中国暖区暴雨的研究进展

利用常规气象观测、多普勒天气雷达、风云2G卫星、ERA5再分析资料,基于多尺度子空间变换及局地多尺度能量分析方法,对2020年1月24—26日广西沿海一次漏报的暖区暴雨天气进行了诊断研究,结果表明：暖区暴雨期间南支槽前西南急流的暖湿输送为暴雨发生提供有利背景场;对流系统不断在越南东北部喇叭口地形作用下触发,受高层气流引导移入广西沿海一带造成明显降水;暖区暴雨的发生发展主要由对流尺度动能主导,两者演变具有较好的匹配关系;对流能量主要来源于对流层中、低层,而在对流层高层为能量的流失;背景尺度向对流尺度的动能转换贡献最大;对流层中层、低层背景流场的正压失稳主导了暖区暴雨的发展;对流层中层对流尺度有效位能向动能的浮力转换进一步促进了系统的发展;动能的空间输送使得对流动能在空间上均匀分配,有利于对流系统平稳发展,使其维持较长生命史并移动较远距离造成多地降水;天气尺度动能转换和气压梯度力做功的贡献很小,体现了暖区暴雨弱天气尺度强迫的性质。

     

广东清远一次暖区暴雨过程分析

利用实况常规气象资料、FY-2E卫星资料及地面自动站资料,从天气形势、物理量、中尺度系统演变等方面综合分析了2017年7月上旬清远市的一次大暴雨天气过程。结果表明:该次暴雨过程是由与低空急流相对应的低层正涡度区触发的一次暖区暴雨天气过程,200 hPa辐散场起到了良好的抽吸作用,500 hPa槽前西南气流和850 hPa西南急流,促进了不稳定能量和低层水汽的积累,为暴雨的中小尺度系统发展提供了有利的条件。充足的水汽输送以及高低层涡度场的配合为该次暴雨的发生提供了水汽及动力条件。另外,该次暴雨过程与中尺度对流系统的活动直接相关,是由2个中尺度对流系统直接影响造成的。     

一次暖区暴雨天气过程分析

利用FNL 1°×1°再分析资料、FY-2F卫星TBB资料及常规气象观测资料,对2019年5月24—26日发生在贵州的1次连续性暴雨天气过程进行分析。结果表明：此次连续性暴雨过程地面维持热低压影响,无冷空气影响,是典型的暖区暴雨;高空槽和中低层切变线为暴雨的产生提供了天气尺度背景,地面辐合线是触发对流的重要因子;暴雨发生前大气呈现动力和热力不稳定的结构特征;24日夜间地面辐合线在贵州中部地区稳定维持,触发中β尺度对流单体生成,并发展形成中α尺度系统,对流发展旺盛,伸展高度较高,影响范围广。25日夜间辐合线移动较快,触发的中β尺度对流单体组织性较弱,没有形成中α尺度系统,造成的暴雨局地性强;暴雨与水汽通量散度梯度的大值区、TBB≤-52 ℃的冷云区和TBB梯度大值区对应较好,TBB≤-65 ℃的区域有利于大暴雨产生。     

昭通市一次大范围暖区暴雨天气过程分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、昭通多普勒雷达资料 、自动站实时观测资料等,分析云南省昭通市夏季的一次伴有大范围短时强降水的暖区暴雨过程。结果表明：这是一次发生在有利的天气尺度背景下,由持续存在的地面辐合线触发抬升产生的暖区对流性降雨过程;这次过程的水汽来源于孟加拉湾、南海和西太平洋,同时700hPa水汽输送与降水的落区和量级密切相关,水汽输送越好,降雨量级越大;长期维持的上干冷下暖湿的不稳定层结,配合有利的水汽条件和适当的物理量场导致了此次连续性强对流天气的发生;垂直上升速度的大值区和降雨量级的大值区并不是一一对应关系,可以用来表征降雨的状态,但是不能用来定量表征降雨量级;持续存在的“逆风区”有利于连续性的短时强降水的发生;昭通市低层偏东风辐合导致的暖区对流性降水过程中,地形的辐合抬升起到了重要的作用。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称“副高”)边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明：此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温tbb≤-60 ℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的“列车效应”,强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶tbb≤-70 ℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

弱天气尺度背景下湖南两次暖区暴雨对比分析

首先对2008-2019年4-9月湖南弱天气尺度背景下暖区暴雨依据500 hPa环流形势分为强西南急流型和副高型,然后对2018年4月30日(简称"4·30"过程)和2016年7月17日(简称"7·17"过程)两次不同类型暖区暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)两类暖区暴雨具有明显季节差异,强西南急流型和副高型分别发生在春季和夏季。强西南急流型一天任何时刻均会出现,夜间降水频次增多。副高型的日变化明显,降水峰值出现在上午。强西南急流型降水范围广,多出现在湘南地区,西南急流北推到长江中下游地区时,湘北也会出现暴雨。副高型降水分散,在湘西北、湘北及湘东南地区均出现强降水,局地性强,对流性明显。(2)"4·30"过程暴雨区处于上下一致西南风中,在切变线南侧辐合上升、西南急流和地面辐合线共同影响下湘东北出现暴雨,属于强西南急流型暖区暴雨;而"7·17"过程,副高脊线控制湖南,受中低层弱切变和地面中尺度气旋影响,湘西北出现暴雨,属于副高型暖区暴雨。(3)"4·30"过程暴雨区上空垂直螺旋度均为负值,700 hPa存在负值中心,意味着700 hPa切变线造成暴雨区强辐合上升,导致强降水发生;"7·17"过程,垂直螺旋度呈"上正下负"结构,900 hPa高度强气旋性旋转辐合最强,表征近地层中小尺度系统影响造成暴雨。"4·30"过程水汽输送和辐合比"7·17"过程更强。"7·17"过程比"4·30"过程低层热力不稳定能量更大且热力不稳定层结更强。β中尺度辐合线和γ小尺度气旋分别为"4·30"过程和"7·17"过程的触发机制。     

新疆哈密一次罕见暖区暴雨的成因分析

利用区域自动站、常规观测、卫星云图TBB及FNL资料,对2018年7月31日(简称“7.31”暴雨)新疆哈密市东南部暖区暴雨天气成因进行分析,结果表明:1)此次暴雨过程出现在南亚高压东部型的大尺度环流背景下,暴雨区位于200 hPa强西南急流入口区右侧,500 hPa中亚低涡前部西南气流与西太副高西侧偏南气流的汇合处,850~700 hPa东南急流出口区前部辐合区,700 hPa暖式切变及地面γ尺度切变重叠区域;2)此次过程的水汽主要来自阿拉伯海、孟加拉湾及黄海,500~700 hPa水汽辐合大值区与暴雨落区关系密切;3)β中尺度对流云团和地面γ中尺度切变线在暴雨区滞留,受西北—东南向的天山山脉地形作用,使得垂直环流进一步加强。     

一次暖区暴雨的诊断分析

利用实况常规气象资料、NCEP每天4个时次1°×1°再分析资料、FY2C卫星资料及地面自动站资料,从天气形势、动力和水汽等方面综合分析了2011年5月上旬清远市的一次强降水天气.结果表明:这次强降水天气是广东处于地面变性高压脊区的情况下,回流东风与偏南风辐合所触发的华南暖区回流暴雨;西南低空急流在这次暴雨的生成中不仅起了输送热量和水汽的传送带作用,由于其脉动式的风速变化具有强烈的不稳定性,更容易触发中尺度系统的形成,导致暴雨产生;这次强降水的水汽主要来源于南海,华南北部存在明显的水汽辐合区和强烈的位势不稳定区,与暴雨发生区域相对应;红外云图上显示先后有2个强对流云团影响清远地区,后一个云团云顶亮温较高,对流发展更旺盛,这与降水强度更大的实况相一致.另外,造成这次强降水天气漏报的主要原因有2个:一是对华南地区850 hPa西南风速脉动式的变化没有预报出来,另外对辐散式的低空急流不够重视;二是地面弱冷空气对华南地区影响比预想中要明显,地面变性高压脊南部的偏东风一直吹到了华南中部粤桂交界附近,形成了触发暖区回流暴雨的有利条件.     

双雨带过程中的回流暖区暴雨个例对比研究

利用常规观测资料、NCEP 1 °×1 °FNL资料、自动站降水资料,对华南两次双雨带过程中的回流暖区暴雨个例进行了对比分析,结果表明:(1)与暖湿的南到西南气流相比,变性高压脊后部回流的东到东南气流具有一定干冷属性,边界层两支不同性质的气流汇合形成辐合渐近线和边界层锋区。回流暖区暴雨实际是先有回流、预先在东侧形成浅薄的冷池,后有高空槽加深东移、带来边界层西南风,与东南风辐合,形成低层辐合抬升条件,西南风暖平流使边界层锋区加强并缓慢东移,产生的暴雨。回流和高空槽均起到关键的作用;(2)回流暖区暴雨区域在边界层内具有弱对流性不稳定或湿中性层结、而在中低层具有明显对流性不稳定,其发生发展机制有别于锋前暖区暴雨和典型锋面暴雨;(3)边界层较大水平螺旋度与回流暖区暴雨有良好对应关系,对回流暖区暴雨预报有指示意义,是回流暖区暴雨区别于锋面暴雨的重要动力学特征;(4)回流暖区的水汽输送主要集中在850 hPa以下,以925 hPa最显著,北侧锋区的水汽输送主要集中在850~700 hPa;南北两支雨带低层的水汽输送通道可能存在部分重合,当南侧暖区雨带的对流发展起来后,部分水汽可能被南侧辐合系统截留,从而影响北侧的水汽输送强度。这可能是导致北雨带降雨强度不如南雨带的一个原因。      

一次自上向下发展的高原涡的多尺度动力学分析

高原涡作为经常给我国带来暴雨等灾害的天气系统,其形成一般认为是通过感热和潜热自下而上激发的,然而,2013年5月下旬发生的一次引发其下游灾害性强降水的高原涡却是由对流层高层天气尺度低涡诱发的.为此,基于新发展的多尺度子空间变换和多尺度能量涡度方法以及ERA5再分析资料对其动力学过程进行了详尽的探讨,先将原始场重构到三个...     

Charney's Model—the Renowned Prototype of Baroclinic Instability—Is Barotropically Unstable As Well

The Charney model is reexamined using a new mathematical tool, the multiscale window transform(MWT), and the MWT-based localized multiscale energetics analysis developed by Liang and Robinson to deal with realistic geophysical fluid flow processes. Traditionally, though this model has been taken as a prototype of baroclinic instability, it actually undergoes a mixed one. While baroclinic instability explains the bottom-trapped feature of the perturbation, the second extreme center in the perturbation field can only be explained by a new barotropic instability when the Charney–Green number γ 1, which takes place throughout the fluid column, and is maximized at a height where its baroclinic counterpart stops functioning.The giving way of the baroclinic instability to a barotropic one at this height corresponds well to the rectification of the tilting found on the maps of perturbation velocity and pressure. Also established in this study is the relative importance of barotropic instability to baroclinic instability in terms of γ. When γ 1, barotropic instability is negligible and hence the system can be viewed as purely baroclinic; when γ 1, however, barotropic and baroclinic instabilities are of the same order;in fact, barotropic instability can be even stronger. The implication of these results has been discussed in linking them to real atmospheric processes.     

云南初夏罕见暴雨的螺旋度分析

应用螺旋度理论,对2001年初夏(5—6月)云南罕见的暴雨天气过程进行了诊断分析,结果表明：暴雨产生在低层700hPa正的hp螺旋度与不稳定能量区重叠的区域内,其变化对天气系统的移动、发展及暴雨的落区和强度有一定的指示意义;暴雨区上空hp螺旋度呈高层负中心、低层正中心分布;螺旋度还反映了大气垂直运动分布特征和旋转状况。     

一次连续性暴雨中双雨带的成因分析

利用NCEP/ NCAR 1 ?×1 ?再分析资料,对2005年6月17—22日发生在长江以南的一次连续性暴雨过程分析发现,在连续性暴雨过程中,长江以南有两支雨带存在,北雨带与冷锋降水以及副热带西风急流右后方的非地转场引起的质量调整有关。南雨带的形成与东、西风急流和南亚高压的共同作用有关：东风急流中心右后部的非地转场可形成反环流,有利于南雨带形成;南亚高压脊线附近以及东风急流的右后方的du/dt<0,可导致雨区附近及南部强的v-vg<0场出现;当西风急流南压,在雨区的北部即西风中心的后部可形成强的v-vg>0,三者共同作用的质量调整使雨区上空出现强辐散场导致暖区强降水出现。分析发现南雨带中层有θe锋区存在,该锋区有利于不稳定能量的释放,使暴雨加强,当南北锋区接近时雨带合并。     

珠三角北部一次暖区强降水过程中的地形作用

基于ERA5再分析资料、广东省风廓线雷达、雷达拼图产品和实况观测数据,分析了2020年6月7日夜间—8日珠三角（珠江三角洲）北部暖区强降水过程中主雨带与南岭南部地形走势一致的原因,阐释地形对此次强降水的触发和维持作用。结果表明：（1）此次过程发生在典型的暖区暴雨环流特征的背景下,主要影响系统为对流层中层弱短波槽扰动、低空急流和边界层急流脉冲等;（2）雷达回波表现为团状结构,多以对流单体形态生消,伴随明显的“列车效应”现象,但3个不同发展阶段内回波的持续时间、强度,以及触发地、传播和移动方向等均存在差异;（3）由于边界层西南（偏南）风增强和地形作用,新的对流单体在珠江口附近和珠三角西北侧被触发,同时由于南岭南侧地形对边界层暖湿气流的阻挡和拦截等作用,使得气流在珠三角北部形成明显的辐合抬升,造成该区域内对流单体移速减慢和汇聚,增强了降水强度;（4）强降水长时间的持续与海陆热力差异、冷池和边界层暖湿气流增强等引起的地面露点锋和中尺度辐合线有关。露点锋为强降水的发展和维持提供了热力不稳定条件,地面辐合线加强了对流层底层气流的辐合抬升,进一步增强了强降水区的降水强度。研究结果有助于认识珠三角北部...     

EXPERIMENTS ON ASSIMILATION OF INITIAL VALUES IN NUMERICAL PREDICTION OF A WARM-SECTOR PRECIPITATION IN SOUTH CHINA

In order to understand the impact of initial conditions upon prediction accuracy of short-termforecast and nowcast of precipitation in South China, four experiments i.e. a control, an assimilation ofconventional sounding and surface data, testing with nudging rainwater data and the assimilation ofradar-derived radial wind, are respectively conducted to simulate a case of warm-sector heavy rainfall thatoccurred over South China, by using the GRAPES_MESO model. The results show that (1) assimilatingconventional surface and sounding observations helps improve the 24-h rainfall forecast in both the areaand order of magnitude; (2) nudging rainwater contributes to a significant improvement of nowcast, and (3)the assimilation of radar-derived radial winds distinctly improves the 24-h rainfall forecast in both the areaand order of magnitude. These results serve as significant technical reference for the study on short-termforecast and nowcast of precipitation over South China in the future.     

华南一次暖区暴雨的演变及云微物理机制模拟研究

利用WRF v4.0中尺度模式及0.25°×0.25°高分辨率的GDAS分析资料,对2017年6月15日发生在华南的一次典型暖区暴雨过程进行数值研究。多源观测资料对比分析表明,Thompson aerosol aware云微物理方案与YSU边界层方案组合合理再现了此次暴雨的演变过程。观测与模拟的强风速下传、低层风场切变及降水之间存在较好的对应关系,强的雷达反射率与水汽通量散度中心一致。在中尺度对流系统(MCS)发展和成熟阶段,冷池的出流抬升是新生对流的重要触发条件,地形的动力抬升作用并非主导。云微物理分析指出,由于华南上空充沛的水汽及过冷雨水,雪的最大来源项表现为水汽凝华成雪,而霰的最大来源项为过冷雨滴碰并冰晶、雪并冻结成霰。在零度层之下的1.5 km区域,冰相粒子的融化率可达暖雨过程(1×10^-4g/(kg·s)的2倍,暗示其在融化层对雨水形成的支配作用,而雪霰的重力沉降扮演了重要角色。此外,相变过程显著影响着大气的温度变化,当对流云底较低时,低层的水汽凝结将抵消雨水蒸发导致的冷却作用,减弱地面冷池的强度。     

A further investigation of the decadal variation of ENSO characteristics with instability analysis

Based on instability theory and some former studies, the Simple Ocean Data Assimilation （SODA） data are analyzed to further study the difference between the propagation of the ENSO-related oceanic anomaly in the off-equatorial North Pacific Ocean before and after 1976. The investigation shows that after 1976 in the off-equatorial North Pacific Ocean, there is a larger area where the necessary conditions for baroclinic and/or barotropic instability are satisfied, which may help oceanic anomaly signals propagating in the form of Rossby waves to absorb energy from the mean currents so that they can grow and intensify. The baroclinic energy conversion rate in the North Pacific after 1976 is much higher than before 1976, which indicates that the baroclinic instability has intensified since 1976. Prom another perspective, the instability analysis gives an explanation of the phenomena that the ENSO-related oceanic anomaly signal in the North Pacific has intensified since 1976.