华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

黔西南州一次暴雨中尺度对流系统的发展分析

分析2005年6月发生在黔西南州境内的一次大暴雨过程,认为此暴雨是青藏高原东侧的短波槽南压时与随西南风急流北上的孟加拉水汽交汇,从而形成强大的中尺度对流系统而产生的。低层辐合,高层辐散、充足的水汽和对流不稳定为本次暴雨提供了有利条件。     

华南暴雨及中尺度对流系统发展对土壤湿度的敏感性

采用WRF及其耦合的Noah LSM陆面过程模式,通过对发生在2009年3月28日（个例1）和2010年5月6日（个例2）两次暴雨过程的24 h模拟,研究了华南暴雨及中尺度对流系统（MCS）发展对初始土壤湿度（SM）的敏感性问题。首先采用源自NCEP-FNL和NASA-GLDAS的两种不同SM资料驱动模式进行对比试验,在此基础上,以NASA-GLDAS资料模拟结果为控制试验,通过不同程度（20%、60%）增减初始SM开展多个敏感性试验。对比试验分析表明,两种资料应用对24 h累积降水分布的模拟结果影响不大,但某种程度上可影响降水量的大小。预报技巧评分结果表明,采用NASA-GLDAS SM资料进行模拟得到的结果比采用NCEP-FNL SM资料的模拟结果有所改进,尤其是50 mm以上的暴雨预报,TS评分最大可提高5%。敏感性试验分析发现,两次暴雨过程降水与SM之间主要呈正反馈作用,但其表现出的特征不完全相同。暴雨过程中MCS的组织发展形式对SM与降水之间的反馈作用有影响,具有午后局地降水性质、对流组织性发展较弱的个例1,SM增大仅引起微弱的降水增多,SM减少则明显导致降水强度减弱,降水对SM的减少更为敏感;而具有持续降水性质、对流组织性发展较强的个例2,降水对SM的增大更为敏感,SM增大可带来更明显的降水增多。此外还发现,对流系统不同发展阶段的这种反馈作用也存在差异,MCS组织性发展较弱的个例,强的反馈作用主要出现在对流发展初期阶段,而MCS组织性发展较好的个例,强的反馈作用则主要出现在对流系统发展后期。      

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4-5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥.这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成.通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制.模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程.分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起.同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域.高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨.高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用.低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用.低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减.     

2004-06-29西安地区强对流天气过程分析

2004-06-29西安地区出现由强对流引发的短时暴雨、大暴雨天气过程,从诊断的角度对这次强对流天气予以分析和研究。发现此次强降水是地面上冷式锢囚锋在形成的过程中,暖湿气流受到夹击,遇到中低层“人”字型的切变强扰动及高空冷平流的触发形成的;前期晴热高温为大暴雨积聚了能量;台风“蒲公英”北侧东风气流及其带来的水汽起到了重要作用;雷达回波上中-α系统的飑线和中-β系统的对流单体是造成西安强降水的中尺度系统。     

2002年6月21～23日梅雨锋上的MCS分析

对2002年6月21～23日发生在黄海-长江流域梅雨锋上的一系列由中尺度对流系统(MCS)引起的强对流天气过程进行了云顶辐射亮温(TBB)和天气形势、气象要素等的诊断分析.结果表明梅雨锋上的MCS是造成这次长江流域产生暴雨甚至大暴雨级强降水的主要系统;MCS的强降水中心(区)与TBB≤-32℃的频率FM、TBB≤-52℃的频率Fs高值中心(区)关系密切,由FM和Fs可以相当明显地反映降水的总体特征,而且比使用TBB低值中心(区)来反映降水的总体特征能力要强;地面的梅雨锋、低层的切变线、对流层上层的高压这种上下层系统的配置十分有利于强对流天气的发生.     

陕西北部一次暴雨过程的中尺度对流系统分析

利用FY-2卫星云图和物理量对2006-07-02发生在陕西北部的区域性暴雨天气过程分析发现:暴雨天气过程主要是3个时段的中尺度对流系统(MCS)在暴雨区上空反复出现造成的。第一时段的降水出现在850hPaθse能量锋区右侧,第二、三时段降水出现在850hPa能量大值区中心附近。中尺度对流系统发生具有一定的时间间隔。暴雨期间,高空西风急流和低空西南急流耦合产生的次级环流促进了暴雨区上空强烈的垂直上升运动,为中尺度对流系统反复发生、发展提供了有利条件。     

眉山一次暴雨的MCS特征分析

利用常规气象观测资料、FY-2E TBB及NCEP FNL1°×1°全球分析资料,对2013年7月四川省眉山地区一次暴雨过程和中尺度对流系统(MCS)特征进行分析。结果表明:(1)暴雨过程由两个中-β尺度的MCS在眉山地区合并加强所致,暴雨中心刚好位于两个中-β尺度MCS的合并交接地带的梯度大值区,强降水出现在对流系统迅速发展和再次加强阶段。(2)高原切变东移南压和副高东退是影响这次MCS的大尺度环流背景。低层辐合和弱冷空气配合是此次MCS的触发条件。(3)暴雨中心在降水前期处于高能高湿对流不稳定的环境中,有利于MCS的生成和加强。     

华南沿海一次暴雨中尺度对流系统的形成和发展过程

应用观测分析和数值模拟方法研究了2004年5月13～14日发生在华南西部沿海的一次暴雨中尺度对流系统（MCS）。结果发现：MCS开始发生在低层切变线南侧的偏南气流中,强盛时其水平范围达中口尺度,生命史近10个小时。在MCS的形成和发展过程中,低层的涡旋环流不明显,但其上空对流层中层500hPa上有流场的扰动与之对应。观测分析及数值模拟结果均表明沿海地形引起的辐合在对流的启动中有重要的影响。而对流发展起来后,由于凝结加热的作用,中层的扰动得到加强和发展,主要表现为涡度的增大,气旋性环流在500hPa高度附近表现最为明显,并在MCS东移发展的过程中起着重要的组织作用。MCS在有利地形触发作用下发生。并通过对流层中层扰动组织发展的过程,有别于华南其它一些暴雨过程常伴有低层涡旋系统向上发展的形式,有其独特的特征。还对中层扰动的增强过程和物理机制进行了分析,并提出了一个用于解释中层扰动对MCS组织发展影响的观点。     

西安市两次突发暴雨成因分析

利用常规探空资料、地面加密观测资料以及卫星云图等,对发生在西安市的两次突发暴雨进行了诊断分析。结果表明：暴雨是台风北侧低空东风急流与中纬度西风带低值系统共同作用的结果;台风低压北侧的气旋性环流在低空形成的偏东风急流带是此类暴雨的主要水汽通道和能量通道;暖区内中β尺度对流系统（MβCS）的活跃直接导致了突发暴雨的生成和维持。     

一次东北暖锋锋生暴雨的中尺度特征分析及成因初探

使用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对2017年8月1日发生在黑龙江南部的暖区暴雨过程的中尺度特征及成因进行了分析。结果表明:暴雨发生在副高加强西伸北抬及有台风活动的背景下,副高外围的水汽输送为暴雨提供了充沛的水汽条件;低层西南风的增大导致暖锋锋生,暖锋的辐合抬升作用加强,造成较大范围的暴雨天气;锋生区附近存在CSI,锋生作用及CSI的释放,加强了沿着锋面倾斜向上的斜升气流及锋面次级环流,CSI导致的斜升气流的发展进一步触发对流不稳定,导致大范围的垂直上升运动,降水显著加强;暖锋云带内部探空分析显示大气处于不稳定状态,有利于以短时强降水为主的对流发展。暴雨是由云团的后向传播造成的,强降水以暖云降水为主,降水效率高,雨强大,暖锋稳定少动,由暖锋锋生所致的对流单体在同一区域重复新生,并沿暖锋自西向东传播,形成列车效应,暴雨中心一直有最大反射率因子超过45 d Bz且降水效率高的强回波活动,持续时间超过4 h,导致强降水持续时间长,降水累积量大。     

北京\

使用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对2017年8月1日发生在黑龙江南部的暖区暴雨过程的中尺度特征及成因进行了分析。结果表明：暴雨发生在副高加强西伸北抬及有台风活动的背景下,副高外围的水汽输送为暴雨提供了充沛的水汽条件;低层西南风的增大导致暖锋锋生,暖锋的辐合抬升作用加强,造成较大范围的暴雨天气;锋生区附近存在CSI,锋生作用及CSI的释放,加强了沿着锋面倾斜向上的斜升气流及锋面次级环流,CSI导致的斜升气流的发展进一步触发对流不稳定,导致大范围的垂直上升运动,降水显著加强;暖锋云带内部探空分析显示大气处于不稳定状态,有利于以短时强降水为主的对流发展。暴雨是由云团的后向传播造成的,强降水以暖云降水为主,降水效率高,雨强大,暖锋稳定少动,由暖锋锋生所致的对流单体在同一区域重复新生,并沿暖锋自西向东传播,形成列车效应,暴雨中心一直有最大反射率因子超过45 dBz且降水效率高的强回波活动,持续时间超过4 h,导致强降水持续时间长,降水累积量大。

     

一次春季江淮气旋混合型对流天气特征及成因分析

采用天气雷达、高空地面观测、1°×1°NCEP再分析场资料,分析一次春季江淮气旋形成发展过程中混合型(冰雹、大风、短时强降水)对流天气特征,初步解释了不同类型对流天气形成发展的原因。结果表明:不同类型强对流天气在时空分布和对流特征上存在差异,其中局地冰雹主要由气旋形成阶段离散对流线产生,带状短时强降水由气旋形成阶段人字形对流线上及发展阶段S形对流线后部的列车线/邻接层状云类中尺度对流系统(MCS)产生,大范围大风主要由江淮气旋发展阶段S形对流线上尾随层状云降水类MCS产生。江淮气旋是大尺度天气系统斜压发展的结果,对流活动使锋面低层辐合增强,对气旋形成发展有加强作用。强对流天气的产生与江淮气旋动力热力场有密切关系。气旋形成阶段,西南涡结合山区地形提供了有利于鄂西南大冰雹形成的环境场,暖式切变线以及气旋发展阶段受南支槽影响的冷式切变线,提供有利于风暴列车效应形成的环境场而产生短时强降水;气旋发展阶段,冷式切变线提供有利于后部入流急流形成的环境场而产生大范围大风。     

2013年汛期华中区域业务数值模式降水预报检验

利用常规气象资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料、NCEP再分析资料、细网格模式资料以及区域中尺度模式,对2017年8月18日夜间沙颍河流域一次短时极端强降水过程的漏报原因和可预报性进行了探讨。结果表明：此次过程发生在西低东高的环流背景下,低层和边界层切变线稳定维持、超低空西南急流建立为强降水过程提供了水汽输送和辐合抬升条件;弱冷空气沿华北南部扩散南下逐渐侵入倒槽,在沙颍河流域形成中尺度辐合线（辐合中心）且长时间维持,触发不稳定能量释放,对暴雨有一定的可预报性。两个中尺度对流云团加强、合并发展为β中尺度对流系统,呈准静止状态,在沙颍河流域下游维持长达6 h是降水增强的直接原因。冷池及其前侧地面中尺度辐合线触发中尺度对流系统,强回波不断在中尺度冷池前侧温度梯度高值带中发展并维持,造成短时极端强降水。本次过程动力条件较弱,水汽主要集中在边界层,热力不稳定条件极为有利,但数值模式对此类对流性暴雨的捕捉能力有限,是暴雨漏报的原因。数值模式和业务预报对降水强度及极端性估计不足,以及预报员缺乏极端天气预报经验,也是造成这次过程预报失误的原因之一。

     

“12.7.22”四川暴雨的MCS特征及对短时强降雨的影响

利用FY2D卫星云图云顶亮温(TBB)资料、雷达回波产品和常规气象观测资料、地面自动站降水资料及NCEP 1°×1°逐6h再分析资料,对2012年7月21-22日四川暴雨中的中尺度对流系统(MCS)特征及其对短时强降雨影响进行分析,结果表明:(1)这次暴雨过程在21日00-06时和21日21时至22日03时有两个明显的6h短时强降雨阶段.第一阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa低涡切变线、低空急流作用,引发盆地西部短时强降雨;第二阶段中,500 hPa高原涡与700 hPa西 南涡作用,引发盆地南部短时强降雨.(2)短时强降雨通常由MCS中的深对流特征造成,水平尺度多为β中尺度或更小的γ中尺度系统,具有云顶亮温低、雷达反射率因子大和垂直累积液态水含量高等特点.(3)探空资料分析表明,MCS增长初期,大气不稳定能量高,存在风垂直切变,在低层冷暖平流交汇明显且温度梯度大的区域,有利于激发MCS生成,另外高低层系统作用产生的深厚正涡度对其发生发展亦具有重要作用.在演变过程中MCS具有低层正涡度、负散度,高层负涡度、正散度的垂直结构,且上升速度明显,这种结构特征可能是MCS发展维持的重要因素,亦是产生强降雨的机制之一.     

凝结加热和地表通量对华南中尺度对流系统(MCS)发生发展的影响

通过有无凝结加热和地表通量影响的数值模拟对比研究，分析了非绝热过程对一次华南暴雨MCS发生发展过程的影响。结果表明：（1）凝结加热对MCS的降水影响很大，在MCS发展的各个时期，如不考虑凝结加热，MCS的降水强度很快减弱，无法继续发展。（2）凝结加热在MCS涡旋的形成期最为重要，在涡旋形成之后，影响相对减弱。（3）凝结加热通过对MCS发展过程的影响从而也影响了MCS环境场中尺度低空急流、高层辐散等中尺度结构特征的形成。（4）地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程对MCS的形成也有重要影响；在暴雨MCS发生前期，地表非绝热过程造成气压下降，导致华南南部来自海洋的偏南风加大，辐合加强，从而使低层的湿度增大，气层变得更加不稳定，有利于对流的启动。     

陕西北部一次对流性特大暴雨的中尺度分析

利用常规气象资料、FY-2E卫星云图资料、榆林CINRAD/CB雷达资料和NCEP1°×1°再分析资料,对陕西北部绥德县2012年7月15日夜间一次短时特大暴雨过程进行分析,结果表明:高对流有效位能为大暴雨积累了能量条件,850hPa两条湿舌为该次大暴雨的主要水汽来源。850hPa的"人"字型切变和地面中尺度低压加强了暴雨区辐合上升运动,干线过境触发了强对流天气的爆发。强降水时段在卫星云图上表现为2个中尺度对流系统(MCS)合并增强且缓慢移动;雷达回波显示3个对流单体发展较快,后向传播且合并增强为深厚的湿对流风暴,其中一个对流单体有中气旋生成,水平尺度12km,垂直累积液态水含量65kg/m2,并有三体散射现象,强降水开始后,三体散射消失。