低空暖式切变线引发局地特大暴雨成因分析

利用常规观测、加密自动站降水及NCEP 1°×1°再分析资料,结合铜仁多普勒雷达观测资料对2015年7月14日夜间发生在贵州省松桃县的一次局地特大暴雨进行分析,结果发现:此次局地特大暴雨是发生在中层500 h Pa中低纬"ω"环流型稳定形势下;低层高湿高能环境为暴雨提供了充足的水汽和能量;地面弱冷空气入侵激发了对流的产生,是产生强降水的触发条件;梵净山地形对气流既有抬升又有增强气流辐合的作用,对流单体不断在其迎风坡产生;雷达回波显示对流回波单体沿着地面中尺度辐合线生成、发展、合并、移动和消亡,出现了明显的列车效应,地面辐合线对对流单体起着组织、加强和引导作用;暴雨区位于850 h Pa暖式切变线南侧、地面冷锋前部、地面中尺度辐合线北侧,而地面中尺度辐合线北侧1~1.5个纬距内是强降水的主要落区。     

纬向切变线暴雨落区的精细化分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对纬向切变线的暴雨落区进行精细化分析。结果表明:虽然低层切变线的位置对暴雨落区很重要,但不是判断暴雨落区的唯一依据。影响系统的空间结构及冷暖空气的相互作用对暴雨落区的精细化预报至关重要。当东北地区有冷空气入侵,山东省为一致东北风时,除了与切变线对应的暴雨区,还有因锋面抬升作用造成的地面东北风中的暴雨区;而当东北地区为暖低压,850 hPa冷中心盘踞山东省时,切变线南侧西南暖湿气流强盛,此时暴雨区位于切变线南侧和地面静止锋之间的鲁南地区;风场辐合中心往往和高湿舌对应,高湿舌前部和风场辐合中心附近是暴雨落区。     

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。     

2009年5月山东春季大暴雨落区诊断与中尺度特征分析

利用NECP 1°×1°网格点数据资料以及卫星云图、雷达回波、区域加密自动站资料等,对2009年5月10日山东大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:西太平洋高压加强西伸,与西风带系统结合,使中低层切变线稳定少动和降水持续,西太平洋高压外围的西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源;暴雨区出现在水汽通量大值区长轴方向前端、水汽通量辐合区、水汽通量矢量气旋式弯曲拐角处以及强上升速度中心区;低层辐合、高层辐散垂直结构的移动方向为水汽辐合中心的长轴方向,当其长轴前方辐合减弱时,这种垂直结构趋于减弱;地面风速辐合线在鲁西北黄河沿岸的稳定维持对大暴雨落区具有较好的指示意义,中尺度雨团位于风速辐合线西段1个纬距左右,中尺度对流云团与中尺度雨团有较好的对应关系;强回波位于850 hPa切变线东侧,与地面中尺度辐合线、中尺度雨带位置相同,回波移动方向与回波伸展方向一致,形成典型的列车效应,是造成强降水的重要原因之一。     

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。     

江西省一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制分析

利用地面和高空、卫星TBB、多普勒雷达和GFS(0.5°×0.5°)逐6 h再分析等资料,对2011年6月10日江西省西北部一次短历时暖区暴雨中尺度结构及发生维持机制进行分析。结果表明:1)此次过程是在有利的高、低空系统配置下发生在梅雨锋南侧的暖区暴雨,边界层急流和低空急流提供了充足的水汽条件,增强低层热力不稳定;高空分流区使大气动力不稳定发展,高低空急流的耦合作用为MCS维持提供了必备的不稳定机制;中低层热力不稳定,中高层对称不稳定,形成此次对流性强降水。2)地面中尺度辐合线、非锋性斜压带、能量锋的抬升作用为MCS生成和发展提够了启动机制。3)低层强盛的水汽输送、层结不稳定和地面持续而强的中尺度抬升使得多个雷暴单体在江西省西北部连续传播,形成"列车效应",降水强而集中。4)在水汽和不稳定条件具备的情况下,暖区对流性强降水发生在强低层辐合与强高层辐散相重迭的区域。     

近10a湖北省强降水时空分布特征与主要天气概念模型

利用湖北省78个气象站逐小时雨量和地面风场资料、NCEP/NCAR再分析资料以及新一代天气雷达资料和卫星云图资料,对湖北省1999—2009年208例强降水过程的时空分布、雨团源地和路径、雨强特征、主要影响天气系统进行了普查分析。结果表明:湖北省强降水源地主要位于鄂西山区和江汉平原南部,在不同引导气流的作用下,强降水雨团主要有6条活动路径;强降水频发区主要位于孝感、黄冈北部和宜昌等地,孝感是全省强降水频发中心;影响强降水的天气系统主要有干线(又称露点锋,下同)、湿舌、暖切顶部辐合区、冷切尾部辐合区、气流汇合区、涌线、地面辐合线;根据干线的不同作用和影响方式,将湖北省180个干线类强降水分成干侵入型、干混合型、干锋生型和暖干型四种类型。基于对动力、水汽、不稳定三个条件以及强降水落区等显著特征的总结分析,归纳出四种干线类强降水的天气概念模型。     

一次梅雨锋暴雨发生发展机制的诊断与模拟

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星资料和加密自动站资料,结合中尺度WRF模式对2013年苏皖地区的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断与模拟。观测资料分析表明:在有利的环流背景和热动力条件下,此次暴雨发生在梅雨锋前暖区,雨带呈现"先带状后串波状"的分布特征,并随锋面南移。前期降水由地面中尺度辐合线触发,受两个相继发展的中α尺度的线状对流系统直接影响;后期降水受地面暖式切变线触发,有多个中β尺度对流系统沿切变线串状排列,并不断东移发展。模拟结果分析表明:降水过程中,大尺度非地转强迫作用也是强对流的触发机制之一。地面辐合线产生条带状的低层辐合区,从而产生条带状连续分布的上升运动,形成线状对流系统及带状降水。此外地面辐合线能够在暴雨区形成南北两个中尺度垂直次级环流,这是降水的增强机制。暖式切变线上的局部扰动在低层局部地区产生强辐合,由此沿切变线形成强上升弱下沉间隔分布的现象,局部强上升区使得对流系统于该处得到发展,并形成分散的强降水区。     

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明：1） 暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 hPa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2） 中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 hPa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3） 暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 hPa高度层以下正涡度增长一倍, 垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4） 此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52 ℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5） 发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成“列车效应”,造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。     

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。     

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h）,对2013年7月21-22日和2014年7月8-9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,“0721”过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区（延安）出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。“0721”过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6 h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。     

低层锋生型暴雨特征合成分析

应用湖北省县级以上84个气象观测站点24 h降水资料,统计分析了2008—2011年5—8月低层锋生类型10场暴雨的雨量特征,对天气系统和各种物理量特征进行合成分析。结果发现:低层锋生型暴雨主要是由于低层锋生强迫触发不稳定能量的释放,同时形成跨锋面的次级正环流,其上升支与高层次级反环流的上升支在暴雨区上空叠加,形成深厚的上升运动区,触发位势不稳定能量的释放。在中层槽前正涡度平流、低层西南急流风速辐合以及锋面倾斜导致倾斜涡度发展等共同作用下,中尺度低涡发生发展。中尺度低涡中心区域和低涡移向的右前方动力水汽辐合最强烈,是暴雨发生的主要区域。     

江苏北部一次由MCC引发的致洪暴雨综合分析

利用卫星云图、NCEP资料和MICAPS系统提供的实况资料和物理量等,对2008年7月23日江苏北部一次中尺度对流复合体（MCC）和暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：MCC是造成暴雨的直接影响系统;200hPa中尺度反气旋环流的形成．配合500hPa西南急流左侧切变线生成以及边界层925hPa锋生与西南强风带或西南急流左侧中尺度低涡生成,有利于MCC生成和发展：925hPa以下边界层10．7m·s^-1·km^-1强风速垂直切变的形成,配合边界层正涡度中心生成、对流层高层辐散增强,是激发MCC生成和发展的动力机制;850hPa江苏中北部MPV1≤-0．5PVU的中尺度对流不稳定中心的生成,配合北方MPV2≥0．6PVU湿斜压场纬向高值带的生成和稳定,有利于江苏北部地区中尺度强对流系统重复出现和MCC生成发展。     

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。     

“21.7”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

2019年6月桂林三次强降水天气成因对比分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP再分析资料,对桂林2019年6月6-12日接连3次强降水天气过程的环流背景、影响系统与形成原因进行了对比分析。结果表明:(1)3次过程按影响系统分属暖区暴雨、低涡暴雨和锋面暴雨过程,均发生在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区。(2)3次过程均受500 hPa短波槽和地面中尺度辐合线影响,但第1次过程中西南急流及地形等、第2次过程中低涡切变线、第3次过程中冷锋也起到重要作用。(3)3次过程的触发系统不同,第1次暖区暴雨过程迎风坡地形对其起触发作用,西南急流使得后向传播的对流云带维持;第2次低涡暴雨过程的触发系统为低层位于贵州一带的西南涡,西部冷空气侵入与西南急流加强是低涡对流云团维持较长时间的原因;第3次锋面暴雨的触发系统为冷锋,锋面配合锋前暖湿气流使对流云带加强。(4)第1次过程暖区暴雨MCS模态主要为线状后向扩建类,极端强降水出现在线对流中后端;第2次过程低涡暴雨MCS模态为涡旋类,极端强降水出现在涡旋中心附近;第3次过程锋面暴雨MCS模态由前期后部层云区线状对流转为层状云包裹对流系统,强降水发生在线对流弯曲或中心强回波处。     

2019年超强台风“利奇马”引发浙江特大暴雨过程分析

利用NCEP FNL 0.25°×0.25°的再分析资料和浙江省中尺度气象站降水资料,从产生强降水的条件来对“利奇马”特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)强降水主要集中在近台风中心的西南部分及其稍远的北部,其中近台风中心为眼壁降水,北部为螺旋云带降水;(2)850~925 hPa水汽通量辐合中心与暴雨落区一致,水汽辐合强度差异是造成台风眼壁强降水落区差异的关键;(3)台风强度大时近中心上升运动强烈,正垂直螺旋度中心值的减小和中心下降对应强降水的发生,低层正螺旋度和高层负螺旋度中心的重叠区对对流性降水落区有一定的指示;(4)本次过程地形增益最明显地区在台州北部,在水汽条件处于劣势情况下出现降水副中心。     

新疆夏季两例塔什干低涡天气过程对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对新疆夏季两次塔什干低涡天气过程进行对比分析,从天气尺度环流系统配置、动力和水汽输送的角度探讨造成南疆不同降水强度的塔什干低涡特征差异。结果表明:当南亚高压中心位于70°E,南疆位于200 hPa急流轴出口辐散区,500 hPa塔什干低涡东移携带强西南气流时,700 hPa盆地有显著东风急流,偏西地区中低层切变辐合长时间维持,同时通过接力输送的阿拉伯海水汽与中低层东风急流携带的水汽强烈辐合,导致大范围暴雨,高层正MPV1、负MPV2向下伸展,中低层不稳定性、斜压性增强,配合700 hPa以下负MPV1、正MPV2激发垂直涡度增长,对流性降水加强;当南亚高压中心始终维持偏东(90°E),南疆位于200 hPa急流轴上,500 hPa里海脊和新疆东部高压脊势力相当时,塔什干低涡减弱为槽影响南疆,700 hPa南疆盆地东风气流弱且位置偏西,南疆地区无明显高层辐散、中低层切变辐合,不利于垂直上升运动的发展和水汽的集中辐合,难以造成显著降水。     

东北冷涡背景下沈阳地区一次强降水过程分析

利用辽宁省区域自动站、探空和多普勒雷达观测资料及ECMWF再分析资料,对2016年6月30日发生在沈阳地区一次局地短时强降水过程的天气特征及可预报性进行分析。结果表明：此次天气过程为东北冷涡背景下典型的午后强对流天气,白天太阳辐射加热使得沈阳城区温度高于周边区域,配合中低层的高湿环境具有较好的不稳定能量;暴雨发生前2 h,近地面至300 hPa高度西南气流不断增强,低空急流出口区减压,使得垂直运动增强,上升运动高度达到对流层顶,有利于触发和加强对流,1.5—3.0 km的16 m·s^-1的西南风脉动和急流减弱消失对降水发生和结束有较好的指示意义;午后低层辐合、高层辐散的不稳定层结在强降水发生前2 h建立,散度最大时段与强降水时间对应较好;雷达观测反映这次降水以低质心暖云降水为主导,具有较高的降水效率,地面辐合线触发了对流,并逐渐发展演变成带状对流系统。从数值预报的结果来看,模式未能报出城市下垫面对气象要素的影响,对于地面辐合线的预报存在明显的滞后偏弱,导致强降水预报难度增加。     

Climatological Characteristics of Frontogenesis and Related Circulations over East China in June and July

Based on daily precipitation data from 212 stations in East China and NCEP/NCAR daily global final analysis data in June and July from 2000 to 2010, the climatological characteristics of frontogenesis and related circulations have been analyzed. The results demonstrate that frontogenesis function distributes nonuniformly in East China. The different terms of the kinematic frontogenesis show different intensities and distributions of frontogenesis. The strongest frontogenesis integrated from different kinematic frontogenesis terms is observed in the Jianghuai area. Frontogenesis events are separated into four types as per the different shear and convergence types of horizontal wind along the strong frontogenesis band at 850 hPa. The four types include the warm shear type, cold shear type (with two subtypes), west wind convergence type, and east wind convergence type. The events in different frontogenesis types occur with different frequencies over the past decade. The warm shear type occurs most frequently. Different types of frontogenesis have distinctive horizontal and vertical structures. Strong frontogenesis is featured with 340-K contour of θ_se parallel to the frontal zone in the vertical. Varied large-scale circulation patterns manifested in shifted location and strength of cyclone or anticyclone, wind convergence, as well as vertical circulation structure are associated with different types of frontogenesis. Moreover, a strong positive correlation between frontogenesis and precipitation is found, i.e., the stronger the frontogenesis, the more precipitation there is. Daily precipitation related to the warm shear type frontogenesis is the largest, and often occurs inside the frontal zone with the same orientation with the strong frontogenesis belt. The second largest daily precipitation occurs with the cold shear type frontogenesis, and related rainfall is usually observed to the south of the frontal zone, with the rain belt extending northeastward. Precipitation related to the west wind convergence type frontogenesis is the third largest, occurring mostly in the south of the frontal zone.