西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水。在副高中心盛行大尺度下沉气流的环境中,对流是怎样发生的？降水的水汽来自哪里？本文以2003年8月2日发生在江西、浙江等地区的热对流降水为例,研究了地表的非均匀感热加热对增强对流的贡献和地表蒸发、水汽水平通量辐合对降水的贡献。本文首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;接着利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;再进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献。结果表明,在副高控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动。低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层。同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大。热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合。定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小。     

对流温度在局地热对流降水预报中的应用

热对流降水是副热带高压控制下常见的一种天气现象,突发性强且时空尺度小,是目前天气预报业务中的难点。本文尝试使用对流温度（Tc）预报热对流降水。首先改进了 MICAPS3中Tc 的算法。然后使用2004—2013年7—8月南京站的探空和地面观测资料,探讨了在副热带高压控制下时使用Tc 预报热对流降水的可行性。结果表明,南京站热对流降水发生的气候平均概率约为1／6;热对流降水的发生概率随日最高温度（Tmax ）与Tc 的差值先增大后减小;当Tmax比Tc 低0．5℃以上时,发生概率低于平均概率;当Tmax比Tc 高0．5～1．5℃时,热对流降水的发生概率最大,达到了40％。Tmax＞30℃、Tmax－Tc＞－3．5℃是副热带高压控制下的热对流降水发生的两个必要条件。另外,对34个热对流降水的统计表明,热对流降水主要出现在每日13—18时,平均持续时间为50 min,平均降水量为7．8 mm。     

登封2007年春季大到暴雨的特征分析

利用NCEP提供的再分析资料(Global Final Analyses),对2007年3月3日登封市大到暴雨天气过程从动力和热力条件、水汽输送、湿Q矢量等方面进行分析,结果表明:这次降水过程的两个主要降水时段都出现在次级环流的垂直运动上升区内;暴雨过程中登封上空中低层维持一高能区;温度平流值陡降,导致这次降水过程结束和强降温天气的发生;整个暴雨过程登封维持着通畅的水汽通道和较强的水汽辐合,水汽辐合中心区对应降水集中时段.     

2008年1月我国南方持续雨雪过程的诊断分析

采用T213L31产品模式大气资料,对2008年1月我国南方雨雪过程的天气尺度的凝结函数降水、水汽通量辐合降水,以及对流不稳定与层结湿不稳定降水做诊断计算.结果表明,大尺度稳定性上升运动的凝结函数降水场和天气尺度波动的水汽通量辐合降水场,可以反映西风带天气系统,进而反映长波调整与更替及伴随"槽来脊去"的大尺度水汽场相变...     

青藏高原一次冰雹强对流天气过程的诊断及雷达回波特征分析

利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达（C-POL）的观测资料、ERA-Interim 0.125°（纬度）×0.125°（经度）气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊断及雷达回波特征分析。结果表明:1）此次冰雹强对流过程发生在有切变线伴随的高原低涡东移过程中,低涡尾部前倾的切变线为这次冰雹的发生提供了动力、水汽条件。2）强对流天气的水汽输送主要来自从孟加拉湾、印度及尼泊尔翻越喜马拉雅山脉的水汽,强对流发生前水汽输送显著增加,低层水汽集中在400 hPa以下,有明显的辐合及垂直输送。3）那曲400 hPa以下为假相当位温随高度递减区,也是水平辐合及垂直上升运动的重合区,有明显的对流不稳定能量集聚及动力抬升条件。4）雷达回波图上可看到,此次强对流天气主要由局地新生的多个中γ尺度孤立对流单体造成,其移动路径与切变线前西南气流一致。大部分单体水平尺度不大,生命史短,但仍有部分单体强度大,生命史较长。局地气流辐合扰动会导致新的单体产生,单体的发生、发展及维持离不开低层气流辐合提供的动力条件。5）在距离高度显示图上表现出了弱单体雹云特征,雹云云顶伸展至16 km,高于夏季平原地区普遍对流云高度,但未突破对流层顶,0℃层远低于平原地区,为深厚强对流降水;强降水中心位于云团下部,即有降雹也有降水,降雹以霰粒为主;垂直方向存在强烈的入流和上升气流,悬挂回波出现在入流上升气流之上,中层辐合区的气流下沉区对应降雹区;中层辐合区与上层的高空辐散区配合导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。     

西太平洋副热带高压控制下湖南一次短时强降水成因分析

在天气预报业务中,发生在西太平洋副热带高压控制下的短时强降水容易出现漏报。为加深对西太平洋副热带高压控制下湖南短时强降水的认识,探究其成因和触发机制,本文利用地面自动站、多普勒天气雷达观测资料及FY-2F云顶亮温、NCEP再分析资料等,针对2018年9月6日一次西太平洋副热带高压控制下的湖南短时强降水成因开展研究。结果表明:在强盛的西太平洋副热带高压脊区内,丰沛的水汽、较强的不稳定能量及一定的抬升条件可触发短时强降水天气。正午前,受弱冷空气侵入影响,低层切变配合地面中尺度辐合线引起近地面动力抬升,从而触发对流性降水;午后,受太阳辐射影响,地面气温达到对流触发温度,从而触发热对流。正涡度区及低层辐合区在降水发生后都向上延伸,有利于垂直上升运动的维持,但较典型汛期强降水过程的动力条件明显偏弱。环境风及其垂直风切变小,且雷暴单体移动缓慢,有利于强降水在同一地区长时间维持。     

2012-08-13关中西部致灾大暴雨中尺度分析

利用实时资料、自动站加密资料、FY-2C卫星、宝鸡多普勒雷达等资料,对发生于关中西部宝鸡2012-08-13大暴雨天气成因进行分析,重点揭示其中尺度系统特征。结果表明生命史10 h的中尺度对流系统(MCS)是大暴雨的直接原因。而MCS是天气尺度和中尺度系统共同影响造成的:天气尺度东北急流提供大尺度辐合上升运动动力、水汽输送、辐合,从而使关中水汽、稳定度演变为利于对流性降水天气发生,且携带冷空气触发形成MCS,地面中尺度切变线提供带状辐合使对流组织加强。雷达图上,带状、块状强回波对应强降水,当组合反射率因子40 dBz、垂直液态含水量5 kg.m-2、回波顶高9 km时,雨强≥16 mm/h(出现短时暴雨)。     

黑龙江省非典型天气系统下短时强降水和冰雹特征分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、FY-2卫星云图、新一代天气雷达及NECP的1°×1°再分析资料对黑龙江省的2006—2014年冰雹和2008—2014年的强降水在非典型性天气系统下表现出的局地要素特征以及卫星和雷达特征进行分析。分析结果显示:较大的对流有效位能、低层强暖空气为对流发生提供了热力不稳定;700 h Pa湿区配合500 h Pa干区使得冰雹具备了对流不稳定性,700 h Pa湿区与低层弱水汽辐合能够为强降水的产生获得有利的水汽垂直分布;最终在地面辐合的触发下产生对流;冰雹有较高的0℃层高度和较低的气压;冰雹和强降水有利的地形高度和对流有效位能分别为200~500 m、100~200 m和200~600 J/kg、400 J/kg以上。它们在卫星云图和雷达上的表现往往比较孤立,移动较快,超过75%的云团都是小云块直接或间接产生,产生的时间与形状和面积突变时一致,产生的位置与合并处相同,伴有大的云团时,低层水汽辐合会明显。雷达回波上很难探测到特征回波,强降水多由原地生消或列车效应产生,一般在降水前1 h左右会出现小对流泡。     

南昌“6.29”短历时暴雨过程的成因及其中尺度特征

2022年6月26—29日长江中下游梅雨锋雨带南压减弱,29日江西降水却显著加强,北部出现了一条窄而强的暴雨带,南昌城区2 h降水超100 mm,最大小时降水量113.2 mm,引发严重内涝。利用常规观测、ERA5再分析、风云气象卫星和多普勒天气雷达等资料分析南昌城区此次短历时暴雨成因及中尺度特征和维持机制,结果表明：暴雨发生前江西850 hPa西南气流显著减弱,而水汽、能量却增加,28日08∶00—29日08∶00南昌露点温度、整层可降水量、总温度分别由23.5℃、57.5 mm、76℃上升至26℃、69 mm、81℃,有利于对流性强降水发生发展;高层持续强辐散、600—800 hPa干冷空气侵入、925—975 hPa边界层急流增强导致水汽在边界层强烈辐合等是暴雨主要成因;暴雨发生初期,赣东北对流回波具有明显后向传播特征,与赣西北东移回波在南昌合并快速发展,降水迅速增强,合并后强回波带南侧、西南侧不断有对流单体新生向东北方向移动汇入,造成强回波在南昌停滞少动;对流单体在冷池出流与环境大气的辐合线上新生,赣东北、赣西北辐合线分别位于对流带的西侧、东侧,两条辐合线移动方向相反在南昌地区...     

福建一次持续性强对流天气过程诊断分析

利用加密地面观测资料、 自动站资料、 常规观测资料和NCEP再分析资料, 分析了2012年4月10—12日福建省持续性强对流天气过程的形成机制。结果表明, 此强对流天气过程是在稳定的大尺度环流背景条件下产生的, 低层辐合和高层辐散相叠置、 良好的水汽输送、 大气层结不稳定和高CAPE值为强对流发展提供了必要的热动力条件; 地面中尺度辐合线触发对流发展, 而中层冷空气的侵入加剧了大气层结的不稳定, 使对流发展加强; 最大上升运动中心高于0 ℃层高度以及强的风垂直切变, 有利于冰雹形成。强对流天气潜势预报分析和卫星、 雷达及自动站资料的跟踪分析是做好强对流天气预报预警的有效方法。     

用GPS水汽监测资料分析一次强对流性降水过程

用江苏省地基GPS水汽监测系统得到的大气可降水量(PWV)资料,对江苏地区2009年夏季一次强对流性天气产生的降水过程进行了综合分析,分析了各时段GPS-PWV的变化特征和水汽的输送特点,并利用WRF中尺度数值模式对此次过程进行了数值模拟。结果表明:GPS-PWV对于空中水汽变化具有很高的敏感性,能及时地反映大气中水汽的时空变化。通过对数值模式结果进行分析后,发现强盛的水汽输入及辐合上升、中高层弱冷空气的侵入活动、低层西南气流加强、对流不稳定层加剧等多种因素的共同作用是造成此次中小尺度对流性降水的主要原因。GPS-PWV提供的精确水汽变化结合数值模式所模拟出的动力、热力条件对于强对流性暴雨预报和降水区域判定具有较好的参照意义。     

天山北坡中部一次强对流天气中小尺度系统特征分析

利用Doppler雷达资料, 结合常规观测资料及T213再分析资料, 对2008年8月26日18:00~19:30发生在天山北坡中部石河子南部山区强对流天气的影响系统和中小尺度强对流天气落区形成的原因进行了详细分析。结果表明： 西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限分裂出的中尺度短波是造成“2008.8.26”强对流天气过程的直接影响系统; 地形辐合回波带是造成这次过程的主要系统; 地形辐合回波带上的中-γ对流单体滚动更迭是强对流天气落区形成的直接原因; 中高层干冷、 低层暖湿, 低层中尺度辐合切变线对强对流天气的发生具有重要作用。回波强度、 回波顶高度的迅速增加、 垂直累积液态水含量的跃增和面积的扩大, 中气旋的出现都对“2008.8.26”强对流天气的发生具有预警指示意义。当回波强度>50 dBz、 回波顶高度>8 km、 垂直累积液态水含量急增到50 kg·m-2以上时, 将预示有强对流天气出现。垂直累积液态水含量的大值区是对流云强度最强的地方, 与强对流天气落区相对应; 其高值区的强度和范围与强降水的强度和范围成正比。在暴雨发生前和发生期间落区附近近低层存在着西南暖湿气流向暴雨中心的输送。     

2020年1月初怀化一次罕见强对流天气过程分析

利用国家气象观测站常规探测数据、怀化区域自动雨量站和雷达数据以及NCEP1°×1°再分析资料,对怀化2020年1月初一次罕见的强对流天气过程进行了研究分析。结果表明:此次强对流天气在怀化南北部表现出不同的特征,中北部强对流天气属于高架对流类,南部属于斜压锋生类,且强度明显强于中北部;“上干下湿”特征、较强的下沉对流有效位能以及强的垂直风切变,有利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气;中北部受逆温层抑制作用,而南部与中北部相比具有更有利于强对流天气发生发展的水汽条件、辐合上升运动条件以及不稳定条件,这也是造成两者差异的主要原因。雷达分析表明,怀化南部发展较高的强回波单体是造成局地短时强降水出现的主要原因,超级单体导致出现冰雹,低仰角速度大值区预示着雷达大风的产生,风廓线中中层干侵入现象对强对流天气开始、结束有较好的指示意义。     

2013年汛期华中区域业务数值模式降水预报检验

利用常规气象资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料、NCEP再分析资料、细网格模式资料以及区域中尺度模式,对2017年8月18日夜间沙颍河流域一次短时极端强降水过程的漏报原因和可预报性进行了探讨。结果表明：此次过程发生在西低东高的环流背景下,低层和边界层切变线稳定维持、超低空西南急流建立为强降水过程提供了水汽输送和辐合抬升条件;弱冷空气沿华北南部扩散南下逐渐侵入倒槽,在沙颍河流域形成中尺度辐合线（辐合中心）且长时间维持,触发不稳定能量释放,对暴雨有一定的可预报性。两个中尺度对流云团加强、合并发展为β中尺度对流系统,呈准静止状态,在沙颍河流域下游维持长达6 h是降水增强的直接原因。冷池及其前侧地面中尺度辐合线触发中尺度对流系统,强回波不断在中尺度冷池前侧温度梯度高值带中发展并维持,造成短时极端强降水。本次过程动力条件较弱,水汽主要集中在边界层,热力不稳定条件极为有利,但数值模式对此类对流性暴雨的捕捉能力有限,是暴雨漏报的原因。数值模式和业务预报对降水强度及极端性估计不足,以及预报员缺乏极端天气预报经验,也是造成这次过程预报失误的原因之一。

     

基于葵花8号卫星资料的沈阳两次暴雨过程中对流云特征对比分析

应用葵花8号卫星资料,结合NCEP FNL再分析、GNSS遥感水汽、风廓线雷达、全国智能网格实况融合分析资料,对2017年7月14日和2018年8月7日沈阳两次暴雨过程(分别简称过程Ⅰ和过程Ⅱ)中对流云特征进行了比较分析,重点探讨了对流云的触发维持机制与影响降水特征差异的因素。结果表明:(1)两次过程分别为局地突发暴雨和区域性极端暴雨,沈阳市区暴雨均由两个对流云团引发,对流云团合并使得降水持续。过程Ⅱ云团合并发生在其移动方向的后侧,具有后向传播特征,合并云团沿其长轴方向移动影响沈阳市,使降水时间延长。(2)在降水前至降水初期,过程Ⅰ对流云顶和水汽层顶快速上升且云顶迅速超过水汽层顶,而过程Ⅱ亮温下降缓慢。短时强降水发生前红外和水汽亮温同步快速降至-60℃,可作为提前预判对流云团产生短时强降水的参考指标。10 min雨量大于10 mm的对流云云顶集中分布在红外亮温低于-55℃、亮温差为-5~0℃的范围。(3)两次过程中,沈阳市分别位于东北冷涡后部和副热带高压北缘。过程Ⅰ,探空曲线呈“X”型,CAPE高达2584 J·kg^-1,造成对流云深厚,云底以下干层导致雨滴蒸发,使降水强度减弱,该过程高强度降水仅发生在对流云团合并加强阶段。过程Ⅱ,云底到地面湿层明显,保证了雨滴降至地面,产生相同量级降水的云团的TBB比过程Ⅰ高。(4)强降水发生前,地面风场存在明显辐合,当大气可降水量2 h内跃增8 mm时,站点出现强降水;局地水汽跃增可能是低空西南气流偏南分量增大或偏北冷空气侵入到暖湿空气中所致。     

2009年江苏一次强对流天气过程的遥感监测

以卫星水汽图为主,结合可见光云图、雷达资料和常规天气观测资料,分析2009年6月5日发生在江苏徐州沛县的一次冰雹、龙卷天气,结果表明：卫星水汽图中动力异常区与对流系统的交界处和可见光云图上两个对流云团出流边界处触发的新的雷暴云团区域容易产生龙卷等强对流天气;水汽图上的水汽输送带与可见光云图的对流云系相一致,并且水汽图像特征与导致垂直运动和气流变形场的大尺度天气过程有关系,代表着对流层中上部的动力特征;强对流天气发生在低亮温对流云团中。高时空分辨率的卫星和雷达遥感资料很好地反映了短时强对流天气系统的发展与演变,有效地补充了常规天气资料分析的不足,为短时天气预报提供一种思路。     

由河南\

利用常规观测资料以及区域自动站资料、多普勒天气雷达产品、卫星云图、地基GPS水汽资料、闪电定位资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,分析了2016年7月9日豫北特大暴雨过程的环流背景与中尺度对流特征。结果表明:该过程发生在1601号台风北上、500 hPa低涡缓慢东移、200 hPa急流稳定维持的环流背景下,低层辐合、高层辐散,边界层正负温度平流对呈对称分布,对应中尺度次级环流,加强上升运动发展。大气为强对流不稳定结构,为强降水提供了能量条件。水汽输送和辐合为暴雨提供了有利的水汽条件,湿舌伸向豫北,水汽通量高值区和水汽辐合中心对应暴雨中心;GPS可降水量(PWV)在强降水发生前急升,当PWV迅速下降时降水强度明显减弱。强降水主要由低涡云系中不断生成发展的中尺度对流云团造成,其落区与云顶亮温(T_BB)梯度大值区对应且靠近其低值中心,地闪频数峰值提前于强降水峰值1~3 h。地面高温高湿环境和冷舌的侵入对中尺度对流产生有重要作用,地面辐合线为其触发机制,长时间维持导致暴雨发展;混合型回波列车效应明显,强回波伸展高度低于3 km,质心较低,不同于雹暴回波结构,类似于热带海洋型降水回波;雷达速度图上逆风区和辐合区多次出现。豫北特殊地形成为冷空气南下通道,低层维持东南气流,风向与山脉走向垂直,地形强迫抬升以及摩擦辐合作用使暴雨增幅。

     

2019年6月下旬中昆仑山北坡两场强降水对比分析

利用常规气象探测资料、NECP和EC高时空分辨率再分析资料,对2019年6月25日和28日出现在中昆仑山北坡两场强降水过程进行分析。表明：25日过程范围大、持续时间长的强降水,28日为分散、对流性强降水;两场天气过程影响系统有高空急流、中层低值系统、低层辐合线;25日强降水系统移动缓慢、冷空气从东西两侧进入昆仑山北坡,同时西太副高西侧西南风将大量水汽输送至昆仑山北坡,低层存在偏东和偏北、偏西风辐合;28日强降水低值系统移动迅速、对流层有逆温和不稳定,午后升温和低层弱辐合、山前偏北风是对流触发条件。中高层偏西偏南风水汽输送至昆仑山北坡上空,在低层合适的风场将水汽输送汇集到昆仑山北坡是强降水的关键,25日水汽输送强度和厚度明显强于28日。地形对于降水作用表现在热力和动力两方面。