我国暴雨研究的进展

自从“75.8”河南特大暴雨会战以来,我国广大气象工作者更加重视暴雨研究,做了不少工作。现对近年来我国暴雨研究的主要进展概述如下。一、关于暴雨成因暴雨是多种尺度大气运动的一种综合现象。它的形成与消失同大气环流状况、不同尺度的大气运动以及云物理结构等都有密切关系。近年来,我国气象工作者,从以下几方面探讨了暴雨成因。 1.大尺度环流的调整与发展适当的流场和充沛的水汽是形成暴雨的必要条件。然而,水汽供应及其分布又受流场的制约,因此     

季风梅雨带水汽输送与动力强迫源结构

对长江流域季风梅雨水汽输送特征、长江流域夏季旱涝过程与强信号强迫源(青藏高原与低纬海洋)遥相关动力结构以及季风梅雨过程水汽输送源汇结构等有关研究成果及观点进行综述，给出季风梅雨水汽输送流型与强迫源遥相关物理图像，即由青藏高原动力强迫效应形成的低纬海洋-高原-长江流域远距离水汽输送流型，以及海洋强信号区(南海、西太平洋暖池、赤道东太平洋等区域)热力异常构成长江流域梅雨期洪涝、暴雨等灾害性气候异常特征。研究结果揭示了长江流域洪涝及其暴雨形成过程二维Rossby波列或低频波传播能量的动力机制。     

地形积层混合云模式数值试验研究

本文采用数值试验对比分析的方法,利用一维半地形积层混合云模式,分别进行引入与不引入极端水汽源的模拟试验。研究表明,一旦引入极端水汽源,地形积层混合云系统即成为一个极为有效的造雨系统。极端水汽源的引入提供了更加饱和的环境,维持更久的辐合场,还增大了冰相粒子对云水的碰并。这些初步认为是暴雨产生的主要物理原因。     

地形积层混合云模式数值试验研究

本文采用数值试验对比分析的方法,利用一维半地形积层混合云模式,分别进行引入与不引入极端水汽源的模拟试验.研究表明,一旦引入极端水汽源,地形积层混合云系统即成为一个极为有效的造雨系统.极端水汽源的引入提供了更加饱和的环境,维持更久的辐合场,还增大了冰相粒子对云水的碰并.这些初步认为是暴雨产生的主要物理原因.     

2003年淮河暴雨期大气水汽输送特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年淮河流域发生持续性暴雨期间的水汽输送情况,发现暴雨区的异常水汽并不是来自通常输送量最大的水汽输送通道2(来自印度洋孟加拉湾的西南气流经中南半岛到我国东部地区)和水汽通道3(来自孟加拉湾的水汽经中南半岛到达南海与南海的偏南气流汇合再向北输送),而主要来自位置异常西移的水汽输送通道4(来自副高南侧的偏东气流沿着副高边缘转向向东输送到我国东部雨区)。暴雨区内有大量的异常纬向水汽通量距平,但并没有对异常降水辐合产生贡献,而相对小量的经向水汽通量距平在暴雨区产生强烈的辐合,为持续性暴雨提供绝大部分水源。输送至暴雨区的大量经向异常水汽通量距平主要来源于暴雨区南侧紧邻的中国南部沿海地区,而不是主要的水汽源区——南海。造成大气中水汽输送及辐合异常状况的最主要原因是西北太平洋副热带高压的异常西伸,强度偏强,且长期稳定少动。此外,欧亚两槽一脊的环流形势和副高北侧异常加强的低层西风急流及其稳定性也是形成此次淮河流域持续性暴雨必不可少的条件。     

一次梅雨锋暴雨云物理特征的数值模拟研究

利用中尺度数值模式MM5(V3.6),选用模式中不同的显式云物理方案,对2003年7月4-5日发生在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,并根据模拟结果对造成此次暴雨过程的对流云团的微物理特征进行了分析.研究结果表明:(1) 具有详细云物理过程的中尺度模式MM5对短时强降水过程具有较好的模拟能力,提高MM5模式的分辨率,可以更好地模拟短时梅雨锋暴雨过程,模式中的Goddard云物理方案的模拟结果要优于Reisner方案和Schultz方案.(2) 梅雨锋对流云团是一种复杂的固、液、气三相混合体结构,在云体区域内的平均质量密度分布中,水汽的质量密度最大,其次是霰,而冰晶、雪、云水和雨水的质量密度较小且数值大小彼此接近,各种相态粒子质量密度峰值出现的高度随时间无明显变化.雨水、云冰和霰的质量密度随时间演变规律与地面降水强度的变化特征相一致,近地面层水汽密度随时间的演变规律比地面降水强度提前1-2个小时,水汽通量的辐合对暴雨时段内水汽的补充和维持起到了重要的作用.(3) 除了最基本的云水向雨水转化的云微物理过程之外,此次降水过程还显示,在中层500-700 hPa范围内雪、冰晶等冰相粒子首先转化为霰粒子,而霰和云水的结合进一步加速(剧)云水向雨水的转换,成为短时特大暴雨形成不可或缺的动力机制,云物理过程中的相变潜热与对流运动的正反馈机制是促进暴雨维持和发展的最重要热力因子.     

地面降水诊断方程对降水过程的定量诊断

降水, 尤其是强降水 (暴雨), 对国家经济发展、 社会建设以及人民生活影响巨大, 然而由于同降水相关的物理过程非常复杂, 因此, 对降水的研究与预测十分困难。过去有关降水的研究大多关注水汽及水汽辐合 (输送) 的影响, 对与降水有关的水汽收支研究较多。Gao et al.(2005a) 率先将大气中水汽和云中水凝物 (云水、 雨水、 云冰、 雪及霰等) 的变化方程结合起来, 得到一个地面降水诊断方程, 从而可以将与降水有关的大气中水汽和云的演变过程在同一框架下定量地分析研究。本文利用一套21天长度的热带云分辨尺度模拟资料, 通过计算地面降水诊断方程中的局地水汽变化、 水汽辐合辐散率、 地面蒸发率以及云的变化率等各项, 分析了这些物理过程对降水的贡献, 指出局地水汽和云的变化率、 水汽辐合率, 地面蒸发率等均对地面降水有重要贡献。区域平均资料分析表明, 若水汽辐合与局地大气变干共存, 则产生强降水; 若存在水汽辐合但局地大气增湿或者存在水汽辐散但局地大气变干, 则引起中等强度降水; 若水汽辐散与局地大气增湿共存, 则造成弱降水。将降水划分成对流和层状降水进行分析发现, 对流降水率一般大于层状降水率, 水汽辐合是对流降水最主要的水汽源, 而局地大气变干则是层状降水最主要的水汽源。区域平均局地大气变干主要发生在降水性层状云区, 而最强的局地大气增湿则发生在对流云区和晴空区; 最强的局地云的消散发生在层状云区, 而最强的局地云的发展发生在对流云区。     

定西地区人工增雨云水资源的分析研究

定西地区降水少气候干燥,夏秋雨水集中,与东部地区相比,有利人工增雨的云水资源相对不够丰富。但在某些特定环流条件下,定西地区具有形成自然降水的水汽,且降水云系的过冷水区相对较好,存在播云增雨的潜力。     

贵州2011年9月17日一次中β尺度局地特大暴雨特征分析

该文利用常规观测资料、自动站资料及卫星雷达资料分析了贵州铜仁梵净山地区的一次中13尺度大暴雨,本次暴雨尺度小,且降水受地形影响明显,对局地性暴雨的研究是一个比较好的个例。通过分析可知,本次暴雨是高空浅槽过境,弱冷空气侵入梵净山地区以及地形抬升的共同作用,产生强降水,地面有明显的辐合线,地面、低层水汽含量大值区为特大暴雨的产生提供了必要的水汽条件。卫星云图、雷达上表现为一个较小的对流单体向西北移动到梵净山地区后加强发展,降水增大造成特大暴雨,且降水为浅对流,云顶高度不高。回波上表现为暖云降水,降水率高,降水强度大。     

2004年7月广西汛期暴雨过程水汽特征

运用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,分析了2004年7月广西汛期暴雨过程中的水汽和风场变化情况.结果表明,在暴雨过程中暴雨发生发展与广西区域水汽的变化有很好的对应关系,水汽含量的增强一般出现在暴雨发生之前.广西区域暴雨发生和间歇与夏季风的加强及中断关系密切.广西区域暴雨期与非暴雨期水汽收支情况及其输送路径的差异明显.暴雨期,广西区域的水汽源主要为孟加拉湾、南海、西太平洋;非暴雨期,水汽的主要来源是南海.暴雨期的水汽收入远远大于非暴雨期.     

“鱼尾”状地形热力效应对天山降水系统及水资源的影响

利用卫星遥感资料、逐月2.5°×2.5°和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料、逐月1°×1°CRU降水资料,以青藏高原与天山山脉相连区域的热源为切入点,重点探讨高原与天山山脉相连区域的热源、天山区域大气水份循环和云水资源的相关特征,计算了整层水汽、水汽输送、水汽相关矢及视热源等动力、热力诊断物理量,分析了天山区域夏半年降水的时空分布和变化特征。结果表明,天山区域降水和整层水汽集中区位于天山西部;天山区域强垂直运动能够描述出地形效应引起的气流爬升特征。分析天山地区的大气视热源与水汽汇的垂直结构揭示了天山西部充沛云水资源和高原与天山山脉相连的类似"鱼尾"区域的视热源存在显著相关。利用对"鱼尾"地形的整层视热源与整层水汽输送通道的相关矢分析,追踪影响夏半年天山地区丰富云水资源的远距离海洋水汽源,结果发现,夏半年天山地区的水汽源主要来自南部的大西洋、孟加拉湾、阿拉伯海和北部的北冰洋。天山地区水汽、降水和"鱼尾"地形热源具有12年的显著周期,在该周期上,20世纪50年代至末期,"鱼尾"地形热源的周期变化比天山地区的整层水汽的周期变化提前3~4年,而在50-80年代天山地区的整层水汽比降水提前3~4年,之后至末期提前1~2年。天山区域云水资源的年际变化特征一定程度上反映了该区域大气水份循环结构对"鱼尾"地形热源的响应机制。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

1991 年6月江淮持续暴雨的云系特征分析

通过对GMS静止卫星的红外数据处理，获得了1991年夏季江淮梅雨期暴雨大范围的平均云分布。对1991年6月6次江淮暴雨过程逐时和3小时的GMS红外云图动画和照片的分析，得到了该地区梅雨期暴雨的三种中低纬云系相互作用的云型演变模型图，并利用由卫星气象中心处理的NOAA卫星的TOVS水汽反演资料，结合低层的θse和急流分析，给出了1991年6月江淮暴雨的水汽输送的一些特征。     

新疆“96·7”特大暴雨水汽输送通道的研究

应用GMS－5卫星逐时水汽通道TBB资料,分析61996年7月11－28日新疆特大暴雨期间对流层中上层大气水汽场的演变情况。结果表明：青藏高原中南部和印度半岛是对流层中上层大气水汽场日变化最为剧烈的地区;进入新疆境内的水汽通道有北方、西方和南方三条路径。水汽的主源地为印度半岛、孟加拉湾、青藏高原东部、四川盆地和黄河流域。青藏高原中南部是水汽的次源地。     

基于HYSPLIT4的一次新疆天山夏季特大暴雨水汽路径分析

利用新疆维吾尔自治区105个观测站气象资料、NCEP/NCAR再分析资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT_v4),定量分析了2004年7月17-21日新疆天山山区特大暴雨的水汽输送情况。结果表明,2004年7月17-21日暴雨降水主要以天山山区为主,暴雨过程的水汽主要来自700 h Pa,水汽输送路径有3条,其中偏北路径有2条,另1条为偏西路径;暴雨的水汽源地主要有3个,其中超过50%的水汽来自阿拉伯海以北—里海—巴尔喀什湖地区的水汽输送贡献,其次是波罗的海—北冰洋沿岸地区,占到26%,而鄂霍次克海以东地区为21%;伊朗高压北抬与欧洲脊东移形成的乌拉尔脊叠加是暴雨过程的主导系统,中亚低涡东南移动形成强降水。同时,对流层高层的副热带西风急流和低层的偏东低空急流对强降水的水汽输送和辐合有重要影响。     

丹棱的暴雨云

雨是从云中下降到地面的,暴雨是由水汽含量丰富、垂直厚度较大的云中下降的。我们把下暴雨的云称之为“暴雨云”。剖析一下本地产生暴雨的云系及其变化规律,对于做好县站暴雨预报,可能会有一些帮助。 根据我站历史气象资料统计,造成丹棱县暴雨的云有:Cb cap,占89％;As op(或Ns),占9％;Sc op,占2％。考虑到云状观测的局限性和一些误差,我们把Sc op当作Ns处理,这样,便只有CL_B和CM_2两类云了。在这两类云中,前者降水量较大,后者降水量较小,最大日雨量仅80.8毫米。但是这类     

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。      

湖北省特大暴雨形成的物理图像和机理

利用静止卫星云图和天气图,分析了1981-2004年6-8月发生在湖北省的14场特大暴雨过程。分析结果表明：在这些特大暴雨过程发生、发展中,不仅存在着大量的水汽输送,而且还存在着大量的液态水输送,表现为特大暴雨区的上游方向,在850hPa和700hPa存在一个或几个中尺度的水汽（近饱和）和液态水（饱和）源,在这些暴雨过程的形成过程中,这些源持续向暴雨区输送水汽和液态水。特大暴雨的触发系统对应的云系多为中尺度涡旋云系和准纬向斜压叶云系。文章还分析总结了湖北省特大暴雨过程的若干卫星云图环境云场特点和形成过程的物理图像特征,进而讨论了特大暴雨的形成机理,认为特大暴雨是由中尺度涡旋或高空急流东移叠置在“露点锋”上或暖湿空气上触发而成,CISK是其主要作用机理。“露点锋”在特大暴雨的触发中起到了重要作用。     

淮河上游大暴雨的水分平衡

分析了淮河上游大暴雨过程的水汽来源和暴雨区的水分平衡。结果说明，暴雨区除有大量水汽净通量外，还有相当数量的水分来自云的净输送，尤其是大暴雨中心附近，积雨云团的净通量决定降水量的大小。因此，分析云的移动和变化是暴雨预报的重要课题。     

三江源地区暴雨的水汽输送源地及路径研究

利用NCAR/NCEP再分析数据,首先分析了 2018年7月22-23日(简称"0722")和8月2-3日(简称"0802")三江源地区两次暴雨天气过程的天气形势和水汽输送特征,然后用WRF模型输出数据驱动HYSPLIT模型,定量分析两次暴雨的水汽输送路径及各路径的水汽贡献率.研究表明:两次暴雨的主要影响系统均为三江源...