淮河上游短时强降水天气学分型与物理诊断量阈值初探

利用常规高空、地面气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2001—2010年淮河上游短时强降水过程进行中尺度天气分析和物理量场诊断。然后,根据该区域短时强降水的环流形势和主要影响系统,将短时强降水过程分为副高边缘型、低槽型和台风倒槽型,其中副高边缘型又分为副高和低槽共同影响型、副高控制型和下滑槽副高型,归纳各类短时强降水天气系统配置模型,并提炼出表征短时强降水天气的物理量阈值。结果表明,淮河上游77.8%的短时强降水与西太平洋副热带高压有关,中低层多有急流、切变线和低涡,地面影响系统多为倒槽、辐合线和弱冷锋。短时强降水发生在低层辐合、高层辐散、低层正涡度以及中层上升运动的动力条件下;中低层有较强暖湿空气输送,湿区深厚,强降水发生在假相当位温(θse)大值区顶部;0℃层高度较高,中层风切变小,低层风切变较大,有利于短时强降水发生。     

北疆北部2次区域性暴雨的中尺度环境场分析

对12h24mm以上强降水带的预报,模式输出的降水资料是预报的重要依据,但有时偏差较大。依据中尺度分析技术,利用常规资料、EC细网格和T639模式12h预报场对2013年夏季发生在北疆北部的2次区域强降水过程中12h最强降水时段的环境场进行中尺度分析。结果表明,中亚低槽北上强降水落区位于500和700hPa中尺度气旋的第一、四象限及对流层低层冷槽的右侧,850hPa切变线附近,地面中尺度高压前部、边界线和切变线附近及干线西侧的重合区域。西西伯利亚低涡型暴雨位于中尺度短波槽前、高空西南急流出口区左侧辐散区,700和850hPa切变线西侧及干线西南部,850hPa偏西、偏东及东南3股气流汇合区,地面干线的西部、辐合线东部及切变线附近的重叠区域。中亚低槽北上暴雨天气为非典型暴雨易漏报。用模式12h预报场制作高空综合图,可提高预报时效,EC细网格优于T639模式。     

2009年“8·17”鲁南低涡暖式切变线极强降水分析

利用各种观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2009 年8 月17—18 日鲁南极强降水进行多尺度分析。结果表明: 强降水由500 hPa 西风槽、850 hPa 暖式切变线和地面倒槽共同影响产生。强降水发生前,中低层湿层深厚且有弱的水汽辐合,大气对流不稳定,并有较高对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合、暖平流以及中高层正涡度平流、侧向辐合和倾斜涡度发展,使垂直涡度增大、上升运动发展;低层东南气流与高空槽配合产生次级环流,其上升支使上升运动增强,触发对流不稳定能量释放并产生强对流,造成强降水。强降水期间,中高层弱冷空气侵入使对流加强和降水强度加大。中尺度对流云团产生在地面低压倒槽东部和中尺度辐合线附近,地面加热和冷却不均匀导致低压倒槽中小尺度温度梯度加大,极端强降水中心出现在小尺度温度梯度区。强降水由长条形中尺度对流系统及其北端发展的圆形中尺度对流云团产生;中尺度对流系统(云团)自西向东缓慢移动,在回波强度图上表现为气旋性向北汇合的带状强回波。     

云南一次城市极端强降水事件成因分析

利用云南乡镇自动站降水资料、短时强降水监测资料、FY2G卫星资料、高空地面常规观测资料和NCEP再分析资料,从天气学角度分析了2020年夏季昆明一次城市极端强降水事件的成因。结果表明：受滇缅高压脊作用,高原槽东移后在云南东北部形成高原低涡,高原低涡沿着两高辐合区南移影响昆明,高原低涡和切变线是本次昆明极端强降水的主要影响系统,昆明极端强降水发生在高原低涡和切变线附近水汽辐合程度大的区域;此次强降水过程的不稳定机制为对流不稳定和对称不稳定并存,其中对称不稳定使倾斜对流得以维持;边界层辐合线触发近地层垂直上升运动和中尺度对流系统的生成,700 hPa切变线和500 hPa低涡使中尺度对流系统发展,垂直上升运动增强,触发不稳定能量的释放,引发强降水;涡生参数正值区对高原低涡的产生和移动方向的预测有指示意义。     

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对山东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展, 辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高层冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。     

“0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析

利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、地面自动监测站以及FY-4A卫星、多普勒雷达、激光雨滴谱仪等精细化监测资料,对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明：（1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水;高空急流入口区右侧强辐散、低空急流出口区风速辐合、低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件;低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送,整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件;500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、地面干线所围成的不规则四边形区域,且与500 hPa T-Td≤4℃、 700 hPa T-Td≤3℃、 850 hPa T-Td≤2℃、 Ki指数≥38℃、 Si指数≤-1℃所控制的区域相重叠,在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区,即在地面干线和地面中尺度切变线0～30 km范围内极端降水量最大。（...     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

“20110730”辽宁大暴雨过程分析

利用常规气象资料、卫星云图、雷达回波、自动气象站资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,对2011年7月30日辽宁短时大暴雨过程进行分析。结果表明：暴雨期间500 hPa高空槽与850 hPa切变线形成前倾形势,前倾槽为大暴雨的产生提供了有利的不稳定条件。此次暴雨过程的中尺度分析表明,降水时空变率大;TBB等值线密集区和上冲云顶的位置对暴雨落区有较好的指示意义;强降水时雷达回波强度达到65 dBz,且有逆风区和正负速度对出现,中小尺度强对流特征明显;地面等温线密集带与地面切变线（或中尺度低压）的共同作用触发中尺度雨团,降水强度陡增。通过涡度方程诊断切变线形成动力机制得出,当正涡度变率发展加强时,切变线向正涡度变率大值区方向移动,产生辐合动力抬升条件;散度项对低层涡度变率的贡献最大,强辐合是低层切变线生成的动力机制之一。     

贵州西部地区初夏一次暖区暴雨特征分析

文章对2020年6月1日发生在贵州西部地区的一次暖区暴雨过程进行暖区暴雨特征及物理量诊断分析,结果表明：暴雨发生前贵州西部处于高能、高湿区,低层以偏南暖湿气流为主,大气层结不稳定,不稳定能量积聚,地面辐合线触发中尺度对流单体发展,形成MCS云团,造成此次暴雨天气。MCS云团发展和成熟期在其西南侧云顶亮温梯度迅速增大,对应短时强降水特征明显,强回波单体集中在地面辐合线南侧呈线状排列,具有回波质心低的强降水特征。辐合线上南风的增强和地形阻挡、抬升作用对局地短时强降水有加强作用。通过对水汽、大气层结和动力条件等物理量特征诊断发现,暖区暴雨过程前低层孟加拉湾和南海的水汽输送通道建立,暖区暴雨过程中500 hPa以下大气层结处于弱不稳定状态,强辐合上升高度位于700 hPa附近,斜压涡度发展明显,低层湿位涡中心大值区对强降水中心位置的确定有一定指示意义。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

四川盆地西部两次极端暴雨的广义湿位涡诊断分析

利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料、MICAPS4的常规资料以及四川加密自动站逐时降水观测资料,对2020年8月11～13日和15～18日发生在四川盆地西部的两次极端暴雨过程的广义位温和广义湿位涡进行诊断分析。结果表明：两次暴雨过程均属于500 hPa“东高西低”型暴雨,中高层南亚高压、高空急流、西风槽和低层切变线、低涡等天气系统是两次暴雨有利的动力条件,低空急流则是暴雨区良好的水汽条件。两次过程暴雨区上空均存在强广义位温梯度区和强广义湿位涡异常区,“8.11”暴雨出现高度为800～900 hPa,“8.15”暴雨出现高度为700～800 hPa,这种分布与低层相对湿度含量密切相关,即相对湿度越高,广义位温垂直梯度越强,广义湿位涡异常区中心值越高。两次暴雨的强降水站点广义位温和广义湿位涡的时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,但广义湿位涡强度与小时雨强并不存在明显的正相关关系。     

急流次级环流对局地持续强风暴天气的作用

利用天气图、雷达回波和地面风场资料对1994年6月28日陕西中部发生的一次罕见的长时间局地大风、冰雹、暴雨天气进行诊断分析。结果表明：这次过程出现在500hPa槽前和700hPa低涡暖式切变线附近；强风暴发生在高空急流入口区右侧辐散和低空急流左前侧辐合重叠区，与地面中尺度气旋活动紧密相关；证实了地面中尺度气旋是由高低空急流耦合产生的次级环流引起，次级环流控制着中尺度系统发展变化。     

基于“配料法”的云南短时强降水预报概念模型建立

本文利用云南省125个国家级自动气象站及3400个区域站统计并选取了2012—2016年5—10月的典型短时强降水个例,基于"配料法"的基本思路对其进行中尺度特征分析,最终得出适用于云南省的五类短时强降水概念模型。分析结果表明:云南省短时强降水集中出现在6—8月,且一天中存在两个明显的峰值;高空强烈的干冷平流及大风天气是判别高空冷平流类的重要依据,冷空气主要通过两条路径影响云南;分析低层暖平流类的关键系统为季风槽及孟加拉湾低压,主要影响滇中及以南地区;地面锋面是斜压类的重要特征,此类强降水主要位于700 hPa切变线及850 hPa温度锋区前侧,地面锋面附近;准正压A类短时强降水主要受西风槽及副热带高压的相互作用影响,其强降水落区分散,预报难度大;准正压B类受台风登陆后减弱的低压及其外围云系的影响,强降水位于700 hPa湿舌、850 hPa暖脊及地面辐合线共同影响的区域(一般位于滇中以南地区)。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6—8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明：1）500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统, 数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因;2）850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强;3）列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因;4）风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

桂西"2005-08-21"大暴雨天气分析与降水模拟

利用常规、红外云图、雷达资料对2005年8月21日发生在桂西的大暴雨天气过程进行诊断分析,发现造成强降雨主要直接影响系统来自低层切变线、高空低槽和地面静止锋。低层切变线是引发强降水的主要系统。低层低涡是在桂西强降水发生后才逐渐发展起来的。采用非静力中尺度数值模式(MM5)对大暴雨过程进行初步模拟试验,结果表明模式能较好的模拟出引发强降水的对流层低层的中尺度系统;对雨带的分布、暴雨中心及其位置的模拟也与实况较为接近。     

江西一次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面与探空资料、卫星资料等,对2012年5月12日发生在江西省中部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次暴雨过程发生在冷锋南侧地面倒槽区,由高层西风槽、低层低空急流及切变线、低涡共同影响所致。中低层西南气流的加强,一方面使暴雨区有充足的水汽输送,同时也使该区对流不稳定度加大,加强了暴雨区上空的对流上升运动。中尺度辐合线是强对流暴雨的触发机制,而冷锋影响使地面东风气流加强,冷空气入侵致中尺度辐合线演变为中尺度低压,中尺度低压是江西短时强降水长时间持续的机制;500hPa高空槽东移,槽前正涡度平流向江西上空输送,利于低层低涡生成和维持、上升运动加强,从而导致降水增强。冷空气影响初始阶段,〉10mm·h-1 的中尺度雨团产生在中尺度辐合线及其所演变成低压的1、2象限即中尺度辐合线或中尺度低压偏北一侧,随着冷空气的进一步入侵,中尺度雨团产生于中尺度低压的偏南一侧。     

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。     

天山北坡一次特大暴雨过程诊断分析

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 hPa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。

     

2011年5月9日豫西山区短时大暴雨分析

利用常规观测资料、NCEP资料、多普勒雷达风廓线产品、雷达单测风资料以及FY-2C红外云图,综合分析了2011年5月9日豫西山区的一次短时大暴雨过程,结果表明： 500hPa河套地区的西风槽、对流层中低层的低涡切变线、地面冷锋是天气尺度的主要影响系统。入侵冷空气与对流层低层暖湿气流的交汇,为暴雨的发生提供了有利的不稳定条件和触发机制。高空风资料中,600 hPa以下西南风或偏南风场的建立,对强降水的出现有警示作用;而600 hPa风速突增到10 m/s以上,可以作为暴雨出现的信号。云顶亮温tbb迅速增强可作为豫西山区强降水出现的指标。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。