一次由“列车效应”引发的梅雨锋暴雨研究

利用Micaps软件系统、多普勒雷达和NCEP 1°×1°再分析等资料,对2011年6月14日江西北部地区一次超历史极值的短时强降水过程的天气尺度系统和中小尺度系统及其两者关系进行了分析。结果表明,南支槽移动缓慢、中层干冷空气入侵、强盛的西南急流、高低空急流耦合及地面辐合线维持是造成此次极端降水的主要影响系统。反射率因子表现为低质心、垂直发展旺盛、高效率的强回波连续经过同一地区;同时,回波具有明显的后向传播特征和热带降水回波特点;径向速度表现出锋面过境特征,"牛眼"结构表明了低空西南气流较强。当暖湿急流输送方向与地面辐合线平行时,孟加拉湾的水汽被低槽前西南气流源源不断地输送到辐合线上空,使辐合线稳定、维持或发展。干冷气流入侵有利于对流单体的产生;大风速区和辐合区的发展有利于中小尺度对流单体及其次级垂直环流的维持、发展,且这些次级环流规则排列,从而"列车效应"得以维持。有组织的多单体风暴活动、地面静止锋及其附近多条中尺度地面辐合线长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因;降水回波处于东北—西南向的高能舌北侧移动,江西东北部特殊的地形作用促使"列车效应"形成和维持。     

一次中尺度辐合线引起的暴雨天气过程分析

利用自动站观测资料、NCEP再分析资料,对2018年4月29日夜里金华中部出现的暴雨过程展开分析。结果表明:(1)大尺度环流场分析显示,暴雨发生时段高层有低槽,中层有槽切缓慢东移,金华处于槽前上升运动区,而低层并没有明显的切变对应,仅有一个小槽东移北缩减弱,底层处于类似鞍形场的偏南一侧高、低压之间,地面为均压场。(2)对中低层和底层风场的进一步分析表明,中低层西南风风速增大和西南气流中风向辐合为暴雨发生时段的水汽输送和上升运动的维持起到了重要作用,而造成此次暴雨的最直接的动力触发机制,是925 hPa在暴雨发生期间浙中地区一直存在的底层中尺度辐合线。(3)在暴雨发生时段,浙中地区存在一条明显的西南风和偏南风的中尺度辐合线,它为此次暴雨的形成,提供了重要的对流触发和动力抬升机制;该辐合线维持时间长,其周围不断有新生对流单体东移,产生"列车效应"。(4)底层辐合线的维持,使小的对流单体不断生成,为此次暴雨过程提供了动力触发机制;强盛的西南气流使得水汽输送十分充足,为此次暴雨过程提供了水汽来源;辐合区的稳定少动造成了降水时间较长。(5)中尺度辐合线的形成机理、与产生"列车效应"的对流云团之间的反馈机制、对暴雨的动力触发机制值得进一步深入研究。     

哈尔滨地区一次暴雨过程的中尺度扰动分析

利用逐日NCEP/NCAR位势高度场资料,通过Barnes带通滤波对哈尔滨地区2004年7月2日暴雨过程中高度场进行尺度分离。结果表明Barnes带通滤波方法能很好地得到常规资料不易分析出的中尺度天气系统,并分析出中尺度扰动与暴雨落区有很好的对应关系。     

河南一次局地强降水过程的中尺度分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、常规观测资料,采用常规中尺度分析方法和Barnes滤波方法,对2013年6月7日14-20时林州站出现的一次局地强降水过程进行分析,结果发现此次降水过程是发生在东高西低的环流形势下,降水主要发生在500 h Pa低槽槽前;江淮气旋北端不断增强的偏东气流为降水区提供了充足的水汽条件;地形抬升有利于触发对流,并对降水有增幅作用。通过滤波分析发现,此次过程林州处于鞍型场中,且处于风向辐合线和风速辐合线附近;局地强降水发生在水汽通量负散度绝对值大值区与负散度绝对值大值中心重叠区。经过滤波前后对比发现,此次过程分析原始场得出的辐合上升运动区、水汽辐合中心、层结不稳定区与局地强降水落区有一定的偏差,而滤波场特征比较有指示意义。负散度绝对值大值区和地面中尺度辐合线附近有利于回波生成和发展;两回波带合并容易加强;短历时强降水发生前,垂直累积液态水含量迅速跃增;雷达径向速度辐合区有利于回波发展加强。     

1323号台风“菲特”螺旋云带中“列车效应”特征及形成分析

本文针对1323号强台风“菲特”螺旋云带中出现“列车效应”的特征及形成开展了分析研究。研究发现,浙江钱塘江湾南岸持续性降水中具有“列车效应”特征,按照雨带的稳定位置,将其分为两次“列车效应”过程,时间跨度都在3～4小时左右,空间跨度在1～2个经度距离;暴雨区呈现出带状特征,降水效率高,每小时降水超过25 mm并向前线性传播;台风螺旋云带中强度在35 dBZ以上的雷达回波平均反射率也呈现线性带状结构;降水带走向和雷达回波运动方向与台风中心运动方向产生了大致在25°以上的向右偏离。从“列车效应”的形成来看,高空引导气流的方向和地面中尺度扰动辐合带走向与“列车效应”中对流单体运动方向基本一致,为其呈近线性排列提供依据。沿海形成的中尺度扰动辐合或扰动涡旋,为螺旋云带中对流在沿海地区发生或发展提供重要条件,形成了对流云的快速增长和后续发展的启动和维持机制,对于“列车效应”的形成、发展和维持起了重要作用。     

湖南一次暖区暴雨的Barnes滤波客观分析

利用ECMWF高分辨率0.25×0.25格点资料、逐小时加密雨量观测资料,基于Barnes滤波原理,设计了3套从格点资料中提取中α尺度气象信息的方案,对2017年4月8日湖南的一次暖区暴雨过程进行Barnes滤波对比客观分析。结果表明:此次强降水过程发生在高空槽南侧的西南暖湿气流中,中尺度扰动是造成此次暖区暴雨的重要原因;通过选取不同参数的Barnes带通滤波方案,能够有效分离出中α尺度天气系统,进而剖析其一致性和差异特征,对中尺度雨团落区预报有很好的指示作用,同时,也可以作为判断滤波过程中产生虚假系统的参考依据,在实际业务应用中意义重大。     

一次多单体雷暴引发的暴雨过程分析

利用NCEP再分析资料、自动站资料及多普勒雷达资料,对2020年8月27日发生在浙江中东部地区的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:此次暴雨是在高空急流右侧辐散区和低空急流左前侧辐合区相重叠的区域发生发展的。从大气稳定度方面看,代表站K指数为39℃,LI为-6℃,CAPE高峰值为2844J·Kg^(-1),表明整层大气非常不稳定。整个强降水时段出现了2种形态:前期(13—17时)多单体整体向下游传播,后期(17-21时)相对独立的多个对流单体沿着雨带传播。水汽通量和水汽通量散度对强降水过程输送水汽有着较好的互补关系。高空辐散、低空辐合的配置为暴雨区提供了动力抬升机制。假相当位温的斜压不稳定环境有利于对流单体产生“列车效应”,从而产生强烈降水。     

黔西北一次暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规气象资料、地面加密资料、物理量场以及卫星云图等资料,对2014年6月2-3日毕节市东南部暴雨天气过程进行分析.结果表明:①强降水与地面中尺度风速辐合有非常好的对应关系,强降水中心主要出现在地面中尺度风速辐合线附近,降水随地面中尺度风速辐合线北侧的偏北气流增强而加大.②假相当位温、比湿以及水汽通量散度的分布与对流系统的发生、发展有很好的一致性.③此次强降水不是云顶温度最低的地方,而是在地面中尺度风速辐合最明显、水汽输送最强的地方.     

一次非典型秋季冷空气暴雨过程分析

利用常规气象资料、加密气象站观测资料、1°×1°的NCEP再分析资料以及多普勒雷达资料,诊断分析2010年10月14～ 15 日广东南部的非典型冷空气暴雨过程.分析结果表明:(1)此次暴雨过程的中尺度特征较为明显;(2)垂直上升运动先于强降水出现前即有明显反映,而低层水汽辐合与降雨量级的同时性较为一致;(3)前期不稳定...     

2009年7月2—4日广西暴雨过程的中尺度特征

本文运用NCEP1°×1°格点资料和多普勒雷达、自动站以及SWAN系统等资料,用综合诊断分析方法对2009年7月2-4日广西大范围强降水过程进行成因分析。结果表明：由于冷空气很弱,以渗透的方式影响广西,使地面西南暖低压得以长时间维持,是这次过程持续时间长的主要原因之一;地面辐合线稳定少动,是桂北强对流发展的触发机制,也是产生“列车效应”的主要因子;柳州多普勒雷达基本反射率显示在7月2日20时到3日08时的“列车效应”使得河池东部和柳州北部出现了特大暴雨,暴雨中心在径向速度上反映为强烈的辐合。此外对swAN产品进行检验和分析,Cotrec风场对回波的移动有较好的指示作用;TITAN在预报强回波的移动和强度上有着一定的预报能力;1小时雨量预报与实况雨量大致相近。     

山区地形对暴雨的影响

利用常规气象观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料、区域自动气象站资料与NECP/NCAR 1°×1°逐6 h全球再分析资料,对2016年7月3—4日梵净山东南侧暖区特大暴雨的中尺度系统演变与环境场特征进行了分析。结果表明：（1）该过程暴雨发生在副热带高压西北侧高空槽区、低层暖切变南侧、低空急流左前端及高空200 hPa分流辐散区,主要影响系统为500 hPa高空槽和850 hPa暖切变线,地面无明显冷空气影响,属贵州暖区极端暴雨。（2）此次暖区暴雨是由4个对流云团连续影响直接造成,强降雨出现在对流云团中心附近及其后侧云顶亮温（T_BB）等值线梯度大值区。（3）暴雨由积状云为主的混合降水回波造成;暖云层和湿层深厚、低层水汽输送充沛、异常偏低的自由对流高度（LFC）和抬升凝结高度（LCL）及中等强度“瘦高”型对流有效位能分布,是形成高效率降水的有利环境条件。（4）梵净山对水汽向北输送具有阻挡作用,使水汽通量大值带和水汽辐合中心集中在其东南侧;边界层偏东风在山前转向南流与南来偏南气流在暴雨区形成东西向稳定中尺度辐合线,对流在辐合线附近触发、合并、加强和东移是造成特大暴雨的重要原因;迎风坡和喇叭口地形的中小尺度动力强迫有利于边界层水汽输送和抬升凝结。

     

江西中西部地区一次暴雨过程的地形敏感性试验

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、卫星云图和雷达产品及NCEP再分析资料,对2016年7月9日新乡暖区特大暴雨过程成因进行了综合分析。结果表明:该过程强降水持续时间长、强度大、分布不均匀、致灾严重,属暖区极端强降水,500 hPa低涡和700 hPa切变线是其主要影响系统;台风外围东南暖湿气流在太行山迎风坡(新乡西部)辐合抬升使特大暴雨区上空长时间维持深厚湿层,500 hPa低涡南压所携带的弱冷平流与低层暖平流在新乡上空叠加进一步增加了大气层结不稳定,为暴雨发生提供了水汽和位势不稳定条件;200 hPa显著分流区“抽吸作用”、太行山地形抬升和中低层低涡和切变线使新乡上空出现深厚垂直上升运动是暴雨形成的动力机制;华北中南部大范围高湿环境、深厚暖云层和湿层以及异常偏低的自由对流高度和抬升凝结高度与中等偏强的对流有效位能,是导致新乡高降水效率的有利条件;新乡强降水中心由2个孤立的β中尺度对流系统(M_βCS)合并造成,其系统内部若干低质心对流单体则由太行山东侧山前长时间维持的中尺度辐合系统产生;雷达反射率因子反映出低质心暖云降水回波特征,强回波列车效应明显,新乡特大暴雨由积云(对流)为主的积层混合降水回波长时间滞留造成。

     

天津一次突发性局地大暴雨中尺度分析

利用加密自动气象站、天津MM5、NCEP1°×1°的6小时再分析资料以及多普勒雷达等资料,对2007年8月26日出现在天津东部地区的局地大暴雨进行了天气学、动力学诊断和中尺度分析.结果表明,暴雨是在大尺度环流形势由经向调整为纬向时期产生的,中低层西风槽、切变线以及地面中尺度辐合线是其主要影响系统;强降水的时空分布有明显的中尺度特征;暴雨区上空形成的斜升气流,有利于强雷暴云的稳定发展;低空东南急流和地面偏东风为暴雨区输送了大量的水汽;地面中尺度辐合线的存在和维持不仅增强了地面的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件.多普勒雷达图中明显的列车效应以及强回波伸展的高度与当天0℃层高度的对应关系也是产生强降水的主要原因.     

Impact of 4DVAR assimilation of rainfall data on the simulation of mesoscale precipitation systems in a mei-yu heavy rainfall event

The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance.     

2012年7月4日河南大暴雨过程的短时强降水成因分析

利用常规观测资料、雷达和区域自动站资料及NCEP再分析资料,对2012年7月4-5日河南黄淮大暴雨过程的成因进行分析。结果表明：大暴雨过程发生于副热带高压加强西伸北抬的背景下,由两种性质的强降水构成,一种强降水持续时间短但强度大,而另一种持续时间长但强度相对弱。低涡切变是此次暴雨过程的主要影响系统,低涡东南象限的低空西南急流不仅为暴雨过程提供了充分的水汽、能量条件,而且为强降水的发生提供了动力辐合条件。冷空气及地面辐合线对强降水的形成起触发作用。午后强降水持续时间短、强度大,主要是由暖切变附近迅速发展的伴有中气旋的强降水对流单体造成的,中气旋活动频繁,最强降水位于“人”字形雨带交叉点处;夜间持续时间长、强度相对弱的强降水由强降水回波“列车效应”造成,中气旋不活跃,但地形对夜间降水有促进作用。     

华南一次典型回流暖区暴雨过程的中尺度分析

利用地面常规气象观测、FY-2E卫星TBB、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2013年5月8日发生在华南的一次暖区暴雨过程的中尺度特征。结果表明：（1）该过程发生在出海变性高压脊后部,较强的超低空东南急流遇到喇叭口地形作用形成地面辐合线产生辐合抬升是此次暴雨的启动机制;该过程未受冷空气影响,属于华南回流型暖区暴雨过程。（2）4个β中尺度对流系统（MCS）连续生成、东移发展是造成本次暴雨过程的直接原因,其中,第一个MCS持续时间最长达6 h,先前MCS消亡的同时在其西南侧又新生MCS,造成多个对流系统经过同一地区形成类似的＂列车效应＂。（3）不同于以往华南暖区暴雨个例水汽集中在850 h Pa或925 h Pa,此个例水汽主要来源于950 h Pa超低空东南急流,该急流使低层能量得以维持;中层小股干冷空气侵入为MCS发展和维持提供了有利条件;垂直螺旋度反映了深厚涡度柱与强烈上升运动的耦合,为暴雨发生提供了动力机制。（4）分析区域自动站风场资料可知,阳江-恩平一带夜间增强的东南风在有利地形下与陆地静风或东北风形成中尺度辐合线,使移入的小尺度对流云团加强并形成MCS,而MCS后侧出流与来自海洋上的东南气流形成新的中尺度辐合线又触发新的MCS,其后向传播特征明显。     

Mesoscale Analysis of a Heavy Rainfall Event over Hong Kong During a Pre-rainy Season in South China

During the Heavy Rainfall Experiment in South China （HUAMEX） of 1998, a record heavy rainfall event occurred in the delta of the Pearl River during the 24 hours from 1200 UTC 8 June to 1200 UTC 9 June, 1998, and a 24-hour precipitation maximum of 574 mm was reported in Hong Kong. In this paper, some mesoscale characteristics of this heavy rainfall event are studied using data from satellites, Doppler radar, wind profilers, and automatic meteorological stations collected during HUAMEX. The following conclusions are drawn： （1） During this heavy rainfall event, there existed a favorable large-scale environment, that included a front with weak baroclinity in the heavy rain area and with an upward motion branch ahead of the front. （2） Unlike most extratropical or subtropical systems, the closed low in the geopotential height field does not exited. The obvious feature was that a southerly branch trough in the westerlies existed and Hong Kong was located ahead of the trough. （3） The rainfall areas were located in the warm sector ahead of the front, rather than in the frontal zone, which is one of the characteristics of heavy rainfalls during the pre-rainy season of South China. A southerly warm and moist current contributed to the heavy rainfall formation, including the transportation of rich water vapor and the creation of strong horizontal wind convergence. （4） The observations show that the heavy rainfall in Hong Kong was directly caused by a series of meso β systems rather than a mesoscale convective complex （MCC）. These meso β systems moved with the steering current in the lower-mid troposphere, their life cycles were 3-6 hours, and their horizontal sizes were 10-100 km. （5） The disturbances in the lower and mid troposphere, especially that in the planetary boundary layer （PBL） were very shallow. However, they are a possible trigger mechanism for the occurrence and development of the mesoscale convective systems and related heavy rainfalls. Finally, a conceptual model of the heav     

“2004.7”沙澧河流域特大暴雨成因分析

应用常规、加密气象资料及卫星云图,分析了2004年7月16～17日沙澧河流域特大暴雨成因.结果表明：高、低空急流耦合区中西南低涡及MCC特征云团的形成和维持是造成此次特大暴雨的直接影响系统.提出利用逐时的中尺度辐合中心、卫星红外云图云顶亮温及雷达回波降水率做中尺度雨团量级预测思路.