一次强雷雨过程的分析

高空横槽南部及江淮气旋槽前,有利于气流辐合抬升,且西太平洋副热带高压的西北侧边缘极不稳定,同时中低空西南急流提供了源源不断充足的水汽,高空急流入口区次级环流的出现使低层迅速成为辐合上升中心,为强降水的突发提供了有利条件。探空曲线上风向顺转使得低层存在暖平流,造成大气的强烈对流运动。     

影响东北的两个罕见气旋发展机制对比

2007年3月3—5日和2016年5月2—3日有两个气旋（简称C304和C502）在江淮流域生成后,以相似路径影响东北地区,但发展强度不同。利用常规观测资料和NCEP FNL分析资料,通过对涡度平流、温度平流、湿位势涡度及锋生函数等物理量进行诊断并结合高、低空环流形势对两个气旋发展动力机制进行对比分析,结果表明:C304低空温度平流在气旋发展初期起主要作用,高空正涡度平流为地面气旋发展提供高空辐散场,地面气旋中心上空垂直上升运动增强,对流层低层斜压性明显,气旋性涡度增加主要在对流层下层,低空斜压强迫是主要发展机制;C502低空温度平流弱,斜压性不明显,高空正涡度平流促使高空闭合环流发展,对流层上层有高湿位涡舌发展下垂并与对流层下层正湿位涡柱耦合贯通,垂直上升运动分布在地面气旋中心两侧,高空位涡下传是主要发展机制。两个气旋发生发展在对流层上层两支急流共存、急流非纬向性反气旋性弯曲环流形势下,对流层低层为气旋式环流背景。     

福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型配置及环境条件分析

根据2002—2013年福建26次春季强对流天气过程中12例由西南急流暖湿强迫产生的强对流天气的高低空环流配置,利用常规高空、地面观测资料以及NCEP再分析资料,运用中尺度对流天气的天气图分析技术建立福建春季西南风低空急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型的识别方法,并统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素,初步揭示了福建省春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气过程的特征和规律。此类强对流天气是由对流层中、高层干冷空气位于低层强烈发展的暖湿平流之上形成显著条件不稳定层结,逆温、干暖盖、中低层有利的水汽条件,上干下湿的温湿廓线以及低空辐合、高空辐散为强对流天气的发生提供了有利的环境条件,强对流天气系统由地面的锋面、辐合线、热低压、925 hPa辐合线以及西南急流脉动等中尺度天气系统触发,对流生成后在西南风急流引导下移入有利于对流发展的不稳定区域使得对流持续发展,强垂直风切变配合较大的对流有效位能有利于对流风暴持续发展。     

甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析

2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和"列车效应"特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。     

一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究

利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的三维概念模型.结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点.高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件.位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的人流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件.暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层.在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素.     

海洋半热带气旋生成机制的个例分析

作者对１９８２年８月２５日发生于黄海南部的一次特殊风暴过程进行了较深入的分析。这是一次直接生成于较高纬度洋面风雨都颇为严重的海洋热带气旋。对流层高层辐射、正涡度平流输送及低空东南急流是系统得以生成发展的机制，对流释放的凝结潜热对其进一步发展加强有重要贡献。     

华北平原一次中尺度对流系统分析

2002年6月1日在华北平原发生了β尺度的中尺度对流系统(MβCSs)。利用气象常规资料的客观分析产品对这次过程进行了分析,结果表明．在高空东北冷涡影响下,华北平原的东北方向出现急流,MβCSs发生在急流右侧的风速切变区中;由于高空正涡度平流、低空负涡度平流的共同作用,高空辐散,低空辐合,使对流层中层的上升运动得以维持;华北平原低空水汽通量辐合．有源源不断的水汽供应;高层总能量减少,低层总能量增加,使华北平原在垂直方向有大量的不稳定能量积聚。以上分析表明：华北平原具备了对流产生的动力和热力条件。该文揭示了MβCSs产生的原因,并为以后进一步做好MβCSs的预报总结了经验。     

一次东风波大暴雨过程诊断分析

利用美国环境预报中心0.5°气候预报系统再分析资料,研究了1988年“7·30”浙东大暴雨过程,发现低空南、北两支东风扰动的合并及其与高空急流的相互作用是暴雨产生的主要原因.高空冷涡与华北高压共同强迫,形成了东南向的高空急流;急流具有明显的动量下传特征,加大了对流层中层的东风分量,构成深厚的东风波系统.“7·30”过程的对流有效位能主要是海上气团的平流输送.低压倒槽的切变辐合积聚了大气的水汽含量,形成深厚的高相当位温层.对流层高层存在冷平流,使得东风波西移过程中对流有效位能能够持续稳定.风暴相对螺旋度与东风波系统匹配较好,能够清楚反映南、北两支东风扰动的合并过程.风暴相对螺旋度移动速度略快于东风波系统和垂直涡度,能够提前预报东风波降水的落区.     

东风急流影响下海南非热带气旋暴雨个例分析

利用常规天气资料、NCEP 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和海南省自动站资料,对2007年10月12—14日海南岛秋季暴雨天气过程的主要影响系统、物理过程及形成机制进行了分析。结果表明:多股冷空气从中低层东移南下并在华南沿海堆积、变性,副高稳定加强西伸,850 hPa上在华南沿海地区与变性的大陆高压合并加强,热带地区赤道辐合带活跃,其共同作用促使低空东风急流形成、发展和加强;低空东风急流、弱冷空气南侵、西太平洋副热带高压南侧的东风波等为暴雨的发生提供了有利的条件;东风急流是此次暴雨所需水汽最大的提供者;θse面陡立造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放,正差动假相当位温平流加强了层结对流不稳定发展,对流层中层正差动涡度平流破坏了海南岛的准地转平衡;动力强迫和热力强迫共同作用激发了次级环流,导致暴雨区上空垂直运动的发展,促使降水增强。     

中国东北龙卷研究:环境特征分析

东北地区是中国龙卷相对多发区之一。为了了解中国东北龙卷发生的环境特征,基于常规观测资料、卫星观测资料、地面加密观测资料和模式分析资料分析了近十年发生在东北的13个龙卷个例的环境特征及龙卷环境形成的物理过程。结果表明,东北龙卷发生的环境具有如下特点:(1)龙卷多发生在东北冷涡背景下,直接影响系统为冷涡南侧次天气尺度短波槽,且常出现在槽区或前倾槽后;(2)较之夏季江淮流域和华南龙卷,东北龙卷环境温度直减率较大,700—500 hPa温差为20—22℃,850—500 hPa温差为30—33℃;(3)低层水汽含量及湿层厚度比江淮及华南龙卷显著偏低,地面露点温度可低至13℃,湿层厚度常在1.5 km以下,850 hPa露点温度多在8℃以下;(4)龙卷环境中常出现强低空急流(850—925 hPa风速16—20 m/s)和对流层中层急流(500 hPa风速20—25 m/s),且对流层中层急流通常与干下沉气流相伴。因此,低层(0—1 km)和深层(0—6 km)风垂直切变均强,低层风垂直切变约12.0×10^-3s^-1,深层风垂直切变大于4.0×10^-3s^-1。产生龙卷的对流风暴一般由边界层辐合线所触发,辐合线两侧温差不明显而露点差异明显,常表现为干线。也就是说,东北地区龙卷风暴主要由干线及其伴随的强边界层辐合触发。龙卷通常发生在傍晚前后,而从早晨的环境条件通常看不到龙卷可能发生的迹象,龙卷发生前几小时环境参数变化显著。有利于龙卷的环境条件形成过程中500 hPa急流和强低空急流的存在至关重要:随着500 hPa西北急流的增强,在中空西北急流的平流下温度直减率大值区东移,叠加到低层湿区之上;低空急流对暖湿空气的输送使低层显著增湿且温度直减率增大。傍晚发生的龙卷通常处于08时探空显示的低空湿舌西北侧100 km左右的干区中,傍晚龙卷发生时则位于当时的湿舌边缘。     

不同高度急流耦合在2007年7月中旬河南省区域暴雨中的作用

利用NCEP全球对流层分析资料和地面探空资料,对2007年7月中旬发生在河南省中部、南部的暴雨天气的机理进行了研究,发现此次暴雨过程是在多尺度系统相互作用下产生的,不同高度急流对暴雨天气有不同的作用。超低空东风急流是暴雨区所需水汽的最大提供者;低空东风急流建立和维持了暴雨区中低空的对流不稳定,为强对流的发展提供了条件;高空西风急流建立和维持了高空的对称不稳定,为对流向高空发展和加强提供了重要条件。高空西风急流、低空东风急流和超低空东风急流上下耦合,是暴雨天气得以形成和维持的原因。     

"05.6"东北暴雨中尺度对流系统研究Ⅰ:常规资料和卫星资料分析

应用常规气象资料与卫星资料相结合的办法,研究了2005年6月10日午后在黑龙江省中东部发生的暴雨中尺度对流系统(MCSs)的大尺度环流背景、大气层结演变特征、下垫面条件以及中尺度对流系统。结果表明:此次暴雨(简称“05.6”东北暴雨)是发生在高空槽东移加深过程中的一次对流天气过程。中尺度对流系统处于前倾疏散的高空槽槽前,高空辐散,低空辐合,为MCS发生提供了有利的大尺度动力条件。暴雨发生前对流层低层有西南—东北走向的湿舌,为暴雨提供了有利的水汽条件。高空干冷平流与低空的暖湿平流形成的差动平流,造成此处大气的层结不稳定度增强。此外,从地面接收到的太阳辐射能量分布情况来看,下垫面不均匀加热引起的热力环流是这次暴雨过程中尺度对流系统发生发展的一个重要的触发机制。研究地面中尺度切变线演变与此次暴雨对流系统发生发展的关系发现,切变线上对流强弱分布是不均匀的,其中在弧形切变线曲率最大处的对流最强,与沙兰河上游暴雨有关的对流云团就出现在这个地区。以上事实表明,地面中尺度切变线可能是此次暴雨发生发展的另一个关键因素,而造成切变线上对流发展不均匀的原因可能和切变线走向与环境风场的配置有较大关系。     

一次低空急流加强下的暴雨过程成因分析

基于地面、高空常规气象观测资料及风廓线雷达资料和WRF模式资料,分析江西一次低空急流加强下暴雨过程的环境场及成因。结果表明:(1)暴雨发生在副热带高压(简称"副高")北抬、西南急流加强的天气背景下,此次暴雨是副高、西风带短波槽、中尺度辐合系统、低层切变、季风等多系统作用的结果。(2)低层增湿、增暖和对流层中层冷平流的侵入以及异常的各项热力不稳定指数,使江西北部成为高能、高湿、高不稳定区,并在江西东北部形成中尺度假相当位温θ_(se)能量锋区和露点锋区,而锋生正是此次暴雨过程原因之一。(3)低空急流加强一方面带来了充沛水汽,另一方面,中尺度辐合系统沿着急流发展形成中尺度能量、温度锋区,而对流性降水释放的凝结潜热反馈又促使中尺度对流系统进一步加强,利于强降水发生。1.5～3 km 16 m·s~(-1)以上急流可提前1～3 h指示西南风下风方向地区有强降水。(4)500 hPa正涡度平流的发展使得对流层中层气旋性涡度增加,导致正涡度柱发展,并与涡度柱北侧下沉运动构成次级环流。同时高位涡中心向下发展,有利于低层气旋性涡度加强、锋生加剧,促进上升运动,有利于暴雨维持。     

西南低空急流的能量学分析

本文分析了梅雨期内三次西南低空急流的实例,结果表明,散度风动能产生和积云对流效应是低中空急流的动能来源,而影响散度风动能产生的主要物理因子是潜热加热,温度平流以及ω方程中散度项的作用。     

黔西南一次中尺度暴雨的数值模拟诊断研究

使用WRF模式 (Weather Research and Forecasting model) 模拟了2006年6月12日贵州省西南部一次典型的突发性强对流暴雨过程, 模式较真实地模拟了这次局地发展的中尺度暴雨天气过程。对流层低层的中尺度辐合线造成了初始的上升运动, β中尺度对流系统首先在地面锋线前不稳定的暖区中生长, 辐合线南侧的偏南气流对水汽和热量的输送是对流能够持续生长的最重要因素。通过非地转ω方程的诊断证明, 在降水开始后, 凝结加热的释放对β中尺度对流系统的发展最为重要, 它强迫产生的上升运动分量超过了低层暖平流强迫造成的上升运动分量。在相应的热力、 动力结构的调整作用下, 对流层低层出现中尺度低空急流、 中尺度涡旋等动力结构。到降水过程后期, 由于偏北气流的侵入, 降水区上空对流层低层转为对流稳定的层结, β中尺度对流系统无法获得不稳定能量以维持其发展, 降水也逐渐减弱直至终止。     

环境风场与对流风暴相互关系的动力分析

在前期提出大气多尺度分析理论基础上,利用动力学方法研究了大气环境风场与中尺度对流天气系统之间的关系,从微团的分离和运动的角度分析了高空急流、低空急流、水平涡度和垂直涡度在中尺度天气系统的形成和发展中的作用。结果发现,环境风场对微团的动力分离作用主要发生在高、低空急流附近,因为在高、低空急流的下方风动能随高度增加明显,在急流的左侧(背风而立)正涡度与地转涡度迭加使绝对涡度变大,因此,这两个区域是环境场对微团分离力最大的区域,也是对流最容易发展的地区。微团在上升过程中的运动轨迹与其环境密度比率有关,当微团的密度小于(大于)环境密度时,微团运动的旋转方向与水平涡度的方向一致(相反);平衡高度(微团密度与环境密度相等)越高,形成的系统越强,水平、垂直旋转的程度越强,范围越大。因为初始密度和平衡高度的不同,多单体风暴和超级单体中微团的运动形态存在明显区别。根据大气微团的运动方程推出了水平风随高度变化的公式,结果表明,微团水平运动垂直变化的大小与微团环境相对密度比、水平风速、垂直涡度成正比;与垂直运动速度大小成反比;风矢量由低到高的转向与绝对涡度垂直分量的旋转方向相反,即正(负)涡度与亚微团的顺(逆)转相对应。由公式解释了超级单体低空垂直切变明显大于高空的原因。进一步分析认为,风垂直切变对风暴的作用只表现在风速大小随高度的变化和水平涡度的作用上,而风向随高度的变化是大气对流的结果而不是对流的原因,对流越强,风向垂直切变越强。     

华北一次西南涡暴雨过程的诊断分析

利用一日4次1°×1°的NCEP再分析资料和常规观测资料,分析了2010年7月19日发生在华北地区的西南涡暴雨过程。结果表明：此次暴雨过程是不同尺度系统共同影响的结果,低空急流将水汽源源不断地向暴雨区输送,云水含量大值区与强上升运动和强降水时段有较好的对应关系,高、低空急流的耦合作用促进了上升运动,暴雨期间对流层低层有自南向北发展的高能舌维持,存在对流性不稳定层结,上升运动自低层向上发展,将低层的暖湿空气向上输送,使得大量的不稳定能量释放,为暴雨区提供了持续的能量。     

一次罕见的左移超级单体风暴的特征

利用白山多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2012年7月2日发生在吉林省南部的一次左移超级单体风暴进行了研究。结果发现,此次天气过程发生在深厚东北冷涡的东南象限、超强高空急流核附近的北侧,且低空风垂直切变不强、对流有效位能不大;低空有较强的暖平流,并存在一个西南—东北走向的风切变区;低空辐合、高空辐散、位于露点锋附近以及高空急流核的存在为有利于的对流发展的重要因素。在风暴发生发展过程中,始终有一个中-β尺度反气旋环流(尺度为120 km)相伴随,其旋转半径由高到低逐渐增加并在东南偏南方向被拉伸为椭圆型结构,风暴发生在该环流的西北象限的西南偏南气流之中,并具有钩状回波、弱回波区、反中气旋等超级单体所具有的特征。反中气旋出现在对流风暴发展的旺盛期,旋转半径从低层到高层逐渐增加。在风暴经过地区出现了冰雹、强降温、瞬时大风等天气现象和气象灾害。     

东北冷涡暴雨的特点及其非对称结构特征

以2009年6月8日个例为主,对东北冷涡造成的华北暴雨的卫星云图、雷达回波特征及降水特点进行了分析,并利用NCEP FNLs分析资料分析了东北冷涡的非对称结构特征、对流不稳定的建立过程和可能的释放机制。结果表明:东北冷涡具有非对称结构特征;除对流层中层风场、温度场结构较对称外,冷涡在对流层高层对应低槽、暖中心和高空急流,在对流层低层对应倒槽、暖舌,冷中心不明显;冷涡的负涡度、主要辐合辐散和上升运动中心分布在冷涡东南部;在冷涡东南部,对流层中层自西北伸向东南的干冷平流叠加在自西南伸向东北的暖湿平流上,造成对流不稳定迅速增长,且午后晴空辐射增温进一步加强了对流不稳定;冷涡系统建立对流不稳定的同时,冷涡东南部的上升运动为对流有效位能的释放提供了有利条件。     

东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析

从深对流发展必须满足的对流层低层有足够强的湿层、层结不稳定和足够强的触发机制出发,对2002年7月11～15日由东北冷涡诱发的一次连续强风暴生成的环境条件进行了诊断分析。结果表明:低层暖湿条件是冷涡强对流预报的关键,强大的冷涡由于冷性层结深厚难以诱发强的对流性天气,而其分裂的次涡度中心或弱的冷性低涡配合低层暖湿气流常常产生突发性强对流性天气;强的风垂直切变引发的斜压不稳定和垂直运动是强对流触发和维持的重要条件,风暴发生前边界层到500 hPa风向随高度顺转超过90°,随着对流性天气的发展,850 hPa以上风垂直切变逐渐减小,而850 hPa以下可能受低层冷丘产生中高压的影响,切变有增大的趋势;冷涡诱发的强对流性天气常常位于高空急流出口区左侧,但在实际预报业务中需要配合散度场来进行综合判断。