四川盆地2020年“8.11”特大暴雨过程中尺度系统演变特征

针对2020年8月11—12日四川盆地西部特大暴雨过程中尺度系统演变特征和维持机制,利用欧洲中心ERA5逐小时再分析资料以及FY-4A的云顶相当黑体温度TBB资料进行诊断分析。(1)本次过程发生在500 hPa巴湖长波槽分裂短波和高原低槽东移发展在四川盆地停滞,副高加强西伸形成阻挡的形势下,同时200 hPa有南亚高压和高空分流区配合。(2)在上述有利的背景条件下,中尺度系统活动经历了中尺度辐合扰动-西南涡生成发展-低空急流影响-西南涡再次发展增强等4个阶段,西南涡两个阶段的发展对降水影响最大,初生发展阶段雨强最强,再次发展阶段强降雨范围最大。(3)西南涡在暖区内初生发展,对流不稳定性强,地面潜热和感热加热以及500 hPa层以下水汽凝结潜热加热均十分显著,在较强暖湿平流作用下,配合低层涡度拉伸项和扭转项的动力作用加强,西南涡迅速发展,但低层辐合相对较弱,正涡度柱高度仅发展至500 hPa。(4)西南涡再次发展阶段冷平流入侵,大气斜压性增强,中高层感热和凝结潜热加热作用加大,“低层辐合-中高层辐散”的动力机制显著加强,配合垂直向上输送正涡度和涡度拉伸项的动力发展作用,西南涡发展旺盛,正...     

2010年7月甘肃大暴雨及其低涡结构分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度模式MM5V3,对2010年7月造成甘肃东部大暴雨过程的低涡系统进行了诊断分析和数值模拟.结果表明:(1)在低涡发生、发展阶段,假相当位温和比湿的垂直平流在视热源、视水汽汇中占绝对优势,说明垂直平流变化与低涡发生、发展及强降水有很好的正相关;(2)上升运动中心与视热源、视水汽汇大致中心相对应,变化趋势基本一致,最强的凝结潜热加热发生在中层,最强上升运动同样也出现在中层,说明降水过程中大气加热与大气上升运动密切相关,大气热源主要来自于水汽的凝结潜热;(3)低涡发生、发展过程中伴随中低层有西南风急流、强正涡度中心、低层辐合、高层辐散结构、强上升运动及低层水汽通量辐合;(4)低涡区上空对流层低层为对流不稳定层结,中层至中高层为条件对称不稳定层结,对流不稳定层结强度随时间变化不大,而条件对称不稳定层结强度随时间有明显加强,位势不稳定和条件性对称不稳定共存使得假相当位温高值区域的垂直上升运动得以产生和维持.     

青藏高原背风坡MCC发生发展的实例研究(Ⅰ)——MCC与中尺度扰动的联系

本文应用带通滤波分析方法,详细分析了1984年7月24～25日发生在青藏高原东南坡的一次MCC过程与中尺度扰动的联系,结果表明:MCC的发展演变与中尺度扰动密切相关,两者属于同一系统的两种表现形式。只有当MCC发展到强盛期时,中尺度扰动才呈现出类似热带系统性质的低层气旋辐合、高层反气旋辐散的准园型深厚系统。此时,MCC中心与扰动涡旋中心完全重合。而在MCC初生和衰亡阶级,MCC中心与扰动涡旋中心不一致,MCC对应低层中尺度气旋环境东部,高层反气旋环流西南部。对MCC初生,发展和消亡三阶段的中尺度扰动涡度,散度的诊断得知,深厚的扰动正涡度、辐合对应于MCC的发生和发展;弱而浅薄的正涡度、辐合则对应于MCC的减弱和消亡。     

"07.5"湖北大暴雨的中尺度系统及降水成因分析

利用2007年5月30～31日天气图、物理量场、卫星云图和雷达回波资料及常规观测资料,采取天气学诊断分析方法,对湖北省初夏一次暴雨天气过程的大尺度环流特征、中尺度系统和强降水成因进行了分析。结果表明:高层辐散、冷空气与西南暖湿气流交绥、鄂中切变线维持、副热带高压稳定少动,是这次暴雨发生发展的有利大尺度环流背景;强对流云团或西南低涡中尺度云团是造成江汉平原北部、鄂东及鄂西南北部强降水的主要云团;整个暴雨过程伴随着强对流雷达回波的初生、发展、合并和减弱,降水主要由逐渐发展的强回波造成;低空急流输送水汽、中低层层结对流不稳定、低层辐合与高层辐散配置以及暴雨区存在较强锋生作用是此次暴雨的主要降水成因。     

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5 逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论：本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。     

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24-25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水.另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值.     

一次西南涡特大暴雨的中尺度诊断分析

采用LAPS中尺度分析模式大气资料,对2008年7月一次西南涡暴雨过程进行天气学降水运动的中尺度诊断计算与分析。诊断计算包括：可降水量、层结不稳定能量、对流可降水量、水汽权重平均风速、水汽通量散度、云水、云冰总量及其通量散度和垂直速度与凝结函数降水率等。结果表明：“西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区,中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。计算的中尺度垂直运动与凝结函数降水率场,降水率为暴雨到特大暴雨。计算的水汽通量辐合降水率与凝结函数降水率不会完全重合,且水汽通量辐合既可致中尺度“雨”,又可成大尺度“云”,并且云水、云冰通量辐合/辐散,可解释为它们的“正”/“负”碰并增长,而碰并增长产生水凝物增量（降水率）也促成大暴雨。因此,在凝结函数降水率场中产生的中、小尺度对流雨团,加上水汽与云水、云冰通量辐合及其碰并增长,并且借助层结不稳定能量释放和可能产生的强迫“次级环流”及水汽与云水、云冰输送,是这次“西南涡-切变线”系统造成襄樊特大暴雨的天气学成因。     

初生西南涡扰动不稳定发展的弱非线性动力分析

文献[1]研究了初生西南涡扰动在弱不稳定层结下出现不稳定发展的情形,但没回答扰动不稳定发生后,西南涡怎样发展的问题。本文利用临界摄动方法,讨论了初生西南涡扰动不稳定后,在垂直速度及位温垂直分布不均匀引起的弱非线性垂直平流的调节和反馈作用下,扰动发展形成稳定的具有一定空间结构的过程。当参数取适当数值时,可获得与实际基本一致的结果。     

西南低涡的初步研究

本文通过对一些个例的研究,分析了西南低涡的维持和发展条件,发现低涡的维持和发展主要靠中高层的辐散量要大于低层的辐合量,同时中高层凝结潜热的释放也起着相当重要的作用。分析指出,在低涡上空,对流层上层有两支气流,(上升气流和下沉气流),在对流层中下层也有两支气流,共同构成低涡的三维流场。其中对流层中下层的两支气流对天气变化有重要影响。西南低涡的东部和南部是主要的降水区,而降水的强弱和低涡东侧的上升气流强弱及大气层结、水汽辐合量有关。     

影响华南地区西南低涡的频数及移动特征分析

利用中国气象局提供的MICAPS观测资料以及空间分辨率为1 °×1 °的ERA-Interim再分析资料,对1991—2010年3—8月影响华南地区的西南低涡的生成和移动进行统计分析。结果表明,影响华南地区的西南低涡在6、7月出现频率较高;随着月份推移其维持时间逐渐增加,3月的维持时间最短（48小时）,8月最长（105小时）;将影响华南地区的西南低涡按不同移动路径分为四类:东移型、东南移型、南移型和停滞型。在频数方面,东移型西南低涡出现次数最多（33个）,东南移型次数最少（12个）;在维持时间方面,停滞型西南低涡的维持时间最短（54小时）,南移型维持时间最长（86小时）。四类移动路径西南低涡所对应的大尺度环流场表明,停滞型西南低涡其对流层中高层槽脊不明显且辐散运动较弱,下游地区对流层低层有冷平流及辐散运动,不利于西南低涡的发展和移出,而其他三类移出型的西南低涡在对流层中高层有明显的槽脊系统及较强的辐散运动,同时在对流层低层,不同移动路径的西南低涡在各自移动方向上均有风场辐合带和暖平流区与之对应,有利于西南低涡的移动和发展。      

Numerical Study of a Mesoscale Vortex in the Planetary Boundary Layer of the Meiyu Front

It was found that the heavy rainfall event along the Meiyu front in the lower reaches of the Yangtze River on 23 June 2009 was connected with a mesoscale disturbance vortex, which originated from the planetary boundary layer (PBL) and developed upward later and was discovered by using the Shuman-Shapiro filtering method. The mesoscale disturbance vortex in the PBL (PMDV) in this process corresponded well to the short-time rainstorm in the Doppler radar echo. Analysis of the high-resolution simulation results from the Advanced Weather Research and Forecasting Model (ARW) showed that there were several surface disturbances along the southern warm section of the Meiyu front prior to the generation of the PMDV. The PMDV interacted with the mesoscale convective system (MCS) and intensiˉed the local convective precipitation. The north and southwest flows in the PBL converged at the time of the PMDV formation. Meanwhile, a southwesterly jet on the top of the PBL to the south side of the vortex reinforced the ascending motion and convergence. Hence, it is concluded that the PMDV was generated when the strong cold air flows north of the shear line encountered the southwest flow south of the shear line. The convergence line in the PBL, the intensification of the southwest wind, and the southward aggression of the north wind were critical for the development of the PMDV. The release of latent heat was found crucial for the formation of the PMDV as it facilitated the convergence at low levels.     

梅雨锋暴雨过程潜热及反馈机理个例分析

在对2003年6月24~25日的一次江南北部梅雨锋暴雨过程进行合理模拟的基础上,应用模式输出资料,系统分析了暴雨过程中大尺度稳定凝结加热(Hs)及对流凝结加热(Hc)的时空分布特点以及其潜热在暴雨过程中的反馈作用。研究表明在这次暴雨过程中,主要以Hc为主,平均的Hs、Hc均主要分布在900~250 hPa,最大值位于400 hPa附近;在暴雨发展过程中,Hs、Hc随暴雨的增大而增大,且加热层次不断加深;去除潜热的“干”敏感性试验表明,潜热释放加热了深厚的大气层,使得高层加压辐散,暴雨北侧高空西北急流加强,低层减压辐合,暴雨南侧的低空西南急流加强,同时使得低层的切变线得以维持加强。     

一次西南低涡东移引发长江中下游暴雨的诊断研究

利用常规观测资料和NECP再分析资料,对2013年6月6—7日西南低涡东移加强发展造成长江中下游大暴雨过程进行了诊断分析,重点探讨了西南低涡东移和发展维持的物理机制以及最强降水的变化特征。结果表明,沿着700 hPa高空切变线东移的西南低涡是造成此次长江中下游地区暴雨的直接影响系统,西南低涡沿着700 hPa切变线东移发展,深厚阶段正涡度柱伸展到400 hPa高度,自下而上呈近垂直结构。西南低涡附近低层辐合与高层辐散的大尺度环境条件、西南低涡与西南低空急流耦合发展动力结构、低空暖平流和高空槽前正涡度平流输送等条件是导致西南低涡东移到长江中下游后加强发展的主要因子。与西南低涡相伴随的强降雨区主要位于低涡南部3个纬距以内,该处的西南季风和副高西南侧东南气流两支水汽输送的汇合为暴雨发生提供了充沛的水汽和对流不稳定能量,而对流层中低层携带的冷空气侵入低层低涡的后部,不仅加强了低涡的斜压性,也促进了上冷下暖不稳定层结的产生和发展,为强降水的发生提供了不稳定对流触发条件。     

圆形涡旋大气中的横波不稳定

讨论涡旋大气中,存在沿切向基流传播的横波型扰动,并采用数值方法讨论了柱坐标系下圆形涡旋系统斜压气流中这类扰动的不稳定,这是一类中尺度的重力惯性波的不稳定.研究了涡旋环境大气的层结稳定度参数N2、切向风垂直切变Vz、凝结潜热、涡旋特性及科里奥利参数f0对不稳定增长率的影响.圆形涡旋中同样存在横波不稳定的Eady模态和中尺度模态,得到了中尺度模态的扰动场分布特征:流场的不规则"猫眼"结构及慢速传播的扰动均集中在低层,而快速传播的扰动均集中在高层的扰动特征.     

浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析

根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925 hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T_850-500大于27 ℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,B_li、B_CAPE等指示意义显著,而K指数和S_i指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。      

一次强降水过程涡旋状MCS结构特征及成因初步分析

利用新一代天气雷达资料分析了造成2011年6月18日湖北省江汉平原强降水涡旋状中尺度对流系统(MCS)发生发展过程的结构特征,联合常规观测、地面加密观测及雷达四维变分风场反演资料初步研究了MCS可能成因。结果表明:(1)成熟阶段的强降水涡旋状MCS回波表现为气旋性弯曲的多条螺旋对流回波带、周围被大片层状云回波所包裹的结构特征,后期因冷空气侵入演变出冷暖锋式结构。回波合并和旋转式列车效应是产生强降水的主要运动特征。(2)涡旋状MCS是在有利环境场下,主要由鄂西山地一江汉平原过渡带边界层中尺度涡旋系统强烈发展组织的结果。(3)中尺度涡旋系统形成发展与地面暖倒槽发展、西南低涡前侧降水和特殊地形作用有密切关系,来自不同方向气流形成的强烈辐合是其前期形成发展的主要机制,后期发展可能与潜热释放有关,涡旋环流向上发展到700 hPa。     

Diurnal variation in the occurrence frequency of the Tibetan Plateau vortices

A diagnostic study is made on the diurnal variation in the occurrence frequency of the Tibetan Plateau vortices (TPVs) in four local time (LT) periods of a day (06–12 LT, 12–18 LT, 18–00 LT, 00–06 LT) using the data from May to September in 2006–2008. The occurrence frequency of the TPVs shows a robust diurnal variation with its maximum from evening to midnight (18–00 LT) and minimum from early morning to noon (06–12 LT). The physical processes in association with the diurnal variation of the TPVs are revealed. Both large-scale circulations and condensational latent heat induced by the precipitation system have important effect on the diurnal variation of the TPVs’ occurrence. In the evening at 18 LT, there are strongest convergence at 500 hPa and divergence at 200 hPa. Meanwhile, the largest water vapor is transported to the main body of the Tibetan Plateau, and the stratification is unstable, which are conducive to the strongest convection and condensational latent heat release accompanied with the largest precipitation system. All these conditions are responsible for the maximum occurrence of the TPVs in 18–00 LT. On the contrary, at 06 LT the weakest convergence at 500 hPa and divergence at 200 hPa as well as the stable stratification result in little latent heat release, and the minimum occurrence of the TPVs is observed in 06–12 LT.     

一次东移西南涡过程的平流层重力波特征研究

基于WRF模式对2011年6月16—19日一次东移西南涡过程的模拟,开展了西南涡激发平流层重力波的特征研究。东移西南涡可以分为发展、强盛和减弱3个阶段,每个阶段均伴随着强降雨天气,但由于降水位置和强度的不同,平流层重力波的分布和强度也不同。西南涡发展阶段,平流层重力波主要位于低涡的东侧,并向东北传播;西南涡强盛阶段,伴随对流降水的强度和范围明显增大,平流层重力波的振幅和范围也显著增大,且围绕西南涡的东侧和南侧呈现出半环状的重力波分布特征可分为两支,东侧波动波列表现为东北西南向分布,南侧的波列表现为东—西向分布;西南涡减弱阶段,重力波的振幅和范围均减小。波谱分析表明,重力波的纬向波数频率谱关于零频率呈非对称分布,且随着西南涡的增强,波谱在小尺度范围显著增大,即强对流更容易激发出小尺度的高频波;经向波数频率谱在波数较小谱段关于零频率基本呈对称分布,但在波数较大谱段,也呈非对称分布,这说明受平流层东风气流的影响,重力波主要向东传播。     

2013年夏季四川西部一次特大暴雨天气分析

本文利用NCEP高空再分析和地面自动站观测资料,针对2013年7月7日20时~11日20时四川地区一次特大暴雨过程,分析了其各层的环流形势、低层的水汽通量、水汽通量散度,各层的涡度场、散度场、垂直运动,以及西南涡影响下降水的发生发展机制。得到:这次暴雨过程,850h Pa上的水汽主要来自孟加拉湾,从西南方向向四川地区输送,同时配合低层辐合高层辐散的结构和持续上升运动,以及对流不稳定层结的形成,降水极易发生,而西南涡的稳定少动、南北转动等异常活动是这次持续性强降水的主要成因。一方面,500h Pa高原槽不断东移和西北方向源源不断的冷空气补充,另一方面,东边西天平洋副热带高压的阻挡作用,使西南涡不断发展但局限于源地周边活动,难以东移出川,因此,带来了川西高原边缘与四川盆地西部地区的持续性强降水天气。