华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

广西锋面、暖区及高压后部暴雨个例对比研究

利用常规、非常规气象资料,及高时空分辨率T639、mm5、NCEP资料,深入分析了两次华南前汛期暴雨天气过程(2010年"4.29"暴雨和2011年"5.12"暴雨)。基于这两次过程,对锋面、锋前暖区及高压后部暴雨进行了大尺度环流背景和中尺度特征对比分析,进而探讨三者在天气形势、中尺度系统发生发展机制等方面的差异及原因,以提高对华南前汛期暴雨的认识。     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

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。     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998 Part Ⅰ: Analysis of Large-Scale Fields for Occurrence and Development of the Mesoscale Convective Systems

The summer monsoon onset over the northern South China Sea (SCS) in May 16-20, 1998 was characterized by the abrupt onset of mesoscale convective activities and rapid increase of precipitation. The possible mechanism for formation of the mesoscale convective systems (MCSs) and related rain belts were revealed through discussing their forming physical conditions under the large-scale background: (1) The high pseudo-equivalent potential temperature and the convective instability in the lower troposphere, the low-level southwesterly confluence and the high-level divergence over South China and the northern SCS provided the favorable large-scale thermodynamic and dynamic conditions for development of MCSs. The southwesterly flow from the Bay of Bengal (BOB) interacted with that to the western flank of the subtropical high, which constituted the major moisture channels, thus bringing about deep wet layers and strong moisture convergence;(2) triggered by several cold troughs from high and mid latitudes, the convectively unstable energy was released and the convective activities over the northern SCS broke out abruptly;(3)analysis of retrieved precipitation based on the dual-Doppler radar during South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) indicated that active convection influenced by the monsoon trough and corresponding wind shear line organized and formed continually some mesoscale convective rainbelts. During May 15-19,about 12 precipitation processes with 6-12-hour life span or more were observed;and (4) under the favorable synoptic conditions, establishment of the monsoon trough and shear line in the low levels, as well as production and development of mesoscale low vortex were all necessary conditions for the formation and maintenance of MCSs.     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998Part I: Analysis of Large-Scale Fields for Occurrence and Development of the Mesoscale Convective Systems

1. Introduction China is located in the East Asian monsoon re- gion. Every year's weather and climate in this region is deeply affected by the monsoon activities. Es- pecially, during flooding season (May to September), the summer monsoon controls large-scale precipitation patterns, the movement of seasonal rain belt and oc- currence of drought/flood disasters. The Asian mon- soon can be divided into two systems (Tao and Chen, 1987). As a major component and its unique location, the South …     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

四川盆地暖区暴雨特征分析

给出四川盆地暖区暴雨的定义,并根据天气形势和影响系统将其分为西南涡型、副热带高压边缘型、西南急流型和东南风型四类.然后利用2008-2018年5-9月常规和自动站逐时降水资料统计分析四类暖区暴雨的时空分布特征和降水性质,并选取典型个例,对暴雨中尺度特征和成因进行了分析.主要结论包括:四类暖区暴雨易发于山脉迎风坡、喇叭口...     

华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

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.     

网格嵌套技术对一次中尺度对流系统降水过程模拟的影响

利用非静力中尺度模式MM5对2002年7月22日12:00~23日12:00(世界时,下同)长江流域的一次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟试验,主要讨论了网格嵌套技术对降水和中尺度对流系统的影响。结果表明:三重嵌套在D1,D2域选用积云参数化方案后,模拟的雨区收缩,虚假降水中心相对减少,降水强度及分布更接近观测值。在模式非线性动力、热力及湿物理过程共同驱动下,通过嵌套网格的双向相互作用,使可分辨云尺度的细网格域D3将其信息通过嵌套边界向次细网格域D2传递,然后再通过D2域边界向粗网格域D1域传递。同样,动力、热力反馈也会反向进行。结果将有助于改进各网格域的预报效果。但对D1网格域系统位置及其发展演变过程的影响相对小些;另外,通过双向多重嵌套,可提高模式预报区域的分辨率,特别是提高模式关键预报区域的分辨率,这也就有可能改进预报的中尺度物理场,使其能够较真实地描写大气实况。     

一次大暴雨过程的中尺度特征分析

利用天气图、雨量、GMS IR卫星云图、雷达回波、物理量等资料,对2003年5月16～17日福建省中部、南部地区出现的一次大暴雨过程的中尺度特征作了详细分析.结果表明,每一次暴雨过程是由几个中尺度暴雨组成,而每一个中尺度暴雨又是由一个或多个中尺度对流云团影响造成的;大尺度水汽、动力条件是暴雨产生的必要条件,中尺度暴雨常出现在水汽通量辐合中心和强上升运动中心附近或其移动方向一侧的等值线密集区;40 dBz以上的强回波预示当地将出现一次强降水过程;这次过程回波发展高度不高,特别是回波强中心高度不高,没有出现雷雨大风和冰雹天气,强对流只以打雷和强降水表现;中尺度暴雨常出现在零径向速度附近及其折角处.     

A Diagnostic and Numerical Study on a Rainstorm in South China Induced by a Northward-Propagating Tropical System

A strong cyclonic wind perturbation generated in the northern South China Sea （SCS） moved northward quickly and developed into a mesoscale vortex in southwest Guangdong Province, and then merged with a southward-moving shear line from mid latitudes in the period of 21-22 May 2006, during which three strong mesoscale convective systems （MCSs） formed and brought about torrential rain or even cloudburst in South China. With the 1° ×1° NCEP （National Centers for Environment Prediction） reanalysis data and the Weather and Research Forecast （WRF） mesoscale model, a numerical simulation, a potential vorticity inversion analysis, and some sensitivity experiments are carried out to reveal the formation mechanism of this rainfall event. In the meantime, conventional observations, satellite images, and the WRF model outputs are also utilized to perform a preliminary dynamic and thermodynamic diagnostic analysis of the rainstorm systems. It is found that the torrential rain occurred in favorable synoptic conditions such as warm and moist environment, low lifting condensation level, and high convective instability. The moisture transport by strong southerly winds associated with the rapid northward advance of the cyclonic wind perturbation over the northern SCS provided the warm and moist condition for the formation of the excessive rain. Under the dynamic steering of a southwesterly flow ahead of a north trough and that on the southwest side of the West Pacific subtropical high, the mesoscale vortex （or the cyclonic wind perturbation）, after its genesis, moved northward and brought about enormous rain in most parts of Guangdong Province through providing certain lifting forcing for the triggering of mesoscale convection. During the development of the mesoscale vortex, heavy rainfall was to a certain extent enhanced by the mesoscale topography of the Yunwu Mountain in Guangdong. The effect of the Yunwu Mountain is found to vary under different prevailing wind directions and intensities. The location o     

豫北一次区域性大暴雨的数值模拟分析

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料和WRF中尺度数值模式对2006年7月2-3日豫北区域性大暴雨过程进行数值模拟,并用模拟结果对该过程作中尺度分析.结果表明:暴雨中尺度系统发展和维持期间,基本上是强涡度区对应强辐合区,使得垂直对流运动发生发展,为强降水发生和持续提供了动力条件;θse值大小和实况降水强弱演变对应关系很好,θse值越大,实况降水越强,反之,实况降水越弱;豫北地区出现强降水时,水汽通量中心位于豫南且分布在西南急流轴上,豫中南部始终维持一条明显的水汽输送带,水汽被源源不断地输送到豫北地区;豫北地区处于明显的水汽辐合区,强辐合区有一自西向东的移动过程,与实况强降水过程演变趋势一致;大暴雨区域上空从低层到对流层顶层垂直螺旋度均为正值,且强降水时段与螺旋度最强时段对应关系很好,降水峰值与正螺旋度中心出现时间吻合.     

宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析

利用自动站、闪电定位信息、多普勒雷达、卫星黑体亮温等气象资料,对2008年7月18日夜间宁夏石炭井的短时暴雨天气进行了分析。结果表明：此次单站短时暴雨是在“西高东低”的环流背景下,受东北冷涡后部横槽和低值系统影响,由两个相对较强的对流单体先后影响而后合并维持造成的。中尺度对流系统在宁夏北部持续时间近6h,云项亮温梯度最大值维持在石炭并一带;对应3次强降水时段,雷达回波强度、回波顶高、VIL出现了3次峰值,径向速度出现了气旋式辐合和逆风区结构,逆风区出现时间较强降水出现提前了20～30min,与强降水的发生、发展和减弱有较好的对应关系;闪电发生高密度区位于降水中心前缘,闪电频率突然增大时间较强降水出现超前1h。     

2014年5月8—9日引发珠江口区域强降水的两个长生命史MCS特征分析

2014年5月8日上午至9日白天,广东中南部珠江口地区连续受MCS A1、MCS A2两个长生命史中尺度对流系统影响,形成长时间强降水。其中5月8日午后华南内陆地区MCS A1逐步增强,从广西东部向广东珠江口方向移动,陆上活动时间超过11 h; MCS A2从9日凌晨至上午持续影响珠江口沿海地区,维持时间超过9 h,导致珠江口沿海地区出现400 mm 以上单站降水量。过程发生前,8日早上华南南部地区具有弱地面温度梯度,中午MCS A1对流触发与广西南部地面南风增强、华南南部云开大山—云雾山中尺度地形抬升有紧密关系;在弱斜压环境条件下,MCS A1从层云伴随线状对流结构演变为中尺度涡旋组织结构。8日夜间MCS S1入海后,与陆上遗留冷池相关的地面温度边界稳定在珠江口西侧沿海地区;9日凌晨西南低空急流增强后,MCS A2在珠江口沿海残留冷池边界附近开始发展,在向上游迎风方向传播的过程中,逐步形成多条平行β中尺度线状对流组织结构,对流系统整体移动缓慢,造成珠江口沿海地区出现较高的总降水量。计算表明MCS A2冷池边界扩张速度与低层垂直切变相对平衡,有利于形成较为直立的对流单体,增强的边界层水汽输送、更高的对流单体高度有利于产生较高的降水强度。通过总结这两个华南地区长生命史MCS发生发展过程,表明通过分析对流反馈造成的边界层/近地面层热动力特征变化,对于分析MCS发展特征、提高华南前汛期中尺度暴雨预报能力具有重要意义。     

华南局地锋生及对流系统发展的模拟分析研究

2009年3月28日一条东西向的锋面出现在华南25°N附近。伴随着锋面的活动,对流降水回波午后开始在广西的梧州附近发展,并在随后几小时向东移动,组织发展成为中尺度对流系统(MCS),为广东中西部及珠三角地区带来了雷暴、暴雨、冰雹等灾害天气。应用地面自动站、雷达回波、卫星云图以及NCEP-FNL再分析资料和WRF模式的模拟结果,对锋面暴雨形成的天气特征进行了诊断分析,考察了中尺度对流系统的发展演变过程及其与局地锋生的相互关系。结果表明,锋面对流系统形成发展于一个东西向水平尺度约200km的地面中尺度辐合线附近,对流起始发展于具有较大对流有效位能(CAPE)和较小对流抑制位能(CIN)的区域。伴随着对流的发展,锋面强度增强。锋生函数的计算发现,非绝热项和倾斜项分别在由对流引起的次级环流的上升运动支和下沉运动支起锋生作用,是引发中尺度锋生的主要影响因子。而相对来说,水平辐合项和形变项的作用却比较小。这与大尺度的锋生过程不同,中尺度锋生更主要的是由热力直接触发的非地转环流所驱动。涡度场的演变分析还发现,沿着850hPa锋区大的正涡度区与500hPa的强上升运动区对应良好,对流系统发展与中尺度锋生之间存在着类似于第二条件不稳定机制的相互作用,对流增强了锋生过程,锋面则对中尺度对流系统的发展起组织作用。中尺度锋生对对流组织发展的作用作为此类灾害天气形成的原因值得关注。     

华南暴雨的气候特征及变化

利用华南110个测站1961—2008年逐日降水资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验、小波分析、计算趋势系数等统计诊断方法,分析了华南年和前、后汛期的暴雨日数、强度、贡献率等的气候特征及变化。结果表明,近48年来,华南年平均暴雨日数的地理分布总体上呈由沿海向内陆递减的趋势,最多中心在广西东兴（14.9d）,最少中心在广西隆林（3.2 d）。华南的暴雨72%发生在汛期,其中前汛期占45%,后汛期占27%。华南平均年和前、后汛期暴雨日数呈微弱上升趋势,但不明显。年和前、后汛期暴雨日数具有明显的年际、年代际变化特征。华南平均年和前汛期的暴雨强度有微弱增加趋势,特别是2005年以来升幅明显,而后汛期暴雨强度有不明显减少趋势。华南年暴雨贡献率增加明显,而前、后汛期暴雨贡献率增加并不明显。小波分析表明：2000年以来,华南年、前、后汛期暴雨日数具有2～3 a和3～4 a准周期振荡。     

华南前汛期强降水个例模式降水预报误差成因初探

2015年5月19—20日,华南出现一次暴雨过程。检验表明欧洲中期天气预报中心全球确定性预报模式(以下简称EC模式)预报的20日强降水落区在广东境内较实况明显偏北,高估了天气尺度系统附近的降水强度,漏报了其南侧暖区内中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)造成的降水,华东中尺度模式预报明显优于EC模式。利用高分辨率中尺度天气研究预报模式(以下简称WRF模式)对该暴雨过程进行了模拟,对比EC模式降水物理过程,初步探索了EC模式降水预报误差的成因,结果表明:20日位于广东暖区内的对流组织发展成MCS,并造成明显的低层冷池出流和中高层潜热加热,二者共同作用使得中低层气旋式环流在广东中东部发展,配合其南侧的强西南风水汽输送,在气旋式切变附近不断触发新的对流并南移使得广东中南部暖区内出现强降水,WRF模式能较好地模拟出该过程,而EC模式未能预报出暖区对流及其反馈,从而导致其漏报了广东中南部的强降水;EC模式预报的降水与天气尺度环流之间的正反馈进一步加大了降水的预报偏差。EC模式预报的20日白天的强降水主要位于华南北部切变线附近,且以层状云降水为主,降水产生的潜热使得对流层低层切变线附近减压更明显,预报的切变线辐合较分析场明显偏强,使得其预报的切变线附近降水较实况偏强。     

Forecast Error and Predictability for the Warm-sector and the Frontal Rainstorm in South China

In south China, warm-sector rainstorms are significantly different from the traditional frontal rainstorms due to complex mechanism, which brings great challenges to their forecast. In this study, based on ensemble forecasting, the high-resolution mesoscale numerical forecast model WRF was used to investigate the effect of initial errors on a warmsector rainstorm and a frontal rainstorm under the same circulation in south China, respectively. We analyzed the sensitivity of forecast errors to the...