长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测分析

利用多种加密观测资料，详细分析了长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测特征。结果发现：(1)暴雨由各种尺度的天气系统相互作用造成，直接造成这场暴雨的是中α尺度切变线上活动的多个并不深厚的中β尺度对流系统，该对流系统在发生发展过程中一直伴有明显的中尺度雨团活动。(2)这次中β尺度对流系统活动可能的物理图像为：在切变线东北方和西南方各有一支气流在切变线上辐合抬升并汇入对流系统中，在暖平流的作用下，气流在倾斜的θse锋前上升(或沿锋区爬升)并随高度发生顺转，到7km高度以上开始以西南气流发散，在离对流区400～500km处下沉，并在θse锋区附近构成中尺度垂直环流圈，对流云团发生在该垂直环流的上升支一侧。     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。     

2003年7月淮河流域暴雨中-β尺度特征的观测分析

利用常规和多种高分辨率的非常规观测资料，分析了2003年7月3～4日淮河流域大暴雨过程中安徽省北部暴雨雨团的活动及与之相联系的中尺度对流系统的发展演变特征。结果表明：在有利的大尺度环流背景下，梅雨锋中-α尺度云系中的中-β尺度对流系统的发生发展是导致暴雨的直接原因。暴雨强度和出现地点与中-β尺度扰动密切相关，整个暴雨过程有3次生命史不完全相同的雨团活动期，对应着三次雨强峰值；不同雨团活动期内，中-β尺度对流系统的组织发展形式有所不同，第一次和第三次雨团活动是由几个相对分散的块状中-β尺度对流复合体相继影响所致，而第二次雨团活动则与长约100km的近地层中-β尺度辐合线的迅速发展相联系；中-β尺度对流云团的生命史与雨团的生命史并不一定相同。本次暴雨过程中，起主要作用的是嵌在絮状回波里的一个个对流复合体和个别强对流单体；回波强度和强回波发展高度与地面降水强度呈正相关。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

2013年湖北一次大暴雨β中尺度分析和模拟诊断

利用地面加密自动站资料、FY 2E卫星TBB和NCEP/GFS 0.5°×0.5°分析场资料,对2013年7月5—6日发生在湖北鄂东的大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了研究,并利用WRF中尺度模式输出的高分辨率资料进行诊断分析。诊断分析表明：该次鄂东大暴雨过程发生在深厚低槽前正涡度区、低空切变线前部急流核附近与高空强辐散气流以及不稳定能量重合区域中,暖湿气团的抬升凝结高度较低,具有较高的降水效率;产生暴雨的直接原因是由3个不同时间和地域的近圆形β中尺度对流系统先后移动经过形成;采用WRF中尺度模式对这次大暴雨过程做了数值模拟,中尺度模式模拟总水物质（水汽+云水+云冰+雨水）通量散度降水率的诊断分析,得出7月5日夜间β中尺度对流系统中有多个γ小尺度单体活动,此物理量值一定程度上可以定量估算雨团的小时雨强,而模拟最大可能对流可降水率的诊断分析,可以反映雨团内部的水汽、热力条件与降水量之间关系。     

华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究

针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。     

一次引发强降水的热带低压对流云团的多尺度特征分析

利用每10分种一次地面自动站常规观测资料，以及每5分钟一次多普勒天气雷达和每小时一次卫星等非常规资料，对一次造成上海地区特大暴雨的热带低压对流云团的多尺度特征进行分析，取得主要结果：（1） 本次暴雨过程由三次强降水造成，每次强降水都由?和?中尺度雨团构成，表明引发强降水的热带低压对流云团内部的多尺度特征；（2） 热带低压对流云团在上海地区的维持和加强是由其移动方向右后侧的?和?中尺度对流单体不断新生、发展和合并的结果，这一过程对应于雷达强回波带的新生、发展和合并现象；（3） 自动站风场分析出中尺度辐合线的位置和强度与中尺度雨团的落区和强度对应，雷达基本反射率和径向风资料进一步证实了气流辐合区是对流单体生成的区域。     

"05.6"东北暴雨中尺度对流系统研究Ⅰ:常规资料和卫星资料分析

应用常规气象资料与卫星资料相结合的办法,研究了2005年6月10日午后在黑龙江省中东部发生的暴雨中尺度对流系统(MCSs)的大尺度环流背景、大气层结演变特征、下垫面条件以及中尺度对流系统。结果表明:此次暴雨(简称“05.6”东北暴雨)是发生在高空槽东移加深过程中的一次对流天气过程。中尺度对流系统处于前倾疏散的高空槽槽前,高空辐散,低空辐合,为MCS发生提供了有利的大尺度动力条件。暴雨发生前对流层低层有西南—东北走向的湿舌,为暴雨提供了有利的水汽条件。高空干冷平流与低空的暖湿平流形成的差动平流,造成此处大气的层结不稳定度增强。此外,从地面接收到的太阳辐射能量分布情况来看,下垫面不均匀加热引起的热力环流是这次暴雨过程中尺度对流系统发生发展的一个重要的触发机制。研究地面中尺度切变线演变与此次暴雨对流系统发生发展的关系发现,切变线上对流强弱分布是不均匀的,其中在弧形切变线曲率最大处的对流最强,与沙兰河上游暴雨有关的对流云团就出现在这个地区。以上事实表明,地面中尺度切变线可能是此次暴雨发生发展的另一个关键因素,而造成切变线上对流发展不均匀的原因可能和切变线走向与环境风场的配置有较大关系。     

新疆西部"6.16"强降水过程的中尺度分析

利用常规观测、风云卫星、多普勒天气雷达、CMORPH卫星降水量融合资料和NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2016年6月16—17日新疆西部一次罕见暴雨过程进行中尺度分析。结果表明:(1)该暴雨过程具有累计雨量大、暴雨强度强、局地日雨量破极值、短时强降水范围广等特点。暴雨区位于200 hPa高空西南急流出口区左侧、500 hPa偏南气流及700 h Pa切变线附近。较强的CAPE和K指数对该暴雨有很好的指示意义。(2)该暴雨过程发生在低层辐合、高层辐散、低层较湿的有利背景下。强正涡度、强辐合和强上升运动不断将水汽和能量向上输送,为暴雨的产生提供有利的环境条件。(3)中亚地区中尺度雨团在发展演变过程中,逐渐形成西南-东北向带状多中心雨带,中心依次到达伊犁北部沿山地区,和原有的中尺度雨团共同作用,造成暴雨天气过程。中尺度对流云团不断产生于中亚地区,在东移过程中不断发展加强依次到达暴雨区,致使暴雨区不断产生短时强降水。(4)暴雨过程两个时段的中尺度对流系统存在明显差异,第一时段主要为孤立中尺度对流系统,造成伊宁博尔博松站成为暴雨中心并出现最强短时强降水的直接系统是风场特征明显的中γ尺度对流单体并在暴雨区维持少动。第二时段为CR达50 dBz、DVIL达4 g·m~(-3),长度达70 km、宽度达10km且呈准南北态的线状中尺度对流系统,其在向东移动过程中造成多站依次出现短时强降水天气。     

2010年8月8-10日辽东半岛暴雨过程的中尺度特征分析

利用自动气象站资料、卫星资料、GTS1型数字式探空仪资料和常规气象观测资料及NCEP/NCAR再分析资料,对辽东半岛地区2010年8月8-10日3次暴雨过程进行了诊断分析,研究了该地区暴雨发生的天气尺度背景、中尺度对流系统发展过程及其发展的中尺度环境和触发机制。结果表明:(1)副热带高压位置偏北且稳定为此次强降水提供了有利的大尺度背景,切变线上生成的β或γ中尺度雨团发展的中尺度对流复合体是造成强降水的直接系统。(2)辽东半岛地区与低空急流水汽输送通道相连,并形成水汽辐合中心,有利于该地区强降水的产生。(3)暴雨发生前暴雨区域对流层低层的增温增湿、对流性不稳定层结及抬升凝结高度和对流自由高度的明显降低,是导致暴雨的重要条件。(4)切变线附近对流层低层的强正涡度中心和中高层的强正散度中心的耦合有利于上升运动的维持和水汽的向上抬升,促使中尺度对流系统生成,并沿切变线向东北方向移动和迅速发展,产生暴雨。强降水出现在切变线前方低空急流上的风速脉动区。     

一次阻塞形势下的内蒙古暴雨过程特征分析

利用常规气象观测资料、1°×1°NCEP再分析资料、FY-2E逐时云顶亮温(TBB)资料和1 h降水资料,对2012年7月24 31日内蒙古全区性暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)此次暴雨天气过程发生在南亚高压东伸、贝加尔湖阻塞形势稳定和西太平洋副热带高压位置偏北的大尺度环流背景条件下。(2)地面辐合以及700 h Pa切变和涡旋是暴雨发生的影响系统,中尺度对流系统(MCS)是暴雨过程中短时强降水的直接制造者,中尺度雨团出现在MCS边缘TBB梯度最大处冷空气一侧。(3)暴雨发生时南海季风涌活跃,为暴雨的发生提供了充沛水汽条件,暴雨发生前对流层低层存在大量不稳定能量,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧相叠置耦合,以及地形的强迫动力抬升机制,触发了暴雨天气。(4)内蒙古西部地区水汽输送条件较差是该地区较少发生暴雨的主要原因。     

一次对流云团过程结构特征的观测和模拟研究

为了解2015年8月22日发生在北京东部的一次对流云团的生消演变过程及微物理特征,使用耦合了CAMS云微物理方案的WRF中尺度云分辨模式对此次过程进行数值模拟。由于研究的对流云团尺度较小,对时空分辨率要求较高,把LAPS(Local Analysis and Prediction System)局地分析和预报系统同化多源观测资料后输出的高分辨率的中尺度分析场作为模式的初始场。将模拟结果与FY-2F卫星、北京SA波段多普勒天气雷达、地面雨量站等观测资料进行对比分析。同时,研究了对流云团中的微物理含量分布,深入分析此次过程的降水机制。结果表明:模式能够较好地模拟出对流云团在生成、发展、成熟和消散的四个不同阶段的演变规律,整个对流云系的发展持续4 h左右,对北京有直接影响的对流单体的生命时长在1 h左右;模拟的自然云云带分布和演变规律、小尺度云团的尺度、位置、形状和垂直结构都与观测资料有较好的一致性;模式也能模拟出降水落区和量级及强中心的位置。此次对流云过程主要为冷暖混合云系结构,云中过冷水丰沛,降水机制以冷云降水为主,暖区供水云对降水的发展有促进作用,霰融化为雨滴是主要的成雨过程。     

利用非常规观测资料对上海特大暴雨过程的模拟研究

2001年8月5～6日,上海市区出现了建国以来破记录的一次特大暴雨.天气形势分析表明,停滞在上海的热带低压和主体位于海上的西太平洋副热带高压为此次特大暴雨的发生提供了有利的环流背景,而低压内部特有的动力、热力结构及在其内发生发展的一系列中尺度对流云团与此次暴雨的发生有直接的关系.作者利用非静力中尺度数值模式MM5V3对此次暴雨过程进行了数值模拟研究,结果表明:在非静力中尺度模式全物理过程的模拟中,采用牛顿张弛逼近法的四维资料同化方案来同化分析场和云顶亮温及上海地面气象自动站等非常规观测资料,模拟结果不仅基本上再现出大尺度及天气尺度系统的发展演变过程,而且还较好地模拟出了此次城市强暴雨过程的雨量空间分布及时序变化.因此,将较高时空密度的非常规观测资料用于高分辨率MM5中尺度数值模式,对于有效地预报城市灾害性暴雨是必要和有意义的.研究还揭示:与热带低压相伴随的偏南暖湿气流不仅是此次暴雨过程的强水汽及热量输送带,而且也是热带低压和其内中尺度对流系统维持发展的必要条件;造成暴雨的中尺度对流系统垂直向上是一具有相对暖心、高湿且低空湿对流不稳定结构的气旋性涡旋,其内强上升运动与涡柱内低空辐合、高空强辐散密切联系.     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。     

内蒙古典型暴雨过程的中尺度雨团观测分析

利用FY-2E逐时云顶黑体亮温资料 (TBB)、闪电定位资料、自动气象站资料和逐时降水资料,对2009—2013年6—8月内蒙古7例暴雨天气过程的中尺度雨团特征进行分析。结果表明:内蒙古暴雨的降水强度在1~3 h即可达到暴雨或大暴雨量级,中尺度雨团活动是内蒙古暴雨过程形成原因,而80%雨团活动是中尺度对流系统 (MCS) 造成的。MCS内TBB不超过-52℃冷云区和地闪密度大值中心对雨团强度和发展具有重要的指示作用,冷锋云系中MCS造成的雨团多原地生成和消亡,TBB不超过-52℃冷云区面积小,维持时间为2~8 h,地闪密度增长缓慢而且发生频次低;冷涡云系中雨团跳跃式出现在MCS冷云区或冷空气流入一侧,出现TBB不超过-62℃冷云区,雨团出现频次高,持续出现时间可长达24 h,地闪密度增长迅速且发生频次高。7次暴雨过程中约有60%雨团伴有地闪活动,地闪密度达到最大值时刻预示未来1~3 h最强雨团出现和MCS发展到成熟。地面加密风场中尺度辐合线先于MCS和雨团出现,中尺度辐合线造成的局地辐合可作为MCS发展的启动机制。     

河南省对流性暴雨云系特征与概念模型

利用2005—2010年FY-2C/E和MODIS卫星资料、A0报文、自动气象站降水资料及常规观测资料,修订了河南省对流性暴雨中尺度对流系统标准,统计分析了暴雨中尺度对流系统的活动规律和降水特征,初步建立了河南省典型对流性暴雨概念模型。河南省对流性暴雨中尺度对流系统主要包括新生对流云团、β中尺度对流系统、α中尺度对流系统及带状中尺度对流系统。对流性暴雨易产生于中尺度对流系统的发生、发展期,多发于中尺度对流系统云顶亮温低中心附近及后侧梯度大值区, 云系上云光学厚度高值区为中尺度对流系统发展潜势区。低槽 (涡) 切变型和低槽型过程中干冷气团对中尺度对流系统的发生、发展起触发作用;高压后部型与午后边界层辐射增温关系密切,能量锋、边界层辐合线是中尺度对流系统的触发系统;切变型过程中干线的作用较重要。河南省对流性暴雨中尺度对流系统多发展于山区附近,移动路径有东移、东北移和东南移型,高层云导风可为中尺度对流系统的移动发展提供预报信息。     

突发性暴雨的中尺度对流复合体环境条件的个例分析

本文给出了2001年8月24－25日在500hPa西北气流下产生的对流云团单体合并、加强形成中尺度对流复合体（简称MCC）的发展过程，并对其发生的环境条件进行了分析。结果表明，当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时，在500hPa西北气流控制的地区会出现中尺度对流复合体，产生强降水天气。本次过程主要是低层气流的辐合造成水汽、能量的聚积，低层的增暖增湿，高层的干冷空气入侵，形成了强的对流不稳定区；中尺度扰动及低空偏南气流在地面静止锋上被迫抬升，引起中尺度对流云团发展合并，是MCC生成的主要机制。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

一次MCS过程的特征分析

对2010年9月7-8日江苏北部的中尺度对流系统(MCS)特征和暴雨过程进行了分析,应用卫星云图、热力和动力物理量诊断.结果表明:MCS是由若干个α和β中尺度对流云团组成,在MCS成熟阶段有一个逐渐发展成中尺度对流复合体(MCC)的过程;MCS出现在高温高湿对流不稳定的环境中,低层低涡的辐合和锋面的抬升作用为其提供了动力条件;强水中心与MCS云顶温度梯度最大值中心相对应,为暴雨落区预报提供了着眼点.     

一次梅雨锋暴雨过程的 β 中尺度对流系统发展机理的数值研究

20 0 2年 6月 18～ 19日在湖北省发生的一次中尺度降水过程主要是由一个中尺度对流云团的活动造成的 ,且该中尺度对流云团在不断东移的过程中分裂成两个 β中尺度对流云团。文中使用中尺度非静力模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟 ,研究它的发生发展机制。模式很好地模拟了造成该次强暴雨的中尺度对流系统的整个发展过程 ,模拟的降水分布与实况比较接近。分析模拟结果发现 ,中尺度对流系统在不断东移的过程中 ,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强 ;受地形的作用而分裂成两个对流单体 ;最后由于中高层水汽凝结降落后造成的水汽不足 ,高层的辐散气流明显减弱变得无组织和下沉气流的影响对流系统开始衰亡。通过以上的分析给出了引起该次梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统的发展演变模型。