广西暴雨过程的V-3θ结构特征检验及预报应用

本文按溃变原理的非规则结构信息分析方法,对广西1988~2004年290场10站以上的暴雨过程进行了检验分析和预测应用。结果表明:暴雨前12~36 h,各探空站的V-3θ结构信息图对锋面暴雨、锋前暖区暴雨、孟湾风暴暴雨、副高边缘暴雨和西南低涡暴雨等均可分析出明显的前兆特征,体现了共同的基本机制,并集中地表现为整体顺滚流、超低温和中低空的充沛水汽条件。经过历史检验和近两年的预报应用,已经作为转折性暴雨预报的主要参考依据之一,并已投入日常预报业务中。     

V-3θ在三明暴雨天气预报中的应用分析

按欧阳首承教授溃变原理的V-3θ非规则结构信息分析方法,对三明2006~2012年133个暴雨日进行了检验分析和预测应用。结果表明:暴雨日前08时或20时三明周边探空站的V-3θ结构信息图对锋面暴雨、锋面暖区暴雨、低空低涡暴雨、热带气旋暴雨可分析出明显的前兆特征,对副高边缘暴雨(包括副高南界的东风波)部分可分析出明显的前兆特征,以上五个暴雨型表现出的共同的基本机制为对流层高层出现超低温现象,3θ曲线的非均匀结构,较好的水汽条件和整体顺滚流。     

大气中低频重力波指数与西南低涡发展及其暴雨的关系

采用低频重力波指数法，对西南低涡发展演变及其暴雨强度，落区进行了诊断分析和预测。结果指出：（１）低频重力波指数Ｃｐ，Ｃｉ对西南低涡的发展及其暴雨强度，落区都有一定的预测意义，其预见期可达２４小时以上；（２）低频重力波指数随时间变化与西南低涡发有较好的对应关系；（３）低频重力波指数的大小与西南低涡暴雨强度相联系；（４）西南低涡暴雨落区通常发生在Ｃｐ，Ｃｉ指数的最大负值区内和Ｃｐ等值线梯度最大的区域。     

中尺度重力波指数与暴雨冰雹等强对流天气的关系

该文采用中尺度风场计算低频重力波指数,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气进行了诊断分析和预测。结果表明:低频重力波指数Cし*与对流的暴发性发展相联系,对暴雨、冰雹、大风等强对流天气都有很好的预报意义;强对流天气一般发生在Cし*-10的区域;Cし*的大小与预报时效相联系;中尺度风场比大尺度风场的重力波指数更能反映出重力波指数与强对流天气的关系。     

北京地区2004年7月10日局地暴雨过程中的波动分析

2004年7月10(简称04710)北京出现了局地暴雨天气.这次暴雨的落区主要集中在城区,由于降雨时间短、雨量集中,给北京城区的部分基础设施和城市交通造成了极大的负面影响.这也是近十几年来罕见的一次北京城区暴雨.针对这次局地暴雨天气过程,利用雷达、自动气象站、常规气象站资料等,结合天气学分析和重力波指数分析方法对暴雨的触发机制和落区进行了研究.分析显示:04710暴雨是一次中小尺度天气过程,其中由重力波所激发的小尺度波动对强降雨的产生及其时空分布起主导作用;重力波发生、发展条件与判据的分析显示,强垂直风切变使平均气流中的部分动能转化为扰动动能,促使重力波的产生与传播;重力波通过积雨云团时加快了积雨云的发展,加大了云内上升速度,使不稳定能量得以释放,进而触发强降水;天气学分析指出,中层冷空气入侵造成的垂直风切变是触发重力波的主要原因;雷达回波图显示出强降雨的产生、发展及其分布形态与小尺度重力波的分布和传输相吻合.     

基于溃变理论的V-3θ图在贵州3次转折性天气中的应用

利用常规观测资料和MICAPS 4版的V-3θ图,选取了2018年贵州冰雹、暴雨和大雪3次转折性天气过程,对V-3θ图进行了特征检验和简单应用,得出结论如下:(1)V-3θ图能很好反映大气能量结构变化,其典型特征均有较好体现:超低温结构、顺滚流、θ线多折拐等;(2)不同转折性天气其V-3θ图特征也有所不同:冰雹天气的滚流效应最突出,暴雨、大雪依次减弱;暴雨和大雪对θ_(sed)与θ~*线准平行且近重合要求更高;而冰雹天气过程对对流层顶出现深厚超低温结构更为敏感;(3)当环流形势较弱,常规天气分析难以判断转折性天气时,可利用V-3θ图特征进行辅助预报。     

佛山地区一次局地暴雨过程的重力波特征分析

利用高精度微压计数据,详细分析了2016年11月20–21日佛山地区一次局地暴雨的重力波动态频谱特征,结果表明:重力波激发了此次暴雨,暴雨发生前,重力波呈现出振幅间歇性增大,周期范围不断增宽的过程;其中,暴雨前约4 h出现了重力波最大振幅80–160 Pa,相应的周期范围为140–270min。强雷暴对重力波的作用是积极的,会增大波的振幅,产生中心振幅约80–100 Pa,周期范围210–270 min重力波;尤其是,强雷暴激发了更短周期(≤36 min),振幅约10 Pa的重力波。大振幅重力波提前于暴雨出现,比雷达,卫星识别出强对流早了约4h,这一特征或许对局地强对流预警有指示意义。     

湖北宜昌市区暴雨雨型的演变特征

利用湖北省宜昌市宜昌基准站1956—2013年逐分钟降雨资料,对宜昌市区暴雨雨型的演变特征进行分析,并采用同频率分析法推求该地区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型。结果表明:宜昌市区1956—2013年汛期(5—9月)前期易发生持续12~24 h或24 h以上、降雨量50~100 mm的暴雨,而中后期易发生持续12 h以下、降雨量30~70 mm的暴雨。1956—2013年,宜昌市区短历时、中长历时、长历时暴雨和大暴雨发生次数缓慢增加,而特长历时大暴雨明显减少。其中,短历时暴雨的峰值趋于增大,持续时间趋于增加;中长历时暴雨的小时雨量无显著变化,但雨量分布、雨峰趋于后移,持续时间趋于增加;长历时暴雨的小时雨量趋于减少,雨量分布、雨峰趋于前移,持续时间趋于缩短。宜昌市区历时6 h、12 h、24 h的设计暴雨雨型均为典型的单峰型,雨峰分别位于第20、34、113时段。     

佛山地区一次局地暴雨过程的重力波特征分析（英文）

利用高精度微压计数据,详细分析了2016年11月20–21日佛山地区一次局地暴雨的重力波动态频谱特征,结果表明:重力波激发了此次暴雨,暴雨发生前,重力波呈现出振幅间歇性增大,周期范围不断增宽的过程;其中,暴雨前约4 h出现了重力波最大振幅80–160 Pa,相应的周期范围为140–270min。强雷暴对重力波的作用是积极的,会增大波的振幅,产生中心振幅约80–100 Pa,周期范围210–270 min重力波;尤其是,强雷暴激发了更短周期(≤36 min),振幅约10 Pa的重力波。大振幅重力波提前于暴雨出现,比雷达,卫星识别出强对流早了约4h,这一特征或许对局地强对流预警有指示意义。     

巴彦淖尔市暴雨过程的V-3θ图特征分析

运用天气学分析方法和图结构分析方法,对2014年5月23日巴彦淖尔市突发性局地暴雨过程进行了分析。结果表明:此次强降水过程是在中高纬稳定的大尺度环流背景下,受中低层低压倒槽、切变线辐合抬升,同时配合一支来自孟加拉湾西南水汽输送共同作用完成的。强降水发生前12h时即可从对流层顶超低温,θse和θ*线的多层折拐,以及θse和θ*线的距离远近等方面判断出水汽饱和程度、积云所在高度,从风场信息可以判断出大气的滚流状态及水汽来源所达高度,结合上游台站图V-3θ分析可以判断水汽的来向和输送强度,从而做出强降水的预报。θse和θ*曲线在500~300h Pa距离较大,而在500h以下高度距离较近,说明低层偏湿而高层偏干,且θse50℃有对流天气发生的显著特征,|θse-θ*|的差值在中间层较大,而在高低层较小,呈现一种中间偏干上下偏湿的蜂腰式结构,θse和θ*曲线在700h Pa以下近似垂直于温度轴,或与温度轴成钝角,θse和θ*曲线基本为准平行分布表明中低层的层结极不稳定,大气湿度很大,有利于对流天气发生。     

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。     

华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制

利用观测资料和高时空分辨率区域数值模式,对华南一次锋前暖区暴雨进行了分析和数值模拟.结果表明,锋区和暖 区逐时降水呈波列状分布,锋区和暖区 850 hPa散度在各区降水开始之前1～2 h出现剧烈振动,暖区振动比锋区约晚1h;降水时锋区和暖区间各点850 hPa逐时散度增量也呈明显的波状分布.小波分析证实锋区和暖区存在周期相同且差半个位相的波动,波动的特性属于重力波.进一步分析发现,在暖区暴雨发生之前3 h左右,锋区到暖区之间存在一非常浅薄的低层稳定层,位于950～850 hPa之间.这一浅薄稳定层的存在满足重力波传播的条件,使锋区对流激发的低层重力波沿稳定层从锋区向暖区传播,激发了暖区低层的上升运动,并触发暖区中、低层不稳定能量的释放,导致暖区暴雨的发生.     

一次梅雨锋暴雨过程中的重力波特征

利用中尺度数值模式WRF模拟了2007年7月7~9日江淮地区发生的一次梅雨锋暴雨过程,通过动力分析和Morlet小波分析方法研究了此次梅雨锋的重力波特征。结果表明:2种非平衡流诊断指标(Ro和ΔNBE)简易有效,梅雨锋暴雨过程中的中尺度重力波系统垂直结构十分清晰;强波动发生时段集中在7日20时至8日06时,30~80 min短周期重力波能量远高于长周期;重力波在低层表现强烈,中高层的短周期能密度中心出现更早;最强波动时段与强对流相对应,波动与对流形成耦合,动力与统计分析相互补充,效果较好。     

2009年汛期山西横切变暴雨的可预报性分析

利用常规和非常规气象观测资料,针对2009年汛期山西境内出现的5次横切变区域性暴雨天气过程进行流型配置、物理量诊断、卫星雷达资料以及可预报性综合分析发现：对流性或混合性暴雨,在暴雨发生前12 h 500 hPa及其以下都具有θse随高度的增加而减小、500 hPa以上都具有θse随高度的增加而增加的特征,稳定性暴雨则具有θse随高度的增加而增加的特征.5次暴雨过程500 hPa副高均为纬向型,700 hPa均有西南急流轴配合以及大陆小高压相伴.分析结果表明：小高压的位置不同导致了不同风向的辐合和不同走向的横切变线产生,急流头向北伸展的纬度不同导致了横切变线所处的纬度差异,直接影响暴雨的落区;低涡的强度不同使得降水量发生明显的差异;高低空系统配置越完整暴雨落区和量级的可预报性也越强;连阴雨过程中垂直速度、水汽通量散度、垂直风切变是提前24 h判断暴雨发生与否的敏感因子,卫星和雷达资料是短时和临近强降水预报的有效工具.     

V 3θ图在一次特大暴雨预报中的应用

利用MICAPS 3版中自带的分析软件,分析了2009年7月17日夜间山东半岛一次副高边缘特大暴雨。结果表明,V-3θ图可以明显表示出本次特大暴雨的征兆。对流层顶层的超低温、对流层中层有冷空气侵入引发剧烈对流、低层水汽充沛是引发特大暴雨的原因。分析上游台站的V-3θ图可以判断水汽的来向和输送强度。海陆不同的下垫面分布是形成大暴雨的重要条件。分析V-3θ图的上述特征可以提前12h作出大暴雨以上的降水预报。     

一次暴雨过程的重力波特征分析

选取四川省的一次暴雨个例分析研究大气中对流活动和重力波的相互内在联系。针对这次暴雨过程,采用MICAPS探空资料和天气雷达资料,并且结合天气学分析以及重力波指数的分析方法对暴雨的形成原因和重力波的机制进行了研究。结果表明:重力波与暴雨有一定的内在联系,重力波引导了暴雨的发展;非线性平衡方程对于诊断大幅度的重力波有很好的指示作用。     

V-3θ图在内蒙古西中部强降水过程中的应用

运用V-3θ图结构分析法,对2016年8月16—18日内蒙古西中部一次副热带高压边缘大范围暴雨过程进行分析,结果表明:V-3θ图可以分析出本次暴雨的先兆特征;水汽的饱和程度、积云发展的高度、低层逆温、对流层顶超低温、顺滚流或潜在顺滚流、蜂腰状结构等都可作为判断暴雨是否出现的指标;结合卫星云图、雷达资料、天气形势及上下游测站天气实况等,利用V-3θ图可以分析水汽的来向和输送强度,确定暴雨和强对流天气出现的区域以及持续的时间。     

大气可降水量在重庆夏季暴雨天气过程中的特征分析

利用重庆地区地基GPS观测网反演的大气可降水量(Pwv)数据,选取初夏和盛夏暴雨天气过程分析Pwv的变化特征。结果表明,降雨日和非降雨日的Pwv值有所不同;初夏暴雨发生前20～35h,Pwv值会出现持续快速增加,升幅在0.9～1.6 mm/h,而盛夏暴雨前的10～25 h,Pwv的增加相对缓慢,升幅在0.4～1.0 mm/h;初夏和盛夏的暴雨均出现在Pwv由峰值向波谷的变化过程中,但出现时间不同。     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

不同源区雷达回波的汇合与暴雨的形成

一、引言 暴雨是一种中尺度天气现象。关于暴雨形成的大尺度背景条件以及中尺度系统的天气学特征,有过许多分析研究。至于暴雨的触发机制,一些理论研究主要分析了不同条件下重力波对暴雨的触发作用。李麦村根据大尺度天气系统发展时的非地转平衡能激发重力波,指出其在条件不稳定大气中传播时,可以是发动暴雨的一种机制。最近又根据两