引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

一次登陆台风倒槽暴雨过程的初步诊断

利用常规探空和地面观测资料、卫星雷达资料以及NCEP再分析数据,应用非地转湿Q矢量和湿位涡理论,诊断分析了2018年第4号台风"艾云尼"登陆后的倒槽暴雨过程。结果表明,台风倒槽东侧偏南气流为暴雨区温湿能量的主要来源,倒槽顶部的暖式切变和倒槽西侧高值湿位涡的下传,使大气斜压性和低层不稳定度增强。倒槽附近温度场与风场的不平衡配置易于激发次级环流,有利于潜热能的释放和暴雨的增幅。暴雨区对流层低层(925 hPa)湿位涡分量总满足MPV10,MPV20。中层非地转湿Q矢量散度与未来6 h降水落区对应较好,对此类台风倒槽类暴雨预报具有一定的指示意义。     

0505台风低压倒槽后退东移的原因分析

0505台风"海棠"在福建登陆后减弱为低气压,其中心在陆地的移动路径为自福建经江西至湖南。伴随台风低压一同西北移的台风倒槽,在经过河南区域时,移向发生了明显的变化:在从河南东部移至西部后,没有继续西行,而是发生了转向后退,从114°E以西退回到114°E以东,倒槽北段退后尤为明显。倒槽后退导致暴雨落区随之东移,使暴雨落区预报出现较大偏差。为了探讨这种情况出现的原因,以正确判断倒槽移向,减少预报失误,为今后预报积累经验,使用常规高空、地面报文和1°×1°的NCEP再分析资料,对0505台风倒槽影响河南时的天气形势和物理量场演变进行分析。结果发现:台风低压倒槽后退的直接原因为北方较强冷空气南下,在低层侵入倒槽西部,使该处的北风区域扩大、北风风速明显加强,迫使倒槽东退;而在高层则为北方南下冷空气致副高东南退,引西风带系统东移,大陆高压跟进,高压前部北风取代台风倒槽西部的东北风,致倒槽东退并变性为两高之间的辐合线。由于来自贝加尔湖以东高纬度地区的强冷空气从华北南下进入河南西北部,阻止了台风倒槽的继续西移,并迫使其后退,动力上升运动区与水汽输送带随之东退至豫东北,致使该地区暴雨出现。北方南下冷空气的强弱及与台风倒槽的相对位置,是决定此次台风低压倒槽移动的重要因素。当台风倒槽移动前方或北方24 h变温场上出现连片小于-2℃的负变温区,并且在温度平流场上出现连片小于-3℃的冷平流区时,未来12~24 h台风倒槽的移向可能发生变化,或停滞或转向东退,可综合其他因素做出正确判断。     

“苏拉”台风倒槽引发鄂西北特大暴雨的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°逐6h再分析资料、地面自动站雨量资料,对1209号台风“苏拉”倒槽造成鄂西北特大暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:本次强降水天气过程是在“苏拉”台风倒槽、东南风和东风超低空急流、华北冷锋共同作用下产生的;台风倒槽建立了来自海上的水汽通道,为特大暴雨区提供了源源不断的水汽,降水强度则与水汽通量散度密切对应。     

9012台风倒槽结构与暴雨中尺度系统

利用高空资料、地面资料和红外卫星云图资料,对发生在浙江中北部的9012台风倒槽暴雨的机制进行分析,揭示了该台风倒槽的结构和暴雨的环境场。并进一步研究了产生暴雨的中尺度暴雨云团及其周围的垂直气流分布与地面降水的对应关系。对暴雨云团所对应的高、中、低(地面)层系统亦进行了分析。     

影响贵州的三次台风倒槽暴雨诊断分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1° 6 h再分析资料,对影响贵州的三次台风倒槽暴雨进行诊断分析。结果表明:第一次台风倒槽暴雨过程(2001年7月7—8日)由单一台风倒槽影响造成,热力不稳定层结持续时间长,上升运动与辐合辐散弱,对应暴雨持续时间长、站点分散;第二次台风倒槽暴雨过程(2002年8月19日)由低涡切变和台风倒槽共同影响产生,强水汽辐合形成于两系统东侧偏南气流里,上升运动与辐合区发展层次较高,对应暴雨集中且站点多;第三次台风倒槽暴雨过程(2010年9月21日)由冷锋侵入台风倒槽内引发,干湿空气相遇形成小范围水汽辐合,低层上升运动较强、辐合强度较大,对应局地强降水和对流天气,且降水时间短。     

一次登陆台风形势下的湖北暴雨过程

利用８５－９０６－０８课题的０２与０３专题收集的地面，高空加密观测资料，结合高空常规观测资料，对９４０６号台风登陆形势下的暴雨过程进行了较为详尽的分析研究。在大尺度环流场分析部分，对本次暴雨过程进行包含垂直速度，涡度，散度，水汽含量与输送的结构分析，并进一步分析该暴雨过程中暴雨试验区的降水和地面中尺度特征。在上述诊断分析的基础上，提出本次暴雨过程形成的可能机制；台风外围偏东风低空急流带向暴雨区输送     

台风倒槽内β中尺度低涡及特大暴雨的数值模拟

对 2 0 0 1年 7月 6～ 7日上海嘉定特大暴雨及β中尺度低涡进行大、中尺度分析 ,认为特大暴雨是在西太平洋副热带高压的西北侧、北部西风槽与南部台风倒槽相连的形势下形成的。利用改进的区域 η坐标模式 (REM)对这一过程进行了数值模拟 ,发现降水先于 β中尺度低涡形成 ,强降水是在“风速偶”之间的强辐合作用下触发的。探讨了“风速偶”特别是弱风中心形成的原因。根据模式输出的高时空分辨率物理量场对 β中尺度低涡与特大暴雨的形成进行分析 ,探讨了它们形成的机制 ,结果表明 β中尺度低涡的形成是由于强降水使气柱增暖加强了低空原有的正涡度的情况下形成的 ,低涡与降水存在正反馈机制 ,CISK机制可能是十分重要的     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

台风“山竹”（2018）远距离暴雨的成因分析

热带气旋远距离暴雨（TRP）往往成为高影响天气,是业务预报难点。本文用地面、探空观测资料、雷达遥感资料以及NCEP一日四次0.5°×0.5°再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆广东期间在长江三角洲（简称长三角）地区引起的远距离暴雨过程进行分析。结果表明:（1）这是一次发生在副热带高压（简称副高）控制范围内的热带气旋远距离暴雨,低层受台风倒槽影响。（2）这次过程第一阶段暴雨主要是在强的对流不稳定条件下,由对流层低层“山竹”倒槽中的辐合线触发对流产生,同时对流层高层“山竹”的极向流出汇入加大了中纬度西风风速,在长三角地区上空产生辐散,有利于上升运动的维持。第二阶段,对流不稳定条件有所减弱,但前一阶段强回波产生的低层偏北外出气流与东南风形成辐合线,辐合线上还有中γ尺度的涡旋产生,又促进了对流发展。850 hPa台风倒槽北端形成一个低涡,500 hPa副高边缘发展出一个短波槽,暴雨的动力条件更为有利。（3）长三角的3个强降水中心分别在长江口、杭州湾北岸的嘉兴沿海及宁波沿海,都是在水陆边界附近。（4）远距离暴雨区的涡度收支诊断发现:暴雨的初始扰动主要由近地层水平辐合辐散项提供,850 hPa的水平辐合辐散项和扭曲项共同作用形成和加强低涡,并通过垂直运动上传使中层700～500 hPa附近涡度增长,进而发展出500 hPa短波槽。850 hPa涡度来自于台风倒槽和副高边缘的偏南急流。（5）在这次远距离暴雨过程中,台风“山竹”与海上西太平洋副高之间形成偏南低空急流,向长三角输送水汽,这与典型TRP事件相似。不同之处在于:典型TRP中暴雨的初始扰动一般由西风槽提供,而这次过程主要由低空台风倒槽和偏南急流提供,涡度上传形成高空短波槽,是不同于典型TRP事件的一个物理过程。     

热带低压倒槽引发江苏东北部大暴雨过程分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、加密自动观测站资料、连云港风廓线雷达和多普勒天气雷达资料等,对2012年8月10日江苏东北部地区特大暴雨过程进行了分析。结果表明：台风“海葵”登陆后在安徽东南部减弱成热带低压,北伸的低压倒槽与高空低槽的结合,是产生这次特大暴雨的天气背景。特大暴雨发生在大气层结极不稳定区域,同时具有水汽强辐合,对流层低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。散度场的垂直分布特征变化先于降水强度的变化;冷空气从低层开始入侵,并向中高层渗透,触发了不稳定能量的释放。地面中尺度辐合线的长时间维持,是这次特大暴雨产生的直接原因。平均径向速度产品揭示的风向风速辐合、气旋性环流、低空急流及暖平流等的环境场特征,为短临预报中判断强降水发生及维持提供了依据。     

一次台风倒槽暴雨的GPS同化试验

选取2012年8月9—10日江苏东北部地区一次台风倒槽特大暴雨天气过程,利用WRF中尺度模式进行数值模拟,在此基础上进行常规观测资料、GPS探空廓线资料的三维变分同化试验,并对试验结果进行对比分析。为了更客观地检验不同方案的模拟效果,对降水采用TS评分检验和预报偏差分析。结果表明:单独同化常规观测数据可以改善降水的落区;GPS探空廓线数据水平分辨率低,仅同化GPS探空廓线数据并不能有效改善模拟效果;同时同化常规观测资料和GPS探空廓线数据可以有效弥补常规数据精度不高、GPS数据水平分辨率低的缺点,无论是对降水的落区还是强度都有很好的改善。     

A Study on a Heavy Rainfall Event Triggered by an Inverted Typhoon Trough in Shandong Province

A heavy rainfall event that occurred in Shandong Province in 26 28 August 2004 was caused mainly by Typhoon Acre and cold air activities related to a westerly trough. The event was triggered by an inverted typhoon trough, which was closely associated with the intensification of the low-level southeasterly flow and the northward transport of heat and momentum in the periphery of the typhoon low. A numerical simulation of this event is performed using the nonhydrostatic mesoscale model MM5 with two-way interactive and triply-nested grids, and the structure of the inverted typhoon trough is studied. Furthermore, the formation and development mechanism of the inverted typhoon trough and a mesoscale vortex are discussed through a vorticity budget analysis. The results show that the heavy rainfall was induced by the strong convergence between the strong and weak winds within the inverted typhoon trough. Dynamic effects of the low-level jet and the diabatic heating of precipitation played an important role in the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex. The vorticity budget analysis suggests that the divergence term in the low troposphere, the horizontal advection term, and the convection term in the middle troposphere were main contributors to positive vorticity. Nonetheless, at the same pressure level, the effect of the divergence term and that of the adveetion term were opposite to each other. In the middle troposphere, the vertical transport term made a positive contribution while the tilting term made a negative contribution, and the total vorticity tendency was the net result of their counteractions. It is found that the change tendency of the relative vorticity was not uniform horizontally. A strong positive vorticity tendency occurred in the southeast of the mesoscale vortex, which is why the heavy rainfall was concentrated there. The increase of positive vorticity in the low （upper） troposphere was caused by horizontal convergence （upward transport of vorticity from the lower troposphere）. Therefore, the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex were mainly attributed to the vorticity generated in the low troposphere, and also the vertical transport of vorticity from the low and middle troposphere.     

中纬度高空槽—台风相互作用对台风“利奇马”远距离暴雨的影响

利用NCEP提供的0.25°×0.25°FNL资料和国家气象信息中心提供的高分辨率三源融合降水资料,以台风“利奇马”为研究个例,从动力和热力因素两个方面研究了中纬度高空槽与台风之间的相互作用对台风远距离暴雨的影响。研究认为中纬度高空槽—台风的相互作用是此次台风远距离暴雨的主要原因之一。在高空槽—台风的相互作用中,随着弱正PV异常从中纬度高空槽向台风区域的水平平流,台风西北部地区逐步处于高空槽前西南急流的次级环流的上升区域,而对流层深厚的暖平流恰好位于台风西北部3~5个纬距的地区,此热成风暖平流的作用增强了台风西北地区的上升运动。另外,中纬度高空槽后的干冷空气的逼近,促进了在台风西北部地区的中纬度斜压锋生,斜压锋面进一步增强了台风远距离暴雨处的动力抬升作用。同时还发现当台风与中纬度槽的距离大约是10个纬距时其相互作用最为显著。     

黄淮地区一次冷锋暴雨天气过程的预报分析

利用常规天气图、地面加密资料、数值预报产品、卫星云图和多普勒天气雷达资料等,对2007年7月18-19日出现在黄淮地区的暴雨天气过程进行了综合分析.结果表明:暴雨是高空西风槽、冷锋和副热带高压边缘强盛的西南暖湿急流共同作用产生的;强降水产生在地面中尺度辐合线附近.在高层干冷、低层暖湿的大气不稳定条件下,地面冷空气的侵入触发了不稳定能量的释放,同时低层辐合、高空辐散的高低空配置,引发了强降水的产生.卫星云图和多普勒天气雷达资料在暴雨临近预报中起着重要作用.     

2011年湖南一次强暴雨过程中尺度分析

以LAPS局地分析资料为主,综合利用卫星云图、地面自动站资料和NCEP提供的全球分析资料,对2011年6月9—10日湖南一次特大暴雨过程进行了分析,结果表明:降水主要发生在对流云团中亮温TBB-70℃的区域的偏西一侧,在TBB-80℃的区域内降水最强;锋前暖区中的对流云团,在中低层是以条件不稳定机制为主的垂直上升运动,而在中高层,是以条件对称不稳定机制为主的垂直上升运动。中尺度对流系统在不断东移南压的过程中,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强。强气旋性切变和正涡度平流触发中尺度气旋发生、发展,β中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统。对整层的高度场和流场进行滤波分析发现,此次暴雨过程中的中尺度气旋活跃,强降水雨团与中尺度低层辐合、高层辐散中心基本重合。利用高(低)层中尺度辐散(合)中心位置确定暴雨中心有一定的预报指导作用。     

台风“天鹅”对“莫拉克”台风暴雨增幅影响的模拟分析

就2009年8月台风"天鹅"对"莫拉克"台风暴雨增幅的影响问题进行客观分析,并通过WRF数值模拟试验的方式进行研究探讨.利用NCEP/NCAR客观再分析资料分析发现"莫拉克"台风从"天鹅"台风环流中获取正涡度和水汽供应,有利于其台风强度的长期维持,是造成台湾地区超强降水的重要条件之一.进一步运用WRF数值模式对剔除"天鹅"台风的敏感性试验进行诊断分析,发现"天鹅"台风向"莫拉克"台风环流中有正涡度及水汽供应,与客观分析较为一致,最终估算出"莫拉克"台风在台湾地区南部造成的超强降水中有近三成来自于"天鹅"台风的动力和水汽贡献.     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

“海葵”台风(1211号)暴雨雨滴谱特征分析

利用常规气象观测资料、加密自动气象观测站资料、NCEP/NCAR再分析资料以及安徽省滁州、黄山山底站地基雨滴谱观测资料,分析了2012年8月8-9日“海葵”台风暴雨过程的降水特征与环流背景,重点分析了该过程前后两个阶段(即台风本体造成的降水阶段与冷空气入侵引发的降水阶段)降水的雨滴谱特征。结果表明:(1)“海葵”台风降水过程中,安徽滁州站和黄山山底站平均谱谱宽都较大,均有6~8 mm的大降水粒子出现;黄山山底站具有更高的雨滴数浓度和较小的雨滴直径。(2)整个降水过程中,滁州站平均谱接近后一阶段的雨滴谱型,而黄山山底站平均谱接近前一阶段的雨滴谱型;不同雨强下两站的雨滴谱谱型基本相似,且随着降水强度增大,谱宽和雨滴数浓度均呈增大趋势。(3)前后两个降水阶段,滁州和黄山山底站表现出不同的滴谱特征。前一阶段,滁州站雨强(R)、雨滴质量加权平均直径(Dm)和标准化数浓度(Nw)的均值均小于黄山山底站;至后一阶段,滁州站的R、Dm明显增大,均大于黄山山底站。(4)从台风本体降水阶段到冷空气入侵降水阶段,滁州站雨滴谱型变化明显,呈现出谱宽由窄变宽且随雨滴直径增大而雨滴数浓度均增大的特点;黄山山底站雨滴谱型差异不大,表现出谱宽由宽变窄、雨滴数浓度随雨滴直径增大先增后减的特点。