梅雨锋的典型结构、多样性和多尺度特征

利用自动站、FY-2E卫星、多普勒雷达及NCEP再分析资料等, 对2015年7月23日皖江地区一次最强梅雨锋大暴雨过程成因进行分析, 重点分析此次过程中短时强降水中尺度特征。结果表明:(1)此次过程是一次典型的梅雨锋对流性暴雨, 贝加尔湖宽广的高空槽及副高和大陆高压的稳定维持是引发大暴雨过程的大尺度背景条件。高空槽、西南涡、地面β中尺度气旋的维持和加强为大暴雨提供了强劲的动力和水汽条件。(2)此次暴雨过程低层辐合明显、高层辐散显著、中层上升运动强盛, 非常有利于低层中尺度涡旋的发生发展。(3)短时强降水发生于边界层辐合由弱变强且趋于最强的时段内, 超低空风速的显著增大对暴雨有着重要作用, 边界层的垂直风切变和700 hPa的干侵入增强了层结的不稳定性。强降水发生时低层锋生明显加强, 锋生函数最强中心的位置与大暴雨区基本一致。(4)短时强降水发生于α尺度对流云团团状中心和皖江西部特殊喇叭口地形处, 且位于地面β中尺度气旋右侧南风气流中。(5)强度弱、底部低、平均切变值小的中γ尺度气旋使低质心、移动缓慢的对流风暴更具组织性, 持续时间明显增加, 更易产生短时强降水。

     

苏北东部一次梅雨锋大暴雨过程的多尺度特征

利用美国NCEP再分析资料结合地面加密自动站、卫星、雷达等常规资料,对2006年7月3日苏北东部地区一次最强的梅雨锋大暴雨过程进行了诊断分析,揭示了此次过程不同尺度系统的特征.结果表明:(1)此次过程是一次非典型的梅雨锋对流性暴雨,贝加尔湖稳定、强大的高压脊是引发大暴雨过程的大尺度背景条件.(2)高空槽、西南涡、低空急流以及地面气旋为大暴雨提供了强劲的动力和水汽条件.(3)α中尺度上,该暴雨系统的垂直结构为中低层强烈的辐合和上层的辐散,其中心有着强烈的上升气流;同时在中高层,系统的北侧有一个高空急流强迫产生的次级环流.地面多个中尺度涡旋的上升气流汇合成高低空急流耦合产生的次级环流的上升支,这种中尺度暴雨系统的三维结构为强暴雨的形成提供了持久必要的动力、水汽和不稳定性条件.(4)云图上对应一个MCS的发展演变,雷达上弓形回波对应的速度图上的"逆风区"和"中气旋"则是这次过程中局地短时强降水、龙卷的γ中尺度系统.     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。     

梅雨锋上的三类暴雨

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2C云顶亮温（T_BB）资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月17-18日发生在黔东南地区的典型梅雨锋西段暴雨进行了诊断分析。结果表明（：1）在500 hPa两槽一脊单阻型梅雨形势下,冷空气沿贝加尔湖阻塞高压东侧南下与来自南海、孟加拉湾的暖湿气流在黔东南交汇,500 hPa短波槽东移促使低空切变线东移南压和地面梅雨锋发展,配合200 hPa南亚高压东部脊附近的\     

一次梅雨锋暴雨过程的 β 中尺度对流系统发展机理的数值研究

20 0 2年 6月 18～ 19日在湖北省发生的一次中尺度降水过程主要是由一个中尺度对流云团的活动造成的 ,且该中尺度对流云团在不断东移的过程中分裂成两个 β中尺度对流云团。文中使用中尺度非静力模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟 ,研究它的发生发展机制。模式很好地模拟了造成该次强暴雨的中尺度对流系统的整个发展过程 ,模拟的降水分布与实况比较接近。分析模拟结果发现 ,中尺度对流系统在不断东移的过程中 ,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强 ;受地形的作用而分裂成两个对流单体 ;最后由于中高层水汽凝结降落后造成的水汽不足 ,高层的辐散气流明显减弱变得无组织和下沉气流的影响对流系统开始衰亡。通过以上的分析给出了引起该次梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统的发展演变模型。     

梅雨锋暴雨中β尺度系统的结构

本文利用中尺度数值模式ＭＭ５，选取１９８１年６月２７日梅雨锋暴雨个例进行数值模拟，分析了梅雨锋的中β尺度雨团和中β尺度系统的空间结构特征。结果指出，在中β尺度雨团相对应的地面气压场上是中尺度低压槽或闭合的中低压系统；在雨团发生初期，其垂直结构为暖心涡柱对流斜压扰动；而在雨团发展期，发展为暖心涡柱强对流混合型低涡；在雨团衰弱期， 暖心涡柱非对流前倾填塞涡。同时还揭示了在北雨团发展南雨团减弱期，在低空     

梅雨锋降水带中不同地域大暴雨成因的对比分析

利用NCEP再分析场、红外卫星云图的TBB值和常规观测资料对2003年7月9—10日长江流域梅雨锋上的一次大暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：这次梅雨锋暴雨是在有利的高、中、低层系统配置下，不同纬度带环流相互作用的结果，中β尺度深对流系统是暴雨的直接影响系统。但梅雨锋西段和东段暴雨的影响系统不完全相同。这次梅雨锋的锋面结构既有典型梅雨锋的一般特点，又有其独特的特征，在该次梅雨过程中不同地区梅雨锋的结构不同，梅雨锋的结构是多样的。     

一种新的梅雨锋上中尺度涡旋识别方法

中尺度涡旋的发生、发展对梅雨锋暴雨常具有直接作用,客观准确地识别中尺度涡旋有助于提高暴雨预报的准确性。本研究提出一种从格点风场中自动识别中尺度涡旋中心的客观方法。利用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的全球模式分析资料,选取2013—2014年梅雨期间两次暴雨个例,考察新方法识别中尺度涡旋的能力,并与现有的两种识别方法(分别基于相对涡度场与基于高度场)进行比较分析。结果表明,由于较小尺度的系统不遵守地转风规则,梅雨锋上许多涡旋的风场环流中心、涡度中心与低压中心位置不重合,影响通过涡度识别或气压识别方法的准确性。新方法从风场出发,可准确识别出大多数涡旋中心,误判率低,定位精度高于无人工辅助下的另外两种方法。接着利用新方法分析了两次暴雨个例中不同中尺度涡旋的垂直结构与时间演变。分析表明,新方法无需人工辅助,无特定层高和时间限制,可在短时间内识别出区域内所有中尺度涡旋的位置、三维结构与时间演变,可用于梅雨期间静止锋上中尺度涡旋的识别和路径的追踪,有助于预报员实时分析与预报暴雨。     

梅雨锋云系的结构特征及其成因分析

利用逐时卫星遥感观测资料和地面测站的降水资料，分析了江淮流域2003年6月22～26日暴雨过程中梅雨锋云系的演变、结构特征和形成原因。结果表明，梅雨锋云系为一条TBB的低值带，稳定少动，其上分布着中尺度对流系统（MCS），而中尺度对流系统是由不同尺度、不同强度．的对流单体（包括中β和中γ尺度对流单体）组成的，从而使得梅雨锋云系产生不均匀的降水分布（包括时间上和空间上）。在该暴雨过程中，梅雨锋云系充分体现了中尺度对流系统中所包括的3类组织结构形式。梅雨锋云系与中高纬度云系或热带辐合带云系之间的相互作用与暴雨过程关系密切，梅雨锋云系的维持和发展与强大的黄淮气旋云系直接相关，它是江淮流域上空冷暖气流交汇的结果。     

强锋区结构的梅雨锋短时暴雨形成和维持机制

利用常规气象观测资料、FY-2E卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2011年6月14日江西北部短时大暴雨的形成和维持机制进行了分析,结果表明:(1)南亚高压、副热带高压、中纬度西风槽、季风、锋面气旋切变及其上的中尺度波动构成梅雨锋水平环流的多尺度结构,短时暴雨在对流层高层槽前的辐散抽吸较普通暴雨更明显。(2)此次暴雨过程具有梅雨锋结构的普遍特征,如在对流层中下层表现为强θse水平梯度形成的锋面,中低层正涡度柱、风和水汽的辐合带与梅雨锋对应,但同时又具有其特殊性,如短时暴雨锋面坡度小,锋区强度强,两侧存在明显的温度对比,锋区内水平风切变和垂直风切变显著。(3)边界层辐合、锋面和高空急流等抬升机制共同作用,促使湿对称不稳定能量释放,产生倾斜对流,区别于普通梅雨的垂直对流。(4)雨区上空强垂直上升运动、高空强辐散、低空强辐合与中尺度系统的发展互相耦合,深厚的正涡度柱沿锋区倾斜向上发展,是此次暴雨与其他短时暴雨在动力机制上的共性。但在低空此次暴雨比普通暴雨存在更明显的锋生,且动力条件较其他暴雨更强。(5)强盛低空急流的脉动和稳定维持使雨区存在有利的水汽输送机制,高低空水平距离的缩短有利于高低空急流的耦合,这与梅雨的普遍特征是一致的。     

一次弱环境场下的郑州局地暴雨预报难点分析

2009年8月4日夜间,郑州市区发生了一次局地暴雨天气。此次暴雨历时短、强度大,但发生前影响系统较弱,有一定的预报难度。利用常规的高空、地面资料,卫星、雷达和自动站资料及NCEP资料对这次过程的诊断分析结果表明:这次局地暴雨没有强的水汽输送,也没有明显的辐合辐散,不属于郑州典型的强降水过程,而是具有明显的中尺度特征。郑州市低层高温、高湿积累了不稳定能量;弱冷空气的入侵及地面中气旋的生成,触发了不稳定能量的释放,从而形成这次暴雨。     

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_BB)资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_BB资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_BB梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。     

短时强降水的多尺度分析及临近预警

利用安徽省1995—2010年逐小时降水量资料,统计了不同强度的短时强降水的时空分布特征,并分析典型短时强降水过程的环境背景场特征,建立了短时强降水的三种概念模型,总结出有利于其发生的大尺度影响系统。通过分析物理量得知,短时强降水发生时大气水汽充沛、湿层深厚,厚的暖云层保证了云粒子在降水系统的下沉气流里较少的被蒸发,而中等强度的对流有效位能和高的KI指数值有利于高降水效率的产生。短时强降水的雷达反射率因子有"低质心结构"和"高质心结构"两种结构特征。而径向速度场上的中小尺度风速切变、辐合、气旋式辐合则是强降水回波在某地维持和发展的重要原因。强降水发生前半小时边界层急流显著增强,也是短时强降水临近预警的一个重要指标。     

梅雨锋暴雨中云物理过程的观测和数值模拟

Cloud micro-physical structures in a precipitation system associated with the Meiyu front are observedusing the balloon-borne Precipitation Particle Image Sensor at Baoshan observatory station, Shanghaiduring June and July 1999. The vertical distributions of various cloud particle size, number density, andmass density are retrieved from the observations. Analyses of observations show that ice-phase particles(ice crystals, graupel, snowflakes, and frozen drops) often exist in the cloud of torrential rain associatedwith the Meiyu front. Among the various particles, ice crystals and graupel are the most numerous, butgraupel and snow have the highest mass density. Ice-phase particles coexist with liquid water dropletsnear the 0℃ level. The graupel is similarly distributed with height as the ice crystals. Raindrops belowthe 0℃ level are mainly from melted grauple, snowflakes and frozen drops. They may further grow largerby coalescence with smaller ones as they fall from the cloud base. Numerical simulations using the non-hydrostatic meso-scale model MM5 with the Reisner graupel explicit moisture scheme confirm the mainobservational results. Rain water at the lower level is mainly generated from the melting of snow andgraupel falling from the upper level where snow and graupel are generated and grown from collection withcloud and rain water. Thus the mixed-phase cloud process, in which ice phase coexists and interacts withliquid phase (cloud and rain drops), plays the most important role in the formation and development ofheavy convective rainfall in the Meiyu frontal system.     

2000年首场特大暴雨过程浅析

本文从天气形势的角度出发，对本次特大暴雨过程进行分析，并统计了物理量场的分布，得到较好的对应关系。在此基础上，结合数值预报产品，对前汛期暴雨的预报提出一些粗浅的看法。     

一次梅雨锋特大暴雨中尺度气旋和MCS的分析

利用自动气象站、多普勒雷达、FY4A、ECMWF模式、NCEP再分析资料,对2020年7月17—19日特大暴雨过程进行分析。结果表明：特大暴雨出现在安徽大别山附近和庐江两地,是中尺度气旋扰动环境下准静止的中尺度对流系统(MCS)以及MCS中准静止的涡旋状单体所产生。特大暴雨在高能量、强不稳定背景下,由中部和东部的中尺度气旋传播所致。中尺度气旋传播过程中单体不断新生、合并增强且移动缓慢,配合急流、辐合、干侵入、垂直环流等因素对组织化的MCS发展演变起到相当作用。低层切变线南侧到华南的西南急流,将水汽输送到安徽并在此有强烈辐合;高空、低空和超低空都存在急流,高低空急流耦合加剧MCS的强烈发展;地面辐合线是前期MCS的触发机制,伴随干冷空气的入侵,加大了大气的斜压性和MCS的对流不稳定;梅雨锋南北两侧都有垂直环流圈,即对流与高空急流之间通过对流加热在高空急流入口处产生热成风调整,维持梅雨锋的发展演变,强的上升下沉运动促进MCS的加强和降水的连续发生;大别山地形抬升和上游狭管效应是两地特大暴雨诱因。     

Q Vector Analysis of Torrential Rainfall from Meiyu Front Cyclone： A Case Study

Following similar derivation of quasi-geostrophic Q vector （Q^C）, a new Q vector （Q^N） is constructed in this study. Their difference is that the geostrophic wind in quasi-geostrophic Q vector is replaced by the wind in Q^N vector. The diagnostic analysis of Q^N vector is compared with that of Q^G vector in the case study of a typical Meiyu front cyclone （MYFC） occurred over Changjiang-Huaihe regions during 5-6 July 1991. The results show that the Q^N vector has more diagnostic advantages than Q^G vector does. Convergence of Q^N vector at 700 hPa is found to be a good indicator to mimic the horizontal distribution of precipitation. Q^N vector is further partitioned into four components： Q^Nalst （along-stream stretching）,Q^Ncurv （curvature）,Q^Nshdv （shear advection）, and Q^Ncrst （cross-stream stretching） in a natural coordinate system with isohypse （PG partitioning）. The application of Q^N PG partitioning in the MYFC torrential rain indicates that PG partitioning of Q can identify dominant physical processes. The horizontal distribution of 2V·Q^Nalst is similar to that of 2V·Q^N and mainly accounts for 2V·Q^N during the entire period of Meiyu. The effects of Q^Ncurv on rainfall enhancement fade from the mature stage to decay stage. Qshdv enhances precipitation significantly as the MYFC develops, and the effect weakens rapidly when the MYFC decays during its eastward propagation. Q^Ncrst shows little impacts on rainfall during the onset and mature phases whereas it displays significant role during the decay phase.Q^N alst and Q^Nshdv and Q^Ncrst show cancellation only during the decay period.     

一次冷锋南侧对流性暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP资料、卫星、雷达和地面加密观测等资料,对2008年5月27-28日江西北部一次冷锋南侧(冷锋前)对流性暴雨过程进行天气动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明:(1)对流性暴雨出现在冷锋前的主要原因是:各层槽线位置近于垂直,锋面陡峭,并出现前倾槽结构;冷锋前低层暖湿气流异常强盛,下暖湿上干冷使对流不稳定能量增强;当冷锋移近、气旋波发展东移和低空急流加强,触发了冷锋前对流不稳定能量释放.(2)本次暴雨具有明显中小尺度特征,共有4个β中尺度对流系统沿地面冷锋南侧发展东移,850 hPa的中尺度辐合线、地面中低压和中尺度辐合线、云顶亮温低值区、强回波区及雷达速度图上逆风区等均揭示中小尺度扰动系统存在,且中小尺度扰动系统与暴雨雨团对应很好.