2005年6月华南持续性暴雨爆发和维持机制分析

利用常规气象资料及T213分析场资料，对2005年6月18日～23日华南大范围持续性暴雨过程的高低空形势、能量及动力条件进行诊断分析。发现：这次过程低空急流维持了低空对流不稳定形势，高空急流维持了高空辐散、低空辐合的有利形势，高空西南急流与高空西北急流一样，能造成暴雨区高空有利的辐散形势，形成高层辐散、底层辐合，触发强烈的上升运动，高低空耦合是此次强降雨爆发的熏要机制，强降雨落区位于低空西南风急流出口区的左侧和200hPa西北风急流的出口区西南侧，即低空急流的左侧与切变线的前沿；暴雨区域高湿能条件的维持．保证了强降雨过程的能量供给，是强降雨持续的重要条件。     

2005年6月华南持续性暴雨爆发和维持机制分析

利用常规气象资料及T213分析场资料,对2005年6月18日~23日华南大范围持续性暴雨过程的高低空形势、能量及动力条件进行诊断分析。发现:这次过程低空急流维持了低空对流不稳定形势,高空急流维持了高空辐散、低空辐合的有利形势,高空西南急流与高空西北急流一样,能造成暴雨区高空有利的辐散形势,形成高层辐散、底层辐合,触发强烈的上升运动,高低空耦合是此次强降雨爆发的重要机制,强降雨落区位于低空西南风急流出口区的左侧和200hPa西北风急流的出口区西南侧,即低空急流的左侧与切变线的前沿;暴雨区域高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

一次长历时特大暴雨多普勒雷达中尺度分析

2008年7月22日湖北省襄樊市出现了一次长历时的特大暴雨过程,9小时内降水量301 mm,占年平均降水量的三分之一,为当地有气象记录以来最大、最强的一次降水过程。利用多普勒雷达资料等对这次特大暴雨的回波结构特征、中尺度系统活动和地形作用进行了分析。结果表明:(1)在低涡、切变线共同作用下,影响襄樊地区特大暴雨的回波系统有两个,一是稳定维持在鄂西北地区的切变线带状降水回波,二是低涡东北侧发展的具有螺旋回波带结构的涡旋回波,两者构成涡带结合型回波结构形态。在涡带结合处,对流回波的不断新生、向北移动导致襄樊地区持续性的强降水。(2)襄樊特大暴雨过程的发生与其北部115 km处的一支东北风中尺度超低空急流的建立,及其南部低涡东侧强偏南暖湿气流的向北发展有密切关系。由于襄樊西侧武当山的屏障作用,超低空东北急流折向东南,与偏南暖湿气流在静止锋附近形成中尺度气旋性辐合上升运动。两支急流的维持对襄樊附近持续性的辐合上升运动起到关键作用。     

引发华北特大暴雨过程的中尺度对流系统结构特征研究

利用常规观测资料、FY2C卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2005年7月22～24日发生在华北地区的大到暴雨天气过程进行了观测分析和模拟研究.结果表明,“海棠”台风减弱的低压倒槽内发生发展的两个中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,中尺度对流系统发展到成熟阶段首先在对流层中层形成中尺度低涡,然后向低层发展.水汽辐合...     

“94.7”华南特大洪涝灾害的中尺度暴雨分析

对造成“94．7”华南特大洪涝灾害的暴雨过程的一些中尺度系统、中尺度雨团的活动、中尺度暴雨云团的发生发展进行分析，利用非平衡强迫的诊断结果对此次暴雨天气的成因及落区作了初步的研究，揭示了大气的非平衡动力强迫在这次中尺度暴雨降水过程中的作用。     

“96.8”河北特大暴雨成因的中尺度分析

该文用卫星云图和常规气象资料,分析了1996年8月3～5日河北省的特大暴雨过程。分析认为：这次特大暴雨出现在东亚强经向环流形势下的副高西北部边缘特定的有利地区,主要受两个中尺度云团的直接影响。该云团的形成和发展,是偏南风低空急流与华北北部南下的近地面层弱冷空气相互作用的结果。     

"2003.6.17"滇中特大暴雨的中尺度分析

结合大尺度环流的高通滤波、卫星云图和雷达回波诊断，用Shuman—Shapiro中尺度滤波方法，对2003年6月17日云南中部的楚雄市至南华县一带发生的特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这次过程是热带中尺度气旋东南移并发展造成的；地面强冷空气侵入中尺度低压导致对流发展，是热带中尺度气旋加强的原因；大尺度环流下，孟加拉湾、南海和北部湾形成的两条水汽输送带通过热带低压，为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与之配置的切变线北侧对特大暴雨落区有较好的指示。     

一次陕西关中强暴雨环境条件及中尺度系统分析

综合利用T213再分析资料和高时空分辨率观测资料包括地面区域逐时加密观测资料,对2007年8月8—9日陕西关中特大暴雨过程的环境条件和中尺度系统进行了分析。天气学分析表明:500 h Pa西太平洋副热带高压和青藏高原高压形成的高压坝在陕西中部断裂形成东北—西南向切变线、250 h Pa西风急流入口区右侧发散场和700 h Pa东西向切变线相互配合是特大暴雨形成的有利环境条件;低层风向快速变化使关中暴雨区低空水汽经历了减小—突然增加—快速减小的过程,关中周围水汽通过偏东气流输送至暴雨区为暴雨的发生提供了水汽和位势不稳定条件,而水汽的快速变化又形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;高空反气旋涡度的发展形成强烈的"抽吸作用"、双圈垂直次级环流和强垂直上升运动及其两侧的弱下沉运动形成的不对称结构是暴雨形成的动力机制。强降水的中尺度特征分析显示:强暴雨是由一个中α尺度对流系统(MαCS)的发生发展产生的,MαCS又是由2个中β尺度对流系统(MβCS)合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成岐山、礼泉和高陵3个大暴雨中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水的强弱与地面中尺度辐合系统的强弱有很好的对应关系,地面中尺度辐合系统的形成和加强可能是强降水的触发机制和增幅原因之一。     

北京\

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,以及气象卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达探测资料与北京变分多普勒雷达分析系统（VDRAS）反演资料,对2020年8月12日京津冀地区一次区域性暖区大暴雨过程的降水特征、环流背景、中尺度系统演变特征及其成因进行了分析。结果表明：这次过程发生在副热带高压边缘、500 hPa以下暖气团中,主要影响系统为850 hPa低空急流和暖式切变线。强降水表现出明显的阶段性,主要分两个阶段,分别对应河北南部和京津冀北部两个暴雨区,其形成原因不同。第一阶段强降水由一α中尺度对流系统（MαCS）发生发展造成,降雨前局地水汽和能量充足,地面辐合线触发不稳定能量释放形成线状强回波,对应地面气旋性环流为螺旋状回波,其上的对流单体不断发生发展造成强降水。第二阶段强降水由多个β中尺度云团产生,北上加强的偏南风低空急流为暴雨的发生提供了充足的水汽和动力条件,边界层低空急流及中尺度低涡系统是第二阶段大暴雨的重要影响系统,雄安新区单站125.9 mm极端小时强降水是由“逗点状”回波尾部暖云降水叠加“列车效应”共同造成。

     

Impact of 4DVAR assimilation of rainfall data on the simulation of mesoscale precipitation systems in a mei-yu heavy rainfall event

The multi-scale weather systems associated with a mei-yu front and the corresponding heavy precipitation during a particular heavy rainfall event that occurred on 4 5 July 2003 in east China were successfully simulated through rainfall assimilation using the PSU/NCAR non-hydrostatic, mesoscale, numerical model （MM5） and its four-dimensional, variational, data assimilation （4DVAR） system. For this case, the improvement of the process via the 4DVAR rainfall assimilation into the simulation of mesoscale precipitation systems is investigated. With the rainfall assimilation, the convection is triggered at the right location and time, and the evolution and spatial distribution of the mesoscale convective systems （MCSs） are also more correctly simulated. Through the interactions between MCSs and the weather systems at different scales, including the low-level jet and mei-yu front, the simulation of the entire mei-yu weather system is significantly improved, both during the data assimilation window and the subsequent 12-h period. The results suggest that the rainfall assimilation first provides positive impact at the convective scale and the influences are then propagated upscale to the meso- and sub-synoptic scales.
Through a set of sensitive experiments designed to evaluate the impact of different initial variables on the simulation of mei-yu heavy rainfall, it was found that the moisture field and meridional wind had the strongest effect during the convection initialization stage, however, after the convection was fully triggered, all of the variables at the initial condition seemed to have comparable importance.     

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。     

一次华南暴雨过程的数值模拟———中尺度对流系统形成发展机制

2008年6月11-13日在华南地区出现了特大暴雨,这主要是由一系列中尺度对流系统(MCS)的相继生成,合并和强烈发展导致的.该研究利用新一代中尺度数值模式WRF对此次暴雨过程进行数值模拟,重点研究此次强降水过程中MCS发生、发展和演变过程及其相关物理机制.在MCS的生成过程中,由于西南涡的存在导致MCS始终处于正涡度环境中,正涡度导致的低层辐合与大气静力不稳定都是重要的MCS启动机制,这两者的共同作用有利于MCS的生成与加强.MCS形成后,在强垂直切变的环境中,倾斜抬升机制发生作用,更进一步加强了环境涡度,形成有利的正反馈过程,造成MCS迅速发展.这些加强的MCS和大尺度环境流场相互作用,造成了它们的合并.在MCS的分裂过程中,马氏力起着重要作用.     

陕北北部一次罕见区域性暴雨天气过程分析

利用MICAPS常规气象资料、ERA-Interim 0.25°×0.25°再分析数据、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G卫星云图和榆林CR/CB雷达产品,对2017年7月25日20时—26日08时陕西北部持续强降水过程进行综合分析。结果表明：（1）这次降水过程呈东西向带状分布,雨强大、范围小、移动慢、持续时间长,降水主要集中在夜间,大暴雨区具有典型的β中尺度特征;（2）西风槽的快速东移南压以及副高的稳定维持有利于槽前正涡度平流的加强及低层低值系统的发展,850 hPa新生的河套低涡和东南低空急流成为这次强降水过程的直接影响系统;（3）河套低涡是一个浅薄的热低压系统,它的发生发展可分为三个阶段,初始阶段低涡形成于弱的锋区中并具有不对称的暖心结构,成熟阶段和旺盛阶段低涡转变为对称的暖心结构,强降水产生在低涡发展成熟阶段,在低涡旺盛阶段降水达到最强;（4）河套低涡直接影响并控制着地面β中尺度低压的发生发展,β中尺度低压稳定在榆林西部,中尺度低压的西部和东部分别形成冷性辐合和暖性辐合,不断触发γ对流单体生成,不同中尺度对流云团的合并导致了降水的强烈发展。

     

2012年7月12日鄂东北准静止中尺度对流系统分析

使用高空天气图、NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析场、新-代天气雷达及地面观测资料分析了导致2012 年7 月12 日鄂东北强降水的准静止中尺度对流系统MCS（Mesoscale Convective System）的演变特征,解释了MCS 维持准静止状态的成因.南支槽、东北冷涡、副热带高压是MCS 形成的主要大尺度天气系统,MCS 形成于副高外围西南气流和冷涡高空槽底部之间,副高位置稳定和冷涡高空槽缓慢南压有利于MCS 稳定少动,且随南支槽加深西南急流的建立有利于持续向MCS 输送水汽和不稳定能量.MCS 表现为单个中α尺度对流云团,成熟时外形呈椭圆型,边缘光滑,亮温低值中心位于MCS 西侧,且有指状突起,亮温低值区域对应中β尺度对流回波带,强降水组合反射率因子为45～55 dBz,回波顶高18 km,中心高度低于6 km,MCS 维持准静止状态.强降水与MCS 亮温低值中心、强回波带相对应,降水效率高,持续时间长.中尺度分析表明,辐合线的维持是MCS 呈准静止状态的主要原因.地形阻挡产生的地面辐合线触发了初始对流,强降水在地面产生冷池、雷暴高压及弧状出流边界,出流边界上风速辐合较强且温度梯度较大区域又触发出新的对流,并在气压梯度力推动下向东南方向传播,抵消了环境风平流运动.MCS 低层主要有西南气流和西北气流,西北气流逐渐从MCS 后部进入,与西南气流形成辐合线,西南气流沿西北气流爬升产生对流,形成自东南向西北倾斜的中尺度锋面,地面出流边界和高空辐合线是中尺度锋面在风场的表现形式,对回波加强、维持有重要作用,且高空辐合线引起的后向传播也抵消了环境风平流运动.     

Simulation of quasi-linear mesoscale convective systems in northern China: Lightning activities and storm structure

Two intense quasi-linear mesoscale convective systems(QLMCSs) in northern China were simulated using the WRF(Weather Research and Forecasting) model and the 3D-Var(three-dimensional variational) analysis system of the ARPS(Advanced Regional Prediction System) model.A new method in which the lightning density is calculated using both the precipitation and non-precipitation ice mass was developed to reveal the relationship between the lightning activities and QLMCS structures.Results indicate that,compared with calculating the results using two previous methods,the lightning density calculated using the new method presented in this study is in better accordance with observations.Based on the calculated lightning densities using the new method,it was found that most lightning activity was initiated on the right side and at the front of the QLMCSs,where the surface wind field converged intensely.The CAPE was much stronger ahead of the southeastward progressing QLMCS than to the back it,and their lightning events mainly occurred in regions with a large gradient of CAPE.Comparisons between lightning and non-lightning regions indicated that lightning regions featured more intense ascending motion than non-lightning regions;the vertical ranges of maximum reflectivity between lightning and non-lightning regions were very different;and the ice mixing ratio featured no significant differences between the lightning and non-lightning regions.