为此,以上海短时强降水为例,利用上海地区2004—2012年11个基本气象站的逐时观测资料、NCEP/NCAR第二套逐日再分析资料及实况天气图等资料,基于对所有短时强降水的影响系统进行分类,重点分析了不同影响系统下短时强降水的大尺度环流背景。研究结果表明:1)上海汛期(6—9月)平均每年发生8次短时强降水,其中,8月份发生次数最多,占总次数的近一半。降水强度的空间分布呈现城市雨岛特征,大值区位于中心城区及其下风向的近郊。2)产生短时强降水的主要影响系统有准静止锋、热带气旋、低压倒槽、冷锋及中尺度对流系统。其中,准静止锋导致的短时强降水发生次数最多,发生比例达67%,且多出现在6—8月;热带气旋影响下的短时强降水发生比例占17%,多出现在8—9月;其他影响系统导致的短时强降水发生次数较少。3)各类影响系统为短时强降水提供了不同的大尺度背景及作用:准静止锋类型有利于形成上冷下暖的不稳定层结;热带气旋与高空急流辐散场相配合导致强烈的水汽辐合和垂直上升运动;暖性低压倒槽使地面增湿减压,高空冷平流有利于高空辐散;冷锋有利于形成北侧下沉、南侧上升的经向垂直环流圈;中尺度对流系统则主要与非均匀加热导致的局地垂直环流及其伴随的冷空气卷入相联系。     

济南市区短时强降水特征分析

用2006—2008年5—9月的济南市区区域自动气象观测站资料和高空、地面资料,分析了济南市区出现短时强降水(R≥15mm/h)的年际、月际、时际以及强度特征,并分析了产生短时强降水的不同天气系统类型,为今后济南市区短时强降水的短时临近预报和预警提供参考。     

阿勒泰地区夏季短时强降水TlogP及环境参数特征

运用2010—2018年夏季阿勒泰地区区域自动站逐时降水量及阿勒泰站探空资料,统计分析短时强降水过程的T-logP形态及关键环境参数特征,以集合预报箱形图确定关键环境参数阈值。结果表明,阿勒泰地区短时强降水T-logP图形态可分为整层湿和上干下湿2种类型;主要出现在沿山、山麓、山区地带和乌伦古湖南部附近;6月下旬至7月下旬多发,午后至傍晚较易发生;造成该地区夏季短时强降水的环境参数多表现为7月最大,6月最小,说明7月更有利于短时强降水的发生;该地区夏季短时强降水的发生表现为一定的不稳定层结、露点温度维持在10℃左右,垂直风切变为中等偏弱,CAPE值较小;通过对各环境参数箱形图分析,总结归纳出该区短时强降水总体阈值。从而为阿勒泰地区夏季短时强降水潜势预报提供参考依据。     

2006—2016年池州地区短时强降水天气类型特征分析

利用国家基本站、区域站资料,分析了2006—2016年池州市短时强降水时空分布特征,建立3种天气学概念模型,并总结了短时强降水的中尺度系统、相关物理量和雷达回波的一般特征。结果表明：池州市短时强降水主要发生在汛期（5—8月）,其中7月最活跃,其次分别是6、8月。强度≥20 mm/h和≥30 mm/h的短时强降水日变化呈现双峰型特征,强度≥50 mm/h的短时强降水则呈现单峰型特征。东至县中南部是短时强降水的易发区域,其次是贵池南部山区和九华山东、西两侧区域。池州市短时强降水天气类型可分为副热带高压边缘型、西北气流型和台风型,其中副热带高压边缘型是短时强降水的易发天气类型。中小尺度天气系统在不同天气类型中的作用存在差异,但相关物理量差异不明显。副热带高压边缘型、台风型强降水过程中雷达反射率因子多表现低质心结构特征,西北气流型呈现高质心结构特征。     

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征.结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流.造成新疆...     

内蒙古夏季典型短时强降水中尺度特征

利用常规观测资料、NCEP FNL分析资料、FY-2D逐时云顶亮温(TBB)资料、内蒙古地区自动气象站资料和闪电定位资料, 对2012—2015年内蒙古夏季37例典型短时强降水事件进行分析。结果表明:冷锋云系尾部、涡旋云系和暖湿切变云系中发展的中尺度对流系统(MCS)是造成内蒙古短时强降水的直接影响系统, 短时强降水发生在MCS发展或成熟阶段, 而且位于TBB梯度密集区MCS移出区域靠近干冷空气侵入一侧。自动气象站观测到的中气旋、中低压以及中小尺度气旋式辐合风场和切变线诱发MCS发展, MCS发展到成熟阶段地闪密度达到最大值, 地闪密度值较高对应的MCS面积扩展率也较大。内蒙古西部和中部偏北地区短时强降水发生前3 h相对湿度达到60%~80%, 但其余地区相对湿度基本为80%~90%, 温度锋区浅薄冷空气是触发MCS发生发展的关键因素。     

南疆短时强降水概念模型及环境参数分析

利用南疆2010-2016年自动气象站及区域自动气象站逐小时降水量资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及探空资料,分析不同强度的短时强降水的时空分布,得出南疆短时强降水事件的天气型有明显的季节性特点和区域性特征。总结了典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立了短时强降水的三种概念模型:中亚低槽(涡)型、西伯利亚低槽(涡)型和西风短波型。通过7个探空站的温湿廓线形态、地面露点温度、T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500)、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、抬升凝结高度、0～6 km垂直风切变等分析了南疆短时强降水的环境背景:短时强降水Ⅰ型(整层湿)、短时强降水Ⅱ型(上湿下干)和短时强降水Ⅲ型(上干下湿)发生前大气水汽含量充沛、存在一定的CAPE和较明显的垂直风切变以及0℃层高度偏低、暖云层厚度偏厚等特征,而合适的CIN,有利于对流不稳定能量的积聚和爆发,促进短时强降水的发生;短时强降水Ⅳ型(干绝热型)存在大气层结较干和较大的T_(850)-T_(500)、T_(700)-T_(500);Ⅰ型和Ⅱ型是南疆短时强降水的主要类型,常出现在南疆中部、西部地区的盛夏和夏末,多为西伯利亚低值系统(低涡、低槽)型和中亚低值系统(低涡、低槽)型影响。     

太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。