宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。     

一次极端短时强降水天气分析

本文利用常规地面及高空观测资料、加密自动站资料及多普勒雷达资料等,从环境条件及雷达特征等方面对2019年鸡西市一次极端短时强降水天气进行分析,结果表明:强降水发生在宽广且深厚的西风槽稳定维持背景下,降水区中层有冷空气入侵,低层位于槽前暖湿气流中,一致的西南风输送水汽至降水区。850 hPa槽线是本次对流天气的触发系统,上冷下暖及午后地面温度迅速升高造成热力不稳定,另外,低层绝对水汽含量较高是本次短时暴雨发生的重要条件。从雷达产品上看,麻山区的降水是由多单体风暴形成的,其中包含有超级单体风暴,单体依次经过降水区,强对流过程持续3 h,一定的"列车效应"使其出现了短时暴雨天气。     

湖北省极端短时强降水MCS类型及特征分析

重点利用新一代天气雷达、常规探空和地面中尺度观测等资料,在详细分析湖北省2008—2015年62例极端短时强降水中尺度对流系统演变过程的雷达回波特征基础上,研究归纳了湖北省6类极端短时强降水MCS模态,其中包括4类线状(尾随层状云、平行层状云、后向扩建类、邻近层状云类)和2类非线状(涡旋状类和层状云环绕类)MCS模态。初步研究表明:(1)4类线状MCS的模态和环境风相对对流线分量的垂直分布与早期的研究结果基本一致。(2)非线状的涡旋状类MCS模态典型特征是大范围层状云降水包裹着螺旋式涡旋对流回波带,多形成于西南涡前切变线附近,主要与西南涡前鄂西山地平原过渡带边界层中尺度涡旋系统的触发和组织有关。(3)湖北省后向扩建类MCS常出现在山脉迎风坡一侧,与中尺度地形对冷池的阻挡、冷池对MCS的组织作用等有关。(4)涡旋状MCS持续时间较长、范围较大,而层状云环绕类MCS维持时间较短。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

山东省短时极端强降水研究

利用1999—2011年4—10月全省大监自动站逐时降水观测资料,采用排序法、正态变换法(Z指数法)、平方根变换法等3种计算阈值的方法,计算了山东短时极端强降水的阈值,采用不同方法会得出不同的阈值。传统排序法计算的结果更接近实际,最后采用此法计算结果确定山东省及5个分区短时极端强降水阈值。结果显示:鲁东南、鲁中、鲁西北地区阈值大,鲁西南和半岛地区阈值小,特别是鲁西南地区阈值最小。鲁西北、鲁西南、鲁东南、鲁中和半岛南部易出现短时极端强降水,半岛北部短时极端强降水较少。短时极端强降水出现的偶然性大,极端强降水出现次数与年平均降水量没有明确关系。7、8月是防范短时极端强降水的关键时期。     

一次弱天气背景下极端短时强降水过程的风廓线雷达分析

基于风廓线雷达、多普勒天气雷达和分钟级自动气象站观测资料,分析了2022年8月3日成都一次极端短时强降水过程中水平风、垂直速度、大气折射率结构常数、低空急流指数和垂直风切变的演变特征,探讨了风廓线雷达对短时强降水天气的应用。结果表明：（1）此次极端短时强降水是在弱天气背景、本地水汽条件好的条件下,由低层东风脉动触发的降水效率极高的暖云降水。（2）风廓线雷达组网资料能够捕捉到大气环流中小尺度的变化,对本次短时强降水的发生及落区有较好的短临预报意义。（3）风廓线雷达测得的风场变化较降水发生时间更早,对降水预报有较好的指示价值。（4）垂直速度和大气折射率结构常数能够很好地反映降水的发生和结束。（5）低空急流指数和垂直风切变在降水发生前40 min出现明显增大。     

西安东部一次局地短时强降水天气过程分析

利用常规观测资料,NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图、多普勒雷达、微波辐射计等多源数据,对2019年8月9日西安东部发生的一次局地短时强降水天气过程进行较为全面的中尺度特征分析。结果表明,小尺度的地面辐合和地形抬升是该次短时强降水的触发及加强条件;台风外围的偏东气流为强降水提供了充足的水汽和不稳定能量,且前期大气层结显示出较强的对流不稳定,有利于短时强降水触发后较大能量的释放并提升降水效率。短时强降水发生阶段监测到明显的干冷空气侵入过程,干冷空气可触发新对流,加强不稳定层结,加快水滴蒸发以增加潜热,从而加强了短时强降水。雷达反射率图上显示西安东部位于蓝田上、下游的对流单体在蓝田县附近形成对峙,并不断合并加强,是造成该地较强短时强降水的主要原因之一。     

重庆短时强降水时空特征分析

利用2008—2018年地面自动站逐小时降水资料,统计分析重庆短时强降水的时空分布特征,结果表明:1)重庆短时强降水高频中心在西部合川,东北部开州、巫溪和云阳,东南部酉阳、秀山地区,均毗邻陡峭山脉,地形抬升和特殊地形对降水有增幅作用;2)短时强降水主要集中在6—8月,7月为峰值期,20～30 mm/h和30～50 mm...     

德令哈地区一次短时强降水天气分析

利用常规天气资料对2007年7月26日德令哈地区出现的一次短时强降水天气过程进行分析表明：冷涡是此次短时强降水过程的主要影响系统,500hPa河套地区的冷涡稳定维持并加强西伸,冷涡西侧的冷空气越过祁连山脉,在海西东部地区形成不稳定层结,是短时强降水的主要动力条件;700hPa热低压维持是此次降水过程的水汽保障。     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

青海东北部一次短时强降水天气过程诊断分析

运用高空、地面、自动站、卫星云图、数值预报产品等气象资料对2012年8月16日发生在青海东北部大通和互助两县的短时强降水天气过程做了诊断分析,结果表明:小槽南下东移和副高向高原地区的伸展与北抬为这次短时强降水发生提供了有利的环境场;东移的低空切变线为中尺度对流系统的形成和发展创造了条件;东西两路冷空气相遇迅速抬升暖湿气团是这次短时强降水的主要原因;地形辐合抬升影响和中小尺度涡旋为这次短时强降水天气提供了重要的动力条件。     

四川盆地西南部短时强降水天气特征分析

本文通过对2008~2013年四川盆地西南部短时强降水时空分布分析,发现四川盆地西南部短时强降水的中心在雅安和峨嵋;从短时强降水的年际、月际以及日变化分布来看,短时强降水在2008年是谷值年;短时强降水集中时段在7~8月,5月和9月短时强降水较少,特别是大量级短时强降水更少;短时强降水出现在00~04时最多,尤其是02~03时。根据落区分型对盆地西南部短时强降水建立预报模型,盆地西南部短时强降水的天气尺度影响系统主要是南亚高压稳定,高原低槽或切变发展配合中低层南风,近地层东北风与西南部地形的辐合抬升更容易触发对流发展,中低层的风场对强降水落区更有指导意义。     

基于多源资料的乌鲁木齐市两次极端短时强降水对比分析

利用常规观测、区域自动站、FY-2G气象卫星、多普勒雷达、风廓线雷达及NCEP 1°×1°再分析等多源资料,分析乌鲁木齐2015年6月9日和27日(分别简称"6·09"和"6·27"过程)两次极端短时强降水成因。结果表明:(1)"6·09"过程是在高压脊前西北气流下,由700、850 hPa双低空急流耦合触发,配合强低层风切变,低层水汽快速聚集造成的局地性强对流天气,TBB最低为-52℃,雷达回波为典型的"列车效应",强回波达55 dBZ。"6·27"过程是在中亚低涡背景下,西南、偏西、偏东三条水汽路径使得整层增湿,配合持续时间较长的弱低层风切变,是系统性降水中的强对流天气,TBB最低为-44℃,雷达回波为混合性降水回波中分散的对流单体,强回波达50d BZ;此外",6·09"过程热力不稳定条件较好。(2)风廓线雷达显示两次过程低层均存在垂直风切变,折射率结构常数均在强降水时迅速增大并维持高值,随着降水减弱迅速减小;两次过程均发生在中β尺度对流云团TBB梯度最大处。(3)雷达回波均属于低质心对流风暴,且地面均配合有中γ尺度气旋性风场辐合或切变。     

副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析

为了研究副热带高压（副高）背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:（1）这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。（2）对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升（下沉）气流的配置使得大粒子的下泻不会影响上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。（3）在弱天气尺度系统背景下,局地地形对于降水系统的影响得以凸显。地形造成的低层辐合使得差分反射率因子（Z_DR）、差分传播相移率（K_DP）等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。（4）暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主导作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。（5）强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的升高。因此,K_DP可作为判断雨强是否增大的指标。（6） Z_DR柱与K_DP柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,Z_DR（K_DP）柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。      

基于GRAPES-MESO模式的极端短时强降水预报

利用2017—2018年5—9月四川盆地109个自动站逐小时降水资料,以及GRAPES-MESO模式0.1°×0.1°的逐3 h预报场资料,从热力不稳定、水汽、动力条件等方面分析极端短时强降水(1 h降水量大于等于50 mm)发生发展所需的关键物理量指标,结合随机事件概率思想和主成分分析方法构建预报模型,研发极端短时强...     

2012—2021年海南岛极端短时强降水特征及其成因分析

利用2012—2021年海南岛323个地面气象观测站逐小时降水资料及ERA5高分辨率资料,统计分析了海南岛近10 a的极端短时强降水时空分布特征,利用合成分析法探讨了产生极端短时强降水的环流背景。结果表明：海南岛极端短时强降水每年约为422.3次,占短时强降水的8%。极端短时强降水的季节和日变化明显,多发生在4—10月的午后(14:00—19:00),8月站次最多,近10 a发生极端短时强降水的站次最多为11次,出现在海南岛西北部。极端短时强降水日变化呈单峰型,峰值出现在17:00,为每年62.1次。午后发生极端短时强降水的平均降水强度较大,均值为67.8 mm·h^-1,峰值为111.5 mm·h^-1。海南岛极端短时强降水年、暖季(4—9月)的空间分布有两个高发地区,为海南岛西北部和东部沿海地区,暖季的天气系统是影响海南岛极端短时强降水的主要天气系统。海南岛极端短时强降水逐月空间分布差异与海陆风、地形均有密切关系,各月触发条件不同,7—8月极端短时强降水相对较多。     

北京地区两次极端特大暴雨过程中短时强降水环境条件对比分析

针对北京地区2012年7月21日(简称“7.21”过程)和2016年7月20日(简称“7.20”过程)极端特大暴雨中的短时强降水,对短时强降水实况、环流形势、地形影响及环境的动力、水汽和热力条件进行了分析,并结合较长时段的历史资料,从单点和区域角度对环境动力、水汽和潜在热力条件的极端性进行了对比分析。结果表明:(1)尽管两次过程中的短时强降水实况差异显著,但均出现在非常有利的天气形势下。(2)针对短时强降水环境的单点动力、水汽和热力条件对比显示,两次过程中的850 hPa动力抬升和整层可降水量(PWAT)均极端偏强,但抬升指数(LI)表征的热力条件差异差别巨大,2012年“7.21”过程中为偏强,2016年“7.20”过程中为偏弱。(3)针对长时间序列资料的标准化偏差异常(SD)显示,两次过程中850 hPa风场和PWAT的SD均超过了3σ,为极端偏强,LI表征的潜在热力条件方面,2012年“7.21”过程中低于-1σ,2016年“7.20”过程中与历史同期持平,表明热力条件的差异是导致两次极端暴雨过程中短时强降水强度巨大差异的重要原因。     

一次极端短时强降水过程中FY-3微波湿度计观测特征分析

利用FY-3微波湿度计资料和常规观测资料,对2016年贵州至湖北一次强降水事件中极端短时强降水站点、一般性短时强降水站点上空对流云的微波观测特征进行了对比分析。结果表明:(1)极端短时强降水站点上空150 GHz附近窗区探测通道亮温低于一般性短时降水站点。(2)极端短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布呈现漏斗状,对干侵入有一定指示作用,亮温最低值出现在183.31±7 GHz附近,主要为暖云降水;一般性短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布则呈竖条形,亮温最低值出现在183.31±3 GHz和183.31±7 GHz探测通道附近,为冷云暖云混合降水。(3)极端短时强降水站点上空未出现冲顶对流,但低层对流发展旺盛;一般性短时强降水站点上空出现冲顶对流,但低层对流发展强度偏弱。