济南市区短时强降水特征分析与天气分型

利用2007—2015年济南市区及历城区自动气象观测站的逐小时降水量资料,以及常规高空、地面观测资料,统计了198次短时强降水过程的范围和强度特征,年际、月际变化特征,按照短时强降水发生时的天气形势和影响系统,分为切变线型、低槽冷锋型、西风槽型、冷涡型、台风外围型及无系统型6类,并分析了不同类型和不同范围短时强降水的关键环境参量。研究表明:短时强降水的强度与范围有较好的相关性,7月中旬—8月中旬出现强降水的次数最多;切变线型短时强降水发生范围与强度分布最广,7、8月的低槽冷锋型过程极易造成大范围高强度降水;地面露点(Td)、850 h Pa假相当位温(θse)、对流有效位能(CAPE)以及暖云层厚度能较好地区分不同范围的短时强降水过程。在天气分型的基础上,结合不同降水范围和不同降水类型环境参量箱线图与阈值表,可为济南市区短时强降水的预报提供有价值的参考。     

1822号台风“山竹”引起浙江东北部大暴雨成因分析

利用自动站资料、卫星云图以及NCEP再分析资料等,分析了1822号台风"山竹"登陆广东期间浙江东北部出现大暴雨的成因。结果表明:强降水发生在台风"山竹"登陆广东后减弱过程期间,伴有中尺度对流系统的发展,是由副热带高压、台风倒槽以及弱冷空气先后影响共同造成的;当对流不稳定时,与暖湿气流相关的湿位涡水平分量发展可触发垂直涡度的增长,使暴雨过程加强;强降水常发生在能量锋区附近,能量场的位置和梯度大小对此次强降水预报有12 h左右的提前量;来自台风东侧低层强的水汽输入和水汽辐合提供了本次强降水的水汽条件,水汽通量分布和水汽通量散度的增减相比雨量的增减有6 h左右的提前。     

一次冷涡背景下次天气尺度系统对强对流环境场的影响

在同一东北冷涡背景下,2016年6月12—13日山西境内连续2 d出现强对流天气,12日为分散性对流而13日为大范围强对流。基于多源资料通过对比探讨次天气尺度系统及其演变对风暴环境进而对风暴结构的影响,得出以下结论：（1）两日风暴强度和风暴结构差异显著。6月12日对流孤立分散且回波强度小于55 dBZ,而13日准线性风暴发展成尺度较大的弓形回波引发大范围强对流天气,回波强度达60 dBZ。（2）此次过程的关键影响系统为冷涡背景下的次天气尺度低涡。12日次天气尺度低压扰动开始出现,距离远而未影响山西;13日低压扰动东移发展为次天气尺度切断低涡,低涡相关的地面冷锋及850 hPa切变线触发山西上游对流。（3）12日低层水汽含量低,0~3 km垂直风切变弱,13日低涡前偏南水汽输送使低层显著增湿,叠加中层干冷空气形成不稳定层结,受低涡影响0~3 km风垂直切变增强至5.0×10^-3 s^-1,冷锋触发的对流风暴在上述环境下强烈发展并产生阵风锋,阵风锋组织风暴形成飑线,冷池与0~3 km风切变相互作用使飑线维持。（4）13日有利于飑线发展的环境要素与东北冷涡西侧的次天气尺度切断低涡系统密切相关,次天气尺度低涡是飑线形成发展的关键系统。     

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 h Pa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850~700 h Pa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78~-62℃,各观测站对应最大小时雨量为40~90 mm。强降水期间,850 h Pa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 h Pa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

鲁西南至鲁中一次暴雨过程成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料、中国气象局物理量分析资料和泰山多普勒雷达资料对2013年7月18日发生在鲁西南至鲁中的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水由500hPa西风槽、700hPa切变线、850hPa低涡、地面辐合线、以及副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响造成。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了良好的热力条件,副高外围的水汽输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时暴雨区不稳定能量的维持和层结对流不稳定的结构,有利于暴雨的产生。地面中尺度辐合线的生成和发展,是这次暴雨产生的启动机制,暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。强降水期间,沿低层切变线北侧东北气流南下的冷空气与暖空气交汇,使对流加强、降水强度加大。另外,泰安地处鲁中山区向西南开口的山谷的南部,偏南气流的迎风坡,有地形产生的偏南风的辐合和抬升,地形造成的辐合上升运动对泰安地区第一个强降水时段降水具有明显的增幅作用。两个强降水时段雷达回波为混合型降水回波,反射率因子强度一般在30~35dBz,最强达40dBz,其中第一个强降水时段回波对流发展的高度更高。特殊的地势地貌也是此次暴雨产生的重要原因。     

台风“山竹”(1822)引发华南暴雨过程机制分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°的FNL再分析资料、CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星-地面自动站融合降水数据以及FY-2G卫星反演的TBB(black-body temperature,云顶亮温)对1822号台风"山竹"在华南造成强降水过程进行了分析。结果表明:西北太平洋副热带高压和南亚高压的稳定维持有利于台风残涡持续影响华南地区;低层来自孟加拉湾的低空急流与西北太平洋副热带高压南侧偏东风汇合后建立起一条连接华南的水汽通道;在登陆台风影响下,大气视热源和视水汽汇主要来自于垂直运动释放的凝结潜热;湿位涡诊断分析表明强的水平风垂直切变导致低层大气斜压性增强,出现显著的对流不稳定。     

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。     

相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水差异成因分析

为探讨相似路径台风“摩羯”（1814）和“温比亚”（1818）影响南通降水的差异原因,从天气形势、物理量场等方面进行分析,利用水汽通量、假相当位温、湿位涡、垂直螺旋度等物理量对降水进行诊断,得到以下主要结论：1）两台风移动路径主要受副热带高压和冷空气的影响,副热带高压边缘气流为主要引导气流。两台风均有追随200 hPa辐散中心移动的趋势。2）较强冷空气的侵入、鞍形场中的缓慢移动、强正涡度和强盛上升运动、强水汽输送且低空长时间水汽辐合、大气斜压性增强和风垂直切变增大均是台风“温比亚”造成南通更强降水的原因。3）水汽通量辐合增强,低层正涡度中心、强上升运动,低层假相当位温大值区叠加上空假相当位温梯度带,垂直螺旋度增大与正值发展高度均与台风强降水有明显对应。     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29—30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明:两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

强热带风暴“莲花”(0903)非对称降水结构分析

利用雷达回波和NCEP分析资料,本文从水汽条件、环境风垂直切变和风暴移动状态等方面诊断分析了0903号强热带风暴"莲花"非对称降水结构形成的可能机制。结果表明:"莲花"南侧充足的水汽输送为强降水的发生提供了基本的水汽条件,同时水汽通量在水平空间上的非对称分布也在一定程度上导致了降水的非对称分布。环境风垂直切变是导致"莲花"降水结构改变并最终形成一波非对称降水结构的主要动力因子。随着垂直切变的增强,同时配合风暴南侧充足的水汽条件,一波非对称降水结构逐渐形成,在较强垂直切变长时间的作用下,强降水最终集中于顺切变方向左侧。在较强垂直切变的作用下,逆切变一侧的下沉运动抑制了陆地摩擦和地形抬升所形成的对流的发展。相对于较强的垂直切变而言,"莲花"相对稳定的移速和移向条件难以主导强热带风暴降水的空间分布。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称"副高")边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明:此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温t_(bb)≤-60℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的"列车效应",强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶t_(bb)≤-70℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

渤海一次强阵性雷雨大风过程的诊断分析

利用中尺度天气预报数值模式、粗网格再分析资料、地面和高空常规观测资料,对2011年8月31日渤海地区一次强阵性雷雨大风天气过程中的大气资料进行了重建.根据该资料,分析了对流有效位能、水汽输送、假相当位温和湿位涡等物理量在这次强对流过程中的演变特征.结果表明,修正的对流有效位能可以提前对强对流不稳定天气做出指示,与850 hPa假相当位温θse=340 K高能暖湿气团所在的位置以及处于△θse＜0的位势不稳定区有明显对应关系.另外,水汽通量的辐合中心与雷雨大风天气发生的区域基本一致.而700hPa等压面上的湿位涡最大负值区的叠加位置也是雷暴发展的另一有利形势,MPV正负交界处带状区域出现了南压和东移,表明湿位涡的发展趋势对冷锋锋面移动的路径、速度有较为明确的指示意义,移动过程中,由于出现降水,同时还伴随了湿位涡负区减弱的特征.上述物理量为雷雨大风预报提供了部分客观判断依据,可作为预报员得出预报结论的辅助手段之一.     

2012年7月鲁东南地区连续大暴雨过程成因分析

通过常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和加密自动站资料,对2012年7月7—10日连续发生在鲁东南地区的两次大暴雨过程进行了成因分析。分析表明:副热带高压的西伸北抬和稳定维持使西南低空急流长时间维持为大暴雨连续发生提供了充足的水汽和能量。第一次过程鲁东南位于切变线南侧和西南急流左侧;第二次过程鲁东南位于低涡东南象限和地面气旋东北象限。强降水中心位于850hPa高能舌顶端和925hPa高能中心重合处。第一次过程无明显冷空气,是边界层的强辐合和上升运动造成了强降水;第二次过程近地面有冷空气侵入,辐合和上升运动中心到达700hPa把水汽输送到较高的高度,有利于高效率降水的产生。     

鲁中地区一次超级单体风暴的雷达观测分析

利用济南、滨州和潍坊多普勒天气雷达及常规观测资料,对2016年6月14日下午到晚间发生在鲁中地区的超级单体回波演变和结构特征进行了分析。结果表明,该超级单体风暴产生在较大的对流有效位能和有利的风垂直切变条件下。其演变分为经典超级单体和强降水超级单体两个阶段。经典超级单体由普通单体迅速演变而来,其特征十分明显。强降水超级单体由经典超级单体风暴与其后侧下沉气流触发的普通单体风暴合并形成。合并过程造成风暴旋转强度增强,并产生类似龙卷的小尺度涡旋,导致了地面大风和大冰雹的出现。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

青岛市短时强降水的气候特征和天气系统分型

利用1981—2012年4—10月青岛市7个观测站逐时降水量资料和同期NCEP再分析资料,统计分析青岛市短时强降水的时空分布特征,建立青岛市短时强降水天气概念模型。结果表明:青岛市年短时强降水日数无明显变化趋势;4—10月均有短时强降水出现,7—8月是多发月份;短时强降水的日变化有2个多发时段,主峰在下午到傍晚时段,次峰在凌晨时段;即墨、平度、黄岛为青岛市短时强降水的多发区域,其中黄岛为连续性短时强降水出现最多的区域;青岛市产生短时强降水的天气系统可分为六种类型,西风槽型、横槽型、冷涡型、热带低值系统型、西北气流型、切变线型,其中西风槽型出现次数最多。     

山东夏季强降水的影响系统和物理量特征

应用2009—2013年6—9月山东全省加密自动站资料、地面和探空观测资料,选出了98次区域性强降水过程。统计分析了产生强降水的天气系统特征,把500 hPa天气系统分为6种类型,850~700 hPa天气系统分为5种类型,地面影响系统分为7种类型。统计分析了强降水过程中及前期24个代表大气热力、水汽和动力特征的物理量,给出了最小值、最大值、平均值和各阈值所占百分率。850 hPa和700 hPa偏南风达到急流(≥12 m·s~(-1))强度的分别占56.1%和62.2%。对流有效位能(CAPE)≥300 J·kg~(-1)占72.6%。K指数≥30℃占86.7%。沙氏指数SI≤0占75.5%。925 hPaθse≥68℃占82.2%,850 hPaθ_(se)≥66℃占74.8%。GPS/MET水汽监测大气可降水量≥55mm占81.8%。850 hPa和700 hPa的水汽通量平均值分别为8.0和5.9 g·(cm·hPa·s)-1,水汽通量散度平均值分别为-4.6×10~(-9)和-2.7×10~(-9)g·(hPa·cm~2·s)~(-1)。925 hPa、850 hPa和700 hPa的涡度平均值分别为12.6×10~(-6)、12.3×10~(-6)和9×10~(-6)s~(-1),散度平均值分别为-5.5×10~(-6)、-3.1×10~(-6)、-3.4×10~(-6)s~(-1)。850 hPa、700 hPa和500 hPa的垂直速度平均值分别为-4.5×10~(-4)、-7.4×10~(-4)和-11.1×10~(-4)hPa·s~(-1)。     

新疆冬春季强降水过程的水汽来源及输送特征分析

利用常规观测资料和6 h一次的NCEP 1°×1°再分析场资料对新疆2015年2月12—14日北疆暴雪过程和2015年5月17—21日南疆暴雨过程的环流形势和主要影响系统进行分析,并基于HYSPLIT模式模拟的后向轨迹分析强降水的水汽来源和输送特征。结果表明:1) 2次强降水过程均发生在高空低槽东移,低层有低涡,地面有锋面气旋,高空有辐散的天气背景下。2)冬季暴雪过程中,北疆水汽主要源自西亚和中亚地区。其中源自西亚地区的干气块下沉到近地面时从下垫面获得水汽,对强降雪的贡献最大;其次是起源于中亚西南部地区近地层的湿气块对强降雪的贡献。3)春季暴雨过程中,南疆的水汽主要来自中亚的哈萨克斯坦。其中来自哈萨克斯坦南部上空的干空气下沉到近地层时从下垫面获得水汽,对强降雨的贡献最大;其次是源自哈萨克斯坦东部和东南部对流层低层的湿气块对强降雨的贡献大。4) 2次强降水过程中水汽主要来自陆地而不是海洋,气块在近地层移动或下沉到近地层时,下垫面水汽蒸发使气块变湿,是强降水的水汽主要贡献者;表明春季和冬季的水汽输送通道与夏季来自阿拉伯海等低纬的水汽通道不同。     

西风急流对一次华南早春极端暴雨影响的分析

利用MICAPS站点降水数据和NCEP再分析资料对2014年3月30-31日发生在广东的一次极端降水过程进行了分析。结果表明,副热带北大西洋东部上空200hPa扰动在南支西风急流中的传播对本次极端降水的触发具有重要影响。降水发生前,副热带北大西洋东部高空不稳定槽发展,扰动信号进入南支西风急流并沿其向下游传播。阿拉伯海上空暖平流使印度上空的脊得到加强,脊前冷平流导致脊前位于华南上空的槽加深,从而导致降水区上空急流最大风速中心断裂,形成有利于极端降水发生的高层大气环流形势——急流入口区的右侧,涡度平流随高度增加和强的辐散中心引发强烈的上升运动,配合低层气旋式切变与充分的水汽供应,导致了此次极端降水的发生。     

青岛地区一次晚秋局地大暴雨的天气分析

利用常规、非常规天气观测资料及MM5数值模拟资料等对2004年11月9～10日山东青岛地区局地大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1) 此次暴雨是冷锋前暖区的强降水;(2) 此次暴雨局地性强、突发性强、持续时间短;(3) 西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;(4) 这次强降水发生时大气层结不稳定并不明显,对流层中低层存在对流不稳定,与山东夏季暴雨大气层结强烈不稳定有显著差异;(5) 低层辐合、高层辐散和较强的垂直上升运动是这次暴雨出现的有利动力条件,强降水期间并不必需对流层低层出现辐合;(6) 中低层位涡中心对预报具有很好的指示意义;(7) 青岛特殊的地形和这次降水关系密切.