青藏高原绕流和爬流的气候学特征

本文利用1951～2008 年NCEP/NCAR 再分析资料, 通过绕流和爬流方程, 将高原附近表层风场分解为绕流分量和爬流分量两部分, 计算出了实际大气中的绕流和爬流运动的强度, 分别探讨它们的气候态特征。结果表明:高原主体年平均绕流场围绕高原地形并在高原西南部(32°N, 75°E)附近产生分支, 分支点下游的高原主体南部和北部分别表现为气旋性和反气旋性流型;年平均的爬流分量场沿喜马拉雅山脉辐散, 高原主体为偏南上坡风, 东北部为偏北上坡风。夏季绕流场为气旋式流型, 中心位于高原中部(35°N, 90°E)附近;秋季绕流场围绕高原地形边缘基本为一个反气旋流型。夏季, 高原主体偏南风爬流与偏北风爬流在高原南北中线附近辐合, 除夏季外, 沿高原南侧喜马拉雅山脉为爬流辐散区。高原主体和高原附近的关键区内, 绕流和爬流存在不同的季节循环特征。从绕流和爬流分解公式出发, 本文详细探讨了表面流场的绕流和爬流运动各分量对地形高度及地形梯度的依赖性:经向绕流与纬向绕流比值、经向爬流与纬向爬流分量比值为仅依赖于地形高度的定常值。年平均的绕流及爬流矢量强度随着所处地形高度的升高而逐步增强;从区域分布的角度而言, 高原附近绕流强于爬流的区域范围较广, 绕流占主导地位。地形纯动力强迫产生的爬流运动与观测资料中高原附近的垂直运动具有很高的位置对应关系, 但冬季和夏季均存在强度上的差异。     

四川盆地东北部山地夜间暴雨特征的合成分析

利用四川省4890个气象观测站逐时降水数据,筛选出2015—2019年四川盆地东北部发生的24例夜间暴雨过程,在根据影响系统对夜间暴雨进行分型并合成分析的基础上,运用绕流和爬流方程,将近地层流场分解为绕流和爬流运动,重点探究盆地东北部地形对气流的影响及其对夜间暴雨的作用。结果表明：四川盆地东北部山地夜间暴雨可分为西南涡型和偏南风型,两种雨型分别存在西南低涡和低槽在夜间加强的特征,导致夜间偏南气流明显加强,夜间山脉迎风坡出现强垂直上升运动,盆地形成垂直环流,有利于夜间暴雨的形成。两种类型在850 hPa有大量水汽从贵州、重庆上空进入盆地东北部,午夜时分形成强水汽辐合中心;西南涡型水汽的输送、辐合强于偏南风型,西南涡型在盆地东北部后半夜层结不稳定更强,偏南风型后半夜在大巴山迎风坡垂直运动更强。盆地东北部地形抬升区域爬流和绕流运动也具有夜间加强的特征,西南涡型爬流和绕流运动相比偏南风型更强。爬流强迫出的垂直运动能很好地反映偏南气流在地形抬升处形成的垂直上升运动,而地形阻挡产生的绕流运动则有利于局地涡旋的产生和加强,两种类型暴雨的空间分布与夜间正涡度大值区对应较好。     

高原地形对四川盆地西部突发性暴雨影响的数值试验

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地形减半、无地形数值试验。由对数值模拟与试验的结果分析得出:（1）青藏高原地形有利于高原东麓暴雨区的扩大与强度加大。（2）高原地形对其以北的天气系统南伸和以南的天气系统北扩有阻碍作用。（3）高原地形可影响高原附近以东地区的物理特征场分布,从而影响暴雨区的位置与强度。     

吉林省突发性暴雨的时空分布特征

使用吉林省５４个气象站１９６０－１９９２年逐日、逐时降水资料，分析定义突发性暴雨过程，并从时空分布及地形影响等方面对各种突发性暴雨进行了分析，得出它们之间在时间分布和地理分布上的差异，为此类天气分析预报提供气候背景。     

四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统分析

利用ERA5再分析资料、新一代雷达拼图资料,探究了2017年5月初四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统及动力影响因子。结果表明:此次暴雨事件的主要影响系统有中纬500 hPa东移低槽、西伸的西太平洋副热带高压、对流层中低层的西南低空急流以及低层切变线。大尺度的低空急流与中小尺度的山区低空急流的叠加使四川盆地东北部形成正涡度柱和低层强辐合柱的动力耦合,低空急流最大风速出口辐合上升区与地形的辐合抬升作用叠加形成盆地东北部强烈的垂直上升运动,成为山地暴雨突发的动力触发条件,因低空急流建立的位势不稳定层结构成暴雨的热力条件。冷空气自低层逐渐向高层侵入是暴雨第二阶段增幅的主要原因。盆地东北部地形是本次暴雨的另一个增幅因子,其对暴雨过程中垂直上升运动有加强作用,秦巴山脉迎风坡的抬升作用对暴雨第一阶段的降水量贡献较大,青藏高原东麓背风坡的辐合效应对第二阶段降水量贡献较大。此外,盆地东北部山地对东移的中尺度对流系统有阻挡作用,使其停滞并旺盛发展。     

南风气流对四川盆地西部突发性暴雨影响的教育试验

用η模式对１９９５年８月２４日四川盆地西部的突发性暴雨，进行了数值模拟和南风速的数值试验。由模拟和试验比较分析得出以下几点认识：１对流层低层的云南，贵州到四川南部南风气流的加大，对四川盆地西部的暴雨区，特别是大暴雨区的扩大和强度的增强起着重要作用。     

我国热带气旋研究十年进展

为了研究、揭示超低空急流与地形作用对暴雨的增幅机制,以2021年7月14日夜间发生在辽宁东部长白山地区的一次山地突发性暴雨为例,利用辽宁省地面观测降水数据和ERA5再分析数据,针对超低空急流形成的爬流及绕流对此次暴雨的影响进行研究,结果表明：(1) 在东北冷涡东南部、副热带高压后部的有利环流背景下,偏南低空、超低空急流建立,为辽宁东部带来充沛的水汽和能量,降水的阶段性变化与低空急流的强度、位置、方向存在一定关系。(2) 山地与平原过渡区的地形高度差强迫气流产生爬流运动,爬流所强迫的垂直运动由下至上逐渐减弱,大值区位于山地坡面上,山地区域爬流极值中心处于雨带中心位置,地形的爬流运动对降水范围及强度至关重要。(3) 以东西方向为主导的绕流对暴雨区域局地涡旋的形成具有一定贡献,并且绕流对暖湿气流在降水中心起到汇聚的作用,间接为空气抬升提供增幅效果。爬流、绕流共同作用下,坡地区域次级环流上升支触发对流发展,不稳定能量释放,导致山区局地大暴雨的出现。

     

陕北地区突发性暴雨和系统性暴雨的对比分析

.使用常规气象资料和诊断分析技术对比分析了陕北地区4次突发性暴雨和2次系统性暴雨过程.结果表明：①突发性暴雨出现在副热带高压南北摆动,东西移动不太明显的形势下;水汽主要靠暴雨出现以前大气低层输送和聚集;上升运动是由于高层急流中心右后方的强烈辐散形成的,上升运动和突发性暴雨同步加强;低空能量锋生强度大,体现为雨区能量较环境能量突增的过程;不稳定能量聚集明显偏多,能量主要聚集在中高层;中尺度系统比较深厚.②系统性暴雨出现在副热带高压系统性西进北抬或东退南压的形势下;水汽主要靠暴雨过程中的补充;垂直运动是由于低层辐合和高层辐散形成的,垂直运动在暴雨出现以前形成;能量锋区比较深厚,锋区相对弱,体现为低能气团代替高能气团的过程;不稳定能量聚集相对较少,能量主要聚集在中低层;中尺度系统较为浅薄等.     

攀西地区冕宁“6.26”突发性暴雨成因分析

相比一般暴雨,突发性暴雨一直是天气预报与研究的难点和重点。2020年6月26日19时~27日02时四川攀西地区凉山冕宁突发暴雨,造成了严重灾害。为了深入认识此次暴雨过程成因,应用观测试验、卫星遥感和ERA5再分析资料,对这次冕宁“6.26”突发性暴雨过程的温、湿环境及动力特征进行了分析研究。结果表明：（1）此次暴雨是由迅速加强的MCS造成,且诱发MCS的温、湿环境具备“突发性”。在暴雨前6~12h,CAPE快速增大、可降水量增加、“上干下湿”垂直结构及热力不稳定条件得以建立。（2）强烈的上升运动在中高层气旋性涡度向低层发展增强的过程中形成,低层气旋性涡度发展又伴随强烈的上升运动,与区域地形相关的动力条件的建立和加强对强对流维持及突发性暴雨发生有重要作用。（3）暴雨过程发生在低层螺旋度与水汽耦合的最佳时段,垂直螺旋度与水汽耦合作用的增强,更易于引发暴雨过程,动力−水汽耦合对暴雨具有重要的激发作用,且湿螺旋度对暴雨落区更具有指示意义。     

一次诱发山地灾害突发性暴雨数值模拟及诊断分析

应用MM5V3.5中尺度非静力数值模式对2003年7月14～15日发生在陕西省一次区域性暴雨过程进行数值模拟和诊断分析,结果发现,西太平洋副热带高压西侧的暖湿气流和新疆冷空气是这次暴雨的主要影响系统,充沛的水汽输送、能量的积聚和强烈的上升运动为暴雨的发生提供了充分的条件,700hPa低涡、切变线是暴雨形成的触发机制.模拟结果表明：涡度场和散度场及垂直上升运动互耦;特强辐合辐散柱的出现早于强涡度柱,而深厚的强气旋性涡柱则几乎与暴雨最强盛时期同时出现.     

云南突发性特大暴雨过程成因分析

利用逐时卫星云图、雷达同波、自动雨量站等加密观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了云南4次特大暴雨的成因.结果表明,这4次突发性特大暴雨过程主要是中低层低涡切变线、西南气流的辐合造成水汽、能量的聚积,低层增暖增湿,500 hPa干冷空气入侵,形成强对流不稳定区;当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时,在500 hPa槽后易产生特大暴雨天气.卫星云图显示,特大暴雨过程由对流单体合并、加强为中尺度对流云团引起的.在雷达回波发展、移动过程中,始终存在同波合并效应,前部回波移动缓慢,后部中小尺度回波活动频繁,小单体快速生成合并,使得整块同波稳定少动,在强降雨阶段存在较强的风向、风速辐合.     

南疆西部一次突发极端暴雨成因分析

利用常规观测、NECP1°×1°再分析、FY2D卫星高分辨率云图及多普勒雷达产品等资料,对2015年8月31日南疆西部突发极端暴雨进行天气诊断及中尺度分析。结果表明:突发暴雨发生在蒙古至贝加尔湖的高压脊经向发展,西西伯利亚低压底部分裂短波槽影响南疆西部的环流背景下,500 h Pa以低槽后干冷的西北气流为主,翻山冷空气和低层高温高湿的环境条件有利于强对流天气的发生发展。突发暴雨与持续性暴雨的水汽输送、水汽辐合及路径均有差异,突发暴雨水汽主要来自南疆盆地前期高能高湿的环境。中低层中尺度切变及辐合是导致暴雨落区及强度不同的原因之一。"人字形"切变,θse能量锋区,中尺度气旋与暴雨中心有很好的对应关系,雷达出现的"逆风区"、VIL大值区和云图出现的干舌在短临预报预警中有一定的指示意义。     

蒙贝低涡类环北京暴雨过程分型研究

利用天气观测资料、NCEP/NCAR再分析资料对1998—2008年发生的20例蒙贝低涡导致的环北京暴雨过程进行了分型研究。依据环流特征和天气系统配置,将该类暴雨过程分为两脊一槽型、阻塞型和低涡—副高南北对峙型。其中,两脊一槽型是斜压性较强的冷涡暴雨过程,天气和次天气尺度强迫均对暴雨发生产生影响,水汽来源于对流层低层西南气流的输送。阻塞型具有明显的局地对流暴雨特征,由两高之间宽广低压带上活跃的中尺度对流系统引发,高低空急流区产生的次天气尺度强迫是中尺度对流系统的触发因素之一。低涡—副高南北对峙型是低涡底部发展中的高空槽与北抬西太平洋副高相互作用产生的系统性暴雨过程,这一相互作用常强迫产生西南低空急流,为系统性暴雨的发生提供了充沛的水汽供应。     

对流边界层中过山气流的数值模拟

采用ARPS4.0非静力中尺度气象模式模拟了对流边界层中气流过山引起的地形波,讨论了地形及大气条件改变对其的影响.模拟表明,当大气边界层是对流边界层时,气流过山引起的地形强迫,仍能在上部稳定层结中造成足够的垂直扰动,产生向上传播的重力内波,重力内波引起的波动阻力仍不可忽略.     

2005年6月广东特大暴雨垂直螺旋度分析

利用NCEP1°×1°格点资料和常规观测资料对2005年6月广东发生的连续性特大暴雨过程进行垂直螺旋度诊断分析,结果表明：广东特大暴雨范围、强度与该地区上空中低层正、高层负垂直螺旋度中心迅速增大、减小密切相关,并和中心增大、减小区域也有很好的对应关系。当中低层正螺旋度迅速增大,高层负螺旋度迅速减小或中低层正、高层负螺旋度中心增大、减小区重叠在同一经度或纬度线附近时,对应地面雨强最强和强降水范围最大。过程中龙门连续两天特大暴雨和广东最多暴雨日出现期间,其上空垂直螺旋度对应有中低层正、高层负螺旋度闭合中心向低层明显传送的特征。     

滇西北高原局地暴雨雷达回波特征

利用丽江CINRAD/CC雷达观测资料,并结合天气背景及当地地形,对2008年9月11日出现在华坪站的单点性暴雨天气进行详细分析发现:雷达回波强度场上,由前端积状云和后部层积云组成的混合降水回波移过测站;速度场上出现了"逆风区"的特征,并在其移动路径周围出现了强降水天气;5.2 km以上高度的垂直风廓线显示,冷平流控制时系统维持,冷平流减弱时系统减弱;500 hPa副高较强,冷空气南下回流,致使700 hPa切变线东南移,产生强降水。华坪县特殊的地形与该次暴雨的风场结构相配合形成迎风坡的动力抬升条件,是此次暴雨的又一特征。     

北京2004年“7.10”突发性对流强降水的雷达回波特征分析

利用新一代天气雷达回波资料和一个雷暴单体识别、追踪和分析算法, 对2004年7月10日下午造成北京局地短时强降水的雷暴特征进行了初步分析。在偏南暖湿气流中生成的对流云团, 在北京上空迅速发展, 逐渐形成了一个覆盖城区的β-中尺度对流超级复合体, 导致了这次强降水过程。详细分析表明, 强对流主要是来自城区西南和东南两个方向生成和发展起来的雷暴。在北京西南部的雷暴逐渐向东北的城近郊区移动和发展, 并与新生成的雷暴合并加强, 造成了石景山、门头沟和海淀部分地区的大雨。在北京东南部逐渐形成的两个小雷暴单体迅速增长并向西北方的城区移动, 在到达城区时合并且迅速加强, 但移速缓慢, 在北京城区维持了两个多小时, 造成了城区的大暴雨过程, 降水量大但空间分布不均匀。雷暴顶高度和最大反射率因子的关系呈反位相变化, 雷暴最大反射率因子出现的高度均位于0 ℃等温线之下 (≥0 ℃) 或其附近, 雷暴的中心和反射率因子权重质心也基本位于0 ℃等温线之下, 均证实了这是一个典型的液态强降水对流系统。分析还表明, 20:00 (北京时) 左右的超强雷达回波是由大气异常传播造成的虚假超折射回波。