一次东北冷涡暴雨过程的数值模拟试验

利用MM5非静力模式成功地模拟了1998年8月8－9日一次东北冷涡切变型暴雨过程。发现本次过程中，低涡西北象限的强降水中心的产生是由于高层形成的强辐散，切变降水的产生由于偏南急流与偏东急流的交汇，切变带上升运动层明显低于低涡。同时，通过对比试验发现，偏南急流是本次过程主要水汽输送带。且对切变降水影响较大。偏南急流区水汽的减弱对系统（低涡、切变）的降水强弱有直接影响；西路冷空气加强主要使大气斜压作用增强导致低涡强度及降水增强；东路冷空气主要通过阻挡偏南气流形成抬升从而主要影响切变强度和降水。阻高则通过对上游低值系统的阻挡影响其位置和强度进而影响过程降水。     

两次华北冷涡降水成因及预报偏差对比分析

利用多种常规及非常规观测资料、美国国家环境预报中心全球模式业务系统分析资料(NCEP/FNL)以及三家全球确定性模式产品对2017年两次华北冷涡降水过程成因及模式预报偏差进行了对比分析。结果表明;个例1(6月22日)降水回波为层-积混合型,对流发展高度低,小时雨强小,先后经历了持续的稳定降水和弱对流降水两个阶段;个例2(7月6日)降水以积云状对流回波为主,对流发展高度高,短历时强降水特点明显。二者对应的环境场差异较大,前者冷涡处在成熟期,副热带高压位置偏南,前期暖区对流冷池降温明显,对流能量及水汽条件一般;后者冷涡为发展期,副热带高压位置偏北,中低纬相互作用明显,水汽与能量充沛。两次过程北京均出现了暴雨及以上量级降水,对应的中尺度对流系统(MCS)特征、对流触发机制以及对流不稳定能量重建过程存在明显差异。前者为层状云中发展的γ中尺度MCS,边界层偏东风增强为MCS提供了触发机制,中低层偏东风暖湿输送以及对流层高层干冷平流有利于对流不稳定能量重建;后者为组织化的β中尺度MCS,列车效应明显,偏南低空急流及其气旋式切变配合地形为MCS发展提供了抬升条件,对流不稳定能量建立与中低层偏南低空急流强暖湿输送有关。各家数值模式对不同类型冷涡降水的预报偏差特征一致,即对冷涡成熟期的降水,因对动力条件预报过强导致空报降水;而对冷涡发展期的降水,由于对槽前暖区辐合及其对流性降水预报不足导致强降水出现漏报。     

夏季东北冷涡持续性活动及其大气环流异常特征的分析

本文首先分析了夏季东北冷涡持续性活动特征及其对东北地区天气气候的影响,然后利用NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,探讨了东北冷涡持续性活动与大气环流异常之间的联系.结果表明,东北冷涡持续性活动是导致东北地区夏季低温的一个十分关键的因子,同时对降水也有重要影响.冷涡活跃年夏季,500 hPa高度场会出现以东北地区为中心的南北向和东西向分布的正-负-正距平波列,即与东亚阻高势力偏强而西太平洋副高位置偏南等大尺度环流背景相联系.在对流层中上层,高空西风急流有明显的分支现象,特别是亚洲中纬西风急流位置偏南.而在对流层中下层,东北地区和华北大部以及朝鲜半岛和日本北部等地由明显的气旋式距平环流所控制,并且源自东北及其以西地区的北风距平可一直推进至长江流域并转变为西北风距平,并与那里的西南风距平汇合而形成有利于该地区梅雨偏多时的环流形势,与此同时,长江中下游地区和四川盆地等容易出现垂直速度负距平、涡度正距平和散度负距平分布,而华北和华南大部上述物理量一般为相反的距平分布,从而对应少雨形势,并且中国北方地区(长江以北)对应负温度距平.当夏季东北冷涡活动偏弱时,一般会出现与上述相反的结果.即东北冷涡持续性活动不但对东北地区,而且与中国其它某些地区的天气气候可能也存在着一定的对应关系.     

一次初春东北冷涡的结构特征及其降水成因

利用ERA-Interim逐日再分析资料及中国753站逐日降水资料,对2008年3月23—28日的东北冷涡天气过程进行诊断分析,并探讨了冷涡降水的主要影响因子。结果表明：1)与夏季冷涡过程不同,此次初春冷涡过程高层环流场由经向环流向纬向环流转变;冷涡发展初期,经向环流的建立使得冷涡向南移动,而成熟阶段冷涡后部的低槽引导冷空气向冷涡输送,导致了冷涡环流的维持。2)亚欧大陆上空强阻塞形势的发展是初春东北冷涡形成的关键因子;乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压分别受到前期北大西洋和热带太平洋海温异常的调控,为冷涡向南发展维持提供了有利的环流背景,并影响了高低空急流的配置,有利于冷涡降水的形成。3)涡度场和温度场的高低空配置使得东北冷涡发展成深厚的环流系统,干侵入对冷涡的形成和维持同样有重要作用。冷涡环流的发展为东北地区降水提供了有利的水汽和垂直运动条件,冷暖平流交汇引起的锋面过程则促进大范围降水的形成。     

2004年7月冷空气活动及其对西南地区强降水的影响

利用中国逐日站点降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2004年盛夏(7月)中国西南地区的强降水过程及冷空气活动在降水过程中的作用。结果显示:西南地区强降水与冷空气的活动关系密切,强降水的发生是中高纬环流变化和低纬系统共同作用的结果。首先,中纬度的低槽冷涡与登陆北上台风和东移西南涡合并,以及东亚地区横槽向竖槽的迅速转变,造成了7月上旬和中旬中高纬环流的3次大调整,东亚地区长波迅速增幅,从而导致了盛夏罕见的大范围冷空气向低纬地区的侵袭。与此同时,暖湿的西南夏季风十分活跃,二者在中国南方地区产生强烈相互作用,结果在冷空气南侧形成大范围的对流性降水。其中,冷空气活动对降水的影响主要表现在3个方面:其一,中高层冷空气的迅速南下常伴有偏南高空急流,位于急流中心左前方的次级环流上升支为降水的形成提供了有利的动力抬升条件。其二,冷空气向南推进极大地增强了大气的斜压性,有利于斜压扰动的发展。冷空气迅速南下造成对流有效位能释放,从而形成大范围的对流活动。另外,中高层干冷空气的平流也是暴雨区位势不稳定得以重建并产生持续性强降水的重要原因。     

二连浩特市一次强降水天气过程分析

文章利用常规气象观测资料、天气分析图、FY-2C卫星云图资料,对2016年7月14-15日二连浩特地区出现的较强降水天气过程进行诊断分析。结果表明:两个阶段出现的降水是属于同一次冷空气活动的天气过程,是受蒙古冷涡和河套倒槽持续影响的结果。第一阶段出现的是持续稳定性降水,触发机制是低空槽和地面辐合线,有高低空急流配合,西南水汽通道维持时间较长;第二阶段出现的是短时强对流性降水,触发机制是干侵入,前期降水使本地具有不稳定能量,冷涡南压使低空东南急流带来渤海水汽的输送,造成下暖湿、上干冷的不稳定条件。     

呼和浩特地区20次过程性暴雨特征总结

文章对2000—2016年呼和浩特地区20次过程性暴雨进行分析,结果表明:65%的暴雨天气过程为冷切变型、25%的为西来槽型,暖湿切变型和蒙古冷涡型各出现1次;冷切变型的冷空气路径为西北或北,呼和浩特北部暴雨天气过程都是该类型,影响系统发展至对流层上层的高低空急流作用明显,副热带高压是重要的影响系统;西来槽型的冷空气路径为西北或西,系统发展至对流层中层,全部发生在呼和浩特中部地区,高空急流作用不明显、低空急流有很大贡献;暖湿切变型的冷空气路径为西或北,天气系统发展至对流层中下层,有地面倒槽或气旋顶部辐合区配合,低空急流起到关键作用,暖湿切变依赖于副热带高压存在;蒙古冷涡与偏南方向的低涡或西来槽相结合造成内蒙古中部强降水的个例较多,系统发展比前3种深厚且辐合更强烈。     

一次东北冷涡过程的结构特征与降水关系分析

利用FNL1°×1°逐6 h再分析资料、常规实况观测资料对近10年来一次最强典型东北冷涡区域性暴雨过程在东北冷涡环流演变不同阶段中的动力、热力、水汽条件及不稳定能量与降水的关系进行诊断分析。根据冷涡系统的环流特点,将冷涡过程划分为初生、发展、成熟和减弱等阶段。冷涡初生阶段,降水主要分布在垂直运动较强的位置,降水强度不大;发展阶段,斜压性较强,冷涡前部有大范围高层干冷平流、低层暖湿平流叠加,降水主要分布在冷涡前部切变辐合最强的位置,降水强度与低层辐合中心强度及垂直速度成正比;成熟阶段,冷涡演变为准正压结构,垂直上升运动的强度和范围都达最大,广泛分布在冷涡中心及前部,降水中心向冷涡中心移动,强度与发展阶段接近,该阶段降水与不稳定能量分布及中高层干冷空气入侵关系更为密切,但与动力因子相关程度下降;减弱阶段,降水变得分散,强度迅速减弱,与环流及物理量之间关系的规律不再显著。在冷涡演变的整个过程中,偏南、偏西及偏东的水汽通道对水汽的输送和集中是此次强降水得以发生发展的必要条件,其中偏南气流带来的水汽净流入是此次降水过程的主要水汽来源,降水区水汽净收入与降水强度之间存在明显的正相关关系。     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

2009年7月20-22日牡丹江强降雨分析

利用地面、高空观测资料,分析了2009年7月20-22日牡丹江地区的强降雨天气形成原因。此次强降雨主要由东北冷涡配合低空急流共同作用产生,东北冷涡使大气低层辐合、高层辐散,其产生的抽气机效应使上升运动加强;低空急流为降雨提供了充沛的水汽输送。此次强降水,日本数值预报产品预报出了降水中心,与实况比较吻合。研究结果对提高东北冷涡影响下的牡丹江地区强降水预报具有一定指导作用。     

基于卫星观测的一例东北冷涡天气的初步分析

应用FY2E卫星云图和配合云顶亮度温度,结合天气图、地面实况资料,对2012年5月13-16日一次东北冷涡形成、发展及消亡的过程进行分析。通过6.7μm水汽云图和红外云图分析冷涡能量释放过程中,降水和雷暴分布特征,并且试图建立降水和雷暴落区预报依据。结果表明:本次过程在FY-2C卫星云图、大尺度环流形势场对冷涡反映都很敏感,冷涡降水主要发生在三四象限,强雷电主要发生在"逗点"云系形成过程中即成熟阶段,冷涡消亡过程中,瓦解的碎散云系由于有冷空气的作用,也会带来阵性不均匀雷阵雨天气。TBB低值带与强降水雷暴的落区有很好的对应关系,降水的发生区往往是TBB的相对低值中心,雨带摆动及强度与TBB低值带的摆动和强度相一致。TBB≤-30℃,应注意降水的预报,TBB≤-60℃,可能出现雷暴天气。雷暴的发生发展经常出现在水汽图上高空急流左侧的暗区和亮区的过渡带,暗区对应着水汽图上的干区,能量在这一区域可以得到有效的储存,在一定的触发条件下,不稳定能量释放,强对流天气出现。     

CRA资料对一次江淮暴雨过程模拟效果的评估北大核心

利用中尺度模式WRF v4.1,分别以中国第一代全球大气/陆面再分析产品CRA、欧洲ECMWF的ERA5和美国NCEP的FNL作为初始场,对2013年7月4—6日江淮地区一次持续性暴雨过程进行了模拟试验。分析可知,此次暴雨过程是在东北冷涡、江淮切变线和西南急流3个影响系统的共同作用下,高低空冷暖空气形成对峙而导致的。与实况资料相比,3组试验均能够模拟出此次暴雨过程的主要环流形势,以及水汽、能量和动力条件。但3组试验的切变线和低空西南急流均较为偏南,强度较强,使得模拟的主要降水中心较实况位置更偏南,降水量级更大。其中CRA试验对安徽南部的水汽和垂直运动模拟更好,在该地区产生的降水也与实况更接近。而FNL试验对水汽条件和动力抬升条件模拟较弱,导致其模拟的降水明显偏小。整体而言,针对此次降水过程,ERA5模拟效果最好,CRA模拟效果接近ERA5,并且对大雨量级降水的TS(Threat Score)评分优于ERA5。     

2011年梅雨期长江中下游地区两次暴雨过程数值模拟对比分析

基于WRF数值预报模式,对2011年梅雨期6月9—10日和14—15日长江中下游地区两次暴雨过程（分别简称“6·10”过程和“6·14”过程）进行数值模拟,重点对比分析了暴雨期间西南涡的活动与高低空急流耦合配置之间的关系。结果表明：1） 西南涡的活动和高低空急流耦合配置与暴雨活动关系密切,是造成两次暴雨过程范围和强度差异的重要因素。2）“6·10”过程中,一个浅薄的西南涡系统受青藏高原浅槽东移北缩减弱影响,向东北方向移动,同时西南低空急流位置偏北,导致暴雨区位置偏北;“6·14”过程中,一个深厚的西南涡系统受高空浅槽东移发展加深影响,沿长江缓慢东移,伴随西南低空急流位置偏南,降水缓慢向东移动,导致暴雨区位置偏南。3） 两次过程的强降水中心均位于高低空急流耦合区,“6·10”过程中,在长江中下游地区形成的高低空急流耦合区范围偏小且强度偏弱,因此辐合上升运动偏弱,不利于形成大范围的强降水;“6·14”过程中,在长江下游地区形成大范围高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动配合充足的水汽供应,最终形成大范围强降水。     

暴雨类冷涡与非暴雨类冷涡的合成对比分析

选择了８例典型的东北冷涡暴雨过程和８例典型的东北冷涡弱降水过程进行了合成对比分析，发现暴雨类冷涡其暴雨主要出现在冷涡的发展阶段，而非暴雨类冷涡的降水主要发生在冷涡的成熟阶段；暴雨类冷涡与其南侧的副热带低值系统联系密切，非暴雨类冷涡的这一特点不甚明显；暴雨类冷涡的两个降水中心分别出现在系统东侧偏南和南侧偏东一些的地，距系统中心大约３００－４００ｋｍ和７００－８００ｋｍ，这些区域处于低层辐合、高层辐菜     

2011年梅雨期长江中下游地区两次暴雨过程数值模拟对比分析

基于WRF数值预报模式,对2011年梅雨期6月9—10日和14—15日长江中下游地区两次暴雨过程(分别简称"6·10"过程和"6·14"过程)进行数值模拟,重点对比分析了暴雨期间西南涡的活动与高低空急流耦合配置之间的关系。结果表明:1)西南涡的活动和高低空急流耦合配置与暴雨活动关系密切,是造成两次暴雨过程范围和强度差异的重要因素。2)"6·10"过程中,一个浅薄的西南涡系统受青藏高原浅槽东移北缩减弱影响,向东北方向移动,同时西南低空急流位置偏北,导致暴雨区位置偏北;"6·14"过程中,一个深厚的西南涡系统受高空浅槽东移发展加深影响,沿长江缓慢东移,伴随西南低空急流位置偏南,降水缓慢向东移动,导致暴雨区位置偏南。3)两次过程的强降水中心均位于高低空急流耦合区,"6·10"过程中,在长江中下游地区形成的高低空急流耦合区范围偏小且强度偏弱,因此辐合上升运动偏弱,不利于形成大范围的强降水;"6·14"过程中,在长江下游地区形成大范围高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动配合充足的水汽供应,最终形成大范围强降水。     

吉林一次极端降水发生发展动热力过程的数值模拟分析

利用ERA-Interim再分析资料、常规气象观测资料、CMORPH（CPC MORPHing technique）融合降水资料以及WRF（Weather Research and Forecasting）高分辨率数值模拟结果,对2017年7月13～14日吉林地区的极端降水天气过程的环流背景和触发机制进行了分析。结果表明:（1）东北冷涡环流控制下,副高北抬与中纬度锋区形成了有利的大尺度环流背景。降水发生在冷涡底部与副高之间的平直纬向环流中,东北冷涡南部的低槽、低空切变线、高低空急流是影响此次降水的重要天气系统;（2）在高层辐散低层辐合的有利动力条件下,极端的水汽输送与吉林地区西低东高地形的阻挡和强迫抬升是极端降水产生的重要原因;（3）中高层有干冷空气入侵,伴随高空动量下传至低空,加强了低空急流发展,低空急流发展至地面附近产生超低空急流后,加强了上升运动。南北经向动量输送交汇加强了低层风辐合切变,切变线上对流发展与永吉附近小地形的抬升作用,诱导永吉县产生极端降水。     

2005年浙江省梅雨期降水特征及其成因分析

通过对梅雨期间副高的演变、大尺度环流背景以及低空急流位置的研究表明：产生浙江省2005年梅雨期间雨量少、降水分布极不均匀，南多北少等特征的主要原因是副高强度弱、位置偏南；西风带环流无阻塞形势，经向度大；低空急流位置靠南等因素共同作用所致。梅雨期降水过程性明显，两次过程均由于冷空气南下影响造成。     

2012年东北冷涡诱发的四平地区首场暴雨诊断分析

应用天气学分析和物理量诊断方法,围绕暴雨形成的有利条件,对吉林省2012年7月上旬东北冷涡诱发的首场区域性暴雨中四平地区暴雨的形成机制进行详细分析和探讨,结果表明:冷涡为中间涡,暴雨发生在冷涡发展阶段,降水落区位于冷涡第一和第四象限,雨带呈明显经向带状分布,降水性质以稳定性降水为主。整个降水过程分三段,其中前两个阶段导致四平地区出现暴雨,且第一阶段低层有明显的辐合中心,对应降雨较强。四平地区暴雨发生前,冷涡移动缓慢,为区域性暴雨的产生提供了有利天气形势;850hPa切变线偏南,但整层有强垂直风切变,低层辐合、高层辐散以及整层垂直上升运动的明显增强,提供了中尺度动力抬升机制;850hPa以下有弱对流不稳定;850hPa不断加强的西南急流将水汽从东海、黄海、渤海一带源源不断地向该地区输送,提供了充分水汽供应。低层相对较弱的垂直上升运动以及中层无明显的下沉运动区,加上850hPa以下弱对流不稳定,不利于强对流天气产生,以稳定性降水为主。     

98.8松嫩流域一次东北冷涡暴雨的数值模拟初步分析

利用MM5中尺度非静力模式对1998年8月8~9日松嫩流域的东北冷涡切变型暴雨过程进行了数值模拟和对比试验。结果表明, MM5能够对此次过程进行较成功的模拟; 同时发现, 此次过程首先由高层强的正涡度平流触发, 低涡区强降水的产生是由于高低空急流的耦合。其中, 高空急流的作用强烈而短暂, 低空急流的作用较为持久, 强度稍弱。阻高前部下沉气流形成的中层偏东干冷气流是切变形成的关键, 它与偏南气流在对流层中层形成的风向切变是产生上升运动的主要强迫机制。减弱阻高使其底部偏东气流减弱及后部偏南气流在高层减弱、低层增强, 导致降水减弱, 并使系统位置偏东、偏南。西北路冷空气增强使低涡和切变北侧高层偏南气流增强、低层偏南气流减弱, 导致降水强度增强、尺度增大。     

东北冷涡不稳定能量分布特征及其与降水落区的关系

应用地面自动站1 h雨量资料和NCEP再分析资料,以一次典型的东北冷涡过程(2005年7月8~14日)为例,根据冷涡环流特征,将冷涡过程划分为发展期、成熟期、减弱期3个阶段。发现冷涡发展阶段降水主要由其南部西风锋区湿斜压不稳定产生,属于大范围混合型降水;而其他阶段降水主要由对流不稳定产生,以局地对流性降水为主。冷涡的不同发展阶段均可对应不稳定能量区,但其分布有较大差异,对流层低层的暖湿输送及辐合是不稳定能量积累的关键。发展阶段不稳定能量区分布于离冷涡中心较远的东南部;成熟期位于接近冷涡中心东南部;减弱期位于冷涡减弱形成的低压槽中。不同发展阶段不稳定能量与对流降水有不同的对应关系,冷涡发展期对流有效位能与较大的水汽通量是影响降水落区的主要因素;成熟期对流降水基本发生在对流有效位能区和925 hPa湿区的重叠区域;减弱期对流降水不但与对流有效位能、低层相对湿度有关,而且还取决于对流层低层辐合线。