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。     

一次西南涡引发MCC暴雨的中尺度分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、国家气象卫星中心云顶亮温和地面加密观测资料对2013年7月21—22日发生在陕南的暴雨天气过程进行中尺度诊断分析。结果表明:中尺度对流复合体(MesoConvectiveComplex,下简称MCC)是此次暴雨的直接影响系统;500hPa停滞的低槽,配合对流层高层急流分支出口的强辐散及对流层低层西南低涡的动力抬升作用,形成有利于MCC生成、发展的大尺度环流背景;700hPa西南低空急流、850hPa气流的南支分量为MCC的生成、发展提供充足的水汽和能量;西南低涡的东北移动伴随有MCC云团的生消发展,MCC的发展经历了生成、发展、成熟、消散四个阶段,陕南强降水位于云顶亮温等值线密集一侧;MCC发生在高能、弱对流不稳定区;露点锋加强暴雨区的垂直上升运动,系统北部冷空气与南侧西南暖湿气流导致低层锋生,大气斜压性增大,并在陕南地区产生辐合上升,形成次级环流,又触发对流不稳定释放,相互之间有正反馈的作用。     

“08.7”襄樊罕见特大暴雨的中尺度观测特征与物理机制分析

利用Micaps常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP再分析资料和GOES卫星资料,从环流背景、水汽条件、动力条件、不稳定机制等方面,重点对2008年7月22日襄樊罕见特大暴雨的中尺度观测特征与物理机制进行分析.结果表明:此次特大暴雨是在副热带高压、高空槽、西南低涡、切变线和地面倒槽的共同作用下发生的:切变线上对流云团在暴雨区合并、加强是造成襄樊罕见特大暴雨天气的直接原因,强降水发生在TBB低值中心;沿低空急流建立的从南海到华中地区的水汽通道,为暴雨发生发展直接输送暖湿空气;低层强烈的水汽输送和水汽辐合使暴雨区大气湿层迅速增厚,为暴雨发生发展提供了有利的水汽条件;低层辐合、高层辐散和整层正涡度的配置以及强的垂直上升运动,为暴雨发生提供了动力条件;能量锋锋生、湿度锋锋生对中尺度对流系统发生发展具有触发作用.     

2009年6月28-30日湖北区域性大暴雨诊断分析

利用NCEP资料、LAPS产品、地面自动站资料及卫星资料和多普勒雷达拼图资料,对2009年6月28—30日湖北区域性大暴雨过程的环流背景与动力、热力、水汽条件等进行了诊断分析。结果表明：此次过程是在贝加尔湖低槽东移、副热带高压加强西伸北抬、西南急流发展、低层切变线南压和低涡东移的条件下发生的;低空急流的发展使大气强烈转暖,低层辐合与正涡度、高层辐散与负涡度及其相互配合,为暴雨发生发展提供了有利的热力和动力条件;冷空气南下在高温高湿的长江流域形成锋区以及西南急流加强,不仅向暴雨区提供了充沛水汽,还与切变加强、低涡东移共同造成能量锋区锋生,沿低层θse能量锋区及切变线有多个对流云团和强回波生成引发区域性强降水。     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

2015年6月1日江汉平原大暴雨过程诊断分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及湖北省地基GPS数据对2015年6月1日江汉平原一次大暴雨过程进行诊断分析,结果表明:稳定强盛的水汽输送通道建立是大暴雨形成的基础,降水强度和范围则与水汽通量辐合中心和大气可降水量增量中心关系密切。强降水开始前对流层低层出现能量锋区,监利和洪湖地区位于暖平流控制下的高能舌中,气旋性环流显著。对流层低层正螺旋度的加强与气旋性暖式切变的增强相一致,高层强辐散、低层强辐合并配合正涡度,且整层均为强上升运动的形势为低层中尺度涡旋的新生和发展提供了有利的动力条件。在有利的环境条件下,暖切变线上发生发展的α中尺度低涡及地面暖低压倒槽中对应的β中尺度低压和涡旋最终导致了此次强降水过程。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是：暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1〈0同时MPV2≥0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是：在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

黄河中游一次MCC致洪暴雨综合诊断分析

为了提高对MCC致洪暴雨的预报和预警能力,利用卫星云图、MICAPS系统提供的资料以及多普勒雷达资料,对2006年7月2日黄河中游发生的一次中尺度对流复合体(MCC)和黄河中游暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析以及三维流场结构分析.结果表明:MCC是造成暴雨的直接影响系统;对流层中低层深厚暖湿切变辐合的形成,配合对流层高层急流分支出口处生成中-α尺度强辐散、对流层低层华北冷空气南下倒灌锋生产生的动力抬升作用,形成有利于MCC生成发展的环流背景;MCC发生在高能、弱对流不稳定区;700hPa西南低空急流、850hPa分支南风气流为MCC的生成发展提供了充足的水汽和能量;涡度场和散度场的耦合、强烈上升运动的形成,成为MCC发生发展和维持的动力机制;多普勒雷达径向速度场显示,东南低空急流、配合西南低空急流的生成和稳定,西南低空急流左侧有气旋性辐合的维持、配合对流层中高层径向强辐散,构成MCC致洪暴雨的三维流场结构.     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。     

京津冀一次飑线过程的精细时空演变特征分析

利用常规探空资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对2013年3月19日夜里到20日凌晨发生在湖南中南部和广东北部的一次区域性雷暴大风天气进行了分析,发现本次强对流天气过程的天气尺度背景是北支高压脊的崩溃和南支槽的建立,槽前出现较强的低空急流和切变线并在湖南中南部和广东北部形成了上干冷下暖湿的温湿配置结构下发生并强烈发展的;地面自动站观测显示北风侵入到前期露点温度较高的贵州黄平地区并形成风向辐合触发了对流,之后对流单体东移进入前期地面辐合线和露点锋相配合,同时500 hPa极为干冷的湖南中部偏南地区不断发展加强成对流带;雷达观测显示19日夜里在湖南西部不断出现对流单体并在其东移南下过程中最终形成飑线结构,该飑线中存在多个超级单体;通过多普勒天气雷达的中气旋产品与雷暴大风出现时间对应比较发现：大多数由中气旋引发的雷暴大风,在雷暴大风出现前2~3个体扫,其中气旋底高不断下降至2 km左右或以下,且在雷暴大风出现前1~2个体扫,中气旋的最强切变高度显著下降至中气旋底高位置附近;通过风廓线雷达数据与雷暴大风出现时间对应比较发现：底层大气折射率结构常数(C2n)大幅度的跃升通常在雷暴大风出现前10~15 min左右出现,其对雷暴大风的出现可能具有一定的指示意义。基于雷达资料快速更新四维变分同化（RR4DVar）分析系统,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达资料和区域（约700个）自动站资料对2013年7月30—31日京津冀地区一次飑线系统在移动过程中系统不同部位的热动力结构及其环境场时空演变特征进行了分析。结果表明,这次飑线过程是在有利的天气尺度背景形势下发生发展的。飑线形成初期,其中段和南段前部有强的暖湿空气辐合上升运动,并受到强的中层垂直风切变的影响,且在飑线中南段两侧水平正负涡度近似平衡,这种环境下,十分有利于飑线中南段的组织发展。而北段前部受弱的中层垂直风切变及辐散下沉运动影响,不利于北段系统有组织的发展;随着飑线移动下山,中段和南段前部在较强的中层垂直风切变控制下,出现强的暖湿空气辐合上升运动,且存在偏南暖湿气流稳定输送到系统上升运动区中,这对飑线系统中段和南段自身对流单体新生及高度组织化极为有利。随着飑线演变为弓形回波,中段环境场仍维持强的中层垂直风切变且位于冷池出流边界的控制之下,由于地形强迫效应,有利于弓形回波前沿低空偏南暖湿气流的辐合上升,是飑线下山迅速增强并发展成弓形回波,且稳定维持的主要原因。     

中国东南沿海冬季渐近线型锋生辐合线及其强降水的发展机制

基于中国东南沿海冬季强降水的统计分析,采用EOF、REOF、North检验等方法对2011—2016年冬季(12、1、2月)欧洲中期天气预报中心降水资料进行分类,选取位于内陆的第1、第4 REOF模态,对该两模态的降水样本进行合成分析,合成的降水中心与东南沿海福建的多年统计暴雨中心吻合。与强降水相配合,1 000 hPa上有自北向南的渐近线型辐合气流,并伴有锋区,从而形成天气尺度渐近线型锋生辐合线,强降水位于辐合轴线左侧气旋式风切变处。这是一类以前未曾受到关注和讨论的东南沿海地区冬季暴雨系统。利用客观判定方法和建立系统坐标系,以确认并诊断该系统的结构。在冷干少雨、低层盛行偏北风的冬季,此类系统兼有锋区热力抬升与辐合气流动力抬升,在雨区形成旺盛的上升运动;同时,通过辐合线正交风分量将邻近的海面水汽汇集到降水区,与中高层副高边缘偏南气流相向而行,构成较为深厚的交汇式水汽输送层;通过非绝热加热,形成深厚的热力对流不稳定,并通过干区向湿气团下楔入,形成下干上湿的湿动力不稳定,以及假相当位温随高度增加而递减,形成上暖湿、下冷干的对流不稳定层。因此,该系统对冬季强降水的发生发展及落区具有重要影响。通过WRF模式的模拟结果探讨环境热力机制的影响,结果显示,凝结潜热加热可影响辐合线的辐合位置和强度、锋生区的位置及强度,进而影响系统的活跃程度。中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水强度。渐近线型锋生辐合线有利于东南沿海冬季大范围降水出现暴雨,其中凝结潜热释放具有重要贡献。     

黄土高原一次引发短时致洪暴雨MCC的特点及成因

利用MICAPS资料、多普勒天气雷达资料和NCEP资料等,对2013年7月25日黄土高原一次引发短时致洪暴雨MCC的特点及成因进行了分析。结果表明:300hPa天气尺度反气旋和500hPa天气尺度西南气流是MCC在对流层中上层的直接影响系统,700hPa α-中尺度横切变和850hPa副热带高压西侧α-中尺度低涡是MCC在对流层低层的直接影响系统;地面湿焓场低值舌的活动是MCC触发机制之一;地面湿焓场≥40℃高值中心区和MCC生成区相对应;MCC生成区在径向速度场上出现西南低空急流的生成和维持、逆风辐合区的生成和维持,低层辐合和高层强辐散的配置,为MCC的生成及暴雨的形成提供了动力条件;冷暖平流的配置也为MCC生成和东移发展创造了有利条件;空间剖面图上看到的湿螺旋度高值带对MCC生成发展和东移具有指示意义。      

华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

台风Faxai(1403)低纬变性的结构演变特征分析

利用气旋相空间法(cyclone phase space,CPS)对1403号台风Faxai变性前后的环境场及结构演变特征进行分析。结果表明:相空间法能够很好地指示低纬变性台风Faxai的变性起止时间。此次过程是由减弱的台风环流与TC西北侧的短波槽结合发展产生,分析台风Faxai的结构演变特征可知,变性阶段TC低层厚度场由均匀对称分布转为非均匀分布,增大了环境斜压性,变性后B值最大达30 m,为弱的斜压非对称结构。Faxai东侧的偏南风暖湿气流与偏北风气流相交汇,使得经向位温梯度增加从而在TC东北象限形成一带状锋区,锋区正好位于南北两大风圈之间的位置。整个变性阶段Faxai西侧几乎无明显冷锋锋生,只在环流东北侧有一定程度的暖锋锋生,这与典型的锋面气旋的发展过程有所不同。变性前,TC呈现对称分布的暖核结构;变性阶段,冷空气从热带低压西侧对流层中低层下沉入侵,TC呈现左侧冷、右侧暖的非对称斜压结构,中层增温可能与槽后强的下沉气流有关。对锋生函数各分量分析发现,散度场主导了气旋周围的标量锋生,倾斜项的贡献次之,涡度场是引起旋转锋生的主要因素,其余两项可忽略不计。      

南充雷暴大风天气学概念模型和环境物理量分析

利用1981～2016年气象常规观测和自动站资料对南充大风的基本气候特征进行统计分析,重点探讨不同类型区域雷暴大风的天气系统配置和环境物理量基本特征。结果表明:(1)南充雷暴大风按照形成原因主要分为高空冷平流强迫类和斜压锋生类,按落区出现情况分为全市型、东部型和西部型,东部型雷暴大风主要由高空冷平流强迫所致,全市型和西部型雷暴大风过程则多为斜压锋生所造成。(2)斜压锋生类雷暴大风主要发生在显著冷暖平流导致的斜压锋生与锋面动力强迫共同作用的形势下,高空冷平流强迫类则主要是高空强干冷平流的作用。(3)雷暴大风过程发生前大气环境呈上干下湿、湿层浅薄或为“喇叭口”形态,对于不同类型雷暴大风过程发生前的环境物理结构不同,斜压锋生类雷暴大风产生时大气环境多为明显斜压特征,高空常伴有强锋区,低层不稳定能量大,因此热力因子比较重要。高空冷平流强迫类主要发生在川陕槽后强烈冷平流形势下,水平风垂直切变大、要求低层增温快,故热力和动力因子都重要。      

ANALYSIS OF THE COLD AIR EFFECT ON AN EXTREME PRECIPITATION EVENT TRIGGERED BY AN INVERTED TROUGH OF TYPHOON HAIKUI (1211)

Based on intensive automatic weather station data, satellite cloud imagery, NCEP reanalyzed data, and the simulation results from mesoscale numerical models, this study analyzes the characteristics and formation mechanisms of the mesoscale convection system (MCS) during the extreme precipitation event that was triggered by a weakened low-pressure inverted trough of Typhoon Haikui on August 10/2012. The results of this study show that cold air at the rear of a northeastern cold vortex creates thermodynamic conditions favorable to the development of extreme precipitation. The main body of the cold air is northward located so that the cold air invades only the middle layer of the periphery of the inverted trough. Thus, the cold air minimally affects the lower layer, which results in a vertically distributed structure of the temperature advection that augments the formation and development of convective instability stratification. In the middle troposphere, the cold air encounters the convergent, ascending, warm moist air from the low-pressure inverted trough, leading to frontogenesis. The frontogenesis enhances wind convergence which, in turn, further enhances the frontogenesis, and the positive feedback between these two forces augments the development of meso- and small-scale convection systems in the rainstorm region and its vicinity, which strengthens the upward transportation of water vapor from low layers and thickening of water vapor convergence and results in local heavy rains.     

福建一次大暴雨过程的多尺度分析

利用常规气象资料、自动气象站降水资料和NCEP再分析1°×1°等资料,对福建2017年6月初一次强降水过程进行多尺度分析。结果表明:(1)冷空气与暖湿气流相互作用形成持续性暴雨,中尺度系统的活动导致短时暴雨。(2)较大的风暴相对螺旋度,低层的正涡度和中低层的上升运动有利于中尺度对流系统(MCS)的发展和维持;强烈的热力不稳定和较强的垂直风切变是中尺度对流发展的环境特征。(3)强的整层水汽通量和水汽辐合为暴雨区提供水汽来源和水汽条件。(4)锋生的大小和位置对降水的强度和落区有很好的指示作用;低层以水平锋生为主,中层以垂直锋生为主,有利于成片暴雨的发生。(5)中尺度系统对天气尺度的水汽辐合和边界层对流不稳定条件有增幅作用;上下两支次级环流的上升支叠加,有利于低层不稳定能量的释放,促进中尺度系统的发展。     

2010年1月鄂东一次暴雪过程中尺度分析

利用常规观测资料及NCEP／GFS再分析资料,对2010年1月5—6日发生在湖北东部的暴雪过程进行中尺度分析。结果表明：500hPa北支槽后干冷空气配合南支槽前西南暖湿气流形成的冷暖交汇以及850hPa低涡北抬发展是产生暴雪的主要天气背景;200hPa高空急流、700hPa西南急流、925hPa东北气流、850hPa气流汇合区、700hPa及850hPa露点锋、锋生次级环流、风向随高度强烈顺转的垂直风切变以及地面中尺度辐合区的有利空间配置,对暴雪预报具有重要指示意义。此外,在上述研究的基础上对此次暴雪过程的三维物理模型进行了总结。     

城市短时强降雨中尺度观测特征分析

通过对2009年5月9日、2007年7月18日和2006年8月28日邢台市3次城市短时强降雨过程的对比分析,应用高时空分辨率的加密自动站资料、雷达风廓线资料,研究其中尺度特征.强降水天气产生在大尺度有利的环流背景下,低层切变线系统、强中低空垂直风切变、地面低压倒槽提供了有利的辐合上升动力条件,低层西南暖湿气流与西风带冷...