一次强降水过程涡旋状MCS结构特征及成因初步分析

利用新一代天气雷达资料分析了造成2011年6月18日湖北省江汉平原强降水涡旋状中尺度对流系统(MCS)发生发展过程的结构特征,联合常规观测、地面加密观测及雷达四维变分风场反演资料初步研究了MCS可能成因。结果表明:(1)成熟阶段的强降水涡旋状MCS回波表现为气旋性弯曲的多条螺旋对流回波带、周围被大片层状云回波所包裹的结构特征,后期因冷空气侵入演变出冷暖锋式结构。回波合并和旋转式列车效应是产生强降水的主要运动特征。(2)涡旋状MCS是在有利环境场下,主要由鄂西山地一江汉平原过渡带边界层中尺度涡旋系统强烈发展组织的结果。(3)中尺度涡旋系统形成发展与地面暖倒槽发展、西南低涡前侧降水和特殊地形作用有密切关系,来自不同方向气流形成的强烈辐合是其前期形成发展的主要机制,后期发展可能与潜热释放有关,涡旋环流向上发展到700 hPa。     

一个锢囚状中尺度对流系统的多尺度结构分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测资料、1°×1°NCEP再分析资料和4DVAR雷达反演低层风场资料,运用雷达拼图图形叠加、剖面和中尺度滤波等分析手段,对2007年7月18日华北东部一个锢囚状a中尺度对流系统(MaCS)的多尺度空间、动力结构及其演变进行了细致地分析.结果表明:(1) MaCS生命史分为发生发展...     

2007—2013年夏季江淮地区MCS和MCV与暴雨关系的统计特征

利用FY-2D逐时T_BB资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2007-2013年夏季(6-8月)江淮地区暴雨和大暴雨日的MCS和MCV进行普查,将MCS分为圆状的MCC和MβCCS以及带状的PECS和MβECS,并根据MCV能否激发新的对流将其分为发展型和不发展型。结果表明:夏季江淮地区由MCS造成的暴雨和大暴雨日占总天数的74.3%。追踪产生暴雨的65次MCS过程中,带状MCS所占比例明显大于圆状MCS;MCS多生成于江淮中东部的陆地上,以向东-东北和南-东南移动为主,其移动距离集中在1~5个经纬距。暴雨和大暴雨日中出现的MCV主要位于对流层中低层,且多出现在MCS的西侧和北侧;PECS和MβECS比MCC更易衍生MCV过程,未出现MβCCS伴随的MCV个例。不同类型MCS衍生出的MCV厚度差异很小,MCV的厚度与其类型、对应暴雨日的等级无明显关系。6-8月,MCV发生的次数递减,MCV多发生于午后14时左右,夜间到凌晨很少生成。由MCS引发的大暴雨日中,有MCV出现的天数占61.5%,明显较暴雨日高,大暴雨日中出现的MCV多数都能引发"二次对流"。     

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.     

一次强对流天气中尺度涡旋结构和冰雹落区分析

利用临沂新一代天气雷达资料和中尺度数值模式MM5,模拟分析了2005年6月18日临沂市一次强对流天气过程.分析表明:强对流天气过程丰要发生在高空干冷气流、低空暖湿气流的不稳定大气层结下,影响系统为中层700 hPa的中尺度涡旋.涡旋的生成机制为:在西南风的背景场上,两北气流和东南气流分别从高空和低空向其嵌入,形成了巾尺度气旋性涡旋.该涡旋风场和温湿场结构东西不对称,冰雹落区主要位于涡旋中心东南侧;雷达回波的演变分析表明,强回波区回波强度中心由低到高几乎呈垂直分布;降雹过程中,回波强度增强,回波顶下降,VIL值迅速减小.     

一次江淮地区MCV过程的数值模拟分析

本文在前期统计工作的基础上,选取了一次典型的中尺度对流涡旋(MCV)个例,利用NCEP/NCAR再分析资料分析其背景场特征,并利用WRF数值模拟结果分析其成因及其触发"二次对流"的可能机制。结果表明:MCV发生前,江淮地区处于200 h Pa强辐散场中,高层抽吸作用明显,500 h Pa江淮西北部短波槽槽后不断有冷空气南下,加强该地区大气层结不稳定,850 h Pa湖北至安徽中部有切变线活动,这种高低层配置十分有利于MCV生成及对流发生;MCV生命史各阶段垂直输送项和涡管倾斜项呈反位相分布,而水平平流项和辐合辐散项的作用基本是相互抵消的,垂直输送项和辐合辐散项是MCV生成阶段中低层涡度的主要来源;MCV引发的"二次对流"出现在其生成阶段,且位于其南侧,MCV发展成熟后,对流迅速减弱;MCV的生成使南侧西南低空急流加强,伴随水平涡度的变化,"二次对流"的发生发展与水平涡度对应的垂直环流上升支有直接联系。     

一次MCS的尺度分离动能分析

利用尺度分离动能方法对１９９４年６月１１日０９ＵＴＣ－１２日１０ＵＴＣ影响湖南省的一次ＭＣＳ进行了研究，结果表明：１．大尺度运动中非地转风以及两种尺度间风场与气压的相互作用产生的动能，是这次ＭＣＳ的主要能源；２．中尺度动能以及两种尺度风场相互作物 动勇，随ＭＣＳ发展而增加；３．在ＭＣＳ的整个发展阶段，高层的总体动能锐减。     

江淮流域两次中尺度对流涡旋的结构特征研究

对2003、2007年江淮梅雨期的中尺度对流涡旋（MCV）进行了统计分析,结果表明我国梅雨锋上MCV活跃,这些MCV与强降水有关。2003、2007年江淮梅雨期有9个MCV发生,大多数的MCV发生在32°N～35°N之间的江苏境内。采用ARPS（Advanced Regional Prediction System）的资料分析系统（ADAS）和WRF模式模拟了2个MCV的发展过程,并使用数值模拟结果分析了它们的结构特征。MCV一般发生在强对流系统的北侧,其涡旋环流一般在600 hPa以下,对应涡旋区域对流层高层为强辐散,涡度最强的中心在对流层中层,但正涡度区可伸展到300 hPa。初始阶段MCV的中心为上升运动和中性层结,成熟阶段MCV的中心转为下沉运动,同时其南侧有新的对流发生。发展型和不发展型的MCV对比发现,涡旋对流层高层有涡度增加以及二次对流的潜热释放多,可能是发展型MCV维持时间较长的原因。此外,MCV发展过程中南侧急流的增强对MCV中对流的触发和维持有一定作用。     

2002年中国暴雨试验期间一次低涡切变上发生发展的中尺度对流系统研究

采用常规观测和"973"中国暴雨试验资料,对2002年6月22～23日一次由中尺度对流系统(MCS)发展而产生的低涡,以及伴随其发生发展的对流系统进行了分析和模拟研究.结果表明:MCSA东移到河南西部时,由于对流层中层正涡度中心的强迫和潜热释放产生了气旋,低层的暖平流可能是低涡东移发展的原因之一.模拟结果显示低涡东部的对流系统发生在气旋东部的暖切变上,西部对流系统发生在冷切变附近.在低涡的南部偏南风与偏北风之间形成辐合线,辐合线上有低层偏东风与高层偏西风的垂直切变,对流沿辐合线由西南向东北方向移动形成对流带.对流系统发展强盛时除了低层的强辐合外,高层较深厚的强辐散是其维持的重要原因,当系统倾斜时表明开始减弱.试验加密资料分析也表明:降雨发生前有明显的增湿过程,而降雨开始后,整层可降雨量迅速减少;对流系统南侧强的西南低空急流向对流区输送了大量水汽;气旋东移后,西北风(冷空气)的侵入使降雨结束.     

一次中尺度对流低涡增强阶段的能量诊断分析

本文基于CFSR每日4个时次、水平分辨率为0.5°×0.5°全球预报场资料,美国NCEP中心每日4个时次、水平分辨率为1°×1°FNL全球再分析格点资料,以及华中地区国家基准站逐小时的加密降水资料,围绕2015年6月1日华中地区的一次中尺度对流低涡(mesoscale convective vortex,MCV)天气过程,通过WRF模拟和能量诊断的方法,重点研究了低涡增强期内的能量分布特征及其对低涡发展的影响机制。研究结果表明:此次MCV初生于湖北中部地区,低涡生成后向湖北东北部大别山地区移动且不断发展加强,MCV增强阶段的降水带分布由早期的三中心分布(分别位于宜昌、荆州、随州)演变为后期的纬向型雨带分布。降水产生的凝结潜热释放、对流有效位能的增强、低层暖湿气流的输送以及中层干冷空气的侵入等有利的环境场条件对低涡的增强起到了重要的推动作用。低涡的增强对能量演变有重要影响,具体表现为一方面MCV外围辐合气流随低涡发展而增强,引起对流层低层扰动动能的增加,另一方面MCV外围降水产生的凝结潜热,导致对流层中层扰动有效位能的增加,之后通过垂直气流作用使扰动有效位能向上输送,从而使对流层高层的扰动有效位能增加。另外,此次MCV增强阶段的能量制造项依次为:扰动有效位能向扰动动能的转换,不同高度层的基本气流黏性力作用效果,纬向平均有效位能向扰动有效位能的转换,以及来自系统外部扰动动能的输入。其中,扰动有效位能向扰动动能转换是对MCV发展增强的直接贡献项,对其空间分布特征进一步分析可知,在对流层低层和顶层,扰动有效位能向扰动动能转换,使辐合辐散气流增强;而在对流层中高层,扰动动能向扰动有效位能转换,为低涡发展成熟后的继续维持储备了必要的能量。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

“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.     

A Simulation Study of the Mesoscale Convective Systems Associated with a Meiyu Frontal Heavy Rain Event

In this study, evolution of the mesoscale convective systems （MCSs） within a Meiyu front during a particularly heavy rainfall event on 22 June 1999 in East China was simulated by using a nonhydrostatic numerical model ARPS （Advanced Regional Prediction System）. Investigations were conducted with emphasis on the impact of the interaction among multi-scale weather systems （MWSs） on the development of MCSs in the Meiyu frontal environment. For this case, the development of MCSs experienced three different stages. （1） The convections associated with MCSs were firstly triggered by the eastward-moving Southwest Vortex （SWV） from the Sichuan Basin, accompanying the intensification of the upper-level jet （ULJ） and the low-level jet （LLJ） that were approaching the Meiyu front. （2） Next, a low-level shear line （LSL） formed, which strengthened and organized the MCSs after the SWV decayed. Meanwhile, the ULJ and LLJ enhanced and produced favorable conditions for the MCSs development. （3） Finally, as the MCSs got intensified, a mesoscale convective vortex （MCV）, a mesoscale LLJ and a mesoscale ULJ were established. Then a coupled-development of MWSs was achieved through the vertical frontal circulations, which further enhanced the MCV and resulted in the heavy rainfall. This is a new physical mechanism for the formation of Meiyu heavy rainfall related to the SWV during the warm season in East China. In the three stages of the heavy rainfall, the vertical frontal circulations exhibited distinguished structures and played a dynamic role, and they enhanced the interaction among the MWSs. A further examination on the formation and evolution of the MCV showed that the MCV was mainly caused by the latent heat release of the MCSs, and the positive feedback between the MCSs and MCV was a key characteristic of the scale interaction in this case.     

A Study of Structure and Mechanism of a Meso-beta-scale Convective Vortex and Associated Heavy Rainfall in the Dabie Mountain Area Part I: Diagnostic Analysis of the Structure

An analysis was conducted on the evolutional process of a mesoscale convective vortex (MCV) and associated heavy rainfall in the Dabie Mountain area on 21-22 June 2008,as well as their structural characteristics in different stages,by using the mesoscale reanalysis data with 3 km and 1 h resolution generated by the Local Analysis and Prediction System (LAPS) in the Southern China Heavy Rainfall Experiment.The results showed that the latent heat released by convection in the midtroposphere was the main energy source for the development of a low-level vortex.There was a positive feedback interaction between the convection and the vortex,and the evolution of the MCV was closely related to the strength of the positive interaction.The most typical characteristics of the thermal structure in different stages were that,there was a relatively thin diabatic heating layer in the midtroposphere in the formative stage;the thickness of diabatic heating layer significantly increased in the mature stage;and it almost disappeared in the decay stage.The characteristics of the dynamic structure were that,in the formative stage,there was no anticyclonic circulation at the high level;in the mature stage,an anticyclonic circulation with strong divergence was formed at the high level;in the decay stage,the anticyclonic circulation was damaged and the high-level atmosphere was in a disordered state of turbulence.Finally,the structural schematics of the MCV in the formative and mature stage were established respectively.     

Study on a Mesoscale Convective Vortex Causing Heavy Rainfall during the Mei-yu Season in 2003

The strong heavy rainfall on 3-5 July 2003 causing the severe flooding in Huaihe River basin (HRB), China is studied. It is noted that there are sometimes mesoscale convective vortex (MCV) in East Asia during the mei-yu season. Simulation results from the ARPS (Advanced Regional Prediction) data analysis system (ADAS) and WRF model were used to study the development of the mesoscale convective system (MCS) and mesoscale convective vortex (MCV). It is confirmed that the MCV formed during the development of a...     

Locating Parent Lightning Strokes of Sprites Observed over a Mesoscale Convective System in Shandong Province,China

In this paper, we report the location results for the parent lightning strokes of more than 30 red sprites observed over an asymmetric mesoscale convective system(MCS) on 30 July 2015 in Shandong Province, China, with a long-baseline lightning location network of very-low-frequency/low-frequency magnetic field sensors. The results show that almost all of these cloud-to-ground(CG) strokes are produced during the mature stage of the MCS, and are predominantly located in the trailing stratiform region, which is similar to analyses of sprite-productive MCSs in North America and Europe. Comparison between the location results for the sprite-producing CG strokes and those provided by the World Wide Lightning Location Network(WWLLN) indicates that the location accuracy of WWLLN for intense CG strokes in Shandong Province is typically within 10 km, which is consistent with the result based on analysis of 2838 sprite-producing CG strokes in the continental United States. Also, we analyze two cases where some minor lightning discharges in the parent flash of sprites can also be located, providing an approach to confine the thundercloud region tapped by the sprite-producing CG strokes.