2007年7月18—19日山东省大暴雨天气分析

应用常规观测资料、中尺度站资料、卫星云图、雷达回波和T213数值预报产品,对2007年7月18-19日山东省大范围对流性暴雨天气的成因进行了分析.分析了产生暴雨的天气系统特征,大气垂直稳定度和对流有效位能,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制,给出了产生暴雨的对流云团演变特征.研究结果表明,对流性大暴雨是由东北冷性低涡、前倾槽、副热带高压边缘西南暖湿气流和冷空气的共同影响产生的.低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向暴雨区输送.前倾槽结构和低层增温增湿使得大气强烈的对流不稳定和对称不稳定.低层较强的东北气流与强盛的西南暖湿气流侧向汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强,对流不稳定能量释放,产生中尺度对流云团.地面冷锋前生成中尺度低压,加强了辐合上升运动.高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持.卫星云图中显示两个对流云团合并发展形成中尺度对流复合体(MCC).雷达回波中表现为两个东西向的带状强降水回波相衔接,缓慢南移;暴雨区上空东北气流、西北气流和西南气流相汇合;低层东北气流逐渐增大.冷空气从低层侵入.     

台风倒槽影响下邯郸大暴雨过程分析

从天气系统背景、FY-2C卫星产品、水汽通量分布特征和大气稳定度特征等方面,分析了受台风低压倒槽与东移锋面云系的共同影响,于2005年7月21日夜间到23日邯郸市出现的大范围的暴雨天气,结果发现:500hPa槽前中尺度切变线是直接影响产生暴雨的重要系统;地形作用使迎风坡降水增强;中尺度对流云团和雨团关系密切,暴雨中心位于OLR和TBB低值区下面;西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海、东海,东部平原大暴雨水汽主要来源于南海;暴雨区上空低层为对流不稳定,高层为对称不稳定。     

台风倒槽影响下邯郸大暴雨过程分析

从天气系统背景、FY-2C卫星产品、水汽通量分布特征和大气稳定度特征等方面,分析了受台风低压倒槽与东移锋面云系的共同影响,于2005年7月21日夜间到23日邯郸市出现的大范围的暴雨天气,结果发现500 hPa槽前中尺度切变线是直接影响产生暴雨的重要系统;地形作用使迎风坡降水增强;中尺度对流云团和雨团关系密切,暴雨中心位于OLR和TBB低值区下面;西部山区的暴雨区水汽主要来源于南海、东海,东部平原大暴雨水汽主要来源于南海;暴雨区上空低层为对流不稳定,高层为对称不稳定.     

冷空气对台风“海葵”(1211)倒槽特大暴雨作用分析

针对2012年8月10日发生在台风"海葵"(1211)减弱低压倒槽顶部的特大暴雨过程,利用加密自动气象站、卫星云图、NCEP再分析资料,结合中尺度数值模式的模拟结果,分析了这次特大暴雨期间的中尺度对流系统演变特征及形成机理。研究表明,东北冷涡后部南下的冷空气为特大暴雨的发生提供了有利的热动力条件,促进了降水的发展。冷空气主体偏北,仅从对流层中层侵入低压倒槽北部,而对流层低层并无明显冷空气影响,使暴雨区上空形成冷平流叠置于暖平流之上的温度平流垂直分布结构,促进这一地区对流不稳定层结的建立和发展。冷空气与低压倒槽内辐合上升的暖湿空气对峙于对流层中层,引起中层锋生,锋生效应使风场辐合加强,进一步促进锋生。两者相互作用促进暴雨区及附近的中小尺度对流系统发展,在暴雨区上空强迫出一支对流尺度的强上升气流,加强低层水汽向上输送,使暴雨区上空水汽辐合层迅速增厚,从而引发局地特大暴雨天气发生。     

地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

福建一次秋季大范围暴雨成因分析

应用常规观测资料及NCEP再分析等资料,对2008年10月5—6日福建大范围暴雨成因进行诊断分析。结果表明:热带低压倒槽与冷空气共同作用使暴雨区低层气旋性辐合加强,上升运动加剧;差动温度平流增强斜压大气对称不稳定度;次级环流圈的形成和维持加大了降水强度并延长了降水持续时间;南海低层偏南气流为暴雨区输送了源源不断的水汽,同时也提供了动力和热力条件,对不稳定能量的积累、输送和释放起了关键作用;暴雨区层结不稳定维持较长时间,垂直风切变为对流系统的发展提供动能,造成对流系统斜压发展,激发位势不稳定能量释放;螺旋度在诊断低压中心位置、发展和移动的能力比垂直速度或涡度单一因子更好,但与降水中心位置存在滞后现象。     

海南岛“0810”特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征。结果表明：导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,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意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖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,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强。充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件。多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和＂列车效应＂使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同。     

海南岛"0810"特大暴雨物理量诊断及多普勒特征分析

应用常规观测、海口多普勒回波及NCEP1×1°再分析等资料,对2008年10月12～15日海南特大暴雨成因进行诊断分析,并揭示了暴雨过程中的多普勒回波特征.结果表明:导致海南岛产生强降水的主要原因是热带低压移动缓慢和弱冷空气的低层入侵;当冷暖空气交绥,大气温湿结构发生突变,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意味着低层暖湿空气的平流大于高层,加强了层结对流不稳定发展;在斜压扰动作用下,对流层中层正差动涡度平流和低压东侧的暖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,导致暴雨区上空的垂直运动的发展,促使暴雨增强.充沛的水汽输送及水汽的强烈辐合,为暴雨发生的有利水汽条件.多普勒径向速度揭示了暴雨区低层冷平流高层暖平流、风向风速的垂直切变大的垂直结构以及持续性的强烈辐合等等特征,回波停滞和"列车效应"使降水增幅,降水回波的性质差异,可造成强降水区域分布的不同.     

陕南一次暴雨天气过程的诊断分析

应用常规气象观测资料、NCEP（1°×1°）再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2007年7月28—29日发生在陕南丹凤的暴雨天气进行综合分析。结果表明：贝加尔湖的阻塞高压使得中高纬环流形势稳定,河套低涡、副高位置稳定少动,商洛处于稳定的东高西低的环流形势是本次暴雨的大尺度环流背景;低涡切变,低空西南急流为本次暴雨过程提供了充沛的水汽和能量条件,暴雨区上空存在着明显的水汽通量辐合中心,中层干冷空气由东北向下侵入暖气团,在雨区上空形成对流不稳定区。暴雨区上空900～300hPa都为正涡度区,为一深厚的气旋性涡旋,有利于对流的发展,雨区垂直运动发展旺盛且深厚,为大降雨提供了抬升条件。散度垂直分布从对流层低层到高层呈现辐合一辐散的双重结构,有利于对流的发生发展。     

低空冷式切变线引发区域性大暴雨成因分析

应用常规资料、自动站雨量资料、卫星云图及雷达资料,对2009年5月9-10日发生在鲁西北和鲁中北部的一次区域性大暴雨进行分析。分析发现,低层冷式切变线是引发大暴雨的主要系统,暴雨主要产生在低空冷式切变线右侧、西南低涡的东北象限以及低空急流的左前方,也是高低空急流耦合区。副高西侧的西南急流建立起从南海到华北中部的水汽通道,为大暴雨的发生发展提供暖湿空气和能量,使得低涡辐合加强,是低层切变线长时间停滞的必要条件。地面锋面气旋则是暴雨开始的启动机制,锋后东北冷空气与西南暖湿空气在山东上空交汇,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。在低层辐合、高层弱辐散的情况下,暴雨区低涡的涡动作用使得水汽块运动加强。多个对流单体合并形成的中尺度对流系统(MCS)经过大暴雨区,雷达回波表现为层状云为主的混合回波带,说明对流并不旺盛。     

Factors responsible for the increasing trend of mei-yu season rainfall during 1979–2020 over the western and eastern mei-yu domain

The mei-yu season (June–July) rainfall over the mei-yu monitoring domain (MMD) in the Yangtze–Huaihe Basin has shown an increasing trend in recent decades. This study examines the dominant factors responsible for this increasing trend for the period 1979–2020 based on station-observed rainfall and ERA5 reanalysis datasets from the perspective of changes in atmospheric circulation. Although significantly increasing trends exist in the mei-yu season rainfall over the entire MMD, the magnitude of the trends is slightly larger over the eastern MMD (EMMD) than over the western MMD (WMMD). Quantitative diagnoses demonstrate that the relative contributions of anomalous evaporation and moisture advection to the increasing rainfall trend are different between the EMMD and WMMD. The increasing rainfall trend over the WMMD (EMMD) is attributable to increased evaporation (enhanced vertical moisture advection), which is dependent on an anomalous cyclonic circulation in the middle-lower troposphere over the MMD. Such an anomalous cyclone on the northwestern side of the climatological western North Pacific subtropical high facilitates an increase in moisture divergence above 600 hPa over the EMMD, leading to enhanced vertical moisture advection in conjunction with strengthened moisture convergence at 850 hPa. By contrast, the anomalous cyclone favors increasing local evaporation over the WMMD.摘要近几十年来, 江淮流域梅雨监测区 (MMD) 的梅雨期 (6–7月) 降水呈增加趋势. 本文基于1979–2020年台站观测降水资料和ERA5再分析数据, 从大气环流变异的角度揭示了这种长期增加趋势的主要影响因素. 发现在MMD范围内, 梅雨期降水趋势的增幅东部大于西部. 水汽收支定量诊断表明, 异常的蒸发和水汽平流对MMD西部和东部降水增加趋势的相对贡献是不同的. MMD西部 (东部) 的降水趋势主要归咎于增强的局地蒸发 (增强的垂直水汽平流) , 后者又取决于MMD对流层中, 低层的异常气旋环流. 这种位于气候平均的西太平洋副热带高压西北侧的异常气旋有助于MMD东部600 hPa以上的水汽辐散增加, 伴随加强的850 hPa水汽辐合, 从而导致垂直水汽平流的增强. 相反, 该异常气旋则有利于增强MMD西部的局地蒸发.     

十一运会开幕式消（减）雨作业数值模拟研究

利用中科院大气所开发并发展的三维对流云模式对十一届全运会开幕式当天影响山东的对流过程进行了数值模拟和过量催化试验。结果表明模拟自然云与观测事实吻合较好;设计96组催化方案对该个例进行消(减)雨模拟试验、催化试验表明,在模拟云3.5km高度的最大过冷水含量中心引入3600.0g碘化银催化剂,连续催化消(减)雨效果较好(地面降水总量减少97.5%),此次模拟对比分析了模拟自然云与催化云,从微观上探讨了消(减)雨的基本原理,模拟所用催化剂量、催化部位与当天山东人影办的作业实际基本一致,对指导实际作业有一定的参考价值。     

FY-2/D卫星反演的云特征参数与地面降水的相关分析

利用中国气象局人工影响天气中心研发的云参数卫星反演系统反演得到的产品,结合地面自动站观测资料,对2009年9月19—20日降水过程的云参数及地面雨量进行对比分析。结果发现:云顶高度、云顶温度、过冷层厚度和云光学厚度对本次降水过程指示性不强,而云粒子有效半径及云液水路径对降水有较好的指示作用,且云液水路径指示作用更强,二者的变化超前于地面降水30min到1h;云液水路径及云粒子有效半径大值区与地面雨量的大小呈正相关,云液水路径值大于400g.m-2及云粒子有效半径大于27μm区域与地面雨强中心位置基本一致。掌握云参数的演变规律,有助于监测、识别大范围人工影响天气作业条件和分析可播区。     

Budget analysis of mesoscale available potential energy in a heavy rainfall event over the eastern Tibetan Plateau: 青藏高原东部暴雨的中尺度有效位能收支分析

Using model simulated data, the distribution characteristics, genesis, and impacts on precipitation of available potential energy (APE) are analyzed for a heavy rainfall event that took place over the eastern Tibetan Plateau during 10–11 July 2018. Results show that APE was mainly distributed below 4 km and within 8–14 km. The APE distribution in the upper level had a better correspondence with precipitation. Northwestern cold advection and evaporation of falling raindrops were primary factors leading to positive anomalies of APE in the lower level, while positive anomalies of APE in the upper level were caused by a combination of thermal disturbances driven by latent heat and potential temperature perturbations resulting from the orography of the Tibetan Plateau. Budget analysis of APE indicated that APE fluxes and conversion between APE and kinetic energy (KE) were the main source and sink terms. Meridional fluxes of APE and conversion of KE to APE fed the dissipation of APE in the lower level. Vertical motion enhanced by conversion of APE to KE in the upper level was the major factor that promoted precipitation evolution. A positive feedback between APE and vertical motion in the upper level generated a powerful correlation between them. Conversion of KE to APE lasted longer in the lower level, which weakened vertical motion; whereas, northwestern cold advection brought an enhanced trend to the APE, resulting in a weak correlation between APE and vertical motion.摘要针对2018年7月10-11日青藏高原东部一次暴雨过程, 利用模式模拟资料分析了有效位能分布特征,成因及其对降水发展演变的影响.结果表明, 有效位能主要分布在对流层低层4km以下和高层8-14km, 高层有效位能和降水有更好的对应性西北冷平流和降水粒子下落的蒸发作用是低层有效位能高值中心的主要成因, 而降水过程释放潜热带来的热力扰动叠加高原大地形造成的位温扰动是导致高层有效位能高值的主要原因.有效位能收支分析表明, 有效位能的通量输送项以及与动能间的转换项是主要源汇项.低层有效位能的经向通量输送和动能向有效位能的转化补给了有效位能的耗散;高层有效位能向垂直动能转化增强垂直运动是促进降水发展演变的主要因素.高层有效位能与垂直运动之间的正反馈过程使得两者相关性较强;低层较长时间内均存在垂直动能向有效位能的转化, 削弱了垂直运动, 而西北冷平流使得低层有效位能有增强的趋势, 因此二者相关性较弱.     

Association between tropospheric temperature and tropical cyclone peak intensity over the North Pacific and North Atlantic

台风作为一种灾害性天气,其破坏性大小与自身强度有很大的关系.因此,本项研究利用NCEP-NCAR和MERRA再分析数据,考查了北大西洋,西北太平洋,东北太平洋台风强度峰值与对流层温度的关系.台风强度峰值与大气温度的相关系数,以及极大和极小台风强度峰值下大气温度的差值,共同显示:北大西洋台风强度峰值受到对流层顶低温和对流...     

山东2009年10月降水气候背景及前期海温与大气环流特征

利用1951—2009年北半球500hPa高度、北太平洋海温、环流特征量、降水等资料,采用相关分析、合成分析、经验函数正交分解(EOF)、子波分析等多种统计技术,对影响山东2009年10月降水趋势的各种因素进行分析和研究。结果表明:山东10月降水大致存在3种降水分布型;在不同时间尺度的气候背景上,2009年10月山东基本处于一个少雨或由少雨向多雨转换的气候阶段;2009年春季加利福尼亚冷流的减弱,2009年6月开始的厄尔尼诺事件及6月起西太平洋副高持续的偏强、偏西、正常或偏南状态,各种指标均指示山东10月降水偏少的可能性大,预测与实况基本吻合。     

Evaluating the performance of a WRF microphysics ensemble through comparisons with aircraft observations: 与飞机观测资料对比评估WRF微物理方案集合的模拟能力

Aircraft observation data obtained in a mesoscale convective system are compared to Weather Research and Forecasting (WRF) model simulations using four microphysics schemes (Morrison, WSM6, P3, SBM) with different complexities. The main purpose of this paper is to assess the performance of the microphysics ensemble in terms of cloud microphysical properties. Results show that although the vertical distributions of liquid water content (LWC) and ice water content (IWC) simulated by the four members are quite different in the convective cloud region, they are relatively uniform in the stratiform cloud region. Overall, the results of the Morrison scheme are very similar to the ensemble average, and both of them are closer to the observations compared to the other schemes. Besides, the authors also note that all members still overpredict the LWC by a factor of 2–8 in some regions, resulting in large deviation between the observation and ensemble average.摘要使用 WRF 模式中的 Morrison,WSM6,SBM,P3 四种微物理方案的集合, 模拟中尺度对流系统降水过程.研究发现不同的微物理方案模拟的对流云区液态含水量,冰水含量的垂直分布各不相同, 而模拟的层状云区液态含水量, 冰水含量的垂直分布结果相似. 总的来说与其他方案相比, Morrison 方案和集合平均的结果最接近观测值.我们也注意到在一些区域, 所有成员均高估了液态含水量 2–8 倍, 这也导致了在这些区域集合平均值与观测相比仍然有很大的差距.     

Possible contribution of the PDO to the eastward retreat of the western pacific subtropical high: PDO对西太平洋副热带高压年代际东退的可能贡献

Previous studies have demonstrated that the western Pacific subtropical high (WPSH) has experienced an eastward retreat since the late 1970s. In this study, the authors propose that this eastward retreat of the WPSH can be partly attributed to atmospheric responses to the positive phase of the Pacific decadal oscillation (PDO), based on idealized SST forcing experiments using the Community Atmosphere Model, version 4. Associated with the positive phase of the PDO, convective heating from the Indian Peninsula to the western Pacific and over the eastern tropical Pacific has increased, which has subsequently forced a Gill-type response to modulate the WPSH. The resulting cyclonic gyre over the Asian continent and the western Pacific in the lower troposphere is favorable for the eastward retreat of the WPSH. Additionally, the resulting anticyclonic gyre in the upper troposphere is favorable for the strengthening and southward expansion of the East Asian westerly jet, which can modulate the jet-related secondary meridional–vertical circulation over the western Pacific and promote the eastward retreat of the WPSH.摘要以往的研究已证实, 西太平洋副热带高压 (副高) 在1970s后期减弱东退.基于大气模式 (CAM4) 的理想型海温强迫试验, 结果表明:副高的东退可能是大气对于正位相太平洋年代际振荡 (PDO) 的相应.伴随着PDO转变为正位相, 西太平洋至印度半岛以及热带东太平洋的对流加热增强, 大气表现为Gill型响应, 在亚洲大陆至西太平洋上空低层产生气旋性异常, 有利于副高东退.同时, 高层产生反气旋异常, 使得东亚西风急流加强和向南扩展, 进而调节西太平洋上空的次级环流, 进一步有利于副高东退.     

Different response of North Pacific storm tracks in the upper and lower troposphere to jet strength

The midwinter suppression of North Pacific storm tracks (NPSTs) reflects that the linear relationship between the NPST and baroclinicity breaks in winter. Based on the reanalysis data during the cold seasons of 1979–2019 and a tracking algorithm, this study analyzes the eddy growth process and shows that an enhanced upper-tropospheric jet favors the generation of upper-level eddies on the northeast side of the Pacific jet, but increasingly suppresses the generation of those in the Northwest Pacific. The upper-level eddies generated upstream of the jet core are unable to grow sufficiently throughout the whole cold season, and only those generated downstream of the jet core can grow normally and constitute the main body of the upper-level NPST. By contrast, the main lower-level eddy genesis area and growth area coincide with the baroclinic zone, with the genesis number and local growth rate increasing with the baroclinicity.摘要北太平洋风暴轴的深冬抑制表明风暴轴强度与斜压性之间的线性关系在冬季破裂. 本研究基于1979–2019年冷季的再分析数据和拉格朗日跟踪算法, 对比分析了高低层扰动的具体生长过程. 结果表明太平洋急流的增强有利于高层扰动在急流核东北侧产生, 但却抑制其在西北太平洋的生成. 在急流核上游产生的高层扰动在整个冷季都无法充分发展, 只有在急流核下游产生的高层扰动才能正常生长且它们是构成高层太平洋风暴轴的主体. 相比之下, 低层扰动的生成区和生长区都与斜压区重合, 并且它们的生成数量和局部增长率随着斜压性的增强而增强.