雅安一次极端强降水的超级单体风暴特征及成因分析

2020年8月10—11日雅安市出现了一次区域大暴雨天气过程,其中芦山县出现了特大暴雨,此次大暴雨天气过程持续时间长,最大累积降水量和最大小时雨强较大,均突破了历史极值,具有较强的极端性。通过分析雷达回波可知,此次极端强降水是由强降水超级单体风暴的稳定少动造成,具有有界弱回波区、V字型缺口以及被包裹于强降水区的中气旋等特征。该文根据雅安市365个区域自动站雨量数据、MICAPS实况资料、雷达以及NCEP 1°×1°再分析资料等资料,分析了造成此次强降水超级单体风暴产生的原因为：(1)行星尺度和天气尺度系统稳定少动,低层夜间低层急流发展,输送暖湿平流,有利于对流不稳定层结的建立,为强降水超级单体风暴的发生提供了有利的环境条件。(2)地面到低层的假相当位温异常偏高,有利于对流不稳定的进一步发展,在强对流风暴附近还存在中尺度的假相当位温的密集区,锋区的动力强迫生成的次级环流有利于低层不稳定能量和水汽向高层输送,同时也触发不稳定能量的释放,产生较强的上升运动。(3)强的垂直风切变以及大的对流有效位能有利于强降水超级单体风暴的发生和维持其有组织的程度。(4)水汽条件异常也是此次强降水超级单体风暴...     

1960—2020年宜春地区极端强降水变化特征

基于1960—2020年宜春市10个气象站点的逐日降水资料,计算世界气象组织(WMO)“气候变化检测和指标”推荐使用的9个极端降水指数,应用线性趋势、M-K和滑动t检验、主成分分析、反距离加权方法,分析该区域极端降水的时空变化和突变特征。结果表明：1)日最大降水量、极强降水量、大雨日数和日降水强度指数均呈显著上升趋势,5 d最大降水量、极强降水量和雨日降水总量指数增加趋势不显著。2)区域整体呈“湿化”趋势发展。极端降水指数的气候变化率呈东部大于西部、南部大于北部的特征。3)连续干日、5 d最大降水量和雨日降水总量指数未发生突变,其他指数基本在1990年前后发生突变。4)连续干日指数与其他指数均表现为显著负相关,雨日降水总量指数与大部分指数表现为显著正相关。     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

一次局地强降水过程的中尺度特征及预报难点分析

利用常规气象资料和客观物理量场、卫星云图、多普勒雷达回波产品资料,对2007年8月30日发生在宜昌市北部的强降水天气过程的中尺度特征和预报难点进行了分析。结果表明：（1）地面中尺度辐合线、中尺度对流云团是造成此次强降水的重要中尺度系统;（2）强降水主要南-中尺度“人”字型雷达回波带稳定少动造成,回波带中有强对流单体不断新生、合并使强降水得以维持;（3）回波带上出现的逆风区与强降水落区有较好的对应关系,风切变区面积扩大和切变值增大是强对流回波单体不断发展并在一地维持的主要原因;（4）中低层偏南风到高层偏北风的转变所形成的垂直风切变为强降水的发生提供了动力条件,同时中低层暖湿平流加强为强对流云团的稳定维持提供了充足的水汽;（5）强对流单体,强回波短带,速度资料上的“逆风区”和风切变区等,可作为判断强降水落区的依据。     

2012年航天主着陆场区极端降水事件的形成机制

利用卫星资料、航天主着陆场区观探测资料和NCEP1白1?再分析资料,对场区2012年6月一次极端降水事件进行研究。结果表明：极端降水是在异常偏强的冷、暖空气交汇对峙过程中产生的;500hPa为贝加尔湖低涡东南部西南气流,850hPa为东北～西南向冷切变,高空构成北槽南涡形势,地面由前期冷锋演变为后期地面倒槽;大气高温高湿,中层对流不稳定;异常偏强的冷空气来自北方,从底层楔入,一方面与暖湿空气汇合产生辐合上升,另一方面抬升暖湿气流,使上升运动加剧,降水增加。由于暖湿气流势力异常偏强,冷空气在南下过程中减弱变性,移速减慢,鄂霍次克海阻塞高压脊稳定少动,促使冷暖空气在场区对峙时间延长,异常降水事件出现。     

“16·7”华北极端强降水特征及天气学成因分析

2016年7月19-20日华北出现了当年入汛以来最强降水过程。此次降水过程为一次影响范围广、累积雨量大、持续时间长的极端强降水过程,其强度较"96·8"强,仅次于"63·8"。以暖云降水为主,短时强降水特征明显,局地小时雨强强、且具有明显的地形降水特征。此次强降水发生在南亚高压东伸加强、副热带高压西伸北抬、中高纬度西风带低涡系统发展的环流背景下,黄淮气旋、西南和东南低空急流的异常发展以及水汽的异常充沛表明此次强降水过程动力抬升和水汽条件非常有利。强降水过程表现出明显的阶段特征,主要分为两个阶段:19日凌晨至白天为高空槽前偏东风导致的地形强降水、19日夜间至20日为黄淮气旋系统北侧螺旋雨带造成的强降水。第一阶段的降水主要与高空槽前偏东风/东南风急流的发展有直接关系。这一阶段对流降水旺盛,中层弱干冷平流以及低层强暖平流是对流不稳定能量的维持机制,强降水形成的冷堆与局地地形作用产生的中尺度锋生过程为对流持续新生提供了有利条件。第二阶段的降水主要与低涡切断和黄淮气旋的强烈发展有关。该阶段降水对流相对较弱,黄淮气旋进入华北以后移动缓慢,从而造成降水持续时间较长。     

2020年“1·24”广西大范围冰雹天气过程分析

2020年1月24-25日,广西出现近20年来范围最大的一次冰雹天气过程。利用常规观测资料、雷达、卫星以及再分析资料,对此次天气过程进行分析和诊断。结果表明:(1)500hPa宽槽、高空急流、低层切变、地面冷锋以及辐合线相配合提供有利环流背景,异常偏冷的中层导致大温度直减率,大气不稳定增强;(2)深层强垂直风切变、热力不稳定层结以及适宜的0℃、-20℃层高度为冰雹产生提供适宜的热动力条件;(3)对流云团呈“长椭圆”型,具有造成区域性冰雹天气的典型特征,雷达回波图上的回波悬垂结构、超过60dBz的强反射率因子、VIL跃增、持久深厚中气旋以及高层辐散低层辐合等特征,对于冰雹天气的识别和预警具有指示意义。     

1981~2018年青海夏季极端降水时空演变及成因分析

采用青海省41个国家地面气象站6~8月逐日降水资料和ERA-Interim0.5°×0.5°逐月再分析资料,分析了1981~2018年青海夏季极端降水的时空变化特征及天气学成因。结果表明：8月和夏季极端降水频次均呈显著增加趋势,75%以上站次的最大日降水量、极端降水阈值和极端降水频次均呈增加趋势;极端降水频次与海拔高度之间、最大日降水量与500hPa比湿、500hPa位势高度、近地面温度之间均存在显著的正相关;以极端降水高发年8月的大气环流场为例,200hPa高空急流扩展到70°~100°E,100hPa高度正距平超过3.2hPa,高层冷高压发展异常偏强,500hPa青藏高原温度和高度距平异常偏高,上游区域扰动能量辐合强度达−1×10⁻⁶m/s²,高发年水汽异常增强,比湿最大正距平超过0.4g/kg,上升运动异常扰动和正涡度异常扰动强度均明显偏强,其特征有利于极端降水的产生。     

广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1?056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、日本气象厅谱模式（JMA）和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统（CMA-GD）,都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明：对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)-1,集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨（≥150 mm）概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较 “好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。     

湖南省夏季极端降水异常时空特征及其成因分析

利用湖南省88站常规观测资料、NCEP全球再分析资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了湖南省1961—2014年极端降水的年际变化异常和时空特征,以及极端降水异常的环流成因。并主要分析了由EOF方法分析得出的第一类极端降水形态(一致偏多或偏少型)与环流异常之间的联系。结果表明,湖南省夏季极端降水分布有较大的空间差异,且湖南省极端降水呈明显增强的趋势。由于极端降水的变化周期与大尺度环流固有的2～4 a周期相同,因此大尺度环流的变化是湖南省极端降水异常的主要成因。大尺度环流的变异引起中国东部经向排列的环流异常分布,使得高度场和风场等气候场产生变异,从而引起湖南省极端降水的异常。从极端降水偏多年与偏少年大气环流的差值场可以看出:湖南省处于显著差异区,湖南省极端降水偏多(偏少)主要是由于北方的偏北风加强(减弱)和经西太平洋—南海进入湖南地区的西南风加强(减弱)并在湖南地区产生辐合(辐散)。当夏季东亚副热带西风急流偏南时,湖南正处在偏南较强西风急流的南侧,较强西风急流所产生的抽吸现象使得上层空气辐散,增加了湖南省极端降水的强度。副热带高压强度偏强、位置偏南、偏西,使得东亚夏季风偏弱,导致气流辐合稳定在湖南省,造成极端降水偏强。前冬中东太平洋海温偏暖(EI Ni1o)/偏冷(La Ni1a),湖南地区的极端降水容易一致偏多/偏少。同时黑潮暖流区也是影响湖南极端降水变化的可能原因。     

一次四川暴雨过程的非线性对流—对称不稳定分析

以NCEP/NCAR再分析资料和区域加密观测资料为背景场对2004年9月3—5日四川省一次特大致洪暴雨过程进行数值试验。在对降水模拟有较好结果的基础上,用模式大气资料分析了暴雨过程的非线性对流—对称不稳定,结果表明,近地面层条件性不稳定和地形强迫的共同作用触发了对流,而中高层的条件性对称不稳定促进对流的进一步发展,由此引发的深厚湿对流形成了持续大暴雨。     

2017年广东西部一次暖区极端降水过程的维持机制及微物理特征

2017年6月22日广东西部经历了一次罕见的极端降水事件(24 h最大累积雨量562.5 mm),刷新了多项当地的历史雨量纪录.本文利用区域自动站、多普勒雷达和风廓线仪等观测资料,分析了这次极端暖区降水的维持机制,并通过二维雨滴谱仪、FY-3B微波湿度计研究了其微物理特征.结果表明:6月21日夜间一条地面中尺度辐合线触...     

2012年载人航天主着陆场区极端降水事件的形成机制

利用卫星资料、航天主着陆场区观探测资料和NCEP的1o×1o再分析资料,对场区2012年6月一次极端降水事件进行研究。结果表明：极端降水是在异常偏强的冷、暖空气交汇对峙过程中产生的;500 hPa为贝加尔湖低涡东南部西南气流,850 hPa为东北-西南向冷切变,高空构成北槽南涡形势,地面由前期冷锋演变为后期地面倒槽;大气高温高湿,中层对流不稳定;异常偏强的冷空气来自北方,从底层楔入,一方面与暖湿空气汇合产生辐合上升,另一方面抬升暖湿气流,使上升运动加剧,降水增加。由于暖湿气流势力偏强,冷空气在南下过程中减弱变性,移速减慢,鄂霍次克海阻塞高压脊稳定少动,促使冷暖空气在场区对峙时间延长,异常降水事件出现。     

云南一次城市极端强降水事件成因分析

利用云南乡镇自动站降水资料、短时强降水监测资料、FY2G卫星资料、高空地面常规观测资料和NCEP再分析资料,从天气学角度分析了2020年夏季昆明一次城市极端强降水事件的成因。结果表明：受滇缅高压脊作用,高原槽东移后在云南东北部形成高原低涡,高原低涡沿着两高辐合区南移影响昆明,高原低涡和切变线是本次昆明极端强降水的主要影响系统,昆明极端强降水发生在高原低涡和切变线附近水汽辐合程度大的区域;此次强降水过程的不稳定机制为对流不稳定和对称不稳定并存,其中对称不稳定使倾斜对流得以维持;边界层辐合线触发近地层垂直上升运动和中尺度对流系统的生成,700 hPa切变线和500 hPa低涡使中尺度对流系统发展,垂直上升运动增强,触发不稳定能量的释放,引发强降水;涡生参数正值区对高原低涡的产生和移动方向的预测有指示意义。     

2011年秋季河南省两个暴雨日特征对比分析

利用常规观测资料、加密观测资料及NCEP 1°×1°格点再分析资料,对2011年9月13-15日河南省连续两个暴雨日进行了对比分析,结果表明:这两次暴雨的落区均呈狭长带状,副热带高压与低槽的相互作用使冷暖气团在河南省上空交汇。第一个暴雨日为稳定性降水;第二个暴雨日对流性加强,有雷暴产生。第一个暴雨日中,锋面呈现出高低层基本一致的倾斜状态,暖湿气流沿着锋面倾斜上升;第二个暴雨日中,800-500 h Pa附近锋面陡立,产生了对流不稳定层结,强上升气流在750-500 h Pa附近接近于垂直发展,强度也显著增加。风场分析表明,第二个暴雨日,低层850 h Pa风速加强,而500、700 h Pa风速减弱,低层动力及热力作用的加强导致了不稳定因素增加。MPV1的演变表明,第一个暴雨日,锋区内部均为对流稳定;第二个暴雨日,MPV1正值带断裂,产生对流不稳定层结。MPV2的演变表明,第一个暴雨日,锋区存在着强斜压性及风垂直切变;第二个暴雨日,MPV2负值带断裂,斜压性加强,但风垂直切变有所减弱。     

粤港澳大湾区一次局地极端强降水过程的多尺度观测特征与演变分析

2020年5月22日凌晨粤港澳大湾区发生了一次极端强降水过程,最大小时雨量和3小时雨量打破广东省内“龙舟水”期间的历史最高纪录。利用多源观测数据以及ERA5再分析资料对引发局地极端降水的中尺度对流系统(MCS)的演变过程与中尺度特征开展研究。(1)此次强降水过程主要集中在凌晨时段,具有持续时间短、局地雨强极端、累积雨量大等特点,在3小时的降水过程中出现了两个降水峰值。(2)这次过程为一次暖区暴雨过程,低层西南季风提供了充足的暖湿水汽,低涡切变线提供了良好的抬升条件。中α尺度季风云团呈准静止状态并升尺度增长为MCC(中尺度对流复合体)的过程引发了大湾区夜间局地的极端降水。(3)过程中两个阶段的峰值降水与中γ尺度对流单体生消发展期间的传播与移动矢量发生的改变有密切联系。数个中γ尺度对流单体构成多单体风暴形态,呈西北-东南侧向排列,这些单体先后触发发展并有着各自的地面辐合线。对流单体在环境风引导下向偏东南方向移动引发第一阶段峰值降水。随后不同单体的辐合线连接,对流向西南方向传播显著加快,使对流系统移动矢量发生改变,因而造成第二阶段峰值降水。(4)造成两段峰值降水的中γ尺度对流单体结构存在明显...     

2021年河南“7.20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析

利用MICAPS观测降水数据、欧洲气象中心ERA5再分析资料和FY-4A卫星云顶亮温数据,对2021年7月20日河南极端暴雨进行综合分析。结果表明,此次暴雨受200 hPa两槽一脊、大陆高压、副热带高压（副高）西伸北抬和台风“烟花”西移、“查帕卡”台风倒槽等多尺度天气系统共同影响,黄淮气旋的西南气流与副高和“烟花”之间的东南气流稳定控制河南地区,边界层急流供应充沛水汽,在太行山和嵩山迎风坡辐合抬升,致使河南暴雨长时间维持,产生极端降水量。西南气流穿过从广东和广西延伸到河南的高湿带,副高和“烟花”引导东南气流经过从东海洋面延伸到河南的相对较弱湿区,这两条水汽输送带在太行山和嵩山地形阻挡下汇合在河南北部,为暴雨供应水汽。丰富的可降水量、水汽过饱和、深厚暖云层以及降水系统较强的水汽消耗率为郑州高降水效率提供有利条件。郑州低层大气经历多次从强层结不稳定到弱层结不稳定的转化,边界层急流引起的垂直风切变和气流辐合对层结稳定度变化有重要影响。黄淮气旋内部中尺度涡旋对河南暴雨发生发展至关重要,不但提供西南气流,还产生较强的位势高度纬向平流,增强边界层急流。嵩山与太行山余脉构成喇叭口地形,边界层急流在嵩山北侧和东侧爬坡,促使山前水汽堆积,激发和加强暴雨。中尺度云团合并小尺度云团,发展成结构密实的孤立云团,稳定少动,对暴雨有重要影响。降水区上空广义湿位涡异常,由于广义湿位涡能够刻画中尺度系统的垂直风切变、涡度以及大气湿斜压性和层结不稳定等动力和热力因素垂直结构特点,所以对中尺度系统和降水落区有一定指示意义。