一次引发河西走廊大暴雨的高原低涡的机制分析

使用NCEP 1°×1°再分析资料、云图、CINRAD-CC多普勒天气雷达、探空、地面加密自动气象站资料,对2012年6月5日发生在河西走廊西部的大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:此次大暴雨是高原低涡加强北移,到达高原北坡时,使河西走廊上空中、低层东风显著加强,与新疆东部东移南下的冷空气在走廊西部产生强烈辐合,同时在高空急流入口区右侧辐散气流的抽吸作用下,产生强大的垂直环流造成的。造成这次大暴雨的水汽主要来源于新疆东部西北气流和高原东北坡偏东气流向走廊中西部的输送。暴雨区上空湿等熵面陡立,大气处于弱不稳定状态,易导致垂直涡度和辐合显著增长。高原低涡发展与高空位涡下传密切相关,同时干冷空气从高原低涡南部侵入中低层,使低涡斜压性增强,有利于低涡发展和向北移出高原。暴雨发生在高原低涡的西北象限内,在低涡逗点云的云头部分,最强暴雨落区在多普勒雷达径向速度图上β中尺度逆风区附近。     

河西走廊西部两次极端暴雨事件水汽特征分析

利用常规观测资料、地面自动站雨量资料和NCEP 1°×1°再分析资料,应用水汽通量诊断分析、后向轨迹模型等方法分析了2012年6月4—5日(简称"0605")和2011年6月15—16日("0616")河西走廊西部干旱区两次极端暴雨事件的水汽输送和收支特征。结果表明,高原低涡及其前部弱高压脊共同作用下,在甘肃中西部对流层中层形成的异常偏东气流是河西走廊西部暴雨水汽输送的关键,其将来自孟加拉湾的水汽接力式的输送到河西走廊西部,有利于该地区的水汽辐合;弱高压脊的强度和位置决定了异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置,而异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置在很大程度上又决定了暴雨水汽的主要来源;两次暴雨过程均存在两路异常的水汽输送,随西风气流的西路水汽输送和绕高原的东路水汽输送,"0605"过程弱高压脊位置偏东偏弱,异常偏东气流由东向西扩展,最西端达到张掖,较强的西路水汽输送贡献率达到了90.02%,而"0616"过程弱高压脊位置偏西偏强且在内蒙古西部形成闭合的反气旋环流,异常偏东气流由西向东扩展,最西端位于酒泉西部,较强的东路水汽输送贡献率达到了84.6%;西(东)路水汽输送在对流层低(中)层输入较为显著。     

哈密市三次暴雨过程水汽特征对比分析

利用常规观测、区域自动站逐小时降水、NCEP/NCAR和GDAS再分析等资料,对比分析了2018－2019年哈密市三次暴雨过程的环流背景、水汽输送、辐合（辐散）和水汽收支等特征。结果表明：三次暴雨过程均发生在巴尔喀什湖地区有低涡、蒙古地区有高压脊的环流背景下,当对流层高层南亚高压中心东移且东部中心强度增强、中亚西风槽前存在强西南急流,对流层中层欧洲高压脊偏强、低涡偏南、西太副高偏西偏北时,有利于暴雨落区偏南、降水强度强,反之暴雨落区偏北、降水偏弱。三次暴雨过程水汽源地、水汽输送路径及水汽贡献有所差异,水汽源地的多源性和源地水汽贡献量的多少会对哈密市降雨的强弱有一定的影响。对流层中低层蒙古的反气旋有利于暖湿空汽沿着河西走廊的偏东急流输送至暴雨区,有利于暴雨的增幅。三次过程不同边界水汽收支量有所差异,东边界的低层和西边界的中高层为水汽的主要输入边界。强降水区各边界水汽净流入的强度、维持时间以及水汽的辐合强度对强降水的发展和维持起关键作用。     

伊犁河谷一次极端强降水事件水汽特征分析

2016年7月31日至8月1日,新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 1°×1°和2.5°×2.5°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品、新疆地区常规观测资料、基于地基GPS观测的大气可降水量资料及基于拉格朗日方法的HYSPLIT轨迹模式结果,通过对水汽输送流函数、势函数、水汽输送轨迹和暴雨区水汽收支计算,结合伊犁河谷GPS观测分析,揭示了此次强降水期间的大尺度水汽输送、辐合特征及伊犁河谷局地水汽变化特点。结果表明:（1）强降水期间大西洋及红海均对伊犁河谷的水汽供应具有贡献,河谷处于水汽通量辐合区,向西开口的地形辐合和抬升为局地暴雨的发生提供有利的动力辐合条件。低纬度印度夏季风环流和中纬度大西洋向东输送的气流共同构成伊犁河谷极端降水天气的水汽输送通道,其中印度夏季风西南水汽输送主要集中在对流层低层,对流层中层水汽的输送以大西洋向东气流和低槽自身水汽输送为主。（2）HYSPLIT模拟结果表明暴雨区3000 m中纬度偏西路径的水汽输送最为强盛,偏南路径水汽源于阿拉伯海,对流层底层偏西、偏东路径和中层偏北路径水汽通过垂直运动补充对流层低层的水汽;5000 m水汽输送轨迹以偏西路径和低槽自身携带的水汽为主。（3）降水期间水汽集中在对流层低层,通过垂直输送项向高层输送;强降水时段暴雨区对流层低层南边界水汽流入量迅速增强,中高层水汽流入主要集中在西边界。（4）降水前槽前西南气流造成伊犁河谷测站GPS-PWV明显跃升,强降水时段受印度西南季风影响,测站PWV快速增高并维持,局地GPS-PWV的增加与大尺度水汽输送辐合增强有关。     

一次华西秋季大暴雨的水汽分析

通过对1998年9月15～17日四川盆地北部、西部大暴雨过程的水汽分析,得出几点认识,在这次暴雨过程中,(1)对流层低层的主要水汽源是在南海,东海、孟加拉湾也有水汽输送;对流层中上部有从印度洋输送到青藏高原,再伸展到四川盆地的水汽。(2)在对流层低层有较强的水汽辐合,反映了这次暴雨是在深厚的水汽层内且低层有较强水汽辐合中产生的。(3)暴雨强度的变化与对流层中上部印度洋水汽输送到高原上空与否密切相关,印度洋水汽输送到(撤离)高原上空对华西暴雨发展(减弱)有指示意义。     

雅安"8·26"特大暴雨的天气分析

2003年8月25日晚8时30分至26日凌晨1时许,四川省雅安市雨城区发生2281mm的特大暴雨,给当地造成了历史罕见的灾情.本文主要从天气学角度,对该降水过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、水汽输送及源地、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析.结果表明:雅安"8·26"特大暴雨过程是一次典型的登陆热带气旋与"雅安天漏"中尺度地形涡旋相互作用的暴雨过程.此过程产生的大尺度环流背景及天气尺度影响系统是:对流层上层南亚高压一直稳定在青藏高原中部,雅安市上空100hPa为南亚高压的辐散场;对流层中层西太平洋副热带高压主体持续加强西伸,位于南海的 "科罗旺" 台风稳定西进,雅安市处于副高边缘湿润的东南气流和高原切变线前部的辐合上升气流中;对流层低层受对流层中层高原切变线和登陆台风东北侧强东风急流的激发,地形涡旋强烈发展."科罗旺"台风东北侧和副高西南侧,850～700hPa天气尺度的低空偏东急流及其风速脉动,从热力(水汽、感热、潜热输送)和动力两个方面激发暴雨区的中β尺度系统迅速、强烈的发展.暴雨过程的水汽输送主要是靠"科罗旺"强台风的作用,水汽源地主要来自南海.暴雨中的地形作用非常显著,青衣江河谷喇叭口地形和迎风坡对暖湿空气的强迫辐合抬升,对降水有很大的增幅作用,暴雨中心地形雨的比率高达60%以上.     

雅安“8·26”特大暴雨的天气分析

2003年8月25日晚8时30分至26日凌晨1时许,四川省雅安市雨城区发生228．1mm的特大暴雨,给当地造成了历史罕见的灾情。本文主要从天气学角度,对该降水过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、水汽输送及源地、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析。结果表明：雅安“8·26”特大暴雨过程是一次典型的登陆热带气旋与“雅安天漏”中β尺度地形涡旋相互作用的暴雨过程。此过程产生的大尺度环流背景及天气尺度影响系统是：对流层上层南亚高压一直稳定在青藏高原中部,雅安市上空100hPa为南亚高压的辐散场;对流层中层西太平洋副热带高压主体持续加强西伸,位于南海的“科罗旺”台风稳定西进,雅安市处于副高边缘湿润的东南气流和高原切变线前部的辐合上升气流中;对流层低层受对流层中层高原切变线和登陆台风东北侧强东风急流的激发,地形涡旋强烈发展。“科罗旺”台风东北侧和副高西南侧,850～700hPa天气尺度的低空偏东急流及其风速脉动,从热力（水汽、感热、潜热输送）和动力两个方面激发暴雨区的中β尺度系统迅速、强烈的发展。暴雨过程的水汽输送主要是靠“科罗旺”强台风的作用,水汽源地主要来自南海。暴雨中的地形作用非常显著,青衣江河谷喇叭口地形和迎风坡对暖湿空气的强迫辐合抬升,对降水有很大的增幅作用,暴雨中心地形雨的比率高达60％以上。     

高原低值系统影响下一次极端强降水天气诊断分析

采用常规观测资料、地面加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料和1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,对2013年7月8~11日四川盆地持续性暴雨天气过程的中尺度对流系统活动及其发生发展的物理机制进行了分析。结果表明:(1)暴雨过程发生在对流层中层中高纬度两槽一脊稳定维持的环流背景下,由活跃的高原低值系统以及异常稳定的副高西侧偏南气流配合低层冷空气作用造成。(2)极端降水过程分为暖区强对流性降水和相对稳定的锋面降水两个阶段;暖区对流性降水阶段,偏南暖湿气流源源不断向盆地输送水汽和能量,为暴雨发生提供了高能高湿条件,大气层结极不稳定,中尺度对流云团发展旺盛;锋面降水阶段层结趋于稳定,对流云团有所减弱,但仍有充足的水汽输送且降水云系稳定少动,致使盆地西部产生持续性降水。(3)500h Pa高原低槽前的正涡度平流诱发盆地西部低层气旋性涡度增加、低涡生成和发展,致使暖湿气流持续在盆地西部形成辐合上升,为暴雨的维持提供了很好的动力条件,两个降水阶段均为明显的低层辐合高层辐散的特征,暖区对流性降水阶段正涡度发展较锋面降水阶段更强。(4)青藏高原东侧的地形作用强迫气流在盆地西部强烈辐合上升,使得暖湿水汽更加有效率地形成降水,是此次极端强降水天气出现的一个重要动力因素。      

青藏高原切变线对四川盆地西部突发性暴雨影响的数值试验

使用η模式对１９９５年８月２４日四川盆地西部一次突发性暴雨进行了数值模拟和无高原切变线、无西昌小高压的数值试验。由试验结果分析得出：（１）高原切变线活动可使四川盆地西部暴雨增强，而西昌小高压的存在则便四川盆地西部暴雨减弱；（２）高原切变线活动使暴雨增强的主要机制是暴雨区上空对流层低层流场辐合、上升运动、正涡度、水汽通量辐合和对流层中层流场辐合、水汽通量辐合等的加强；（３）对流层低层的动力、水汽条件     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

河西走廊中西部干旱区极端暴雨个例分析

利用常规、自动气象观测站资料、卫星资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年6月4 5日河西走廊中西部干旱区极端暴雨天气过程的影响系统配置、中尺度特征、水汽输送、不稳定能量等方面进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨发生在地面冷锋过境后,降温冷凝作用明显,对流层高层存在强抽吸作用,中层高原低涡受其下游弱脊阻挡较长时间维持在暴雨区上空,低层存在切变线,高低空系统的耦合提供了中尺度对流系统发生、发展的有利条件;水汽主要来自对流层中低层东、西两路及高层南路三支水汽输送通道,西路水汽输送强度最大,东路水汽输送受小高压影响显著,暴雨开始后6 h才完整建立,暴雨中心整层大气可降水量达到了该地区夏季平均值的两倍多;通过降温、增湿作用近地面出现对流不稳定能量,自由对流高度较低;涡旋云系的冷空气侵入处,不断激发出6个β中尺度的对流单体,暴雨中心玉门两次受其中4个单体的影响,产生短时强降水。     

低层偏南气流对一次暴雨过程的动力作用分析和数值模拟

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2010年7月22-25日四川盆地西部出现的一次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:暴雨出现在对流层低层南海至四川盆地一直维持偏南气流的环流背景下,暴雨与这支偏南气流的风速演变密切相关,降雨强度随南风气流的增强而增强,南风气流增强所形成的风速辐合及正涡度平流是暴雨的主要动力触发因子,暴雨与低层辐合和正涡度平流区域有很好的对应关系.WRF数值模拟试验进一步表明:850 hPa层3h风速演变对中尺度对流系统的发展具有很好的指示意义,在3h风速增大区域的下风方,未来3h对流云团将迅速发展;盆地西部形成的气流辐合与其西侧的高原地形密切相关.     

2011年7月31日黑龙江省暴雨天气诊断分析

应用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2011年7月31日黑龙江省西部暴雨天气成因进行诊断分析。讨论了产生暴雨的天气系统特征,大气不稳定条件及产生暴雨的水汽条件和动力触发机制。结果表明：暴雨是由低涡、低涡槽前暖湿气流与冷空气的共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,将水汽源源不断地向暴雨区输送。低层增温增湿使得大气层结不稳定。低层较强的西北气流与强盛的东南暖湿气流汇合,产生强切变,辐合上升运动增强,为暴雨的产生提供了动力条件,有利于不稳定能量释放。高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持。地面中尺度低压和中尺度辐合线为中尺度云团的发展和维持提供了条件;中尺度云团在暴雨区旋转停留近21 h,这是暴雨发生的主要原因。     

引起陕北暴雨的西北涡特征分析

利用2010-2019年地面自动站资料、探空资料和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,对陕北地区西北涡暴雨个例进行统计和合成分析。结果表明：陕北暴雨有1/3以上是由西北涡引起,基本都发生在7-8月;西北涡多于青海西部生成,一般东移36～48 h后可造成陕北地区暴雨天气;陕北西北涡暴雨是在高空急流、高空槽、西太平洋副热带高压、700 hPa西北涡以及低层偏南偏东气流共同作用下产生的。对西北涡的结构研究表明,一方面700 hPa正涡度中心东南侧由于高层辐散、低层辐合的共同作用造成显著上升运动,这一区域正好对应暴雨落区;另一方面陕北处于高能高湿区中,并有偏南和偏东两条水汽通道将充沛的水汽输送至陕北并在此辐合上升,为暴雨的产生提供了有利的不稳定能量和水汽条件。     

2014年6月下旬江西省北部一次低涡暴雨过程的模拟分析

利用NCEP再分析资料,应用WRF模式对2014年6月20—22日江西省北部低涡暴雨过程进行模拟,分析暴雨过程的环流形势、低涡的热力、动力作用和水汽输送特征。结果表明:低层中尺度低涡是此次暴雨过程形成的主要系统,暴雨区位于低涡中心附近和南侧的西南急流出口区,低涡中心上空假相当位温高能舌对应较强降水中心。低涡南侧急流出口区强偏南气流加强,为低涡发展提供了必要的能量和水汽条件,水汽的强辐合中心位于低涡中心的右前方。暴雨过程中整层水汽通量梯度大值区位于低涡东南侧。湿位涡"上正下负"的垂直分布结构有利于强降水的发生,强的负湿位涡度柱与暴雨中心有较好的对应关系。     

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。     

贵州西部地区初夏一次暖区暴雨特征分析

文章对2020年6月1日发生在贵州西部地区的一次暖区暴雨过程进行暖区暴雨特征及物理量诊断分析,结果表明：暴雨发生前贵州西部处于高能、高湿区,低层以偏南暖湿气流为主,大气层结不稳定,不稳定能量积聚,地面辐合线触发中尺度对流单体发展,形成MCS云团,造成此次暴雨天气。MCS云团发展和成熟期在其西南侧云顶亮温梯度迅速增大,对应短时强降水特征明显,强回波单体集中在地面辐合线南侧呈线状排列,具有回波质心低的强降水特征。辐合线上南风的增强和地形阻挡、抬升作用对局地短时强降水有加强作用。通过对水汽、大气层结和动力条件等物理量特征诊断发现,暖区暴雨过程前低层孟加拉湾和南海的水汽输送通道建立,暖区暴雨过程中500 hPa以下大气层结处于弱不稳定状态,强辐合上升高度位于700 hPa附近,斜压涡度发展明显,低层湿位涡中心大值区对强降水中心位置的确定有一定指示意义。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是：暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1〈0同时MPV2≥0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是：在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。