湘西南地区5-6月份锋生暴雨分析

锋生暴雨是湘西南地区5-6月份极为常见的灾害性天气之一.锋生暴雨来势猛烈,短时间内降水强度大,常造成局地山洪爆发.该种天气一般多发生在夜间的下半夜.为更好地掌握此种天气发生的原因,通过对近10年的气象资料分析得出了产生锋生暴雨的基本天气模式及与其它能量机制相匹配的关系和预报着眼点.     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

暖锋锋生引发中尺度暴雨的环境条件及诊断分析

2012年7月28-30日,黑龙江省受暖锋锋生影响,自西南向东北出现区域性暴雨天气过程。此次暴雨天气过程,降水持续时间长,影响范围广,显著特点是短时局地暴雨强度大,多站降水量超过100 mm,黑龙江省罕见。通过对暴雨产生的主要环境条件及中尺度分析,得出结论:暴雨主要是河套低压北上、暖锋影响产生的,暖锋锋生及锋前对流触发是短时降水增强的原因。低空西南急流为暴雨区带来了丰富的水汽和不稳定能量,高低空急流耦合加强了动力条件。弱干冷空气入侵增强暖锋降水,地面中尺度环流的建立及增强与降水强度增加对应。     

广西“98.6”暴雨过程的Q矢量分析及落区预报

应用Ｑ矢量理论对１９９８年广西６月１６￣２６日连续性暴雨过程进行诊断分析,共分析了１１个时次的８５０ｈＰａＱ矢量散度、锋生函数等诊断场,揭示了广西“９８．６”连续性暴雨期间Ｑ矢量散度场和锋生函数场的分布特征,以及与中低空主要天气系统和暴雨带之间的时空配置关系,指出Ｑ矢量散度场对广西“９８．６”暴雨落区有较好的对应关系。     

利用矢量锋生函数对一次暴雨过程的分析探讨

对在江淮流域发生的一次暴雨过程观测资料计算矢量锋生函数，并用其对该过程进行了诊断分析，发现矢量锋生函数与江淮梅雨锋暴雨落区的发生移动有较好的对应关系，进而讨论了用矢量锋生函数作锋面强降雨天气预报的可能性。     

低层锋生型暴雨特征合成分析

应用湖北省县级以上84个气象观测站点24 h降水资料,统计分析了2008—2011年5—8月低层锋生类型10场暴雨的雨量特征,对天气系统和各种物理量特征进行合成分析。结果发现:低层锋生型暴雨主要是由于低层锋生强迫触发不稳定能量的释放,同时形成跨锋面的次级正环流,其上升支与高层次级反环流的上升支在暴雨区上空叠加,形成深厚的上升运动区,触发位势不稳定能量的释放。在中层槽前正涡度平流、低层西南急流风速辐合以及锋面倾斜导致倾斜涡度发展等共同作用下,中尺度低涡发生发展。中尺度低涡中心区域和低涡移向的右前方动力水汽辐合最强烈,是暴雨发生的主要区域。     

“副高”控制下暴雨天气初探

“副高”控制下的暴雨天气,是在不利的大尺度环流形势下弱天气系统作用下的结果。通过分析,指出暴雨发生的前一天,中低层中尺度位势不稳定区和地面能量锋的形成,是这类暴雨天气最重要的前期特征,也是２４ｈ短期预报的主要着眼点     

2012年贵州暴雨的中尺度环境场分析及短期预报着眼点

利用NCEP每日4次1°×1°格点分析资料、FY-2E逐时TBB资料、MICAPS格式高空、地面观测及贵州省区域自动站降水资料对2012年发生在贵州的15个暴雨日进行分类.分类的原则是从地面冷空气影响的角度来把握,文章归纳出2012年出现的三类主要的暴雨过程:辐合线锋生型暴雨、辐合线锋生+冷锋型暴雨、梅雨锋西段暴雨.利用MICAPS 3强天气分析工具对三类暴雨的典型个例开展了中尺度环境场分析,并基于“配料”的思路分析了三类暴雨的水汽条件、稳定度条件及触发抬升条件.最后根据不同环境场提出了各类暴雨过程的预报着眼点,为今后的暴雨预报提供借鉴和参考.     

滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的锋生机制分析

利用卫星云图、常规地面观测资料和逐6 h的1°×1°NCEP再分析资料,对2003-2006年春季滇黔准静止锋背景下,出现的5次贵州暴雨天气过程进行了诊断分析和总结。结果表明:在准静止锋背景下,贵州春季暴雨是由高低空急流、高空槽、冷空气与准静止锋的共同作用产生的。低空急流将大量的水汽从孟加拉湾和北部湾输送到贵州,不断积累对流有效位能;高空急流的加速增强了"高层辐散、低层辐合"的大尺度上升运动,并通过急流下侧的正环流圈带动冷空气南下,使得准静止锋活跃锋生,是暴雨天气过程的触发机制。锋生现象分析表明,高空急流加速导致对流层中高层极锋锋区内锋生和对流层中层正环流圈的形成,加强了准静止锋附近的水平变形和垂直运动,进而促使锋生加强。水平变形和垂直运动对暴雨的产生也有直接影响:水平变形项范围越大则降雨强度越强,与垂直运动相关的倾斜项移动与在准静止锋附近生成的强对流云团的移动方向一致。准静止锋与贵州春季的暴雨过程关系密切,暴雨落区集中分布在准静止锋南侧1个纬距带内。高空急流加速度、冷锋附近的水汽辐合强度以及对流有效位能的高能舌区范围对暴雨范围和强度有指示作用。基于以上锋生机制,提炼了滇黔准静止锋诱发贵州春季暴雨的物理模型。     

江西北部地区一次大暴雨过程湿Q矢量诊断分析

利用NCEP提供的FNL资料和ECMWF提供的逐小时降水资料,从湿Q矢量散度、湿Q矢量锋生函数以及湿Q矢量在以等温线为参照线的自然坐标系中分解(PT分解)函数三个方面,对2019年5月12日发生在江西省北部地区的一次大暴雨天气过程进行了分析。结果表明:暴雨初期,关注低层湿Q矢量散度场的辐合中心,可以预报未来6 h后暴雨的可能落区,当这些落区中层辐合开始加强为辐合中心,则基本可以判定为暴雨中心区域;低层湿Q矢量锋生函数有助于确定雨区范围,中层的湿Q矢量锋生函数对强烈的冷暖气流交汇反映更为明显,有助于进一步确定强降水中心位置。在强降水初期大尺度的强迫作用是垂直运动发展的主导因子,而在强降水旺盛时期中尺度锋生作用占主要作用,在暴雨发展的不同阶段可以重点关注不同尺度天气特征对暴雨形成发展的影响。     

梅雨锋生次级环流对暴雨的作用

本文采用了MM4中尺度数值模式对1991年7月5日08时至6日20时发生在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行了模拟。在模拟较理想的基础上，利用模式输出的高分辨率的动力协调资料，就暴雨过程中锋生次级环流各强迫项对暴雨的作用进行了诊断研究。结果表明：锋生次级环流对暴雨形成具有重要的作用，但在暴雨过程不同时期各项的作用差异很大。     

“08.7”襄樊罕见特大暴雨的中尺度观测特征与物理机制分析

利用Micaps常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP再分析资料和GOES卫星资料,从环流背景、水汽条件、动力条件、不稳定机制等方面,重点对2008年7月22日襄樊罕见特大暴雨的中尺度观测特征与物理机制进行分析.结果表明:此次特大暴雨是在副热带高压、高空槽、西南低涡、切变线和地面倒槽的共同作用下发生的:切变线上对流云团在暴雨区合并、加强是造成襄樊罕见特大暴雨天气的直接原因,强降水发生在TBB低值中心;沿低空急流建立的从南海到华中地区的水汽通道,为暴雨发生发展直接输送暖湿空气;低层强烈的水汽输送和水汽辐合使暴雨区大气湿层迅速增厚,为暴雨发生发展提供了有利的水汽条件;低层辐合、高层辐散和整层正涡度的配置以及强的垂直上升运动,为暴雨发生提供了动力条件;能量锋锋生、湿度锋锋生对中尺度对流系统发生发展具有触发作用.     

云贵高原东段初夏辐合线锋生型暴雨研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、探空资料和红外TBB卫星资料对2012年5月11 12日一场典型的初夏暴雨展开分析。结果表明,此次暴雨过程属于贵州典型的辐合线锋生型暴雨类型,地面中尺度辐合线和850 h Pa切变线耦合是对流发展的主要原因,中尺度对流系统在云图上表现为一MCS对流云团自西向东移动。整个暴雨过程中,贵州大部具有高温高湿的层结不稳定特征,低层维持正涡度辐合,高层维持负涡度辐散。锋生函数揭示此类型暴雨天气过程存在明显的锋生现象,水平辐散项F2是引起地面锋生主要的动力因子,而水平辐散项F2和水平变形项F3对850 h Pa锋生有明显的正贡献。用气块理论及其运动学方法来分析对流的触发机制,发现对流的触发与自由对流高度LFC、天气尺度环境场水平辐合的强度、垂直方向辐合高度、辐合持续时间有关。     

Q矢量和湿Q矢量在暴雨诊断中的应用比较

利用常规探空和地面实测资料，以发生在2001年7月26—27日山西省晋中市的一次区域性暴雨为例，对准地转Q矢量和非地转湿Q矢量在暴雨诊断中的应用进行了定量对比分析，结果表明：（1）Q矢量对暴雨的预报有一定的指示作用，降水前期700hPa诊断效果最好，但在暴雨的强度和落区上存在明显偏差。而湿Q矢量在各层对暴雨均表现出良好的诊断特性，其散度辐合区与暴雨区有较好的对应关系，其强锋生出现6小时后开始产生强降水，且暴雨区与强锋生中心基本吻合，700hPa表现尤为突出。（2）Q矢量锋生函数分布表现出典型的准地转特征，而湿Q矢量锋生函数分布则具有明显的中尺度特征，因此，Q矢量适宜于研究与天气尺度系统相关的大气运动，而湿Q矢量更适宜于研究天气尺度系统激发的次级环流。湿Q矢量较准地转Q矢量更能反映出暴雨的落区和暴雨的中尺度特性，在反映暴雨的强度上也更具优越性。     

完全Q矢量的引入及其诊断分析

参照准地转Q矢量推导，考虑天气系统发展的主要热力强迫因子－非绝热加热作用，引出考虑非绝热效应的完全Q矢量的概念，并应用于实例分析。结果表明，完全Q矢量能较清楚地揭示暴雨天气系统的演变；考虑了湿过程的完全Q矢量在暴雨的诊断过程中显示了更大的优越性；定性而言，完全Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场有助于确定暴雨的落区，暴雨区正好落在低层完全Q矢量散度场辐合中心和锋生函数场正值中心之间；定量而言，低层完全Q矢量散度场辐合中心和锋生函数场正值中心大小对暴雨强度有显著的指示作用。因而在暴雨的诊断和预报过程中完全Q矢量散度和锋生函数是两个重要的参数。     

“副高”控制下暴雨天气初探

“副高”控制下的暴雨天气,是在不利的大尺度环流形势下弱天气系统作用下的结果。通过分析,指出暴雨发生的前一天,中低层中尺度位势不稳定区和地面能量锋的形成,是这类暴雨天气最重要的前期特征,也是２４ｈ短期预报的主要着眼点。     

一次辽宁暴雨过程的Q矢量诊断分析

应用Q矢量理论，分析了2003年8月5～6日辽宁暴雨天气过程，探讨了暴雨期间Q矢量和Q矢量散度场及Q矢量锋生函数场的分布特征。表明低层Q矢量散度辐合带与暴雨区有较好的对应关系，揭示了Q矢量散度的辐合中心或辐合线、散度场和锋生函数场与暴雨落区有关。     

广东"5.24"暴雨的湿有效能量分析

利用海峡两岸及邻近地区暴雨试验期间的时间加密观测资料，分析了1998年5月24日发生在广东省的一次暴雨过程。发现湿有效能量与此次暴雨降水的关系比较清楚。降水开始前，暴雨区的能量显著增加，强降水开始于能量显著减少时；强降水时，暴雨区的能量出现小幅反弹；当暴雨区能量再次显著减少后暴雨降水结束；这是一次能量锋暴雨，暴雨开始前有能量锋生现象发生，暴雨强降水时段与强能量锋同步，暴雨区位于高能舌北侧能量锋附近。     

暴雨预报中潜热能场的应用

利用能量天气学原理,统计了3种天气类型的暴雨过程中潜热能场的水平分布特征。对1999年8月11日出现在山东省的大范围暴雨天气过程(99.8),分别就潜热能场水平分布特征、潜热能场垂直分布特征、能量锋生特征进行了分析。结果表明,潜热能场对暴雨预报有较好的指示作用,仅仅是能量高值区并不一定能产生大降水,当较强的能量锋区(或冷空气)与高能轴交汇、能量锋生函数负值区域移入当地,低层辐合条件较好时,预示强降水将要发生。"99.8"大暴雨主要发生在能量锋区与高能轴线交汇的地方,进而沿高能轴右侧向锋区密度较大地区移动,高能轴顶端的右前方、冷槽的后部也是强降水易发生的地区。     

广西“98.6”暴雨过程的Q矢量分析及落区预报

应用Q矢量理论对1998年广西6月16～26日连续性暴雨过程进行诊断分析,共分析了11个时次的850 hPa Q矢量散度、锋生函数等诊断场,揭示了广西“98.6”连续性暴雨期间Q矢量散度场和锋生函数场的分布特征,以及与中低空主要天气系统和暴雨带之间的时空配置关系,指出Q矢量散度场对广西“98.6”暴雨落区有较好的对应关系。