中纬度中尺度对流系统研究的若干进展

中尺度对流系统（MCSs)与许多严重的气象灾害，特别是我国的暴雨洪涝密切相关。本文主要对中纬度中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述，其中包括：MCSs的时空分布；MCCs的平均生成环境；MCSs的组织模型和逆尺度演变；发展中的MCSs与其环境的相互作用；MCSs的动力学和不稳定度；MCSs的数值模拟；MβCS和MγCS的观测和模拟；MCSs的概念模型；MCSs的结构和机制研究的观测计划。我们希望通过本文有助于进一步了解有关中纬度MCSs的发生、发展、结构、机制以及概念模型等研究的若干进展。     

渤海西岸暴雨中尺度对流系统的结构及成因

利用卫星、雷达和加密自动站等监测资料,结合VDRAS系统资料和1°×1° NCEP再分析资料,对造成黑昼和暴雨的中尺度对流系统的空间、热动力结构特征和发生、发展及维持原因进行了分析。结果表明:2004—2009年渤海西岸圆形α-中尺度对流系统有别于南方,其中只有16%可发展为中尺度复合体;黑昼现象是影响系统的特殊性所致。突发性暴雨的制造者是α-中尺度对流系统西端不断新生的β-中尺度对流系统,其发生、发展、维持与边界层内冷池外流、对流层低层 (1.3~2.4 km) 侵入的西北气流与西南气流形成的辐合线或交汇线有密切关系。α-中尺度对流系统的上升速度中心在500 hPa附近,多个β-中尺度对流系统分别具有独自的垂直气流和弱边界层环流。α-中尺度对流系统内部扰动温度呈下负上正的垂直分布,促使了不稳定层结趋于稳定;冷池呈东厚西薄的楔形结构,有利于β-中尺度对流系统发展维持。     

一次导致大暴雨的中尺度对流系统演变和风场垂直结构特征

利用NCEP分析资料、云地闪电、卫星、多普勒雷达、风廓线雷达和RASS观测资料,对引发2009年8月6日广州南沙大暴雨的中尺度对流系统的演变和风场垂直结构进行分析,结果表明:(1) 此次暴雨的直接影响系统是登陆后重新加强的热带风暴内发生、发展的α-中尺度对流系统,其内若干对流单体及其“列车效应”是导致大暴雨的直接原因;(2) 强地闪集中发生在云顶相当黑体温度(TBB)低于-64 ℃云区和大TBB梯度区内,或40 dBZ以上的强回波区及回波梯度大值区,强地闪活动略落后于强降水;(3) 风场垂直结构观测表明,α-中尺度对流系统的低层急流有两次加强过程,与低空入流两次增强有直接对应关系;急流轴上多个中尺度脉动及低涡发展与雨强的剧增相对应,其时间尺度为0.5~1.0 h,这种风场的中尺度特征正是中尺度对流系统中强上升入流和下沉气流在风廓线雷达观测到风场垂直结构中的反映;(4) 边界层的上升运动发生在α-中尺度对流系统的前部,上升运动与地面中尺度低压生成及辐合线有关,中尺度低压和上升运动的出现比强降水提前1 h。      

中纬度α中尺度对流复合体的β中尺度的发展

和α中尺度对流复合体(Mesoscale Co-nvective Complex,缩写为 MCC)联系的β中尺度的时空特征,已被综合成一个生命史概念模式(Conceptual lifecycle model)。这个模式将作为一个工具,有效地用于改进MCCs 的短期预报。这个模式包括与 MCC的卫星云图形状有关的降水分布的特征模式。每个 MCC 都是多个β中尺度对流串在先,这对流串是沿着α中尺度特征线排列的。这个特征在每小时地面和卫星资料上表现很明显。MCC 的增长集中在这些β中尺度串地方,这些β中尺度对流串沿着α中尺度特征交接线排列,且离交接线最近。在 MCC的整个成熟阶段,多个β中尺度对流在扩展的砧状降水区内持续活动,系统的衰减标志是β中尺度对流的减弱和传播扩散移走。曾用独立个例和这个概念模式做了简要对比。     

一条弱静止锋上对流系统发生过程的中尺度特征

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2010年6月8—9日广西境内一条弱准静止锋上的2个中尺度对流系统发生发展过程,分析地面中尺度变压场、温度场、湿度场、流场、卫星云图和雷达回波等的中尺度系统的配置和特征。研究表明:(1) 当弱冷空气以扩散方式南下,准静止锋移入桂北后锋生加强,暖湿空气在准静止锋前中尺度负变压槽中辐合,湿舌从北部湾伸到辐合区内;(2) 准静止锋在桂中与湿舌相遇,锋面抬升触发深对流形成了第1个中尺度对流系统;(3) 随着“滇东南-桂西”低空低涡的发展,低涡东侧气流变化致使“北部湾-桂中”湿舌转向为“北部湾-桂西”,准静止锋在桂西与湿舌相遇触发了第2个中尺度对流系统。(4) 2个中尺度对流系统都是锋面抬升暖湿空气触发深对流而形成的,触发机制相同;(5) 2个中尺度对流系统都是在中尺度负变压槽中发生,中尺度负变压槽的形成或加强超前于中尺度对流系统发生约2～3小时。最后,给出了中尺度对流系统发生过程的概念模型。      

暴雨中尺度对流系统研究的若干进展

中尺度对流系统是造成暴雨的重要影响系统.为了加深对暴雨中尺度对流系统的认识,有必要总结和继续研究中尺度对流系统(MCSs)的组织模型、结构以及发生发展机制.因此,对产生暴雨的MCSs的相关研究进展进行简要综述,主要包括MCSs的定义、分类、时空分布、平均生成环境、组织模型和演变,MCSs的结构特征和发生发展机制,MCS...     

我国南方地区的中尺度对流复合体

根据日本GMS资料和部分常规资料，对我国南方地区春末夏初的10个中尺度对流复合体(MCCs)做了分析。它们的基本特征与美国MCC相近。它们主要活动在夜间，一般在山地背风一侧斜坡上或坡底附近形成;并在对流层中低层中低纬度地区几个天气系统的迭加处获得发展;向东偏南方向移动，与700～500 hPa之间的平均气流方向大体一致，冷云罩面积约为1.4×105 km2,比美洲的(2～3×105 km2)略小;持续时间为12小时左右，比美洲的(10小时)稍长。云区形状呈椭圆形，但偏心率≥0.6。云顶最低温度一般在-86℃以下，出现在冷云罩面积达到最大之前4～6小时。     

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统 的研究：I中尺度对流系统发生发展的大尺度条件

南海季风试验(SCSMEX)的观测表明,1998年南海北部夏季风爆发(5日16～20日)的主要特征是中尺度对流活动的突然爆发和降水迅速增加.文章通过讨论大尺度背景下中尺度对流活动及降水形成的物理条件,揭示了该时段中尺度对流系统与中尺度雨带形成的可能机制(1)在季风爆发初期华南及南海北部地区对流层低层较高的假相当位温与对流不稳定性、低层西南风辐合和高层的辐散为该地区的中尺度对流系统的发展提供了有利的大尺度热力与动力条件;来自孟加拉湾与副热带高压西侧的西南气流为南海北部强降水区提供了大量水汽,形成了该区深厚的湿层和强水汽辐合;(2)来自东亚中高纬地区几次冷空气活动是对流活动发生的重要触发机制,其作用是使对流不稳定能量迅速释放和对流活动在大范围地区突然爆发;(3)通过对南海季风试验期间安装在东沙岛和实验3号科学考察船上的双多普勒雷达资料反演的降水量分析表明,活跃的对流在季风槽和相应的风场切变线作用下,不断地组织并形成一些中尺度对流雨带(MCSs).1998-5-15～19季风爆发时段内,可观测到约12次中尺度降水过程,它们的生命期为6～10 h或更长;(4)南海季风槽与低层切变线的建立以及其中中尺度低涡的产生和发展是中尺度对流系统形成与维持的必要条件.     

天津一次局地大暴雨中尺度对流系统组织化特征与成因

应用常规观测资料与地面加密自动站、卫星云图、多普勒雷达等多种非常规观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)分析场资料,对2013年7月1日天津南部大暴雨中尺度对流系统的结构、演变特征及其成因进行了分析。结果表明:(1)大暴雨发生在副热带高压边缘暖湿气流、低空700—850 h Pa暖性切变线、高低空急流有利配置的背景下,属暖区暴雨。(2)大暴雨由若干β中尺度对流云团合并加强后的α中尺度对流云团造成,对应雷达,强降雨是由西南方向不断移入天津南部的γ中尺度对流单体发展加强,并先后组织成若干东—西向带状β中尺度对流系统先东北后偏东方向移动造成的,在大港南部有列车效应,具有典型的热带型降水回波特征。(3)逆风区的出现、中空急流向低层伸展,低空急流、超低空急流先后形成并加强,是降水强度加强的重要原因。(4)地面中尺度切变线的维持、加强和中尺度低压倒槽东移、发展、入海加强为中尺度气旋,是先后造成对流单体发展加强并组织成带状中尺度对流系统的两个中尺度系统。(5)近地层中尺度切变线是地面中尺度切变线形成的原因,对流单体前侧的偏南冷性水平出流的叠加,一方面增强了沿切变线的辐合,一方面也加大了低层的水汽输送;带状对流系统后侧的偏北冷性水平出流与东南气流形成的中尺度切变线是地面中尺度气旋形成的原因。     

豫西南一次局地大暴雨中尺度对流系统的结构特征分析

利用FY静止卫星资料、多普勒雷达监测及四维变分(4DVAR)反演产品、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2011年8月16日淮河上游副热带高压(简称副高)边缘MCS的结构、演变规律及形成原因进行研究。结果表明:卫星监测的中尺度对流系统(Mesoscale convective system,简称MCS)形成于副高边缘切变线附近,扩散南下冷空气触发高对流不稳定能量释放是系统形成发展的主要机制。对流系统的发展演变可分为四个时期:对流系统初生期、β中尺度对流系统(简称MβCS)合并发展期、圆形α中尺度对流系统(简称MαCS)旺盛期和减弱衰亡期,前三个阶段是产生强降水的主要时期。卫星监测的MCS初生期在雷达上表现为单体和多单体风暴,后三个时期则多表现为β和α中尺度对流系统,成熟期在雷达上表现为带状对系统。对流系统在低层辐合线附近发展,辐合区合并造成对流系统合并,进而造成MCS爆发性发展和降水强度的增加,边界层气旋式旋转气流使冷云罩具有圆形特征。对流系统的垂直辐合辐散层及正负涡度层均呈交替分布特征,高层辐散和垂直上升运动相对弱。低层辐合区的宽度与系统的水平尺度有关。地面冷暖气流交汇及地形辐合线具有重要的对流触发作用,地面气流汇合和豫西中尺度地形对降水落区和中心强度均有影响。     

中尺度对流系统演变中的非线性对流对称不稳定

应用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式用数值试验的方法分析了中尺度对流系统中非线性对流-对称不稳定的发展, 结果表明, 非线性对流-对称不稳定的发展过程首先是对流的发展, 为对称不稳定的发展创造了条件, 而对称不稳定发展的结果使对流组织化, 环流加强, 生命史增长, 并且对流发展与对称不稳定的释放存在一个正反馈过程, 从而给出了其中物理过程相互作用的概念模型.     

南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展

本文总结了近几十年来暖季(5～10月)南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展.聚焦暖季南海中尺度对流过程,概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征,影响南海中尺度对流发生、发展的重要天气系统,并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理.在此基础上,探讨了当前及未来南...     

1998年一次梅雨锋暴雨中尺度对流系统的模拟与诊断分析

文中利用观测资料 (包括部分‘四大科学试验’资料 )和高分辨率数值模拟结果 ,对 1998年 6月 16～ 17日发生在赣闽浙沿武夷山北麓地区的梅雨锋暴雨中尺度对流系统特征进行了分析研究。分析表明 :(1)本次梅雨锋暴雨发生在对流层中低层中 β尺度低压南侧的中尺度辐合线上 ;在弱的风垂直切变环境下 ,梅雨锋中α对流云系中有数个中 β尺度云呈塔状强烈垂直发展 ,它们是造成暴雨的中 β尺度对流系统。(2 )基于加密探空观测的对流有效位能计算显示 ,赣闽浙沿武夷山北麓地区的强暴雨发生前 ,最大对流有效位能可达到 2 6 0 0J/kg ;通过时间加密的探空观测有可能捕捉对流有效位能的中尺度变化特征。(3)利用高分辨率模拟结果对赣闽浙沿武夷山北麓的暴雨中β尺度对流系统 (中 β降水云塔 )的结构分析显示 ,强烈发展的中 β降水云塔为有利的中尺度动力配置结构 ,即对应着一个狭窄的、从地面伸展到 2 5 0hPa的正涡度区 ,其 1.5m/s的垂直上升运动与低层强辐合和高层强辐散相伴随。(4)通过分析与诊断 ,提出了低层中尺度辐合线上强烈发展的梅雨锋暴雨中 β尺度对流系统的气流运动图像 ,即 :在对流层低层 ,空气从西南和西北两个方向流入中 β降水云塔区 ,在云塔中垂直 (略向东倾斜 )上升 ;靠近云塔南 (北 )侧边缘的上升气     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU／NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5，模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程。结果表明，高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力。高分辨率模拟输出显示“9．18”绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴，且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团。模拟还显示受高原地形影响，该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构。其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展，热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量，中层具有斜压不稳定能量。中尺度对流系统具有两支上升人流和两支下沉出流，低层人流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放，中层人流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放，两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展，形成绵阳大暴雨。     

一个高空槽前中尺度对流系统发生发展过程和机制研究

2008年7月6日20时—7日14时,高空低槽前云系产生了一条从广西南宁市到环江县东西宽约80km、南北长达350km的暴雨带,槽前云系南段一个中尺度对流系统在上林县产生了降雨量达265.0mm的特大暴雨。使用常规资料和FY-2C卫星云图、多普勒天气雷达和自动气象站等非常规观测资料进行分析。当高空槽移过青藏高原后,从卫星云图和等熵面分析图上可以检测到槽后有干空气东南下,干空气经云贵高原下沉到桂西和越南北部后,在槽底附近转折向东侵入到桂中,在上林县附近形成一个中尺度涡旋和中尺度负变压中心,中尺度对流系统在中尺度涡旋及中尺度负变压中心上空发生、发展并产生了强降雨,而中尺度涡旋和中尺度负变压中心的出现超前于强降雨约2h。研究表明,中尺度对流系统发生、发展的有利条件是:(1)槽前偏南暖湿气流向桂中暴雨区输送充足的水汽并形成了位势不稳定,为中尺度对流系统的发生发展提供了环境条件;(2)在上林县附近形成的中尺度涡旋辐合上升运动抬升暖湿气流触发对流而形成了中尺度对流系统;(3)对流单体沿低空切变线传播发展并入中尺度对流系统,使中尺度对流系统得以发展和维持。给出了中尺度对流系统发生发展机制的二维概念模型。     

中尺度对流系统和闪电

1.引言每年春夏时节美国包括大平原和东南地区在内的广大地区的总降水量与中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,以下简称MCS)过境有关.MCS定义为持续时间至少几小时且在生命史内具有明显对流活动的大范围降水系统(水平尺度为100-500km).根据定义,MCS包括超级单体雷暴,伴有层状云降水区的飑线以及中尺度对流复合体(MCC).MCC是根据云顶最低温度和特定温度阈值的覆盖范围来定义的(Maddox,1980).MCC中的对流单体的分布较为     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究若干进展

梅雨锋暴雨中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,对其结构特征、活动规律及其发生发展的物理机制的深入研究,对提高梅雨锋暴雨的预报能力有重大意义。近年来对梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究取得了很大进展,文章对梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述,包括梅雨锋暴雨云系多尺度结构、梅雨锋暴雨的β和γ中尺度系统发生发展的环境条件和结构、云微物理分布和转化特征及其对热力动力过程反馈等方面,并对有关问题进行讨论。     

一次分散性暴雨中尺度对流系统发展特征

应用常规观测资料及加密自动站、卫星云图、多普勒雷达、风廓线雷达、雷达变分同化分析系统(VDRAS)资料,对2016年8月6日夜间天津一次漏报的分散性暴雨过程中尺度对流系统演变特征及其成因进行分析。结果表明:(1)副热带高压边缘暖湿气流,低空弱切变、东南急流及湿舌,弱对流抑制及北部冷空气南下为强降雨提供了有利的条件。(2)渤海西南部发展加强的中-β尺度对流系统北移,与其前侧触发的中-γ尺度对流单体合并加强,造成东南部局地强降雨;河北东北部中-β尺度对流系统南压造成东部局地强降雨;东部的线状对流系统前侧不断触发新的雷暴生成、并发展加强为先线状、后人字形中-β尺度对流系统,先稳定少动、后随移入北部地区的对流单体南压造成天津中南部、北部地区的强降雨。(3)海陆风辐合线形成的东南风-西北风辐合线,是造成前期渤海西南部对流系统发展加强的辐合系统;河北东北部对流系统前侧的冷性水平出流(东北气流)与海风(东南气流)形成的辐合线是造成天津东北部对流系统的辐合系统;天津东北部、东南部对流系统前侧的冷性水平出流(东北气流、东南气流)与环境冷空气(西北气流)形成的中尺度涡旋及两条相交辐合线是造成中南部人字形对流系统的辐合系统。(4)冷空气南压是从3000~4000 m高度转为偏北风开始的。     

一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP/NCAR再分析资料,对安徽省一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的环流背景、内部结构及其演变进行了系统分析。结果表明:1)低层台风外围偏东气流的输送使得暴雨区增温增湿,进而增强中纬度大气的不稳定度;西风槽前的上升运动有利于暴雨区低层辐合的加强和垂直运动的发展维持。2)强降水过程主要由两个β中尺度对流系统造成,在暴雨区上空β中尺度对流系统的新生维持是强降水维持较长时间的重要原因。3)雷达回波和地面要素场上,强降水表现为两个β中尺度的对流系统的生成发展,中尺度对流系统锋生的原因虽各有不同,但对流的发展与地面中尺度辐合线和加强的中尺度低压有关。γ中尺度的强对流单体是造成局地降水峰值的直接原因。4)两段强降水的出现都表现出中纬度系统和台风外围气流的相互作用,低层冷空气的触发以及西风槽前暖湿气流的加强都会使降水有明显的增幅。5)雷达速度场上,β中尺度对流系统的加强和低层暖湿气流的加强紧密相关。γ中尺度对流系统的生成则是由速度场上小尺度的风速辐合造成。