加密观测资料在北京2008年9月7日雷暴过程分析中的综合应用

利用多种加密观测资料,对2008年9月7日凌晨北京一次雷暴过程进行详细中尺度分析,研究其发生发展的物理机制。研究结果表明,强对流发生前,北京地区处于200 hPa急流轴右后部和850 hPa暖式切变南侧的西南气流里,加上地面暖湿空气输送使得大气不稳定能量积聚,这时只要有恰当的触发机制或系统,强对流就会发展起来;另外城市热岛效应形成的地面辐合线,以及地形辐合抬升后卷形成的边界层扰动,使得移入北京的对流系统再度发展成为强对流,造成北京城区强降水;此后,强对流系统地面高压前部的流出气流与山风相遇形成新的地面辐合线,从而诱发新的对流系统而造成北部强降水。     

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.     

一次梅雨锋强降水过程中MCS数值模拟与分析

文章以2005年梅汛期一次影响闽浙两省的大暴雨天气过程为研究对象,对梅雨锋上的多个MCS(中尺度对流系统)进行了中尺度数值模拟,利用模式输出的高时空分辨率数据集分析了MCS的发生发展演变机制,及其与梅雨锋暴雨的关系。     

一次梅雨锋附近“列车效应”致灾大暴雨过程观测分析

2016年7月6日在武汉发生了一次造成城市严重内涝的暴雨过程。本文利用多普勒天气雷达、逐小时地面加密观测资料和EC 0.25°×0.25°细网格模式数据,对这次梅雨锋附近极端暴雨的降水特征、中尺度对流系统演变和暴雨成因等进行了细致分析,结果表明:(1)本次大暴雨是在典型梅雨期环流形势下发生的,副热带高压西北侧的高温、高湿区配合江淮切变线稳定少动,暴雨则出现在西南低空急流风速辐合区,925 hPa西南低空气流的进退有利于东北路冷空气南下,这与雨带的落区和维持有密切联系。(2)梅雨锋狭长雨带上的降水量分布呈现不均匀性,强暴雨主要集中在几个中心,降水中心的分布与梅雨锋附近低层风场扰动有关,梅雨锋雨带上产生大暴雨是一个典型的中尺度对流系统(MCS),沿着西南一东北走向的引导气流移动,湖北特殊地形促使"列车效应"进一步加强。(3)列车线主要由江淮切变线或边界层辐合线附近的中尺度系统扰动形成,地面中尺度气旋性辐合及低空西南急流长时间维持,是形成"列车效应"的主要原因。(4)MCS在雷达回波上有三个明显特征,第一个是MCS在雷达回波形态上属于带状对流,由层状云和列车线共同组成,雨带与西南气流走向一致;第二特征是层状云和列车线移动方向几乎一致,MCS移动方向与列车线走向平行,垂直于列车线的分量很小;第三个是对流单体在列车线上游新生、加强,并向下游移动,对流单体的传播方向和列车线方向相反。(5)西南急流向近地面扩展、"牛眼"结构及风随高度顺转等中尺度系统,促使近地面扰动加强,诱发强降水。     

一次梅雨锋上中尺度气旋波引发的特大暴雨过程分析

利用新一代天气雷达、卫星、自动气象站、风廓线雷达、PWV/GPS、GFS/NCAR再分析场和常规天气资料,针对2011年6月10日发生于武陵山东侧鄂湘交界(通城附近)的特大暴雨过程,重点分析了梅雨锋上中尺度扰动系统的发生、发展过程以及与之联系的中尺度对流系统结构特征。结果表明:(1)特大暴雨过程与两个中尺度气旋波扰动发展形成的中尺度对流系统共同影响有关,而锋前暖低压倒槽内中尺度对流系统后向传播对暴雨形成和加强起到非常重要的作用。(2)武陵山东侧鄂湘交界区域是梅雨锋上中尺度气旋波新生或加强的重要源地之一,长江中游复杂地形下有利的动力和热力因素起到重要作用。(3)中尺度对流系统的发生、发展与中尺度气旋扰动有密切关系,雷暴单体集中在冷、暖锋附近和涡旋中心附近强烈发展,并在气旋波系统组织下,降水回波整体具有冷暖锋结构特征的逗点涡旋、涡旋、"S"和"人"字等形态特征。     

一次MCS过程的特征分析

对2010年9月7-8日江苏北部的中尺度对流系统(MCS)特征和暴雨过程进行了分析,应用卫星云图、热力和动力物理量诊断.结果表明:MCS是由若干个α和β中尺度对流云团组成,在MCS成熟阶段有一个逐渐发展成中尺度对流复合体(MCC)的过程;MCS出现在高温高湿对流不稳定的环境中,低层低涡的辐合和锋面的抬升作用为其提供了动力条件;强水中心与MCS云顶温度梯度最大值中心相对应,为暴雨落区预报提供了着眼点.     

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。     

一次梅雨锋暴雨中尺度系统发展的动力机制分析

应用常规资料、TBB资料和NCEP分析资料,对2007年7月25日发生在湘黔边境的一次梅雨锋大暴雨天气过程进行了分析.结果表明:深厚的高空低槽和副热带高压稳定维持,有利于冷暖空气的辐合和梅雨锋的长时间维持.梅雨锋上不断有中小尺度对流系统产生,这些中小尺度对流系统在受到大尺度强迫作用和梅雨锋自身的强迫抬升作用而发展增强并长时间维持,在暴雨区形成强烈的降水.暴雨区上空具有低层辐合、高层辐散的结构特征,低层的辐合使得涡度往中上层输送,这种耦合形势有利于垂直上升运动和暴雨的维持.积云对流释放的凝结潜热加热对流层中上层大气,引起梅雨锋锋生,维持和促进了垂直上升运动和对流活动.     

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。     

2002年中国暴雨试验期间一次低涡切变上发生发展的中尺度对流系统研究

采用常规观测和"973"中国暴雨试验资料,对2002年6月22～23日一次由中尺度对流系统(MCS)发展而产生的低涡,以及伴随其发生发展的对流系统进行了分析和模拟研究.结果表明:MCSA东移到河南西部时,由于对流层中层正涡度中心的强迫和潜热释放产生了气旋,低层的暖平流可能是低涡东移发展的原因之一.模拟结果显示低涡东部的对流系统发生在气旋东部的暖切变上,西部对流系统发生在冷切变附近.在低涡的南部偏南风与偏北风之间形成辐合线,辐合线上有低层偏东风与高层偏西风的垂直切变,对流沿辐合线由西南向东北方向移动形成对流带.对流系统发展强盛时除了低层的强辐合外,高层较深厚的强辐散是其维持的重要原因,当系统倾斜时表明开始减弱.试验加密资料分析也表明:降雨发生前有明显的增湿过程,而降雨开始后,整层可降雨量迅速减少;对流系统南侧强的西南低空急流向对流区输送了大量水汽;气旋东移后,西北风(冷空气)的侵入使降雨结束.     

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.     

江苏一次锢囚状MCS和相关中涡旋MCV的观测分析

利用常规地面和高空气象观测资料,结合气象卫星云图和雷达回波,分析了2009年6月14日15—23时(北京时,下同),造成江苏强对流天气的一个中尺度对流系统(MCS)的锢囚状特征的形成过程及其垂直结构。地面中尺度分析表明,雷暴高压东侧在飑前倒槽北端发展的闭合低压环流的东南气流将暖湿空气输送到冷性雷暴高压的北侧形成东南一西北向的暖舌,从而形成锢囚状的结构。长三角探空网资料的垂直结构分析表明,在对流层下部地面到850 hPa为冷性的雷暴高压,在对流层中部700 hPa为冷性的α中尺度涡旋(MCV),而500 hPa已转变为暖性的MCV。静力学关系可以说明MCV仅仅存在于700~500 hPa的原因和MCS下冷上暖的热力结构密切相关。     

一次MCS的尺度分离动能分析

利用尺度分离动能方法对１９９４年６月１１日０９ＵＴＣ－１２日１０ＵＴＣ影响湖南省的一次ＭＣＳ进行了研究，结果表明：１．大尺度运动中非地转风以及两种尺度间风场与气压的相互作用产生的动能，是这次ＭＣＳ的主要能源；２．中尺度动能以及两种尺度风场相互作物 动勇，随ＭＣＳ发展而增加；３．在ＭＣＳ的整个发展阶段，高层的总体动能锐减。     

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。     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

Potential Deformation and Its Application to the Diagnosis of Heavy Precipitation in Mesoscale Convective Systems

Many observational studies have shown that deformation, like vertical vorticity and divergence, is closely related to the occurrence and distribution of strong precipitation. In this paper, to involve deformation in precipitation diagnosis, a new parameter called potential deformation(PD) is derived and then applied to precipitation detection within a simulated mesoscale convective system(MCS). It is shown that PD includes both stretching deformation and shearing deformation and shares similar characteristics with deformation insofar as it does not change with the rotating coordinate. Diagnosis of the simulated MCS reveals that PD performs well in tracing the MCS' precipitation. In terms of their distributional pattern, the large-value areas of PD are similar to the precipitation in the different development stages of the MCS. A detailed analysis of the physical processes contained within the PD shows that it can reflect the three-dimensional moisture variation,vertical wind shear and wind deformation within the MCS. These structures are usually a comprehensive reflection of the characteristics of the surface cold pool, rear inflow jet, downward cold air flow and upward warm moist flow within the precipitating convective cells. For this reason, the PD shows much stronger anomalies in the precipitating atmosphere than the non-precipitating atmosphere, which implies considerable potential for its application in detecting heavy precipitation within MCSs.     

A Study on the Mesoscale Convective Systems during the Summer Monsoon Onset over the South China Sea in 1998Part I: Analysis of Large-Scale Fields for Occurrence and Development of the Mesoscale Convective Systems

1. Introduction China is located in the East Asian monsoon re- gion. Every year's weather and climate in this region is deeply affected by the monsoon activities. Es- pecially, during flooding season (May to September), the summer monsoon controls large-scale precipitation patterns, the movement of seasonal rain belt and oc- currence of drought/flood disasters. The Asian mon- soon can be divided into two systems (Tao and Chen, 1987). As a major component and its unique location, the South …