地形作用下低空急流的演变与强降水对流风暴系统的相互作用

利用天气雷达、地面加密雨量站降水资料、綦江流域五岔水文站水文资料以及ERA5再分析资料,对2020年6月19—22日綦江流域破历史记录洪水的降水时空分布特征、环流背景、水汽源地和中尺度对流系统发展演变特征进行了分析。结果表明：（1）此次过程是一次范围集中的持续性强降水过程,表现出明显的阶段性和日变化特征,可分为三个阶段,强降水主要发生在夜间。（2）持续性强降水发生在乌拉尔山地区冷低压东移引导冷空气南下到四川盆地东北部、中纬度低槽在四川东部-重庆-贵州一带长时间维持、西太平洋副热带高压稳定少动的环流背景下。（3）低空西南暖湿急流进一步加强了贵州北部至重庆南部的大气层结不稳定度,并将中国南海和孟加拉湾的水汽输送到綦江流域一带,为强降水产生和持续提供了丰富的水汽。（4）3个强降水阶段中尺度对流系统（MCSs）的发生发展表现为不同特征,第一阶段MCSs对应的雷达强回波呈近南北向,东移影响綦江流域,强降水持续时间较短;第二阶段MCSs呈西南—东北向,影响綦江流域时间较长,但回波强度较弱;第三阶段MCSs呈块状,成熟时期呈西西北—东东南向线状分布,具有“列车效应”,影响綦江流域时间更长、降水强度更大。

     

一次后向传播对流风暴特征及传播机制

利用常规观测资料、FY 4A气象卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料，分析了2019年5月17日夜间发生在京津冀中部伴有强冰雹、短时强降水和短时大风的强对流天气过程。利用VDRAS资料与国家自动站资料进一步揭示对流风暴形成的环境条件以及后向传播的机制。结果表明：在有利于强对流发生发展的大尺度环流背景场下，京津冀中部的对流系统迅速发展。前期京津一带的强对流天气形成较强的东北风冷池出流，与渤海湾的东南气流交汇，在廊坊北京交界一带形成了向南移动的地面辐合线,并触发了对流。由于新生风暴单体与成熟风暴之间的正反馈作用，使得在廊坊北部形成东西向带状风暴系统，造成对流风暴不断向西传播。向西传播的风暴与西北东南向的平流共同作用，最终导致风暴运动方向为西南方向，成为典型的后向传播风暴。     

一次大暴雨过程中低空急流演变与强降水的关系

利用营口新一代天气雷达提供的每6分钟一次的风廓线资料,详细分析了2006年6月29日辽宁省西部大暴雨过程中强降雨时段的低空风场结构。得出:此次强降水天气的发生与低空急流的迅速加强和向下扩展相对应,短时大暴雨发生前低空西南急流提前2小时左右开始有动量快速下传,当20m.s-1的急流中心下传到≤1km超低空,1.2～2.1km低空出现24m.s-1东南急流,有利于产生短时大暴雨;说明低空脉动及向地面扩展程度与短时强降水之间关系密切。低空急流到达测站上空不一定立即产生强降水,有时会滞后1～2个小时,强降水或强烈天气的发生都存在着一定的动量下传,引起低空扰动加强,同时低空急流的强度和伸展高度,以及动量下传的能量大小,都直接制约着强降水的强弱。低空急流指数增大的程度和降水量的强度呈正比关系,低空急流指数不仅可以说明低空急流的脉动以及向地面扩展程度与中小尺度的强降水存在密切的关系,同时对强降水的出现以及雨强的大小有一定的预示作用。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

吉泰盆地夏季一次暴雨天气过程中尺度对流系统演变特征

利用地面气象观测、FY-2G卫星TBB、多普勒雷达、ERA5再分析资料,以及江西快速循环同化系统等资料,分析了2020年7月9日吉泰盆地梅雨期特大暴雨天气过程的中尺度系统演变特征及机制。过程分为线状对流系统MCS-A转向、南压阶段和单体对流系统MCS-B、MCS-C北移发展阶段。结合盆地西侧山区、盆地北部、盆地南部三个暴雨区,重点分析了暴雨天气过程的第一阶段。结果表明：1)边界层辐合线触发MCS-A,后者西侧不断并入边界层辐合线上和低空急流前端的新生单体,形成“列车效应”。2)弱降水冷池驱动MCS-A中强降水雨团向西南方向传播以及MCS-A与弱降水雨团合并,共同导致了MCS-A转向。3)受幕府山和吉泰盆地地形绕流作用,对流层中低层中-β尺度低涡在吉泰盆地东北部停留约5 h,激发盆地西部、北部对流活动的发展。4)对流系统处于准静止态,急流前端存在中-γ尺度涡旋,导致MCS-A中强对流单体在吉泰盆地南部长时间维持。     

一次双高空急流背景下南疆强降水事件的动力过程和水汽源分析

本文利用欧洲中心ERA-Interim和NOAA的再分析资料并应用拉格朗日后向轨迹追踪的方法对2015年5月24日发生在南疆的一次强降水过程进行了动力诊断和水汽特征分析。结果表明此次强降水过程的直接影响系统是中亚低涡前西南气流中发展的小槽,南北两支高空急流辐散场叠加引发的对流层高层加剧的抽吸作用和高低空急流的耦合作用共同导致了深厚强烈的上升运动,是这次强降水主要的动力抬升机制。TBB（black body temperature）的演变与降水的发生、发展有很好的对应关系,TBB中心降至-50°C以下时降水开始且随其中心强度的扩大降水也持续加强。进一步诊断发现,低层850 hPa对流涡度矢量（CVV）垂直分量的正值中心在降水前6～12小时已可以大致体现未来强降水的落区。此次南疆盆地强降水的水汽主要源于黑海和里海,低空急流引导了一部分水汽进入南疆,HYSPLIT模式后向追踪的结果表明,此次强降水过程主要有两条水汽通道,均源于新疆以西的欧亚大陆但输送路径有所差异,偏西路径和转向路径分别主要输送800 hPa以上和以下的水汽,降水发生前两条路径在垂直方向上均有明显抬升,水汽辐合有利于暴雨的形成。     

对流云团与低空急流耦合相互作用研究--云团再生和维持的一种机制

依据低空急流附近风场分布的非均匀特征, 结合对流云团边缘附近呈现的强烈垂直速度梯度分布, 利用动力学诊断分析, 研究了急流低层强烈垂直风切变与对流云团后部强烈垂直速度梯度耦合相互作用产生的对流自激励过程, 揭示了低空急流附近新对流和强降水在云团后部发生、发展的可能机制.     

急流与强对流风暴系统的关系

1 引言 Fawbush和Miller关于强对流风暴发展的原始判据是:(1) 高空有深厚的干空气层,(2) 低层有暖湿空气层,水汽水平分布通常呈窄舌状,(3) 湿舌上风方高空1万至2万英尺上有一强风速核,(4) 低层为自由对流,和(5) 低层有触发风暴系统的辐合(Fawbus-     

2016年河南省一次大范围强对流天气成因分析

基于Himawari-8卫星资料、雷达监测资料、区域自动站和常规观测资料及ERA-Interim再分析资料,对2016年6月5日河南省大范围强对流天气的环流背景、触发条件及对流系统演变特征进行了研究。结果表明:华北冷涡背景下,高空冷平流配合低层暖脊发展、对流有效位能值激增,为中尺度对流系统发展提供了不稳定条件,地面辐合线、冷池是触发机制。河南省西南部位于高能区、不同温湿性质气团交绥区,中高层干冷空气侵入、中层以下干绝热递减率为风雹天气提供了可能;河南省中部、河南省南部位于大气可降水量大值区,深厚的湿层、较低的抬升凝结高度有利于产生强降水。高层辐散、低层辐合的抽吸作用导致豫西南上升运动强盛,雷暴高压产生的变压风增强了动力抬升,中小尺度动力辐合促使强对流回波发展。风雹天气产生于中尺度对流系统前侧云顶亮温梯度大值区,强降水出现在云顶亮温低值中心附近。雷达产品分析表明,强回波悬垂、三体散射与快速移动的弓形回波、阵风锋和后侧入流急流对提前预警冰雹、雷暴大风有很好的指示意义。925 hPa 12 h显著增温区、对流有效位能高值区和冷池出流与暖空气交绥区是强对流发展的潜势区,湿球温度0℃层高度与冰雹关系密切。     

一次强对流降水及雨水蒸发对其影响的数值研究

基于中尺度数值模式(WRF v3.4),对发生在湖北省红安地区的一次强对流降水天气过程进行了数值模拟。结果表明,此次强对流天气是在水汽充足,高层辐散、低层辐合以及不稳定能量较大的条件下发生发展的。模式模拟得到的地面累积降水和雷达反射率因子与实况相符,云下雨水蒸发过程显著。进行敏感性试验,将雨水蒸发率分别降至1/2、1/4以及完全关闭后,雷达回波强度减弱,对流演变特征发生变化。蒸发过程的减弱使得降水始发阶段以及后期消散阶段的降水强度增强,在对流旺盛阶段降水强度减弱。同时雨水蒸发过程减弱导致云中上升气流减弱,冰雪晶及霰粒子含水量极大值减小、极大值所在高度降低。可见,雨水蒸发对对流云团动力、热力结构及云微物理结构以及云物理过程均有一定程度的影响。     

大别山西侧极端降水中尺度对流系统结构与传播特征

2012年7月12—13日中国鄂东北连续2 d出现特大暴雨,过程最大总雨量达600 mm。重点利用卫星、雷达和地面自动气象站观测资料等,分析了7月12日大别山西南侧极端强降水型中尺度对流系统的发生发展过程、结构和传播特征等。研究表明:(1)鄂东北特大暴雨是由一个向后传播-准静态α中尺度强对流系统(后向建立中尺度对流系统)产生的。(2)该类型中尺度对流系统频发于鄂东北地区,与鄂东北东侧大别山脉对雷暴冷池的阻挡有密切关系。主要表现在,大别山山脉对雷暴冷池的阻挡导致冷空气在山前堆积并形成回流,回流使中尺度对流系统传播由向下风方转为向上风方。(3)向后传播方式演变的中尺度对流系统因少动或因列车效应明显,常在山前一定距离内产生极端强降水。(4)雷暴冷池向上风方运动导致对流单体向后向传播,是指状对流云团形成的重要机制之一。     

涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

利用中尺度WRF模式对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示低涡首先出现在850 h Pa上,几个小时后700h Pa上才有低涡生成,850 h Pa低涡的形成与西南低空急流有着密切的联系。通过ω方程的诊断分析表明,涡度的水平平流项和辐散项对850 h Pa低涡的形成起主要作用,而潜热释放对850 h Pa低涡的形成作用不大;潜热加热是700 h Pa气流不断辐合从而形成低涡的主要因子。干敏感性试验研究进一步证实了潜热释放对850 h Pa低涡的影响不明显,但是会导致700 h Pa上气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。     

中国当代强对流天气研究与业务进展

对当代中国几十年来强对流天气研究和业务进展做了阐述,主要包括强对流系统产生的环境背景和主要组织形态,以及具体强对流天气的有利环境条件、触发机制、卫星云图特征、多普勒天气雷达回波特征以及预报、预警技术等诸方面。总体来看,中国学者对强对流以及不同类型强对流天气(强冰雹、龙卷、雷暴大风)发生、发展的环流背景以及通过雷达和卫星观测到的组织结构及其演变特征都已有了明确认识,研究了对流系统的多种触发机制,深入认识了超级单体、飑线等对流系统的环境条件、组织结构特征和维持机制,了解了中国中尺度对流系统的组织形态和气候分布特征,获得了强冰雹、龙卷、下击暴流和雷暴大风等的雷达、卫星和闪电等的多尺度观测特征、形成机制和现场灾害调查特征,发展了各类强对流天气识别、监测和分析方法以及基于"配料法"和深度学习方法等的预报、预警技术等。因此,强对流天气业务预报水平已得到显著提升。     

回流暴雪过程的诊断分析和数值试验

利用常规观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,分析了2018年初豫南特大暴雪过程的特征与成因。结果表明：此次特大暴雪过程发生在500 hPa乌拉尔山以东地区阻塞高压稳定维持和中、高纬地区多支短波槽东移并同位相叠加的环流背景下,具有持续时间长、过程降雪量大、降雪强度大、积雪深等特征;强降雪阶段,对流层低层豫南地区同时存在两个水汽来源,一是700 hPa西南急流对孟加拉湾水汽的输送,二是850 hPa东南气流对东海南部水汽的输送;低层较强的水汽输送及辐合、贯穿整个对流层的湿层、维持较高的比湿和整层可降水量对暴雪的形成与持续有一定的指示意义;低空冷垫有利于逆温层之上西南暖湿气流在其上爬升,低空垂直风切变的变化对降雪强度变化有较好的指示意义;高空急流先于低空西南急流而建立,高空急流轴南压使得低空急流发展北上,高低空急流耦合激发次级环流圈上升支,为暴雪发生发展提供了强烈的上升运动;对流层低层700 hPa与850 hPa持续强烈锋生,有利于暴雪加强和持续。

     

FY-4A白天对流风暴和闪电产品在华北强雷暴天气分析中的应用

我国第二代静止气象卫星FY-4A观测能力较之前有明显提升,在天气特别是对流性天气监测和预测中具有较强的应用潜力。利用FY-4A气象卫星多通道扫描辐射成像仪(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)和闪电成像仪(Lightning Mapping Imager,LMI)数据开展研究,分析了反演产品在强雷暴天气中的应用。研究表明,扫描辐射成像仪多通道组合白天对流风暴红-绿-蓝（red-green-blue,RGB）合成产品可以突出具有强上升气流的对流性雷暴云,较单通道及多通道可见光合成产品具有监测优势;闪电成像仪产品较地面闪电探测闪电产品能够探测到更多的闪电,对新生对流和较弱对流产生的闪电监测具有优势;在华北和黄淮一次强雷暴天气过程中,白天对流风暴RGB合成产品能够监测云系发展的过程,卫星监测闪电活动频数和冰雹活动一致性较好。     

Relationship between persistent heavy rain events in the Huaihe River valley and the distribution pattern of convective activities in the tropical western Pacific warm pool

Using daily outgoing long-wave radiation （OLR） data from the National Oceanic and Atmospheric Administration （NOAA） and the National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research （NCEP/NCAR） reanalysis data of geopotential height fields for 1979-2006, the relationship between persistent heavy rain events （PHREs） in the Huaihe River valley （HRV） and the distribution pattern of convective activity in the tropical western Pacific warm pool （WPWP） is investigated. Based on nine cases of PHREs in the HRV, common characteristics of the West Pacific subtropical high （WPSH） show that the northern edge of the WPSH continues to lie in the HRV and is associated with the persistent ＂north weak south strong＂ distribution pattern of convective activities in the WPWP. Composite analysis of OLR leading the circulation indicates that the response of the WPSH to OLR anomaly patterns lags by about 1-2 days. In order to explain the reason for the effects of the distribution pattern of convective activities in the WPWP on the persistent northern edge of the WPSH in the HRV, four typical persistent heavy and light rain events in the Yangtze River valley （YRV） are contrasted with the PHREs in the HRV. The comparison indicates that when the distribution pattern of the convective activities anomaly behaves in a weak （strong） manner across the whole WPWP, persistent heavy （light） rain tends to occur in the YRV. When the distribution pattern of the convective activities anomaly behaves according to the ＂north weak south strong＂ pattern in the WPWP, persistent heavy rain tends to occur in the HRV. The effects of the ＂north weak south strong＂ distribution pattern of convective activities on PHREs in the HRV are not obvious over the seasonal mean timescale, perhaps due to the non-extreme status of convective activities in the WPWP.     

非纬向高空急流与远距离台风中尺度暴雨的相关统计特征

本文对远距离台风暴雨的发生与非纬向高空急流进行统计分析。结果表明:远距离台风中尺度暴雨与非纬向高空急流密切相关,暴雨发生时,200hPa一般为西南急流,暴雨区位于急流右后方。暴雨增幅时,200hPa高空急流有增强转竖的趋势。     

中国大范围雷暴大风事件(Derechos)研究: 时空分布、环境背景和对流系统形态特征

2017年7月9日,天津市西南地区出现一次伴随短时强降水、冰雹、下击暴流的强雷暴大风天气过程,其中天津市静海区独流镇先后发生两次下击暴流大风。利用多普勒天气雷达数据、三维变分风场反演资料、地面加密自动站观测资料等,对此次强雷暴大风天气过程中下击暴流的成因进行了初步探讨。结果表明：(1) 本次过程发生在500 hPa冷涡后部和高空前倾槽形势下,上干冷下暖湿形成静力不稳定层结,对流发生前对流层中下层具有明显的条件不稳定、较大的对流有效位能和下沉对流有效位能,西南风与东南风形成的中尺度辐合线在低层高温背景下触发对流,较弱的垂直风切变环境使得对流风暴初期以脉冲风暴形式出现。(2) 下击暴流大风发生前伴随雷达回波图上反射率因子核心下降、中层径向辐合和低层中气旋等特征。(3) 降水粒子的拖曳作用对独流镇两次下击暴流大风的发生均起到重要作用;此外,第一次下击暴流大风的发生还与负浮力和干空气夹卷有关,第二次下击暴流大风的发生则与中气旋后侧扰动气压垂直梯度有关。