多源探测资料在一次非线状MCS分析中的综合应用

用多种加密观测资料和NCEP日再分析资料分析了2010年7月14日强降水期间咸宁地区一次非线状MCS活动造成短时强降水的发生发展机制.结果表明,14日13-18时非线状MCS回波结构组织性差,强对流单体散乱地分布在大片层状回波中,准静止地维持在湖北咸宁地区大约5h,造成了短时强降水.该MCS发生在梅雨锋锋面附近的地面涡旋环流中,高空冷空气侵入和锋前抬升运动是对流的主要触发机制,切变线南侧不稳定的暖湿气流在长江中游地区辐合集中、局地的地面气流辐合和边界层有利的风切变是该非线状MCS发展维持在成宁地区的有利条件.高时空分辨率探测资料对MCS演变过程有较好的分析能力.     

北京2006年夏季接连两场暴雨的观测对比分析

利用北京地区高时空分辨率的地面自动站资料、多普勒雷达数据、卫星图像、风廓线数据以及6小时一次的NCEP再分析资料等,对2006年7月31日和8月1日接连发生在北京地区的两场暴雨做观测对比分析.结果表明:(1)7月31日降水为典型的华北强低槽锋面影响下的北京大范围强对流降水,8月1日降水为该华北低槽东移变为低压后的一次飑线影响下的北京部分地区强对流降水;两场暴雨大尺度环境条件相似,但与7月31日相比8月1日贯通南北的远距离水汽输送以及干冷空气与暖湿空气在北京地区的对峙已明显减弱,即形成全北京范围扰动的环境条件已经减弱.(2)两场暴雨的中尺度对流系统在形状、强度、移动路径等方面均有不同,但两场暴雨的中尺度对流系统的发展都与地面中尺度辐合线的发展有密切联系.(3)两场暴雨发生前北京局地对流层低层风场短时间变化特征不同,但低层偏东风和近地面东南风的出现,对于北京这两场暴雨的产生是比较关键的,预报中应该加以关注.     

一次西北气流型冰雹过程分析中加密观测资料的综合应用

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达、天津255m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、北京和乐亭两个探空站、5min间隔自动站观测资料和自动站J文件,对2014年6月22日天津地区一次漏报冰雹过程对流系统的演变特征进行精细化分析。结果表明:(1)这次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场发生的,冰雹入侵路径是少见的东北路径;(2)雹暴单体发展于地面"人"字形辐合线"捺"部顶端,配合干线的共同作用造成雹暴单体加强发展,形成阶段近地层强东风入流加强地面风速辐合和干线的强度。成熟阶段气象要素的骤变(降温、升压、增湿)远强于形成和发展阶段的变化;(3)雹暴后侧入流区东北气流的维持及其下传对雹暴单体的增强起到重要作用。前侧入流区东北气流则自地面向边界层伸展,且临近降雹时塔层气象要素均有短时间的反向变化;(4)风暴追踪信息显示雹暴单体质心高度在3~4km,回波顶高远超过-20℃高度,最大反射率因子高度存在3次明显下落,发展阶段垂直液体含水量达最大55kg·m~(-2)。     

城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用

从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用.研究结果表明:(1) 2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助.这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别.(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释     

ATOVS资料在长江流域一次暴雨过程模拟中的应用

利用2002年 "973" 中国暴雨试验(CHeRES)期间获取的常规、非常规观测资料, 对7月22～23日长江中下游地区的一次大暴雨过程进行了分析和模拟研究.分析表明, 此次降雨过程是由东北-西南向梅雨锋上发生发展的β中尺度对流云团造成.在高低空环流的共同作用下, 高空槽后干冷气流与西南暖湿气流在长江中下游地区频繁交汇, 使得中尺度对流系统得以持续发展.模拟研究发现, 由于梅雨锋云带结构比较松散, 造成降雨的强对流系统尺度较小, 仅利用常规探空资料难以理想地模拟出降雨过程中对流云团的强度、演变.为此, 采用不同同化方案同化NOAA16卫星的ATOVS资料, 对此次降雨过程进行了对比模拟试验.结果发现, 形成模式初始场时考虑间接同化ATOVS反演得出的温、湿资料, 模式虽然同样能较好地对造成暴雨的主要天气系统、降雨的主要落区以及暴雨发生的时段进行模拟, 但雨区和雨强的模拟效果没有明显改进.相比而言, 采用增量三维变分同化系统, 直接同化ATOVS资料形成初始场, 不仅可以较好地模拟出暴雨天气形势、主要影响系统, 而且对降雨的落区、强度、暴雨发生时段均有较好的反映.模拟试验结果表明, 直接同化ATOVS资料, 模拟的梅雨锋上局地暴雨强度与实际降雨量级基本一致, 且可以有效改进对流层温、湿场分布.这不仅说明ATOVS资料的使用对于提高梅雨锋上局地暴雨过程模拟效果是可行的、必要的, 而且也为该资料用于梅雨锋暴雨的预报奠定了基础.     

大兴安岭地区加密观测前后气象资料的对比分析

1 引言 黑龙江省大兴安岭地区面积8.46×104km2,在2006年以前大兴安岭地区气象部门有6个地面气象观测站,平均1.41×104km2有一个地面观测站,气象站在空间密度和观测频次上,不能适应中小尺度天气系统的监测要求.目前,大兴安岭地区共有52个观测站覆盖在大兴安岭的所有乡镇、林场,平均30 km有1个雨量站.实行了1 h一次的自动上传气温、雨量数据.通过对2007年1～9月的加密观测前后资料的对比分析,揭示了大兴安岭地区的气候变化规律,为林区的气象服务提供科学的依据.     

广西汛期台风地面加密观测资料的收集与处理

介绍了广西汛期的台风地面加密观测资料的业务规范、及时准确和完整地收集和处理与共享过程.     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。     

新一代天气雷达资料在2003年淮河流域暴雨模拟中的初步应用:模拟降水和风场的对比

利用时间尺度密集的长沙、常德、合肥、南昌、南京、武汉和宜昌共7个站的新一代天气雷达（CINRAD-SA雷达）观测反演资料、TBB资料、常规的探空和地面观测资料、NCEP分析资料，与中尺度MM5模式相结合，以NCEP格点资料作为大尺度背静场，加入12 h间隔的探空、3 h间隔的常规地面观测资料及1 h间隔的雷达反演风廓线资料，进行全程四维同化模拟，考察中尺度数值模式MM5对2003年梅雨期间发生在湖南、安徽和江苏的暴雨过程（7月8～9日）的模拟能力。分析表明:除了模拟降水与实况接近以外（雨量和雨区），MM5模式输出的风廓线和从雷达观测反演得到的风廓线结果有很好的相似性，加入雷达反演风廓线资料后对模拟结果有一定改进，为进一步利用模式输出结果研究造成2003年江淮流域暴雨洪涝的中尺度对流系统的结构和机理提供了可能。     

夏季青藏高原上的对流云和中尺度对流系统

运用1998年6～8月逐日逐时日本地球静止气象卫星(GMS)红外辐射亮温资料,计算和分析了青藏高原及周边地区对流云和中尺度对流系统的活动,揭示了它们形成和发展的月际变化和地理分布、强度、日变化、移动和传播等诸多特征,以及与长江流域暴雨过程的关系.     

Initiation and Evolution of Long-Lived Eastward-Propagating Mesoscale Convective Systems over the Second-Step Terrain along Yangtze-Huaihe River Valley

Based on the previous statistical analysis of mesoscale convective systems(MCSs)over the second-step terrain along Yangtze-Huaihe River Valley,eight representative long-lived eastward-propagating MCSs are selected for model-based sensitivity testing to investigate the initiation and evolution of these types of MCSs as well as their impact on downstream areas.We subject each MCS to a semi-idealized(CNTL)simulation and a sensitivity(NOLH)simulation that neglects condensational heating in the formation region.The CNTL experiment reveals convection forms in the region downstream of a shortwave trough typified by persistent southwesterly winds in the low-to midtroposphere.Upon merging with other convective systems,moist convection develops into an MCS,which propagates eastward under the influence of mid-tropospheric westerlies,and moves out of the second-step terrain.The MCS then merges with pre-existing local convection over the plains;the merged convection reinforces the cyclonic wind perturbation into a mesoscale vortex at 850 hPa.While this vortex moves eastward to regions with local vortex at 850 hPa,another vortex at 925 hPa is also intensified.Finally,the vortices at 850 and 925 hPa merge together and develop into a mesoscale convective vortex(MCV).In contrast,MCSs fail to form and move eastward in the NOLH experiment.In the absence of eastward-propagating MCSs,moist convection and mesoscale vortices still appear in the plains,but the vortex strength and precipitation intensity are significantly weakened.It is suggested the eastward-propagating MCSs over the second-step terrain significantly impact the development and enhancement of moist convection and vortices in the downstream areas.     

1989年7月川东大暴雨中尺度对流系统分析

使用气象卫星资料，分析了１９８９年７月发生在四川东部的４个中尺度对流系统的特征，第一个系统是由３个对流云团合并而成，生成后快速向前移动，第二个为向后传播。第三个系统生成后，系统的西南部不断生成新的对流单体，使之维持准静止状态，最后一个系统的初期呈胞状结构，后与冷锋结合，成为冷锋云系的一部分，这４个系统都是西南低涡暖切变形势下的产物，随着形势演变，其大尺度环境略有差异。     

A Simulation Study of the Mesoscale Convective Systems Associated with a Meiyu Frontal Heavy Rain Event

In this study, evolution of the mesoscale convective systems （MCSs） within a Meiyu front during a particularly heavy rainfall event on 22 June 1999 in East China was simulated by using a nonhydrostatic numerical model ARPS （Advanced Regional Prediction System）. Investigations were conducted with emphasis on the impact of the interaction among multi-scale weather systems （MWSs） on the development of MCSs in the Meiyu frontal environment. For this case, the development of MCSs experienced three different stages. （1） The convections associated with MCSs were firstly triggered by the eastward-moving Southwest Vortex （SWV） from the Sichuan Basin, accompanying the intensification of the upper-level jet （ULJ） and the low-level jet （LLJ） that were approaching the Meiyu front. （2） Next, a low-level shear line （LSL） formed, which strengthened and organized the MCSs after the SWV decayed. Meanwhile, the ULJ and LLJ enhanced and produced favorable conditions for the MCSs development. （3） Finally, as the MCSs got intensified, a mesoscale convective vortex （MCV）, a mesoscale LLJ and a mesoscale ULJ were established. Then a coupled-development of MWSs was achieved through the vertical frontal circulations, which further enhanced the MCV and resulted in the heavy rainfall. This is a new physical mechanism for the formation of Meiyu heavy rainfall related to the SWV during the warm season in East China. In the three stages of the heavy rainfall, the vertical frontal circulations exhibited distinguished structures and played a dynamic role, and they enhanced the interaction among the MWSs. A further examination on the formation and evolution of the MCV showed that the MCV was mainly caused by the latent heat release of the MCSs, and the positive feedback between the MCSs and MCV was a key characteristic of the scale interaction in this case.     

北京地区一次强对流大暴雨的环境条件及动力触发机制分析

通过对1998年6月29日北京地区发生在天气尺度脊中的强对流大暴雨过程分析, 得出该过程是由中层的高压脊和低层的辐合系统、近地面的冷空气之间的相互作用形成了具有聚能机制的中低空经向环流圈, 维持了暴雨区中低空的上升运动, 形成了近地面的动力锋生, 使中低层的潜在不稳定加剧.而对流层高层短波扰动的正涡度平流通过非地转平衡过程, 引发中高层产生的上升运动, 触发了潜在不稳定的释放.该短波扰动与风场的波动不相匹配, 其位相传播特征与重力波相似.     

北京地区一次引发强降水的中尺度对流系统的组织发展特征及成因探讨

2008年8月10日白天到夜间,北京地区发生了全市性强降水,其中10日下午15:00-18:00经过城区的三个β中尺度对流单体不但产生强的降水(局地达到45 mm/h和12 mm/5 min的雨强),还出现了明显的组织化发展的迹象。利用北京地区多种高时空观测数据(包括地面自动站、多普勒雷达、风廓线、微波辐射计等)和雷达变分同化分析系统(VDRAS)的高分辨率分析场资料,重点分析研究了这三个对流单体组织发展的特征和成因。结果显示:(1)10日下午城区的短时暴雨与大范围降水云系前部(北京城区南部到房山东部)近地面层β中尺度切变线的产生直接相关,该切变线触发了对流,使对流单体组织化发展成为准南北向排列的β中尺度线状对流系统影响了城区;(2)降水发生前2小时左右,北京本站边界层环境风风向由西南向偏东的转变以及城区局地对流有效位能的短时快速积累,是城区对流得以发展的关键局地环境因素;(3)10日下午北京西北部山区的层状降水系统的低层(500 m以下)形成的西北冷性水平出流与北京东南部低层东南暖平流在城南一带汇合形成的风切变是导致对流单体移进北京后组织化和进一步发展的直接原因。因此,在有利的大尺度环流背景下,对于北京大范围降水而言,预报中需特别注意降水云系移动的近前方、边界层环境风风向的变化(即偏东风的出现),因为大范围降水发生后近地面层所形成的水平出流,可能与其前部偏东环境风构成明显风切变而激发对流的产生和组织化。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

Diagnosis of the Secondary Circulation of Tropical Storm Bilis (2006) and the Effects of Convective Systems on Its Track

We diagnose characteristics of the quasi-balanced flow and secondary circulation（SC） of tropical storm Bilis（2006） using the potential vorticity（PV）-ω inversion method.We further analyze how secondary steering flows associated with mesoscale convective systems affected the track of tropical storm Bilis after it made landfall.The quasi-balanced asymmetric and axisymmetric circulation structures of tropical storm Bilis are represented well by the PV-w inversion.The magnitude of the nonlinear quasi-balanced vertical velocity is approximately 75%of the magnitude simulated using the Weather Research and Forecasting（WRF） model.The SC of Bilis（2006） contained two strong regions of ascending motion,both of which were located in the southwest quadrant of the storm.The first（150-200 km southwest of the storm center） corresponded to the eyewall region,while the second（approximately 400 km southwest of the storm center） corresponded to latent heat release associated with strong precipitation in major spiral rainbands.The SC was very weak in the northeast quadrant（the upshear direction）.Dynamical processes related to the environmental vertical wind shear produced an SC that partially offset the destructive effects of the environmental vertical wind shear（by 20%-25%）.This SC consisted of upward motion in the southwest quadrant and subsidence in the northeast quadrant,with airflow oriented from southwest to northeast at high altitudes and from northeast to southwest at lower levels.The inverted secondary zonal and meridional steering flows associated with continuous asymmetric mesoscale convective systems were about-2.14 and-0.7 m s~（-1）,respectively.These steering flows contributed substantially to the zonal（66.15%） and meridional（33.98%） motion of the storm at 0000 UTC15 July 2006.The secondary steering flow had a significant influence on changing the track of Bilis from southward to northward.The direction of the large-scale meridional steering flow（3.02 m s~（-1）） was     

用改良的面积重叠法自动跟踪中尺度对流系统的试验研究

中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems, MCSs)的活动和演变,是造成致洪暴雨灾害性天气的主要因素之一.多年来,许多学者加大了对中尺度对流系统研究的力度.但是,中尺度对流系统的活动及其移动和传播的研究进展一直受到计算机自动识别和跟踪问题的制约.首先介绍了一种基于面积重叠法的MCSs自动跟踪技术,然后针对它存在的问题进行了改良,并应用改良后的面积重叠法对1998年6月至8月的青藏高原上空MCSs进行了识别与跟踪实验.实验结果表明,改良后的面积重叠法的跟踪准确率可达80%,比改良前提高了10%以上.