郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响

利用中尺度数值模式WRF对2020年6月1日的阳江特大暴雨进行模拟和分析。结果表明：WRF的模拟结果很好地再现了该次暴雨的过程。通过控制试验和地形敏感性试验对比，发现将阳江及附近地区的山地移除后，降水区远离阳江地区，发生在粤西北山区。进一步分析表明，边界层急流为这次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素：一方面地形阻挡边界层急流增强相当位温水平梯度，增强对流不稳定性；另一方面，地形对边界层急流的抬升作用增强辐合上升运动产生对流。同时，边界层急流出口区配合低空急流入口区的抽吸作用，导致降水系统发展强盛。     

皖北一次特大暴雨过程中边界层急流日变化特征及其对暴雨形成的影响分析

利用多普勒雷达风廓线产品、ERA5再分析资料和WRF模式,分析了2018年6月27日皖北一次特大暴雨过程中边界层急流的日变化特征及其对特大暴雨形成的作用。结果表明：特大暴雨发生期间存在边界层急流,急流最强达到了18 m·s^-1,强降水主要发生在急流快速增强的时段;急流前部的边界层辐合线是对流的触发因子,强降水落区位于急流核前部。急流为对流系统加强提供水汽和能量,且边界层急流和雷暴高压对峙使对流系统稳定少动,在对流系统西侧激发新的对流单体,有利于特大暴雨的发生;此次过程中天气系统的影响时间主要决定了强降水的落区,而边界层急流的日变化决定了强降水发生的时间段;边界层急流在夜间具有超地转特征,午后具有次地转特征,地转偏差和水平平流作用是导致夜间边界层急流增强的主要原因。     

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。     

滁州地区不同类型特大暴雨过程的对比分析

利用常规探测资料、多普勒雷达资料和NCEP 1°×1°的再分析资料对安徽省滁州地区2008年8月1日减弱台风特大暴雨(简称"0808"过程)和2003年7月5日梅雨期特大暴雨(简称"0307"过程)进行了诊断对比分析。结果表明:超低空急流的增强对暴雨尤其是夜间暴雨的形成有提示作用;两次过程中都有次级环流的存在,作用方式有所不同,对高低空系统都有加强作用;其中"0808"过程中减弱台风携带的大量水汽对特大暴雨产生有重要作用,不需要很强的水汽输送就能产生强降水;特大暴雨强的水汽辐合中心都位于边界层内;冷空气的侵入对特大暴雨有重要作用;长时间降水回波的停滞是"0307"过程的主要原因。由强风暴造成的对流降水是"0808"过程在多普勒雷达产品上的主要特征。     

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。     

“7.21” 北京大暴雨系统的结构演变特征及成因初探

利用常规观测资料、 地面加密自动站、 多普勒雷达等多种观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)的高分辨率分析场资料, 对2012年7月21日发生在北京的全市性大暴雨、 局地特大暴雨的系统结构演变特征及成因进行了初步分析。结果表明: (1) 此次降水过程分为两个阶段, 第一阶段在21日10—20时, 呈现出短时雨强大且波动性显著的对流性降水特点, 第二阶段降水在21日20时—22日04时, 降水相对平缓, 表现为锋面降水特征。(2) 21日天气尺度环流形势场配置满足华北暴雨的典型背景条件:高空急流形成的辐散与对流层中低层的低涡、 切变线及地面倒槽构成的深厚辐合区, 形成强烈垂直运动并持续维持的机制, 造成了长达16 h的强降水过程; 副热带高压外围的东南水汽通道和西南低空急流的水汽输送为暴雨发生提供了充沛水汽条件。(3)大暴雨过程第一阶段降水回波具有明显的 “列车效应” 传播特征,“列车效应” 的初始对流起源于地形强迫造成的暖区内中尺度辐合以及低空急流增强过程中的风速脉动; 中尺度对流单体沿低空急流轴左侧传播, 具有明显的重力波传播特征, 西南急流的稳定维持使惯性重力波不断从背景场中获得能量并不断发展。(4) 地形对降水有明显的增幅作用, 边界层内长时间维持的东南风在太行山脉前与西南风和东北风交汇, 在山前形成辐合带并长时间维持, 有利于水汽积聚; 山脉的阻挡使东南气流在迎风坡爬坡抬升, 从而加大了山前区域的降水量。     

0505号“海棠”台风暴雨数值模拟试验和分析

利用中尺度数值模式WRFv2.2较好的模拟结果, 并结合NCEP再分析资料、 地面自动站降水资料以及实况雷达回波资料对台风 “海棠” 造成的浙闽地区特大暴雨进行分析。研究发现, 这次暴雨属于台风中心北侧附近的螺旋云带降水, 主要是由边界层强中尺度辐合带直接影响造成的, 降水伴随着辐合带发展; 边界层顶的强东风急流和对流层低层强偏南气流在浙闽地区的交汇是强辐合带的成因; 台风向西北方向移动相伴东风急流和强辐合带的北移, 这是本次暴雨出现稳步北抬的原因。台风的三支不同气流在浙江南部和福建北部地区交汇上升, 起到了水汽通道和能量输送以及建立不稳定区的作用, 提供了暴雨的增幅与维持, 而气流的汇合主要发生在边界层内, 这也是中尺度辐合带高度受限于边界层的原因。浙闽地区复杂的中尺度地形对本场暴雨的发生有重要作用, 为暴雨的增幅做出了重要贡献, 但是, 对边界层不同气流造成的中尺度辐合带而言, 地形的作用较小, 仅可阻挡降水向西延伸。     

北京721特大暴雨极端性分析及思考（一）观测分析及思考

本文利用多种常规和非常规观测资料对北京2012年7月21日大暴雨过程的降水特点,引发特大暴雨的中尺度对流系统的环境场条件及其发生发展过程进行了全面的分析。观测分析发现：这次特大暴雨是一次极端性降水过程,具有持续时间长、雨量大、范围广的特点。降水过程由暖区降水和锋面降水组成。暖区降水开始时间早,强降水中心较为分散,持续时间长。锋面降水阶段,多个强降水中心相连,形成雨带,雨强大,降水效率高,持续时间较短。引发此次特大暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现：极端降水过程发生在高层辐散、中低层低涡切变和地面辐合线等高低空系统耦合的背景下。来源于热带和副热带的暖湿空气在暴雨区辐合,持续输送充沛的水汽,具有极高的整层可降水量、强低层水汽辐合等极端水汽条件。在充沛的水汽条件下,低涡切变、低空急流上的风速脉动、地面辐合线、地形作用等触发了强降水。随着锋面系统东移,在冷空气和适度的垂直风切变作用下对流系统组织化发展,产生较强的锋面降水。中尺度对流系统发生发展过程分析发现：降水过程首先以层状云降水和分散的对流性降水为主。随着干冷空气的侵入逐渐转化为高度组织化的对流性降水,多个中小尺度对流云团组织化发展并形成MCC,产生极端强降水。由于回波长轴方向、地形以及回波移动方向三者平行,此次过程的雷达回波具有明显的“列车效应”;并具有明显的后向传播特征和低质心的热带降水回波特点。通过此次罕见暴雨事件观测资料的综合分析,提出了需要进一步研究的问题：此次特大暴雨过程极端性降水特点及极端水汽条件的成因;北方地区暖区暴雨的形成机制;列车效应和后向传播的形成机制;对流单体的组织维持机制以及数值预报对暖区降水的模拟诊断能力等。     

郑州市两次不同背景下特大暴雨诊断分析

利用NCEP资料,根据降水实况分布及各物理量分层平面分布,每隔6 h对特大暴雨中心区所在经、纬向带各物理量场作经、纬向垂直剖面图,结合高空观测图对郑州市两次特大暴雨发生的大环流形势场、触发特大暴雨发生的各物理量场进行诊断分析。结果表明:1)连续性特大暴雨区出现在低空急流轴的前方,一方面是由于低空急流前方水平辐合较强,另一方面低空急流对暖湿空气的输送,使大气不稳定度加强;局地短时性特大暴雨过程主要是冷空气侵入使冷暖湿空气团在郑州上空交汇,其对流不稳定能量释放所致。2)辐合线对暖湿空气的抬升运动起到动力加强作用,是触发中尺度雨团的根源,也是特大暴雨产生的根源。3)连续性暴雨发生、发展时,高空的反气旋起主导作用;局地短时性暴雨发生时,中低空的气旋辐合起主导作用。4)短时性特大暴雨天气,前期有较强的不稳定层结;连续性暴雨天气刚发生时,其前期存在较强的不稳定层结,在暴雨连续发生过程中不一定有强不稳定层结。5)连续性暴雨需要较强的水汽输送带,局地短时性暴雨不要求有明显的水汽输送。     

郑州地区春季旱涝特征分析及趋势预测

利用郑州站1951－2000年的降水和气温资料，对郑州地区的旱涝特征进行分析，并根据农谚筛选出与春季降水相关较好的因子，组建了春季旱涝预测方程。经试报和历史回代，方程准确率和历史拟合率均较好。     

冀中南一次春季雨雪过程诊断与预报技术分析

利用常规观测资料、自动站资料、雷达及NCEP 1°×1°资料,在诊断2013年4月19日河北省一次回流多相态降水过程成因的基础上,总结了降雪漏报的原因。结果表明:冀中南降水区位于700hPa切变线南侧、700 hPa西南低空急流与850 hPa东北风急流交汇处,暖湿空气在冷垫上爬升和急流的次级环流为降水提供了动力条件,低空急流为降水提供了水汽条件。整层大气可降水量及变化可作为降水预报的重要参考。对比分析雨区和雪区的温度廓线发现:通过温度平流分析温度的垂直分布和演变比单独分析温度特性层高度对于辨别降水相态更为可靠,而雷达风廓线资料可作为识别冷暖平流进而辨别大气温度层结变化的有益补充。本次降水相态预报出现偏差的主要原因是对温度垂直分布和演变判断不够准确。     

郑州地区春季旱涝特征分析及趋势预测

利用郑州站1951～2000年的降水和气温资料,对郑州地区的旱涝特征进行分析,并根据农谚筛选出与春季降水相关较好的因子,组建了春季旱涝预测方程.经试报和历史回代,方程准确率和历史拟合率均较好.     

四川地区云和空中水资源分布与演变

利用1971～2000年台站云降水资料和NCEP再分析资料,分析了四川地区云和空中水资源的分布与演变。研究发现:四川地区平均总云量为7.2成,低云量4.7成,全年阴天日数193.5天,降水日数154.0天,小到中雨日147.1天;全年大气可降水量为181.7kg.m-2。云有明显的季节变化特征,总云量夏季最高,春季次之,冬季最低,低云量夏季最高,秋季次之,冬季最低。大气可降水量夏季最大,秋季次之,冬季最少。云和小到中雨日的空间分布具有明显的地域性,且夏季分布与全年分布显著不同。在高原上,总云和低云、降水日、小到中雨日呈相反的变化趋势,总云在平均状态附近波动略有减少,而低云、降水日、小到中雨日在平均状态附近波动略有增加;在盆地内,云和降水日的演变趋势相同,总云量、低云量、降水日、小到中雨日都在线性减少。30年来四川地区大气可降水量线性变化则略有增多。     

未来东亚地区硫化物沉降及输送的预测

采用东亚未来二氧化硫排放量的预测资料,利用东亚硫化物输送模式拟了未来１５年东亚各地区的硫化物沉降量、相互输送量的变化趋势力其对土壤的影响。结果表明,未来１５年东亚各地区的硫化物沉降量将日益增多,一些地区硫化物沉降量大大超出了土壤对酸沉降的承受能力,对周边地区硫化物的输送量也将进一步加大,形势相当严峻。     

广西秋冬季暴雨天气分型及基本特征

利用1980-2016年站点观测数据和NCEP再分析资料对广西秋冬季暴雨进行了天气学分型,并用合成分析的方法给出了各类暴雨的天气形势特征。结果表明：广西秋冬季暴雨可分为台风类、切变类和副高边缘类三类。其中,前两类暴雨发生次数最多,主要发生在9-10月份。高低空系统配置显示,秋冬季暴雨发生时对流层上层都伴有较强的高空急流,而对流层中低层的影响系统不尽相同;在暴雨期间,前两类暴雨副高减弱东退,第三类暴雨副高则加强西伸;广西秋冬季三种类型暴雨在水汽、热力、动力及形成机制方面也各有异同,但与汛期暴雨相比,各类暴雨的主要影响系统位置稍有差异,无论是水汽条件,还是动力条件,秋冬季暴雨比汛期暴雨要求都高,其中副高边缘类暴雨在不同季节差异最为明显。     

广东“回南天”现象分析及其预报

利用室内地板温度、气温、露点、湿度,以及NCEP 1°×1°分析数据等资料,对2012年广东2—3月冬春过渡季节"回南天"(高湿天气)的5次个例的天气形势、气象要素特征和物理变化过程进行了分析。结果表明:冷空气影响结束后,广东上空迅速转受暖湿空气控制,当室外空气露点高于室内物体温度时"回南天"现象就会产生;"回南天"是出现在冷暖急转的天气背景下的;冬春季节当持续控制广东的冷高压脊快速减弱,同时925hPa上有明显的偏南气流时,预报员就要考虑是否会出现"回南天"现象;气温快速回升,露点高于室内物体温度是"回南天"出现的必要条件,要重点分析未来露点的变化;"回南天"有两种结束方式,即冷性结束和暖性结束。     

自动站与人工站气压记录分析评估

利用2005年1月至12月凭祥站自动与人工第二年平行观测气压资料,就自动与人工观测气压的差值及引起差异的原因进行了分析。结果表明:(1)自动观测气压值比人工观测气压值,日平均值普遍偏低0.3～0.4hPa。日最低气压在5～6月高温期差值最大,有时可达到1.3 hPa。(2)自动与人工观测气压的差值具有明显的日变化和季节变化。(3)自动与人工观测气压值主要分布在0.3～0.4hPa之间,在业务规定允许误差范围内(4)人工操作不当读数误差;观测时间不一致;仪器性能误差;自动观测在高温状况下的非线性以及其他原因均会导致自动与人工观测气压产生差异。     

江西省2018年秋冬连阴雨天气异常特征及成因

2018年11月1日—2019年3月10日江西省出现区域性连续阴雨寡照天气,文中利用实时检测、历史同期数据和连阴雨极端天气气候事件指标,结合NCEP/NCAR逐日再分析资料和NOAA全球海表温度资料,对这次区域连阴雨天气的异常气候特征和成因进行分析.结果表明:1)此次区域连阴雨天气具有阴雨、连阴雨日数多,累计雨量大、雨日多,日照时数少、无日照和连续无日照日数多等特点.2)连阴雨天气期间,北半球环流形势异常,欧亚中高纬呈"两脊两槽"型环流控制,有利于冷空气入侵我国南方地区;西太平洋副热带高压较常年偏强,西伸脊点偏西,脊线位置偏北,异常西南风水汽输送为持续阴雨天气提供了丰沛的水汽条件并与南下冷空气在江淮至江南地区交汇,造成江西降水异常偏多.3)赤道中东太平洋海温异常对江西秋冬季降水量和阴雨日数有重要影响;2018年江西秋冬季降水表现出对典型El Nino事件的响应,在El Nino的影响下,2018年江西省秋冬季降水量和阴雨日数偏多.