东北地区一次短时大暴雨β中尺度对流系统分析

利用常规气象探测、FY气象卫星、多普勒天气雷达、地面自动站资料以及NECP、EC高时空分辨率再分析资料,对比分析了2014年8月30日(简称“8.30”)和9月8日(简称“9.08”)南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征。结果表明：“8.30”过程发生在高压脊前西北气流内,“9.08”过程出现在低涡底部平直西风带内,两次过程中地面和低空中尺度辐合线均是短时强降水的重要影响系统;造成短时强降水的β中尺度对流云团发展迅速、移动快,两次短时强降水分别产生在对流云团TBB梯度最大处和发展过程中范围最大时。两次过程在雷达回波特征方面存在明显差异,对流风暴质心高度明显不同,“8.30”过程影响系统为高质心γ中尺度超级单体,最强回波高度6 km,具有中低层辐合、高层辐散、旋转特征;“9.08”过程影响系统为低质心γ中尺度普通单体风暴,最强回波高度2 km,雷达径向速度上两次过程边界层辐合线对对流风暴的产生和加强有重要作用。

     

浙江北部一次短时大暴雨的中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料和GFS 0.5°×0.5°逐6h的分析场数据以及多普勒雷达、风云卫星资料,对2013年6月24日浙江北部一次短时大暴雨天气过程的特征及其成因进行了中尺度分析,结果表明:受西太平洋副热带高压西北部边缘的暖湿西南气流和850hPa暖切的共同影响,引发了浙江北部的短时大暴雨天气。在有利的大尺度环境场和物理量场配合下,当低层925hPa的中尺度辐合线和对流层中层700hPa的垂直上升运动区相重合时,中尺度辐合线附近会产生强对流,这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。此次暴雨过程与中尺度辐合线密切相关,中尺度辐合线是由偏东风和东北风辐合而成,该辐合线先于降水存在,而且从地面一直伸展到对流层中层,之后触发了浙北地区的短时大暴雨天气,强降水区域和强回波带落在中尺度辐合线附近区域。     

一次中尺度对流系统（MβCS）触发特大暴雨机理研究

采用MICAPS提供常规和非常规资料,通过对2008年4月12日出现在桂东南大暴雨的大尺度环流背景和中尺度对流系统及发生发展机制研究后认为:(1)中高纬地区呈现"两槽一脊型",为冷空气的南下提供了有利的环流条件,高原槽和南支槽的东移为暴雨的产生提供了有利的动力、水汽条件;(2)高低层急流形成优质配置,高层强辐散与中低层强辐合及强上升运动为MβCS的发生发展提供了有利的动力条件;(3)水汽通量和水汽通量散度的强辐合以及对流不稳定为MβCS的发生发展提供了有利的热力条件;(4)最强降水时段主要发生在MβCS突然增强阶段.     

一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料,分析了１９９６年７月１日在黄海北部￣山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流体系形成的系统;中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生;对流云团的并合加强,产生异乎异常的能量,是该系统加强和发怅的重要条件;云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因「。     

新疆一次深秋局地短时大暴雨的成因分析

利用自动站逐时观测资料、FY-2D高分辨率卫星云图资料及NCEP/NCAR每6 h一次的再分析资料,采用25点平滑算子的尺度分离法,分析了2011年10月21日新疆博尔塔拉蒙古自治州(下称博州)的一次短历时大暴雨过程的中尺度特征及其发生、发展机理。结果表明,博州地区前期温度异常偏高,为深秋时节出现强对流天气蓄积了较好的热力条件。强降水过程中博州地区上空的中尺度垂直环流圈为大暴雨的产生提供了有利的动力条件。中尺度气旋的位置与TBB分布有较好的对应关系,其中心与TBB低值中心的移动方向一致。大气层结不稳定对中尺度对流云团的发生、发展具有促进作用,低层水汽的强烈辐合为对流云团和降水的形成提供了必要条件。地形在本次强降水过程中具有重要作用,地形的抬升和收缩作用使得辐合上升运动加强;地面中尺度辐合线和中尺度低压对本次大暴雨过程具有触发作用。     

山东一次区域性暴雨中尺度特征分析

利用常规资料、地面自动站资料、FY2C卫星云图TBB和多普勒天气雷达资料,对2009年5月9—10日发生在山东的春季区域性暴雨进行分析和研究。结果表明:①强降水是在低层冷空气和深厚西南暖湿气流交汇的过程中产生的,副高异常偏强,制约850～700hPa切变线和地面辐合线停滞少动,产生较长时间的降水。②地面辐合线的形成和维持激发了边界层的辐合上升运动,为暴雨区提供了充足的水汽,冷空气从边界层楔入,与暖湿气流汇合并抬升暖湿气流辐合上升,使上升运动加强,降水增幅。③中尺度对流系统是造成暴雨的主要中尺度系统,多个单体更迭并移经同一区域,形成"列车效应"而产生区域性暴雨。④雷达径向速度图中逆风区和不同高度(超)低空急流的大小对短时强降水预报有一定的指示意义。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

南京一次局地大暴雨的β中尺度对流系统结构分析

利用WRF中尺度模式,对2007年7月发生在南京地区的一场局地大暴雨过程进行了数值模拟。通过大尺度环流、流场以及有关物理量等特征结构分析表明:在南京地区产生局地暴雨的直接影响系统是一个β中尺度对流单体。在成熟期具有暖性对流涡柱的特征,涡度的发展较散度具有一定的滞后性,其暖心结构和假相当位温分布与热带气旋极为一致。并且该对流系统的垂直环流在成熟期表现出了一些类似超级单体的环流特征,证明了普通单体风暴具有向局地强风暴发展的潜力。从分析液相及冰相粒子混合率的垂直分布表明:对流单体发展的成熟期,冻结高度之上有过冷水与冰相粒子共存,过冷水分布最广的时期与系统最强降水时段对应良好。这意味着淞化过程可能是导致对流系统降水增幅的一种机制。由水汽通量散度分析,对于预报对流系统的发生位置和时间具有一定的指示意义。本次过程中流场散度项是决定水汽通量散度分布的关键因素,水汽平流项的贡献甚微。     

华北平原一次中尺度对流系统分析

2002年6月1日在华北平原发生了β尺度的中尺度对流系统(MβCSs)。利用气象常规资料的客观分析产品对这次过程进行了分析,结果表明．在高空东北冷涡影响下,华北平原的东北方向出现急流,MβCSs发生在急流右侧的风速切变区中;由于高空正涡度平流、低空负涡度平流的共同作用,高空辐散,低空辐合,使对流层中层的上升运动得以维持;华北平原低空水汽通量辐合．有源源不断的水汽供应;高层总能量减少,低层总能量增加,使华北平原在垂直方向有大量的不稳定能量积聚。以上分析表明：华北平原具备了对流产生的动力和热力条件。该文揭示了MβCSs产生的原因,并为以后进一步做好MβCSs的预报总结了经验。     

华南一次典型回流暖区暴雨过程的中尺度分析

利用地面常规气象观测、FY-2E卫星TBB、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了2013年5月8日发生在华南的一次暖区暴雨过程的中尺度特征。结果表明：（1）该过程发生在出海变性高压脊后部,较强的超低空东南急流遇到喇叭口地形作用形成地面辐合线产生辐合抬升是此次暴雨的启动机制;该过程未受冷空气影响,属于华南回流型暖区暴雨过程。（2）4个β中尺度对流系统（MCS）连续生成、东移发展是造成本次暴雨过程的直接原因,其中,第一个MCS持续时间最长达6 h,先前MCS消亡的同时在其西南侧又新生MCS,造成多个对流系统经过同一地区形成类似的＂列车效应＂。（3）不同于以往华南暖区暴雨个例水汽集中在850 h Pa或925 h Pa,此个例水汽主要来源于950 h Pa超低空东南急流,该急流使低层能量得以维持;中层小股干冷空气侵入为MCS发展和维持提供了有利条件;垂直螺旋度反映了深厚涡度柱与强烈上升运动的耦合,为暴雨发生提供了动力机制。（4）分析区域自动站风场资料可知,阳江-恩平一带夜间增强的东南风在有利地形下与陆地静风或东北风形成中尺度辐合线,使移入的小尺度对流云团加强并形成MCS,而MCS后侧出流与来自海洋上的东南气流形成新的中尺度辐合线又触发新的MCS,其后向传播特征明显。     

华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究

针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。     

持续拉伸型中尺度对流系统发生发展与江苏暴雨分析

利用自动气象站、卫星探测资料,NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料等,从环流特征,动力、热力和水汽条件等对发生在江苏地区的两次梅汛期大暴雨过程的中尺度对流云团的发生、发展进行了分析。结果表明:这两次中尺度对流云团中均存在持续伸长型的中尺度对流系统(PECS),大暴雨区与T_BB<-70 ℃区域有较好的对应关系,有利的环境场形成的高空辐散、低空辐合和强烈的上升运动是PECS发生发展的重要条件。PECS云团处于200 hPa高空急流入口区右侧、西南低空急流左侧(切变线南侧),呈西南—东北向线状排列,低层暖湿不稳定气流诱发中尺度云团的产生,气旋性涡度场对积云对流活动具有组织和增强作用。当正涡度向垂直方向发展时,附近产生强烈的垂直上升运动,对应着中尺度PECS云团的强烈发展。强烈的对流不稳定有利于中尺度对流系统的发展,也有利于触发暴雨产生。     

2007年济南“7.18”大暴雨的持续拉长状对流系统研究

利用常规观测、中尺度自动站、卫星和雷达等资料,分析了2007年7月18-19日造成华北南部强降水的持续拉长状对流系统(Permanent elongated convective system,简称PECS)的发生和发展过程.结果表明:持续拉长状对流系统的发生发展与低层来自东北方向冷空气和正在减弱的中尺度对流复合体尾部的向外气流有关.云图分析表明:这次持续拉长状对流系统先后南10个对流单体复合而成,其中2个α中尺度的对流单体复合时造成了济南市北部的商河县强降水,并且强降水发生在持续拉长状对流系统发展阶段,位于持续拉长状对流系统的后部,与低于201 K的冷云盖相对应;当对流单体复合时,在可见光云图上出现云线(即飑锋).并且在窄小的云线中又包含4个γ中尺度的对流单体,其中一个产生高达13 km的降水回波;当云线出现时,地面冷锋后部出现γ中尺度雷暴高压,随后逐渐发展成为α中尺度的雷暴群,降水产生在雷暴高压前和冷锋后.济南市强降水过程则是由合并后的对流单体内部的2个强度不同的上冲云顶合并成一个更强的上冲云顶时造成的.雷达同波分析进一步显示,这次持续拉长状对流系统降水回波表现出后部扩建类和同波交叉类的特征,其中商河县的降水由主冷空气涌产生,而济南市强降水可能与主冷空气涌与次冷空气涌合并所形成的2个β中尺度和1个γ中尺度的多单体雷暴有关.     

中国东北地区中尺度对流复合体的时空分布特征

普查2005年5月1日至2008年9月30日FY-2C每隔30 min一次的红外云图,根据修正的MCC（Mesoscale Convective Complexes）标准,统计分析中国东北地区出现的MCC变化。结果表明：4 a共出现了22个MCC,其中19个出现在7-8月;东北地区MCC生成源地有明显的地域特点,MCC的生成与大兴安岭的地形密切相关,而辽宁和吉林东部极少生成MCC。中国东北地区MCC平均生命史为9.3 h,比美洲及中国南方地区都短,而≤-52℃和≤-32℃冷云罩面积明显大于以上两个区域;东北地区具有明显的夜发性特征,近85 %的MCC生成于午后到傍晚,15-24时是MCC对流最旺盛的时段。     

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时T_BB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。     

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时TBB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12-13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析.WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对...     

"98.7"连续暴雨过程诊断分析

给出了“９８．７”连续暴雨过程期间江西及其附近地区逐日物理量的绝对极大值,对这次连续暴雨过程的最强降水日进行了诊断分析。得到了盛夏季节连续暴雨的动力、水汽、稳定度等条件均明显强于江西雨季（４月至７月上旬）产生暴雨的相应条件。计算结果表明,螺旋度、Ｑ矢量散度在这次暴雨过程中与降水强弱有较好的对应关系。     

天津一次局地大暴雨中尺度对流系统组织化特征与成因

应用常规观测资料与地面加密自动站、卫星云图、多普勒雷达等多种非常规观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)分析场资料,对2013年7月1日天津南部大暴雨中尺度对流系统的结构、演变特征及其成因进行了分析。结果表明:(1)大暴雨发生在副热带高压边缘暖湿气流、低空700—850 h Pa暖性切变线、高低空急流有利配置的背景下,属暖区暴雨。(2)大暴雨由若干β中尺度对流云团合并加强后的α中尺度对流云团造成,对应雷达,强降雨是由西南方向不断移入天津南部的γ中尺度对流单体发展加强,并先后组织成若干东—西向带状β中尺度对流系统先东北后偏东方向移动造成的,在大港南部有列车效应,具有典型的热带型降水回波特征。(3)逆风区的出现、中空急流向低层伸展,低空急流、超低空急流先后形成并加强,是降水强度加强的重要原因。(4)地面中尺度切变线的维持、加强和中尺度低压倒槽东移、发展、入海加强为中尺度气旋,是先后造成对流单体发展加强并组织成带状中尺度对流系统的两个中尺度系统。(5)近地层中尺度切变线是地面中尺度切变线形成的原因,对流单体前侧的偏南冷性水平出流的叠加,一方面增强了沿切变线的辐合,一方面也加大了低层的水汽输送;带状对流系统后侧的偏北冷性水平出流与东南气流形成的中尺度切变线是地面中尺度气旋形成的原因。     

“7.20”华北特大暴雨过程中低涡发展演变机制研究

利用中国地面加密自动站观测资料、北京地区雷达探测资料、NCEP （1°×1°） FNL资料、ECMWF ERA Interim （0.125°×0.125°）逐日再分析资料等,对造成2016年7月19-20日华北极端暴雨中的低涡系统发展演变的结构特征和加强机制进行了研究。华北地区这次特大暴雨过程出现了3个阶段降水,其中与低涡系统强烈发展对应的第2阶段降水是本次华北暴雨过程的主要降水阶段。针对该低涡的分析表明：（1）850 hPa以西南低涡为中心的低压带中,在河南西北部新生低涡系统,并且其在向华北地区移动过程中显著加强,该低涡系统在空间结构上,从倾斜涡柱逐渐发展成近乎直立的、贯穿整个对流层的深厚低涡系统;（2）中低层低涡系统快速发展过程与高低空系统构成耦合作用有关：低层低涡系统显著加强之前,对流层上层（300-200 hPa）首先出现高空槽异常加深并向南发展,该高空槽发展的开始阶段与其本身冷暖平流造成的斜压发展过程对应;而后,随着高纬度平流层高位涡沿等熵面向南运动,造成华北地区对流层上层涡度增强,形成正位涡异常区;当这一正位涡异常区叠加在对流层中低层锋区上空时,造成对流层中低层气旋快速发展并向下伸展,诱发河南西北部的新生气旋;低涡系统的发展进一步强化了低空暖平流,促使低空气旋向东北方向发展"移动"（本质上是暖平流前端造成的气旋发展）,这一动力学过程反过来使高层的涡度增强;这一正反馈过程形成的耦合环流不仅造成了整个涡度柱强度增强,而且垂直结构上逐渐由倾斜涡柱演变为近乎于直立的涡柱;（3）随着低涡系统增强,极大地加强了垂直上升运动并触发了对流,形成大范围的强降水,大量的凝结潜热释放,造成了低层低涡系统在强降水开始阶段的快速发展和增强;20日00时（世界时）以后,虽然对流活动显著减弱,但低涡系统的加深维持了大范围强降水过程的持续。强降水与低涡发展的正反馈过程是这次华北暴雨得以长时间维持的重要机制之一,这一过程形成的持续性潜热释放也是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。     

区域暴雨过程中两次龙卷风事件分析

利用新一代多普勒雷达资料、常规观测和NCEP等资料对2010年7月17和19日河南两次龙卷过程进行了详细分析.结果如下:(1)龙卷发生的天气背景是:两次龙卷均发生在副热带高压边缘西南气流影响河南出现区域暴雨和大暴雨过程中,高层为青藏高压脊北侧和高空急流入口区右后侧强辐散区,中低层有低涡、切变线、急流,龙卷发生在地面β中低压气旋的东南象限,距气旋中心约50 km处.(2)龙卷发生的环境场特征:对流有效位能大于1000J/kg,大气层结不稳定,K指数大于36℃,发生强龙卷的SWEAT指数在400左右,0-1.5 km垂直风矢量切变达15m/s,而抬升凝结高度很低(0-300 m).(3)雷达回波和特征参数分析结果为:两次龙卷均发生在低涡东南侧的β中尺度螺旋雨带上,该回波带强度50 dBz左右,顶高9-12 km,龙卷是由该回波带中部的微型超级单体产生,垂直剖面上低层有明显的弱回波上升气流区,螺旋雨带中部向东凸起的强降水下沉气流和上升入流交界处是龙卷易出现的关键区域.速度图上,γ中尺度气旋系列先后经历了三维相关切变、中气旋、龙卷涡旋特征的演变过程.中气旋提前于龙卷发生前0.5-1 h出现,这对估计和预警龙卷很有意义.中气旋和龙卷涡旋特征参数分析结果是:中气旋和龙卷涡旋特征(TVS)底的高度都在1 km以下,TVS底和中气旋底高度相当或略低一些,F2级龙卷底高＜0.5 km,TVS顶的高度一般在2-4 km,中气旋顶高一般2-3 km;从最大切变值来看,中气旋最大切变一般在(1.0-4.0)×10-2 s-1,TVS最大切变值一般为(2.0-5.0)×10-2 s-1,最大切变高度平均出现在0.8-0.9 km,F2级龙卷最大切变高度一般在0.5 km.就F1和F2两次龙卷过程比较看,F2龙卷特征底和顶的高度都低于F1龙卷,最大切变值F2龙卷比F1龙卷大一倍,出现在低层大的切变更容易造成严重的龙卷灾害.根据局限于低层中气旋和TVS系列性、移动性、持续性的特点明确了区域暴雨中预警龙卷的思路.最后对区域暴雨过程中出现龙卷的原因进行了探讨.