湖南6月区域持续性暴雨的强信号及预报概念模型

基于湖南汛期区域持续性暴雨典型环流分型,利用1961—2016年NCEP/NCAR再分析资料和异常度方法对湖南6月区域持续性暴雨环流型进行客观识别,并结合动力和水汽输送条件,确定湖南6月区域持续性暴雨强信号并客观量化表征,建立湖南6月区域持续性暴雨预报定量化概念模型。结果表明:43次历史区域持续性暴雨过程的回报准确率达到81%,2017—2018年3次区域持续暴雨过程试报准确率为2/3,说明该概念模型有一定预报能力,能为湖南暴雨预报业务服务提供技术支持。将该概念模型与各类模式预报产品相结合,还可开展区域持续性暴雨的中期和延伸期预报。     

近50年我国持续性暴雨的统计分析及其大尺度环流背景

基于湖南汛期区域持续性暴雨典型环流分型,利用1961-2016年NCEP/NCAR再分析资料和异常度方法对湖南6月区域持续性暴雨环流型进行客观识别,并结合动力和水汽输送条件,确定湖南6月区域持续性暴雨强信号并客观量化表征,建立湖南6月区域持续性暴雨预报定量化概念模型。结果表明：43次历史区域持续性暴雨过程的回报准确率达到81%,2017-2018年3次区域持续暴雨过程试报准确率为2/3,说明该概念模型有一定预报能力,能为湖南暴雨预报业务服务提供技术支持。将该概念模型与各类模式预报产品相结合,还可开展区域持续性暴雨的中期和延伸期预报。

     

广东前汛期持续性暴雨的变化特征及其环流形势

利用1961-2011年广东省86个测站地面观测逐日降水资料及1979-2011年NCEP-DOE第2套分析资料,提出了广东暴雨日的定义指标,分析了近51a广东前汛期及其各月持续性暴雨的变化特征,进一步诊断了持续性暴雨过程的环流特征和水汽输送来源.结果表明,广东暴雨新指标避免了原指标定义存在的不合理情况和需要人工操作等问题,并且得到的广东暴雨日数及暴雨累积雨量的年际变化更能反映广东的旱涝情况.51a平均前汛期持续性暴雨过程在4、5、6月分别占10%、29%和61%,20世纪60年代后期至80年代持续性暴雨多发生在5月,而60年代前中期、90年代至2011年持续性暴雨则主要在6月出现,这种年代际变化是由东亚地区中低纬度大气环流系统的变化所造成的.除了过去所认识的“三脊两槽”和“两脊一槽”两种类型天气形势外,广东前汛期持续性暴雨过程的500hPa中高纬度环流还有一种“高纬阻塞-中纬平缓型”(称为Ⅲ型),Ⅲ型主要出现于6月,占6月持续性暴雨过程的22%,因此,这种环流类型的补充提出,将减少6月持续性暴雨过程的漏报现象.由于气候背景场各月有所不同,无论是三脊二槽型还是二脊一槽型,各区域槽(或脊)的相对强弱和形态也随月份有所不同,例如二脊一槽型,东北亚地区高压脊4、5、6月逐月加强向北扩展,贝加尔湖槽区逐月变宽,中低纬度阿拉伯海以东槽逐月向西移动,孟加拉湾槽、西太平洋副热带高压逐月加强.前汛期持续性暴雨过程的主要水汽来源随月份发生变化,4月热带西太平洋地区水汽来源贡献最大,5月孟加拉湾、西太平洋和中国南海的水汽都有贡献,而6月则主要来源于孟加拉湾的水汽输送.所有类型持续性暴雨过程,广东大部分地区都处于水汽通量辐合区,说明动力辐合作用和水汽来源是暴雨的必备条件,持续性暴雨是各类中高纬度环流型的稳定维持与来源于热带的水汽输送共同作用的结果.     

广东6月持续性暴雨期间的大气环流异常

利用1979—2011年共33年广东86个观测站日降水和全球大气多要素日平均资料,分析广东前汛期降水异常(包括暴雨和无雨)的环流特征。结果表明,广东6月持续性暴雨和持续性无雨期间大气存在显著的经向遥相关波列,其中,持续性暴雨过程波列更完整,非持续性暴雨(或非持续性无雨)则波列不显著,而4、5月的持续性暴雨或持续性无雨过程都没有波列出现。在经向波列存在的情况下,对流层中高层大气西风带环流经向度增大、槽脊发展增强,中高纬度这种持续稳定的环流形势,有利于冷空气和高空槽影响华南;在高层200 hPa,华南处于偏西风和西南风异常之间的气流辐散区域,有利于高层辐散;对流层中低层西太平洋副热带高压偏强、西脊点偏西,华南上升、南海下沉的垂直异常经圈环流建立;同时对流层低层来源于印度和孟加拉湾北部以及热带太平洋的水汽输送明显加强,从而为持续性暴雨过程提供有利的环流背景以及暴雨区所需的动力和水汽条件,可见经向波列通过对流层高、中、低层大气环流异常影响持续性暴雨。在没有经向波列的情况下,当500 hPa华南地区有西风槽活动、850 hPa南海北部西风偏强,广东局地动力上升条件和水汽输送条件达到一定程度,则只能出现非持续性暴雨。因此,经向波列可为区分持续暴雨与非持续暴雨预报提供参考。与广东降水持续异常相关的经向波列受中高纬度罗斯贝波、热带对流以及中低纬度太平洋地区大气异常等多方面的共同影响。     

南疆西部持续性暴雨环流背景及天气尺度的动力过程分析

2013年6月14—19日南疆西部出现了持续性暴雨,使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与暴雨关系的基础上,分析了水汽远距离输送到新疆并在南疆上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,暴雨产生在大气异常潮湿的环境中,强降雨时段对流层低层比湿最大值达到16～18 g·kg-1。长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生过程中一直维持,充沛的水汽被一支从阿拉伯海和孟加拉湾的偏南气流向北输送,偏南风持续增速加大了水汽的输送。同时,随着偏南气流向北靠近新疆,对流层低层偏东急流在南疆西部产生强的水汽通量辐合,使得高空强烈辐散与低空辐合之间的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增加。暴雨的日变化与阿克苏南部中尺度垂直环流圈的间断性建立及低层偏东急流在夜间增强有关。     

四川盆地东北部三次持续性暴雨过程水汽输送特征分析

采用欧拉方法分析盆地东北部夏季3例持续性暴雨过程的水汽输送及其异常特征,并利用拉格朗日轨迹模式模拟计算了影响川东北的主要水汽输送通道,结果表明:(1)不同纬度多系统相互作用对水汽输送的加强,是造成2007年和2010年两例持续性暴雨水汽强度异常大的重要原因。2012年持续性暴雨个例中异常水汽主要源于孟加拉湾和南海两支水汽的共同作用。(2)水汽源地可追溯至孟加拉湾、南海、西太平洋和阿拉伯海。边界层的水汽输送更多是自南海沿华南地区进入川东北;中低层水汽输送路径,或以孟加拉湾进入川东北,或以南海进入川东北,或两者共同作用。在垂直方向上,多条水汽输送通道的相互叠加,促使川东北产生强的水汽通量。(3)每条水汽输送通道在不同的个例中主次作用不一致。同一个例的水汽输送通道并非固定不变,不同降雨阶段可能与不同水汽输送通道对应。     

桂北山区一次持续性暴雨的水汽输送特征

利用常规观测资料、区域自动站资料、NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2021年6月28日~7月4日柳州持续性暴雨的环流形势和水汽输送特征进行了分析。结果表明：500 hPa南支槽和副热带高压的对峙导致850 hPa低涡切变稳定少动,为暴雨区建立了稳定、持续的水汽通道;南海夏季风的爆发为暴雨区提供源源不断的水汽,水汽输送大值带主要位于700 hPa以下,以边界层925 hPa水汽辐合最强;从水汽收支看,南边界为主要水汽输入边界,东边界则为水汽主要输出边界,越往高层水汽出流越明显;南边界水汽输入对于区域水汽净流入的贡献主要在700 hPa以下,且越往低层南边界水汽贡献越明显;柳州北部元宝山脉对水汽的流出有一定阻挡作用,925 hPa以下北边界的水汽流出比南边界的流入小一个量级。     

湖北省梅雨期特大暴雨的环流分析和概念模型

通过对湖北省梅雨期２７例非局地特大暴雨资料的分析，概括了天气尺度、次天气尺度系统的一般特征和作用；采用动态分析方法，归纳出两类基本环流型；结合物理量场的分析，建立了强锋区和暖涡旋两类典型特大暴雨系统的概念模型。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

广东0506大暴雨的成因探讨

2005年6月18～25日,广东省出现罕见的持续强降水过程(0506大暴雨),造成广东省巨大的经济损失。利用NCEP再分析资料计算的非地转Q矢量、假相当位温和经向环流对这次强降水过程进行分析,结果表明:南海地区的对流系统北移并多日滞留在广东地区是0506大暴雨的一个直接原因,它是南海夏季风活动的一个表现;广东0506大暴雨有明显的南北两个主要的降水区域,其中南边是季风对流降水,而北部则属于锋面降水雨带。     

广东高空槽后暴雨的多尺度天气特征及概念模型

2010年5月6—7日广东出现了罕见的高空槽后大暴雨过程。利用华南区域气象观测站、加密自动站和NCEP分析资料等,从大尺度环流背景、天气系统特征和雷达回波特征等方面进行分析,并利用局地经向环流模式和尺度分析技术诊断探讨其可能形成机制。结果表明,南亚高压西移配合高空急流北退为大暴雨的发生提供高层辐散条件。在前倾槽形势下(500 hPa高空槽移出广东、低层切变线和地面冷锋仍在南岭附近),低层暖湿不稳定配合高空槽后干冷空气的下传,对广东上空不稳定能量释放起到增强作用,强降水主要发生在锋区南侧。数值诊断结果进一步表明,激发暴雨过程的主要物理因子为潜热加热和温度平流。潜热加热是暴雨的正贡献和反馈最直接因子,而北方冷空气一方面通过温度平流直接激发广东地区的上升运动,同时通过促进水汽辐合抬升区南移并释放潜热,是暴雨过程的重要触发机制。此外,空间滤波分析表明,弱冷空气越过南岭后扩散南下和形成的中小尺度天气系统对强降水落区和增幅起关键作用,暴雨业务预报对此类弱冷空气在地形作用下扩散南下的影响需要更加关注。     

5?23广东特大暴雨过程特点及数值诊断分析

利用NCEP再分析资料与常规观测数据,对2009年5月23日广东出现的强度大、强降水时间长和落区集中的特大暴雨过程的环流特征及影响系统进行诊断分析。分析结果显示,季风扰动沿着稳定副高西侧气流北上从而影响珠江口及粤西沿海地区;高层辐散为暴雨提供有利的背景场。无论在时间上还是空间上,主要影响系统低空急流和季风扰动都与特大暴雨有密切关系。利用局地经向环流线性诊断模式对过程进行模拟,定量诊断结果表明,在17个物理因子当中,潜热加热在整个暴雨过程中起最重要的作用,而与西风带系统有关的高纬冷平流则间接地做出一定贡献。      

雷达资料在云南一次强降水过程中的三维变分同化试验

鉴于云南观测信息相对不足、局地强降水突出的现状,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其变分同化系统进行雷达反射率因子和反演风场的三维变分同化试验。通过对2012年9月12日00:00—13日00:00发生在云南的一次强降水过程进行数值模拟和对比分析,结果表明,同时同化雷达反演风场和基本反射率因子,对区域模式同化系统中风矢量、相对湿度、位势高度几个基本分析量都有明显影响。雷达资料的同化,有利于区域模式初始场中强降水区域的上游中低层空气湿度增加、水汽输送增强和强降水发生区域的风场辐合加强,从而改善区域模式对强降水落区、强度的预报质量。对于切变线等天气尺度系统影响下的强降水过程,雷达资料的同化持续时间选取3 h、同化间隔为1 h较适宜。另外,雷达反演风场和基本反射率因子的同化均对降水预报改善有明显贡献,且多种资料的同化效果好于单一资料同化。     

福建省前汛期暴雨天气雷电特征的个例分析

利用福建省中尺度灾害性天气预警系统（简称福建二级基地）的闪电定位站网、雷达和常规天气观测资料,对１９９７年５月５日至７日晨发生在闽东南沿海各县市一场特大暴雨天气过程的闪电特征及其与降雨的相互关系进行分析。结果表明：这次暴雨过程地闪和云闪总数超过５０００次,闪电密度极值超过１次／ｋｍ＾２,地闪次数超过云闪次数,负地闪占绝对优势,正云闪占２／３以上。暴雨区的闪电频数－时间曲线很好地反映了暴雨过程降水高     

广西防城港沿海6·16特大暴雨成因及机制探讨

利用NCEP FNL 1°×1°再分析、地面观测、FY-2G卫星和多普勒天气雷达等资料,对广西防城港沿海地区2020年6月16日出现的特大暴雨过程进行成因分析以及触发维持机制探讨。(1)此次极端降雨过程是一次暖区暴雨过程,降雨过程主要分为两个阶段,具有局地性强,雨势猛,强度大,降水难预报和突发性等特点。(2)暴雨在弱环流背景条件下发生,暴雨区有深厚的水汽和较强的不稳定能量,但天气尺度系统上升运动不深厚强度也不强,因而预报难度大。(3)初始对流在防城港南部近海海面触发,靠近海岸线时迅速发展加强,在防城港沿海地区演变成一个较大尺度的M_βCS,其西侧和南侧出现一连串强度45～55 dBZ γ中尺度对流系统,不断经过暴雨区上空,形成列车效应最终导致极端降雨的发生。(4)天气尺度背景为北部湾近海海面出现对流提供了有利条件,低空急流的显著加强触发防城港市近海海面初始对流生成;不同性质下垫面的热力差异和M_βCS冷池出流造成防城港沿海地区出现中尺度低压及中尺度辐合线,致使对流在防城港沿海地区增强和长时间维持。(5)高温高湿环境中尺度扰动可能处于暖湿不稳定层结...     

西江流域致洪暴雨的准双周振荡及大气环流模型

为了做好西江流域致洪暴雨的中期预报,采用小波分析、Lanczos滤波器分析了1961—2008年西江流域13次致洪暴雨期间降水与850 hPa风场的低频振荡特征,研究了850 hPa风场的10～30天低频传播对致洪暴雨的影响,并采用合成分析建立了由西风带系统导致的致洪暴雨准双周振荡的大气环流模型。结果表明,致洪暴雨期间降水主要以10～20天的准双周振荡为主,它们多数与西江流域850 hPa风场8～35天振荡的正位相有较好的对应关系。来自西江流域以南逐渐向北传播的低频纬向风或来自30 °N附近逐渐南传并加强的低频纬向风与多数来自西北太平洋向西传播的低频纬向风在西江流域相遇,是导致致洪暴雨具有准双周振荡的可能原因之一。当500 hPa巴尔喀什湖以东的高压脊开始隆起并逐渐东移,我国东北-华北-长江中下游逐渐转为明显的华北低槽控制,华南由青藏高原东部弱的西风槽转为明显的高空槽控制,副高不断加强西伸,同时850 hPa上空来自孟加拉湾穿过中南半岛的西南风不断加强,位于华南急流轴以西弱的气旋性弯曲也不断加强,地面上转为东高西低、等压线经向度明显,西江流域致洪暴雨开始并逐渐达到强盛期。这些特征可作为西江流域致洪暴雨的中期预报提供参考依据。      

陕西早春一次罕见暴雨过程的环流演变及水汽输送分析

利用天气学、卫星云图和物理诊断方法,对2004年2月20日发生在陕西省的一次暴雨过程进行分析。结果发现：其环流演变是一次纬向型朝径向型环流快速调整的过程;暴雨区的主要水汽输送分别由700 hPa孟加拉湾的西南暖湿急流和低纬度热带低气压西侧的850 hPa的偏南气流提供,热带低压西侧的偏南急流直伸到陕西的位置决定了强降水的落区;云图分析显示暴雨期间在菲律宾附近有一个热带低气压云系存在并维持,与夏季出现大范围暴雨时的云图特征较为相似。结论表明对陕西春季的暴雨预报除考虑环流演变外,还应关注低纬地区的水汽和能量输送及热带低压云系活动状况。