一次高原涡和西南涡作用下强降水的回波结构和演变分析

2009年7月30—31日,青藏高原东侧背风坡发生了一次持续性强降水过程。在高原涡和西南涡相继出现并相互作用的天气环境中,四川盆地内生成了3个中尺度对流系统。使用新一代天气雷达组网的反射率因子,美国环境预报中心(NCEP)再分析资料,以及热带测雨卫星搭载的测雨雷达(TRMM PR)反射率因子,可以得到这次暴雨的发展演变及其三维结构特征。通过与TRMM PR探测资料的对比验证,地基组网雷达的结果与其非常一致,基本能反映出对流系统的演变全貌,而在高原和山区地基雷达缺测的区域,测雨雷达探测资料可以做为补充。分析表明,降水落区的低层正涡度和水汽辐合上升与高层负涡度和水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利条件。第1个降水系统位于高原涡东南侧,随着高原涡的移动衰亡移出盆地并最终消散,降水系统和高原涡在时间上有滞后相关,二者移动速度的突变较为一致;第2和第3个降水系统在西南涡出现的时段强烈发展,在局地停留维持并打通成为一条沿山脉走向的贯穿整个盆地的混合降水回波带,在西南涡发展至成熟阶段给四川盆地南部带来最大小时降水,降水系统和西南涡的相关无论在强度还是移速上都非常显著。在复杂的地形条件下,青藏高原和四川盆地相接处,降水云团的0℃层高度并未随地表发生明显变化,但降水云团进入盆地后,低于0℃层高度的降水粒子融化变为液相,使得云团从对流型降水变为分层结构的层云降水。     

西南低涡与安康降水

讨论了西南低涡在６～８月对安康降水的影响,发现尽管西南低涡对安康降水有较大影响,但差异非常明显,选取１９７８－０７－１４～１６日典型的低涡降水过程,从形势场和能量场进行了分析,揭示了这类降水的基本特征,对准确预报这类系统,减少预报失误,具有极其重要的意义。     

一次西南涡引发MCC暴雨的卫星云图和多普勒雷达特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和多普勒雷达资料,对2008年6月30日至7月1日发生在滇东北和四川盆地南部一次暴雨天气过程的分析发现,850hPa四川盆地南部西南涡引发的中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）是暴雨的直接影响系统,700hPa青藏高原东南侧西南涡引发的中尺度对流云团并入MCC后导致MCC迅速加强并向西移动。MCC生成于对流层高层急流出口区左侧强辐散区和低层强辐合区。雷达回波上“人”字形回波、平行短带回波和逆风区的出现说明MCC内部存在多个β中尺度对流系统,直接造成多个暴雨中心。MCC成熟阶段表现出中低层辐合和高层辐散的动力特征,其前沿中层以下有强气流流入,以上则有强气流流出。MCC消散阶段从低层到高层都有强西南气流进入,相应气流辐合减弱,失去中尺度组织结构。     

植被和土壤湿度对西南低涡降水影响的敏感性试验

利用含Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ植被参数化方案的颜宏等有限区域细网格模式，研究西南低涡降水对青藏高原及其邻近区域植被覆盖和土壤湿度变化的敏感性，着重分析在“８２．７”和“８１．７”两次西南低涡降水过程中的降水、上升运动和地面感热与水汽通量对植被覆盖和土壤湿度的敏感性问题。试验表明，西南低涡降水对青藏高原及其邻近地区的植被覆盖和土壤湿度是非常敏感的，对大气低层上升运动和地面感热、潜热通量也较为敏感。     

一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析

通过对1989年7月8～10日发生于四川盆地东部的西南低涡的诊断分析,揭示了西南低涡成熟期的三维结构。结果表明,成熟阶段的西南低涡正涡度可伸展到100 hPa以上,中心轴线垂直;其流场和高度场表现为贯穿对流层的中尺度气旋和低压;涡区内动量、层结、垂直运动等呈非对称分布,是一个准圆形而非对称的中尺度系统。     

一次非典型西南低涡与降水过程相互关系的天气学分析

从大气加热角度分析了发生于2014年10月27~28日的一次非典型西南低涡生成、发展过程及其降水特征,揭示了西南低涡和降水系统之间的相互关系。得到以下结论:(1)西南低涡发生之前的降水使得降水区空气的非绝热加热率随高度不断增加从而促进了此次西南低涡的生成;(2)此次西南低涡的降水主要以对流性降水为主,降水大值中心位于涡心的偏东侧;(3)强盛期的西南低涡伴随有次级环流,次级环流既促进了低涡的进一步发展,又有利于触发涡心东侧的对流从而引发强降水。     

西南低涡对流云团及其降水的一些特征

基于FY-2C静止卫星红外和水汽通道资料,简单分析了发生在四川盆地的西南低涡暴雨云团生消过程,给出了一些有意义的云团生命特征。同时,结合相应的地面自动站降水资料,详细分析了卫星红外和水汽通道云顶亮温与对流云团降水之间的关系特征,结果表明:对于一完整对流降水过程,1小时内最低水汽亮温和水汽亮温增量能很好地描述地面1小时累计降水特征。然而,用静止卫星红外或水汽通道亮温来表征的云团降水特征是非常复杂的。尽管具有相同的最低云顶红外或水汽亮温,但对不同的对流过程其总体降水量级趋势不一样。而且,对于同一对流过程的不同发展阶段,即使出现云顶红外或水汽亮温一样,但其地面降水特征也是不一致的。甚至是对于同一时刻具有相同最低红外或最低水汽亮温特征的云,其降水落区与量级都不尽相同。正是这些复杂的降水特征,使得西南低涡对流云团的降水估算具有很大的难度。      

一次西南涡引发暴雨的地闪特征

利用高频次多普勒雷达回波资料、闪电定位仪及区域自动站资料,对2011年6月9日湖北暴雨过程的闪电特征进行分析。结果表明：MCS不同生命阶段地闪所处位置不同,正、负闪同时跃增到峰值是MCS成熟阶段的标志之一,地闪密集区和MCS中移速较快的强回波位置基本吻合,MCS强回波区域出现正、负闪和45-55 dBz回波后部区域对应较好,强降水发生在MCS成熟后趋于消亡阶段。     

一次青藏高原低涡和西南涡同步变化过程北大核心CSCD

青藏高原低涡(简称高原低涡)和西南涡是影响我国降水的重要天气系统,两者同步变化是引发我国西南和东部地区强降水的重要方式,而两低涡同步变化的物理过程和机理目前尚不清晰。为探究高原低涡和西南涡同步变化的物理机制,选取2020年超强超长梅雨期间一次高原低涡与西南涡同步变化过程,利用ERA5逐小时再分析资料及降水观测资料,分析两涡共存时特殊时间节点所对应的强度、结构等演变特征及位涡收支。结果显示:水平位置不重叠的高原低涡和西南涡也可发生同步变化,即强度变化特征大致相似。两低涡在同步变化之前各自的演变机理不同,但同步变化时两者的演变机理基本一致。具体地,未发生同步变化时,高原低涡主要依靠加热场作用维持东移,西南涡则依靠水平位涡通量散度作用得以维持;两涡同步变化时,两者强度变化相似,演变机理一致,两涡维持主要依靠水平位涡通量散度作用,加热场作用次之。     

西南低涡的统计特征及其对湖北降水的影响

在较长时间序列的基础上,利用客观分析统计的结果,阐述了西南低涡的气候特征.对近60年西南低涡个例的分析表明:利用再分析资料进行西南低涡的历史统计是可行的,能够反映出西南低涡的气候态特征,并且与实际观测事实相符,当西南低涡发生异常时,高空西风急流的位置会发生明显变化,两南低涡偏多时所对应的西风急流偏南明显,偏少时则北偏明显;通过其与降水的分析表明,西南低涡与湖北省降水相关较好,全省大部地区相关系数达到了0.35以上,尤其对极端降水的指示意义较为明显.此外,西南低涡与海温场也具有较好的相关性.     

一次西南涡东移引起的长江上游流域强降水过程分析

利用MICAPS常规观测资料、FY2E卫星云图资料、fnl 1°×1°资料和三峡梯级调度自动化降水资料对2016年6月30日长江上游流域的暴雨过程进行分析。结果表明：在有利的大尺度环流背景配合下,产生此次强降水过程的主要影响系统是西南涡和低空急流,副热带高压和大陆高压的稳定维持使得西南涡移动缓慢,低空急流的加强使得西南涡加强,从而造成大范围的暴雨;本次过程地面没有冷空气触发,是一次在西南低空急流中出现的暖区强降水过程;高空分流区增强了高层辐散抽吸作用,使得西南涡不断发展加强。     

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

一次低涡东移引发的大暴雨过程诊断分析

利用气象常规观测资料和NCEP 1°×1°格点再分析资料,对温州地区2007年梅汛期雨量最大的一次降水过程做了较为全面的分析。分析结果表明：低涡东移是造成这次局地大暴雨的直接原因;强降水往往发生在低涡移动的前部和右侧．大暴雨落区与水汽通量散度负中心有着较好的对应关系;并指出华南低涡在沿海地区和内陆地区产生强降水的水汽源地有所不同;此次局地大暴雨过程的水汽输送源地有两个,分别是南海和西太平洋;在沿海地区来自西太平洋的偏东气流对华南低涡暴雨有增幅作用;低涡前部中、低层强烈的上升气流为浙南沿海持续强降水的产生提供了十分有利的动力条件。     

一次西南低涡特大暴雨的中尺度对流云团特征

针对2007年7月8~10日四川盆地南部的特大暴雨天气过程,利用逐小时红外云顶黑体亮度温度结合地面加密雨量资料对其进行了对比分析。分析指出此次特大暴雨是由西南低涡内几个中尺度对流云团连续生消造成的,在其开始阶段有一中尺度对流复合体沿基本气流方向强烈发展,此阶段云团虽发展旺盛,但由于雨团随系统移动较快,并未造成洪灾。此云团减弱后,低涡环流仍维持并少动,又依次触发了3个中尺度对流的生成,这3个中尺度对流云团逆基本气流向SSW方向缓慢移动,造成的降水落区集中,中心雨强大,持续时间长,由此导致了暴雨洪涝的产生。强降水位置对于前向传播系统,一是在其发展的前端,二是在冷云中心的略偏后的位置,最大雨强出现在云团成熟之前发展最剧烈时,而后向传播的低涡云团强降水主要在冷云中心附近,最大雨强出现在云团发展最旺盛(冷云中心TBB最低)时。     

西南涡与鄂南暴雨的关系及其预报

利用1970—1995年咸宁气象资料，分析了鄂南西南涡暴雨的气候特征及环流形势，并归纳了相应的暴雨短期预报模型。     

攀西地区“7.7”暴雨雷达回波演变特征剖析

通过对攀西地区2006年7月6-7日暴雨过程的环流形势及新一代天气雷达回波演变特征分析表明:暴雨过程开始前本地大气中储存着丰富的不稳定能量,高低空风存在垂直切变,在地面冷空气和青藏高原切变线触发下对流强烈发展形成大范围暴雨.强降水超级单体风暴回波强度可达60dBz,暴雨回波长时间持续的主要机制是降雨回波不断地新生和合并,暴雨回波成熟时在强回波中存在较强的上升运动,暴雨云团中大于40dBz的强回波高度可达9km,顶高超过12km,垂直液态含水量达45kg·m-2,与此相对应的速度图上有逆风区、小气旋、辐合区等强降水特征出现.     

攀西地区“7.7”暴雨雷达回波演变特征剖析

通过对攀西地区2006年7月6—7日暴雨过程的环流形势及新一代天气雷达回波演变特征分析表明:暴雨过程开始前本地大气中储存着丰富的不稳定能量,高低空风存在垂直切变,在地面冷空气和青藏高原切变线触发下对流强烈发展形成大范围暴雨。强降水超级单体风暴回波强度可达60dBz,暴雨回波长时间持续的主要机制是降雨回波不断地新生和合并,暴雨回波成熟时在强回波中存在较强的上升运动,暴雨云团中大于40dBz的强回波高度可达9km,顶高超过12km,垂直液态含水量达45kg.m-2,与此相对应的速度图上有逆风区、小气旋、辐合区等强降水特征出现。     

一次大暴雨过程中高原低涡与西南低涡相互作用机制探讨

对2007年7月16-19日高原低涡东移形成的川渝地区大范围大暴雨过程,利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、FY-2C TBB云图资料和T213分析场资料,采用天气动力学和中尺度诊断方法,分析了大暴雨的形成机制.结果表明:此次大范围大暴雨过程是高原低涡诱发西南低涡发展从而形成耦合系统造成的,其垂直上升运动气柱和涡柱的耦合发展与维持是低涡发生发展并产生持续性强降水的动力机制,对流层下部深厚不稳定层结的形成和维持是低涡发展并形成持续对流性降水的热力层结条件.     

基于TRMM资料的高原涡与西南涡引发强降水的对比研究

利用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星探测结果结合NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料, 对2007年7月17日四川、重庆地区的一次西南涡强降水系统和2008年7月21日四川东部的东移高原涡强降水系统的三维结构特征、雨顶高度以及降水廓线特征进行对比分析研究。结果表明:(1)两次降水过程均是发生在西南—东北向的水汽辐合带中, 且降水云群均位于低涡的东南方。(2)两次强降水在水平结构上均表现为由一个主降水雨带和多个零散降水云团组成, 高原涡强降水过程比西南涡强降水的降水强度和范围都要大。降水雷达探测到的两个中尺度降水系统均以降水范围大、强度弱的层云降水为主, 但对流性降水对总降水量的贡献较大, 其中西南涡降水中对流降水所占比例比高原涡的大, 对总降水率的贡献也大。(3)垂直结构上:两次强降水的雨顶高度均是随地表雨强的增加而增加, 且最大雨顶高度接近16 km, 但西南涡强降水中的雨顶高度比高原涡更高, 说明西南涡降水过程中对流旺盛程度强于高原涡。(4)两次强降水中雨滴碰并增长过程以及凝结潜热的释放主要集中在8 km以下, 但8 km以上西南涡降水变化大于高原涡, 且前者在8~12 km高度层的降水量对总降水量贡献百分比大于后者。