大连地区一次局地大暴雨过程中尺度特征及加密自动气象站数据的应用

利用常规气象观测资料、加密自动气象站风场资料及雷达回波资料对2016年8月7—8日大连地区一次漏报的局地大暴雨过程的中尺度特征进行分析,并探讨了加密自动气象站数据的应用。结果表明:2016年大连地区此次局地大暴雨过程T639、欧洲和日本3种数值模式预报结果差异较大,均漏报了暴雨和大暴雨量级降水。环流形势和物理量场对此次暴雨过程的暴雨与大暴雨量级降水落区均无明显预报指标,而卫星云图上有TBB-45℃的中尺度对流云团与强降水区域对应;最强短时强降水区域雷达回波上有对流风暴单体,最大回波强度达55 d Bz,高度上升至4 km,50 d Bz强回波从地面伸展至6 km高度,且强度均匀,为低质心强降雨回波;同时,由加密自动气象站风场资料可知,提前1 h左右强降水落区有中小尺度辐合线形成,最强区域为中尺度气旋,这个指标配合雷达回波和卫星云图资料可以在环流形势、物理量场和数值预报均无明显特征时,作为局地大暴雨预警的指标。     

鄂西北一次局地大暴雨过程的多普勒雷达回波分析

利用常规观测资料和自动站、加密雨量站、多普勒雷达等资料,对2007年8月9日凌晨鄂西北郧西县马安乡一次局地大暴雨天气进行了分析,重点分析了此次过程的多普勒天气雷达观测资料。结果表明：降水回波由非强风暴对流单体向强风暴对流单体演变造成马安大暴雨;地形作用、回波合并效应使对流发生发展,回波少动使降水维持;中小尺度系统活动频繁,使对流加强,降水持续、升级;主要降水由一强风暴对流单体造成,并有中气旋出现,中气旋直接引发强暴雨;垂直积分液态水含量变化可为判断风暴发展和风暴降水提供有效信息;中气旋、逆风区等中小尺度结构特征对强风暴及暴雨预报有很好的指示作用;反射率因子、平均径向速度、综合切变等产品对强天气现象的识别以及在暴雨分析预报中具有实用意义。     

承德市两次局地性短时暴雨过程的中尺度特征对比分析

2014年6月17日和7月15日,同样在冷涡系统影响下,河北省承德市区先后出现了两次局地性短时暴雨天气过程(小时雨强分别为39.6和66.1 mm·h~(-1),最大10 min雨强分别为15和18 mm)。本文利用常规观测资料、5~10 min加密自动站资料、多普勒雷达数据、卫星云图数据以及NCEP再分析资料,对这两次短时暴雨过程的中尺度特征进行对比分析。结果表明:分钟级降水观测显示,"6·17暴雨"过程10 min雨量随时间表现为持续时间分别约为半小时的双峰型分布;"7·15暴雨"过程降水呈单峰型,持续时间不足1 h;两场局地暴雨是在高空冷涡环流背景下产生的,其触发系统均为地面中尺度辐合中心(辐合线),降水峰值与东南风或风速增大相关联,6 m·s~(-1)的东南风有利于强降水的维持。卫星资料显示,"6·17暴雨"过程直接影响系统为β中尺度对流系统,强降水与TBB低值区对应,"7·15暴雨"强降水对流系统则表现为γ中尺度,与TBB大梯度区对应。"6·17暴雨"过程对应水平尺度近20 km,生命史约半小时,回波强度达65 dBz对流单体回波的合并增强。"7·15暴雨"过程则表现为多个水平尺度不足5 km,生命史不到1 h,回波强度达55 dBz的对流单体回波依次经过承德市区,因"列车效应"造成。两次降水过程中逆风区的出现时间都与强降水时段有很好的配合,且逆风区的持续时间越长,产生的降水强度也越大。     

利用加密探测产品对“06731”北京奥体中心局地暴雨结构特征的精细分析

利用2006年吊装完成投入业务运行的北京南郊S波段新一代Doppler雷达探测产品及北京地区自动站地面测风和雷达风廓线等每6 min一次的多设备加密探测资料,对2006年7月31日上午发生在奥林匹克公园(奥体中心)附近的局地暴雨进行精细分析.结果表明,发生在奥林匹克公园附近,尺度15 km左右,时间2 h的局地暴雨是一次典型的雷暴单体影响过程.造成暴雨落区的雷暴单体源自北京西郊的地形回波带.这个地形回波带由多个中γ尺度中气旋回波块构成.研究表明,这些中气旋回波块的生成首先从近地面开始.中气旋回波块与雷暴单体的发展与近地面辐合,激发边界层扰动的动力过程分不开.     

梅雨期暴雨中强雷达回波的中尺度组织化

本文通过一种滤波技术,将滤出的周期约10小时左右的中尺度气压扰动与雷达回波和地面实测降水比较后发现,雷达回波带沿这种中尺度扰动的某一波阵面排列,而强雷达回波系统(暴雨中心)与波长更短的扰动配合沿回发带向东传播。     

南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征对比分析

利用常规气象探测、FY气象卫星、多普勒天气雷达、地面自动站资料以及NECP、EC高时空分辨率再分析资料,对比分析了2014年8月30日(简称"8.30")和9月8日(简称"9.08")南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征。结果表明:"8.30"过程发生在高压脊前西北气流内,"9.08"过程出现在低涡底部平直西风带内,两次过程中地面和低空中尺度辐合线均是短时强降水的重要影响系统;造成短时强降水的β中尺度对流云团发展迅速、移动快,两次短时强降水分别产生在对流云团TBB梯度最大处和发展过程中范围最大时。两次过程在雷达回波特征方面存在明显差异,对流风暴质心高度明显不同,"8.30"过程影响系统为高质心γ中尺度超级单体,最强回波高度6 km,具有中低层辐合、高层辐散、旋转特征;"9.08"过程影响系统为低质心γ中尺度普通单体风暴,最强回波高度2 km,雷达径向速度上两次过程边界层辐合线对对流风暴的产生和加强有重要作用。     

暴雨多普勒天气雷达回波特征分析及临近预警

对近几年来武汉雷达所观测的典型低涡、梅雨锋暴雨天气过程进行了多普勒雷达观测分析,总结了β尺度暴雨回波系统的基本特征和强降水与诸多因素的关系.分析指出,在短时预报业务中,暴雨回波的识别和预警关键是从整体上要抓住β中尺度暴雨回波系统发生发展的特征,而不是孤立地研究一个对流单体的演变.     

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_BB)资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_BB资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_BB梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。     

2004年7月10日北京暴雨的中尺度分析

利用常规探测、地面加密观测、NCEP1°×1°的6小时资料和雷达资料对2004年7月10日北京罕见的局地暴雨进行了天气动力学和中尺度分析。结果表明这次暴雨是在比较有利的天气背景条件下产生的,造成强降水的3个雨团在时空尺度上具有中β尺度系统的特征,不断移入的对流回波是降水的直接制造者,中尺度辐合线和小低压为降水发生提供了有利的触发条件。     

近10年北京地区极端暴雨事件的基本特征

利用北京地区5 min间隔的自动气象站降水观测资料,SA雷达观测资料、FY-2卫星TBB(Temperature of Black Body)资料、常规气象探空资料和1°×1°NCEP/NCAR最终分析资料,对2006—2013年发生的10次极端暴雨事件(14个区(县)中,任意一个区县代表站24 h内降水量≥ 100 mm,且暴雨区内至少有一个自动气象站降水强度≥ 40 mm/h)的基本特征进行了对比分析。结果表明:(1)长生命周期的单体或多单体组织合并的中尺度对流系统(第Ⅰ类中尺度对流系统)形成的暴雨中心一般位于北京西部山前地区或中心城区,这种分布与低空偏东气流的地形强迫作用或城市强迫作用有关;"列车效应"对应的多单体中尺度对流系统(第Ⅱ类中尺度对流系统)形成的极端暴雨事件往往与两次不同属性的降水过程有关:锋前暖区对流过程和锋面附近的对流过程。因此,降水分布往往平行于低空急流轴或锋面。(2)第Ⅰ类中尺度对流系统形成的极端暴雨过程局地性更强,全市平均降水量远小于暴雨量级(50 mm),其中,由混合型降水主导的极端暴雨事件一般是由几乎不移动的长生命周期单体反复生消造成的,对流高度相对较低;而深对流主导的极端暴雨事件一般由多单体组织、合并、加强造成,由于对流单体的上冲云顶很高,最低TBB一般低于-55℃,这类极端暴雨事件的短时强降水具有显著的间歇性:第一阶段的强降水与单体对流发展过程对应,以后的短时强降水与对流单体组织、合并过程对应。(3)"列车效应"对应的多单体中尺度对流系统暴雨过程,初始阶段一般表现为相互独立的两个对流带,即与锋面系统对应的对流带和与低空急流轴对应的暖区对流带,随着锋面对流带逐渐向暖区对流带移动,低空冷空气逐渐侵入到暖区对流带中,两条对流云带逐渐合并,对流活动进一步发展;或者由于暖区对流带截断锋面对流带的水汽入流,造成锋面对流减弱,而暖区对流带组织性更强,发展更加旺盛。与第Ⅰ类中尺度对流系统形成的极端暴雨过程不同,这类暴雨过程往往造成全市平均降水量达到暴雨(≥ 50 mm)甚至大暴雨(≥ 100 mm)。(4)不同类型的极端暴雨过程,大尺度水汽输送条件不同:"列车效应"造成的暴雨过程多数情况下由源于孟加拉湾和源于西太平洋的两支暖湿季风气流共同构成,大尺度水汽供应充沛;而第Ⅰ类中尺度对流系统中的混合型降水造成的暴雨过程的水汽来源主要与低空东南气流造成的近海水汽输送有关;第Ⅰ类中尺度对流系统中的深对流主导的深对流暴雨过程中整层水汽含量并不大,多数情况下水汽输送仅出现在对流层低层甚至仅在近地面层内。(5)大多数情况下,无论哪类性质的极端暴雨过程,在强降水发生时刻,雷达强回波高度一般在4 km以下,仅有极个别时刻强回波中心高于5 km。极端暴雨过程中,环境大气对流有效位能(CAPE)的大小一般与对流发展高度(雷达回波顶高)具有较好的对应关系,但与强降水发生时刻回波强度、最强回波高度、降水强度的对应关系较差。     

淮河流域暴雨过程模拟分析

以2003年7月3～4日发生在淮河流域特别是安徽省北部的强降水过程为例,利用全物理过程的中尺度气象模式MM5对此次暴雨过程进行数值模拟,通过对暴雨过程中、低层的环境背景、降水量、降水生命期和降水总体分布随时间演变的趋势以及中尺度对流系统的雷达回波特征等方面的检验,发现MM5模式对此次大暴雨过程具有一定的模拟能力,模式基本可以模拟出中α尺度和100km左右的中β尺度天气系统,但对于时空尺度更小的且发展比较强盛的中β（γ）尺度系统,则有较大的局限性。利用高分辨率模式输出结果验证了低层中β尺度辐合线是造成此次大暴雨的中尺度影响系统,并通过对物理量场特征的分析得到该辐合线的三维结构特征。     

暴雨云团的多尺度识别方法及其在临近预报中的应用

将一种暴雨云团的多尺度识别方法——层级聚类法,应用于β中尺度对流系统识别及临近预报中。该方法的基本思路是:将笛卡尔坐标下的雷达反射率因子进行聚类,得到比较详细的较小尺度的暴雨云团,然后设定阈值,将云团之间差异小于阈值的进行合并,可以得到较大尺度的云团,逐步放宽合并阈值,可得到更大尺度的云团。选取广州雷达2005年3月的飑线过程和温州2005年9月的台风过程对这种方法的识别结果进行了详细说明,结果表明:该方法能够识别不同系统的β中尺度对流云团,并能识别出其中反射率较强的γ中尺度云团,识别结果合理。采用这种方法识别不同尺度的暴雨云团,有利于跟踪、预报造成中国暴雨主要原因的β中尺度系统,也可兼顾β中尺度系统中的γ中尺度对流单体。根据预报时效的不同,可以选择不同的云团识别尺度。     

2007年7月18日济南大暴雨的β中尺度分析

利用1°×1°的NCEP再分析资料、地面逐小时的观测资料和红外云图,对2007年7月18日的济南大暴雨过程进行了详细的α中尺度分析,揭示了地面β中尺度气旋新生发展的一种物理机制,并重点分析了多尺度的积云并合过程对此次强降水形成的重要作用。研究结果表明:在一个已经发展成热的MαCS的左后侧出现的下沉冷出流在低层向西南方向扩散,与午后不断加强的西南暖湿气流共同作用增强了地面的斜压性,从而使地面辐合线上的气旋性扰动加强,并迅速新生发展出β中尺度气旋。在此次强降水过程中共经历了从γ中尺度对流单体到β中尺度对流云团,再到α中尺度对流云团,最后形成中尺度对流复合系统的4个多尺度积云并合过程,而地面β可尺度气旋在每一个阶段都扮演了非常重要的角色,它们既是β中尺度对流云团的组织者,同时也是α中尺度对流云团的组成者,α中尺度对流云团往往都由一个以上的β中尺度气旋组织而成,当β中尺度气旋出现遭遇、合并之时,对流云团和降水得以强烈发展。在济南强降水发生前的1个多小时内,其西南方边界层内不断出现β中尺度超低空西南急流,它促使这一区域内不断产生回波单体并在向东北方向移动的过程中迅速发展成强回波带,当济南北面的强回波南移与这一强回波带并合后快速发展产生强降水。     

基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

“6.12”华南局地暴雨中β和γ结构的双多普勒雷达反演试验

使用双多普勒雷达三维风场反演技术对2005年6月12～13日广东省梅州和汕头多普勒天气雷达探测到的华南局地暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了分析。此次暴雨主要是由中低层的中β和中γ尺度辐合线造成的,强回波带与速度辐合带有较好的对应关系。辐合线对暴雨的触发、维持、持续具有重要作用,随着辐合线的减弱消散,强回波带也逐渐减弱,地面降水也随之减弱。最后,给出了此次暴雨的三维动力结构模型。     

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

黔东北一次局地特大暴雨天气的雷达回波特征分析

使用铜仁本地CINRAD—CD多普勒天气雷达、地面加密自动站资料,对2014年6月3日傍晚至6月4日发生在铜仁市的特大暴雨进行雷达回波特征分析。结果表明：混合型降水回波的＂准静止状态＂和回波有组织地排列形成＂列车效应＂是产生此次特大暴雨最直观的特征;最强暴雨落区在多普勒雷达径向速度图上β中尺度逆风区附近;正负速度区的变化及逆风区附近强对流多单体的持续影响常常会产生局地暴雨;暴雨回波的强回波核总是位于云体的中下部是暴雨回波的典型特征;特殊的地形条件也是产生此次大暴雨的一个重要因素。     

“海棠”影响河南降水雷达回波和中尺度雨团对比分析

使用郑州714CD雷达观测资料，以及2005年刚建立起的河南省乡镇雨量站网资料，配合河南省自动站资料，对0505号台风海棠造成的河南省大范围暴雨、局部特大暴雨过程进行了分析，总结出强降水回波区早于中尺度雨团1个小时左右生成，中尺度雨团早于降水回波减弱消失，稳定少动的强降水回波有利于中尺度雨团的产生和发展；多普勒速度场上，中尺度系统存在的地方有利于强降水回波发展和维持，也有利于中尺度雨团产生和发展；受持续不断45dBz左右强降水回波影响，构成“列车效应”，可造成暴雨甚至是大暴雨过程；对于大范围降水回波，依据乡镇雨量图上中尺度雨团活动规律，分析速度场上中尺度系统如逆风区、辐合区、大风区（低空急流），可以准确预报暴雨落区，发布暴雨预警信号。     

湖北省春、夏季暴雨中尺度对流回波系统初探

根据1987-1989年武汉和宜昌数字化雷达回波资料,将湖北省春、夏季暴雨初步分为中-α尺度暴雨云团、冷锋暴雨、暖区对流降水带、登陆台风暴雨、复合(或超级)单体等五类。描述了各类暴雨的中尺度结构及其变化的一些特点。     

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。