雹暴的闪电活动特征与降水结构研究

利用地面雷电探测网获取的地闪资料分析了10次雹暴过程的闪电分布和演变特征, 并结合地面多普勒雷达和TRMM卫星的闪电成像仪(LIS)、测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)分析了雹暴的降水结构及其与闪电活动的关系. 研究结果表明: 降雹天气过程的正地闪比例较高, 平均值为45.5%; 在雹云快速发展阶段, 地闪频数存在明显的“跃增”; 在整个降雹阶段正地闪活动非常活跃, 在正地闪频数增加的过程中通常伴有负地闪频数的下降; 在雹暴的减弱消散阶段, 地闪频数显著减少. 两次典型雹暴的闪电活动非常活跃, 总闪电频数分别为183次/min和55次/min; 其降水结构特征是, 大于30 dBZ的强回波单体多集中于系统的前缘, 系统后部伴有稳定性的层状云降水区, 回波顶高均超过14 km; 其对流降水的贡献率分别为85%和97%. 对6 km高度处的雷达回波与总闪电关系的研究表明, 总闪电主要出现在强回波区(>30 dBZ)及其周围. 对流降水区发生闪电的几率约是层云降水区的20倍以上, 可以利用闪电与对流降水的相关性来有效地识别对流降水区. 初步结果还表明闪电频数和冰水含量之间呈线性关系, 即冰水含量越高, 相应的闪电活动也越频繁.     

北方大旱

2010年10月以来，由于强盛的西北风阻止了西太平洋暖湿气流北上，暖湿气流势力无法到达淮河以北的区域。这样的大气环流形势长期维持。导致我国北方大部连续3、4个月无有效降水     

一次暴雨过程中重力波参数演变特征的模拟结果

本文利用中尺度数值模式WRF对2003年7月4-5日淮河流域特大暴雨过程进行了数值模拟,并利用高时空分辨率模拟结果资料,提取了暴雨中心区大气重力波频率、周期、水平波长、垂直波长、水平相速和群速等特征参数,分析了暴雨过程中重力波参数随时间的演变特征.结果表明,对此次暴雨强降水过程影响较大的重力波主要是发展的中 α 尺度波和中 β 尺度波,暴雨后期随着重力波的频散,周期和水平波长有减小趋势,频率有增大趋势.非降水区的重力波参数特征和降水中心区有明显不同,大气中小振幅的中 α 尺度和中 β 尺度重力波是否发展和暴雨强降水的发生关系密切.     

一次北京大暴雨过程低空东南风气流形成机制的数值研究

2002年6月24~25日,北京门头沟附近发生了一次大暴雨过程.观测资料和数值模拟均发现,在暴雨发生前和发生过程中,北京地区边界层内出现了一支强盛的东南风气流.东南风气流沿太行山东坡爬升,触发了对流.为探讨这支低空东南风气流的形成原因,本文通过数值模拟和敏感性试验,对这支东南风气流的形成机制进行了研究.结果表明,这支低层东南风气流是一支冷湿的、伴有较强风速辐合的气流,主要是在天气尺度系统作用下生成的.东南风气流形成过程中,地表感热加热作用对其强度有加强作用.大暴雨开始后的潜热加热作用对这支东南风气流有正反馈作用,使气流的强度大大增强,因此,在降水开始后气流强度也增强,降水最强时低空急流的强度达最强.暴雨开始后,由于夜间地表降温造成山风效应,导致在北京西部山脚下出现偏北风.     

华北地区降水事件变化和暴雨事件减少原因分析

使用北京、天津、河北、山西的37个气象观测站的1961～2008年逐日降水资料和NCEP、EC环流资料,对华北降水事件和暴雨事件减少原因进行分析.结果表明,华北地区盛夏暴雨事件对夏季降水量和全年降水量变化有重要影响,近50年盛夏暴雨事件呈显著线性减少趋势,这与东亚夏季风减弱使得从南边界进入华北的水汽通量大量减少以及副热...     

河南“21·7”特大暴雨常规与扰动天气形势分析

2021年7月19—21日,河南省中北部的特大暴雨造成了内涝和重大的生命财产损失,其中以省会郑州市的灾害最为严重.极值日雨量分布从西南的鲁山400.6 mm到郑州659.7 mm和东北部的鹤壁777.5 mm,跨度约为300 km,其中20日16—17时的郑州最大小时降水量达到201.9 mm.科学认识和提前预报产生特大暴雨的天气系统是减少生命财产损失的前提.本文利用我国气象业务平台上的大气观测实况和数值模式产品做常规与扰动天气形势分析,结果发现：(1)与强降水对应的稳定云团属于西北太平洋副高异常偏北与内陆高压连通后形成在南侧的对流层中下部东风波中尺度扰动低压系统;(2)最强降水的20日,华南沿海台风“查帕卡”、西北太平洋台风“烟花”与郑州附近强上升气流的扰动中低压构成了相互牵制的3个强降水系统;(3)扰动分析比常规天气图上的风和比湿形势更能有效地确定极端降水的位置,欧洲中期天气预报中心(ECMWF)模式产品中的风扰动、比湿扰动和湿涡度扰动对极端降水预报有明确的指示意义,认识模式产品的准确性和稳定性是未来提高特大暴雨预报技巧的基础.     

卫星观测到的全球闪电活动及其地域差异

闪电活动在时间和空间尺度上都有很大的可变性. 本文利用热带降水测量计划（TRMM）卫星上携带的闪电探测系统获取的闪电定位资料首次对一些典型地区的闪电活动进行了对比分析. 研究发现不同地区的闪电活动无论在闪电频数或放电强度方面都有很大的差别，海洋上的闪电活动频数与陆地上的闪电活动频数可相差几十倍；不同地区闪电活动的多少不仅取决于该地雷暴日数的多少，更重要的还取决于该地每次雷暴过程闪电频数的多少；不同地区的闪电放电强度有随闪电频数增加而减小的趋势. 进一步研究还表明，不同地区闪电光辐射能的不同可以用对流最大不稳定能量（ECAPE）来解释，闪电放电强度与ECAPE之间存在非常好的线性正相关；而闪电活动频数对ECAPE的响应则与闪电光辐射能不同，二者之间没有发现明显的相关.     

长江流域梅雨锋暴雨过程的中尺度结构个例分析

利用外场试验资料, 用双多普勒雷达技术和径向速度场分析方法, 研究了2002年7月22~23日发生在长江流域一次暴雨过程的中尺度结构动力特征和演变过程. 结果表明, 在西南-东北取向1000 km长的暴雨雨带中, 存在有许多尺度在20~50 km大小的β或γ中尺度强回波带或回波团, 在长江中游, 混合性强降水雨带在长200 km以上的低空切变线上形成; 在切变线南侧的低空西南急流和北侧的偏东气流共同作用下形成上升气流, 对流云得到发展, 切变线低空风场的扰动、中尺度切变和β中尺度辐合是造成对流发展的原因; 新回波常常在老回波右后侧生成, 并移向西南气流区, 从而得到充足的水汽, 这种回波发展旺盛, 持续时间长. β中尺度对流系统常常伴有尺度更小的中尺度涡旋和中尺度辐合等γ中尺度结构, 这些γ中尺度结构在强对流的发展过程中也起了很重要的作用.     

近50a淮河流域汛期降水日数和强度的分布与变化特征

选用1961-2010年淮河流域145个地面气象站的观测资料,分析淮河流域汛期(5-9月)降水的时空变化规律.结果表明:淮河流域汛期降水的空间分布不仅受到地理位置和地形的影响,而且与湿度和风速的空间分布具有较好的相关性;在时间变化上,雨日出现频率有下降的趋势,但暴雨日比重和暴雨日平均降水量均有升高的趋势.淮河流域汛期暴雨日出现频率以及各类型雨日的平均降水量均有上升的趋势,强降水时空变化呈现局地性和频发性.     

1998年夏季地震、地温场演变与洪涝过程分析

基于地震、土壤温度和降水资料,从地球系统各圈层相互作用的观点分析了1998年夏季长江和嫩江流域特大洪涝灾害的成因,探讨了地球固体圈层热力活动对大气圈异常事件的激发作用. 分析表明深层(3.2m)土壤温度场与同期降水场的分布有很好的一致性,同时降水过程对下垫面脉冲性热扰动有较为敏感的响应. 文中还讨论了土壤热力异常影响大气降水的物理机制.     

前期西太平洋暖池热含量异常影响长江中下游夏季降水的可能途经

利用日本气象厅历史海温资料、NCEP/NCAR再分析资料、海表温度和降水资料,研究了1951-2010年前期西太平洋暖池（简称暖池）热含量异常与长江中下游夏季降水的关系,及其可能影响途径.结果表明,前期暖池热含量与长江中下游夏季降水存在超前2个季节的显著负相关关系,前期11-1月（即上年11月-当年1月,下同）暖池关键区（166.5°E-173.5°W,7.5°S-3.5°N）0~200 m热含量的偏低（高）对长江中下游夏季降水偏多（少）的预测有重要指示意义.前期暖池热含量异常的持续存在,及其外强迫作用激发的具有一定斜压性结构的夏季东亚-太平洋型遥相关（EAP）,可能是影响长江中下游夏季降水的主要原因.暖池热含量在前期11-1月异常偏低导致其西北侧菲律宾异常反气旋形成并维持,夏季菲律宾异常反气旋向西北方向扩展加强,东亚沿岸EAP波列形成,使得长江中下游及其以东的西北太平洋副热带地区受异常气旋控制,且长江中下游地区为北方冷空气与南方暖湿气流的交汇区.同时,对流层高层东亚沿岸亦存在位置较中低层向西北偏移的EAP波列,长江中下游及其以南地区为异常偏强高压,高层辐散与中低层辐合相配合,有利于长江中下游地区对流发展和降水增多;反之亦然.     

长江特大洪水成因与减灾措施

本文对汛期长江流域特大暴雨及洪涝成因进行了分析,认为与越赤道气流异常及受"非亚支宏观气流系统"的影响有关.同时指出,长江流域的特大暴雨及洪涝灾害不但可以预测,并且能够采取措施予以减弱.     

碧利斯(0604)暴雨增幅的云微物理成因

2006年"碧利斯"台风登陆中国大陆后,在湖南、广东和江西三省交界附近地区造成明显暴雨增幅,造成十分严重的灾害,影响巨大.本文利用高分辨率数值模拟资料,从微观云物理过程角度出发,研究了"碧利斯"暴雨增幅发生前和增幅强降水发生时段云微物理特征的差异,探讨了登陆台风暴雨增幅云微物理方面的可能成因,结果指出:暴雨增幅前后,强降水区云微物理特征存在明显不同,与降水强度的明显增强相伴,云中各种水凝物含量也明显增加,其中云冰、雪和霰等固态水凝物的增加尤为显著,冰相过程对地面降水的贡献明显加大,降水云系发展旺盛、高大;云微物理转化率的对比分析发现,暴雨增幅时段,由水汽凝结过程显著增强所带来的云水的增加,主要通过两个途径作用于暴雨增幅:一是通过云中雨水对云水的碰并收集,促进雨水含量显著增加,进而增强地面降水;二是通过云中雪粒子对云水的碰并造成雪粒子含量增加,增加的雪粒子又被云中霰粒子碰并收集造成霰含量增长,进而由霰粒子融化为雨水,并最终作用于地面降水的增幅.文中最后通过分析总结给出了"碧利斯"暴雨增幅云微物理成因示意图.     

孟加拉湾热带风暴对青藏高原降水和土壤湿度的影响

利用JTWC提供的1981~2011年孟加拉湾热带风暴最佳路径资料,研究春季、初夏(AMJ)及秋冬季节(SOND)孟加拉湾风暴对青藏高原降水及土壤湿度的影响特征.研究表明:每年平均约1.35个孟加拉湾风暴能够影响青藏高原,5和10月是孟加拉湾风暴影响青藏高原的两个主要时期,且在AMJ生成的风暴比SOND影响范围更大,影响的纬度更偏北;孟加拉湾风暴引起的降水最大可超过当地当月降水量的50%,同时也能够占到整个季节的20%.资料分析还表明春季风暴降水引起的青藏高原表层土壤湿度异常大概能维持20~25 d,秋冬季节孟加拉湾风暴引起的高原积雪也仅能维持20 d左右便基本消融殆尽.数值试验表明青藏高原表层土壤湿度异常仅持续20 d左右,次表层异常则大概可以持续2个月,而更深层次土壤湿度异常则可维持数个月甚至更久.最后,统计关系还表明前期风暴引起的高原积雪及土壤湿度异常并不足以影响到东亚夏季降水,其与中国东部夏季降水异常无直接联系.近30年来孟加拉湾风暴强度增强,使得20世纪90年代中期以后孟加拉湾风暴对青藏高原春季降水的影响有所增强.     

基于TRMM卫星多传感器资料揭示的亚洲季风区雷暴时空分布特征

利用16年（1998-2013）的热带降水测量任务卫星（TRMM）降水雷达和闪电成像仪等多传感器观测资料,分析了亚洲季风区内雷暴和强雷暴的空间分布、季节变化及日变化等气候特征.文中取闪电数大于1的雷达降水特征为雷暴,并将闪电频数在前10%的雷暴定义为强雷暴.结果表明：雷暴活动主要集中在陆地及近海区域,陆地与海洋上的雷暴密度之比约为4.4：1,强雷暴密度之比约为7.4：1.0-10°N纬度带内雷暴数占总雷暴的比例最大（占总数的31.7%）,而强雷暴则在20°N-30°N区间最为活跃（34.5%）.雷暴与闪电密度的空间分布在低纬度区域（0-30°N）较为一致,但在中纬度地区（30°N-36°N）呈现出不同的分布特征,即从西部的青藏高原向东部的江淮流域,雷暴密度逐渐减少但闪电密度逐渐增加;而强雷暴与闪电密度的空间分布基本一致.受亚洲夏季风活动影响,低纬度地区强雷暴更容易发生在春季,强中心位于喜马拉雅山南麓东端,次中心位于中南半岛,而中纬度地区在夏季最为活跃,强中心和次中心则分别位于喜马拉雅山南麓西端和中国江淮流域.陆地上雷暴主要集中在午后至傍晚,少数区域受局地环流和气象条件的影响夜雷暴活动频繁,而海洋上雷暴更易发生在午夜至清晨.     

江淮流域年极端降水事件分类特征及其致洪风险

利用百分位法提取出江淮流域1979~2016年间50个区域性年极端降水事件,分为长江、江淮和倾斜梅雨暴雨、台风Ⅰ型和Ⅱ型暴雨5类.各类降水事件位涡正异常轨迹显示,降水系统沿500h Pa副高外侧引导气流不断东传,并在江淮地区中重复出现是其共性特征.各类降水事件的传播路径在江淮南部地区汇集, 50个区域性年极端降水事件中有21个集中出现在江淮南部的秦淮河流域,平均雨量超过100mm,其中14个区域性极端降水事件致灾,致洪暴雨中5个为长江梅雨暴雨、6个为江淮梅雨暴雨、2个为台风暴雨、1个为倾斜梅雨暴雨.城市发展、河网水系改变与区域极端降水事件叠加使得江淮南部地区临严重洪涝风险.以致洪暴雨为致灾条件,利用Flood Area水动力模型模拟RCP6.0(RCP8.5)气候变化情景下南京地区土地利用改变带来的洪涝风险,结果显示位于洪涝高风险区的城镇面积将从2010年的3.86km~2(3.86km~2)增加到2100年的9.00km~2(13.51km~2),集中在地势低洼的禄口机场、江宁东山和溧水区,政府决策部门在进行城市发展规划时应当重视可能的洪涝风险.     

京城备战雨讯

正"欢迎来北京看海"是前两年每到汛期,北京市遭暴雨、城区严重积水后,在网络上出现的热门调侃话语。2012年7月21日北京特大暴雨曾造成78人遇难,全市经济损失近百亿元。今年汛期是"7·21"特大暴雨灾害后的第一个汛期,北京做好准备了吗?5月25日,北京市召开防汛抗旱     

基于WRF数值模拟的夏季强对流测定方法研究

在固定时间内使WRF数值模式的预报和观测间距实现最小化,是实时准确测定夏季强对流的重要依据,因此研究一种基于WRF数值模拟的夏季强对流测定方法.通过分析河南省2018年7月2日至7月23日闪电定位资料和降水资料,统计夏季强对流天气中降水强度与闪电频数关系,将二者进行线性拟合,根据拟合结果将夏季强对流天气中闪电频数反演至降水强度,并将反演后的降水强度通过四维变分同化资料方法,同化至WRF数值模拟中,获取最终WRF极小化代价函数,实现夏季强对流天气实时准确测定.通过该方法对河南省某机场进行WRF数值模拟研究发现,模拟结果的水平风速、垂直速度、位温与扰动气压变化明显,可准确测定该机场的夏季强对流天气,具有可靠性.     

利用闪电宽带干涉仪系统对地闪先导-回击过程的观测研究

利用闪电宽带干涉仪系统1999年在广东的观测资料, 对地闪预击穿、梯级先导及回击过程进行分析研究, 结果表明: 这种新型的辐射源定位系统能够再现闪电通道结构和电磁辐射源随时间演变的二维图像(方位角和仰角). 闪电辐射主要由负击穿过程产生, 地闪预击穿阶段闪电通道比较集中, 几乎没有分杈, 辐射源主要出现在通道头部; 而梯级先导后期辐射源定位比较离散, 有较多的分叉通道, 辐射源出现在具有一定长度通道段内, 该通道段高度随着先导向地面的发展逐渐降低. 预击穿过程和梯级先导期间均有一些快速负流光过程连续地从闪电起始区域或更远的位置开始, 沿已形成的通道发展, 为闪电通道进一步向前发展补充电荷, 其速度比闪电通道发展的平均速度约快一个量级.     

WRF模式不同陆面方案对一次暴雨事件模拟的影响

本文利用中尺度模式Weather Research and Forecasting Model (WRF) 3.1版本及National Centers for Environmental Prediction (NCEP)分析资料,就2003年6月下旬我国江淮及南方地区的强降水事件, 以24 h短期天气模拟的方式,研究了模式中四个不同陆面方案对降水模拟的影响.结果表明,此次暴雨事件模拟对不同陆面方案是比较敏感的,模拟区域内雨量级别越高,不同方案的TS评分差异就越大,较大范围雨量可存在30%的差异,四种方案的暴雨中心值可存在100%～150%的较大差别;不同陆面方案还导致了模拟平均感热通量及潜热通量的系统性差异,这些差异的分布具有地域特点;陆面方案通过两种机理对模拟降水产生重要影响,即主要影响地表蒸发量,以及主要影响低层环流及水汽辐合,从而分别影响模拟的较大范围降水(如,平均约7%、最大约30%的较大范围雨量差异)及包含模拟降水中心的较小范围暴雨(如,方案间暴雨中心雨量可存在100%～150%的较大差别).可见,不同陆面过程可从不同空间尺度、不同程度上影响暴雨天气,改进陆面方案可以提高WRF模式对暴雨的模拟能力.