“7·20” 华北和北京大暴雨过程的分析

本文对2016年7月19—21日华北及北京的特大暴雨作了研究和讨论。研究表明,该次暴雨为诸多有利因素所致:前期副热带高压呈带状稳定维持,中旬末东退,后呈"东高西低"分布,华北处于槽前辐合上升区,有利对流发生。高空西来槽停滞加深(并切断)与低层江淮暖性倒槽叠加,快速发生发展成为一深厚的气旋,出现了高低空系统的耦合。有一支暖(湿)输送带自南向北推进至关重要,源地可追踪至南中国海等低纬度地区,水汽通量辐合大值区先后经长江、黄淮至华北,有明显的中低纬度系统的相互作用。2016年的"7·20"暴雨和2012年"7·21"暴雨均存在明显的多尺度特征,但其具体特征有所不同。前者强烈对流活动稍弱于后者,降水趋势平稳,然而由于其大尺度强迫持续时间长,累积降水量仍然较大。本文主要集中于一些事实的分析,对于该次暴雨的机理尚需作进一步研究。     

一次连续性暴雨中双雨带的成因分析

利用NCEP/ NCAR 1 ?×1 ?再分析资料,对2005年6月17—22日发生在长江以南的一次连续性暴雨过程分析发现,在连续性暴雨过程中,长江以南有两支雨带存在,北雨带与冷锋降水以及副热带西风急流右后方的非地转场引起的质量调整有关。南雨带的形成与东、西风急流和南亚高压的共同作用有关：东风急流中心右后部的非地转场可形成反环流,有利于南雨带形成;南亚高压脊线附近以及东风急流的右后方的du/dt<0,可导致雨区附近及南部强的v-vg<0场出现;当西风急流南压,在雨区的北部即西风中心的后部可形成强的v-vg>0,三者共同作用的质量调整使雨区上空出现强辐散场导致暖区强降水出现。分析发现南雨带中层有θe锋区存在,该锋区有利于不稳定能量的释放,使暴雨加强,当南北锋区接近时雨带合并。     

山东一次暖区暴雨的环境场特征和触发机制

利用常规观测资料、区域自动站及NCEP再分析资料,对2018年5月15—16日山东暴雨过程的环境场特征和触发机制进行分析。结果表明:(1)该暴雨过程分为暖区暴雨和锋面暴雨2个时段,高空槽、暖切变线和地面辐合线是造成暖区暴雨的主要影响系统;(2)暖区暴雨开始前大气具有产生对流的不稳定环境条件;(3)850 hPa暖切变附近的暖区暴雨有明显的能量锋区,而发生在暖切变南侧暖区的暴雨锋区不明显;(4)暖区暴雨期间,暴雨区上空的垂直风切变均达到中等以上强度,垂直环境条件有利于暖区对流天气的发生、发展;(5)地面中尺度辐合线是暖区暴雨的触发机制,辐合线的位置和移动方向与雨带的落区和移动方向一致;(6)低空急流和超低空急流的加强和向下传播也会触发不稳定能量的释放。     

塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程中的差异

本文利用1981～2020年南疆台站降水资料和欧洲中心ERA5再分析资料,统计分析了塔里木东风低空急流与南疆降水的关系,通过合成分析,从动热力条件、水汽输送和超地转特性等方面对比分析了塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程（即“空急流”过程）中的差异。结果表明：（1）塔里木东风低空急流对南疆暴雨有重要作用,随着降水等级的增强和强降水范围的增大,塔里木东风低空急流的出现比例迅速增多,南疆一半以上的大雨和暴雨日中都伴有塔里木东风低空急流,塔里木东风低空急流在南疆大范围暴雨过程中的出现率高达85.0%。（2）塔里木东风低空急流在南疆暴雨中向西部推进的更远,东风层更厚,并在南疆西部与偏西气流形成一个持久的东西风辐合带;在“空急流”过程中,塔里木盆地中部出现一支较强的偏北气流,切断了塔里木东风低空急流的西伸,使其主要维持在南疆东部,其东风层厚度也较南疆暴雨中略低。（3）与我国季风区“空急流”不同,塔里木东风低空急流的“空急流”具有较大的不稳定性,与南疆暴雨过程中的塔里木东风低空急流一样都具有超地转特性。（4）与塔里木东风低空急流相联系的偏东水汽输送路径是南疆暴雨过程的主要水汽输送通道,而偏西路...     

论河南“75.8”特大暴雨的研究:回顾与评述

“75.8”河南特大暴雨的发生已经过去40年了,它在人们的记忆中留下深刻的印象。这场暴雨在1975年8月5—7日3 d之内在河南南部的局部地区降下了1605 mm的总雨量,1、3、6、12 h雨量均破中国降水的历史记录。由于水库垮坝,洪水夺走了该区约2万6千人的生命,经济损失巨大。在这40年间,中国的暴雨研究和预报都取得了重大的进展。其中一个重要原因是中国的气象和水文部门从这场空前强烈的大暴雨和大洪水事件中吸取了宝贵的经验教训,多年来,以这场超级大暴雨洪水为借鉴,不断促进和鼓励中国气象学家向暴雨研究和预报发展的更高目标前进。有感于此,回顾和评述了当年老一辈科学家在比较艰苦的条件下所进行的这次大暴雨的研究活动,以及所获得的卓越科学成果。即使从今天来看,其中不少成果也具有创新性的意义,在中国暴雨研究的发展史上,占有十分重要甚至里程碑式的地位。文中重点对其中的关键科学问题进行了评述,包括:(1)“75.8”特大暴雨的雨情和极值;(2)“75.8”特大暴雨发生的原因;(3)“75.8”特大暴雨的动力诊断;(4)暴雨中尺度分析;(5)地形对暴雨的增幅作用。希望以此纪念河南“75.8”特大暴雨发生40周年,并表达对参与此次研究活动的老一辈科学家深深的怀念和敬意。     

中国暖区暴雨的研究进展

利用常规气象观测、多普勒天气雷达、风云2G卫星、ERA5再分析资料,基于多尺度子空间变换及局地多尺度能量分析方法,对2020年1月24—26日广西沿海一次漏报的暖区暴雨天气进行了诊断研究,结果表明：暖区暴雨期间南支槽前西南急流的暖湿输送为暴雨发生提供有利背景场;对流系统不断在越南东北部喇叭口地形作用下触发,受高层气流引导移入广西沿海一带造成明显降水;暖区暴雨的发生发展主要由对流尺度动能主导,两者演变具有较好的匹配关系;对流能量主要来源于对流层中、低层,而在对流层高层为能量的流失;背景尺度向对流尺度的动能转换贡献最大;对流层中层、低层背景流场的正压失稳主导了暖区暴雨的发展;对流层中层对流尺度有效位能向动能的浮力转换进一步促进了系统的发展;动能的空间输送使得对流动能在空间上均匀分配,有利于对流系统平稳发展,使其维持较长生命史并移动较远距离造成多地降水;天气尺度动能转换和气压梯度力做功的贡献很小,体现了暖区暴雨弱天气尺度强迫的性质。

     

中尺度对称不稳定在远距离台风暴雨中的诊断应用

用中尺度对称不稳定“S”判据对9711 号远距离台风暴雨过程进行了诊断分析,结果表明:台风远距离雨区存在明显的对称不稳定降水。低层(700hPa 以下)S< 0的区域作为对称不稳定区,与后期台风远距离降水有比较好的对应,可以作为远距离台风暴雨落区的一个指标。高层的对称不稳定与200～300hPa 的非纬向高空急流的斜压性增强有关。高低层的对称不稳定对远距离台风暴雨有不同的作用。     

一次纬向型持续性暴雨过程中的多尺度作用

应用NCEP资料(2.5°×2.5°和1°×1°)、WRF V3.3.1模式预报(3km×3km)、FY2卫星产品等资料,对2013年8月12-17日吉林省中东部持续性暴雨过程进行分析,发现:此次过程是在多种尺度天气系统共同作用下形成的。环流背景上,纬向型环流形势的稳定维持,使西风带上的天气尺度系统重复影响东北地区,并为暴雨区提供了源源不断的水汽供应。天气尺度上,低空急流提供了中小尺度上升运动发生发展的环境条件,且多次触发了暴雨中尺度系统。中尺度对流系统的主体上升运动出现在低空急流核左前方,对应高空辐散中心和降水云团TBB极值区,出口区上升运动对应低层强辐合中心和TBB梯度区,而强降水落区对应中尺度系统的上升运动,即中尺度对流系统内部不同机制造成的上升运动产生了地面不同的中尺度雨带。     

2018年北京“7.16”暖区特大暴雨特征及形成机制研究

利用京津冀区域加密自动气象站、SA多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达、NCEP 0.25°再分析资料及0.03°高分辨率地形资料研究了北京2018年7月15—16日暖区特大暴雨特征和形成机制。结果表明:(1)这次暖区特大暴雨发生在副热带高压边缘的暖气团(θ_se高能区)中,无明显冷空气强迫,斜压性弱,有丰沛的水汽,850 hPa以下出现强水汽辐合。(2)暴雨的中尺度对流系统发展有3个过程:带状对流建立和局地强雨团影响、北京北部"列车效应"南部雷暴冷池出流造成对流加强和移动、平原地区线状对流重建。(3)暴雨发生前,低层西南风出现风速脉动,低空急流建立。首先在2500—3500 m高度形成低空急流,2 h后2500 m以下风速显著增大,5 h后急流厚度由边界层伸展到700 hPa。急流出口区降压,低层出现气旋性风场或切变,有利于垂直上升运动发展,触发和加强对流。(4)西南低空急流暖湿输送导致高温、高湿、高能的对流不稳定层结反复重建,这是对流发展加强的重要原因。(5)地面辐合线是对流触发并逐渐组织成带状对流系统的关键影响因素。地面辐合线方向、低空急流轴、回波移动方向三者几乎...     

西北东部半干旱区一次极端特大暴雨的触发和维持机制

2022年7月15日地处西北东部半干旱区的甘肃庆阳出现特大暴雨,多站日雨量和小时雨量均突破历史极值,利用多源观测资料和ERA5再分析资料,针对这次特大暴雨过程形成机制进行分析。结果表明,本次过程是发生在黄土高原复杂地形下弱天气尺度斜压强迫、弱不稳定能量及深厚湿层背景下的暖区暴雨,局地性强、强降水持续时间长;南亚高压、副热带高压及低层气压系统上下叠加的环流形势配置有利于中尺度对流系统发生发展;地面辐合线和偏南低空急流触发对流系统初生、发展,低空急流的发展和长时间维持使地面辐合线不断加强,同时急流左侧（暴雨区）与其出口区和入口区右侧形成的稳定次级环流是对流系统维持的关键,而凝结潜热释放引发的局地锋生、低层正涡度发展则是对流系统发展维持的另一重要因素,同时也是大气不稳定度维持的重要原因。中尺度对流系统呈现深厚低质心、准静止特征,雷达回波具有后向传播和列车效应特征。     

一次大暴雨过程中急流次级环流的激发及作用

使用双向嵌套数值模式MM4对1992年7月23日发生在副高北侧京津冀 地区的一次大暴雨过程进行了成功的数值模拟。利用模拟得到的高时空分辨率资料，对 伴随高、低空急流的次级环流进行了诊断，结果表明:激发次级环流的主要因子和台风、 夏季江淮气旋有明显不同；总的次级环流在降水前，有利于天气区不稳定能量的积累， 而在降水过程中提供了持续稳定的上升运动条件；急流和暴雨之间通过次级环流存在着 正反馈相互作用。     

Contributions to the Interannual Summer Rainfall Variability in the Mountainous Area of Central China and Their Decadal Changes

Using a high-resolution precipitation dataset, the present study detected that the mountainous area of central China(MACA) is a hotspot of ENSO’s impact on the summer rainfall variability. Further analysis suggests that both ENSO and atmospheric forcing make contributions to the summer rainfall variability in MACA. The dominant rainfall-related SST mode features as a seasonal transition from an El Ni?o-like warming in the preceding winter to a La Nina-like cooling in the following autumn, and it...     

引发华北特大暴雨过程的中尺度对流系统结构特征研究

利用常规观测资料、FY2C卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2005年7月22～24日发生在华北地区的大到暴雨天气过程进行了观测分析和模拟研究.结果表明,“海棠”台风减弱的低压倒槽内发生发展的两个中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,中尺度对流系统发展到成熟阶段首先在对流层中层形成中尺度低涡,然后向低层发展.水汽辐合...     

2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料及NCEP 1°×1° 6h再分析资料,对2007年7月上旬四川东北部连续出现的3场大暴雨过程的环流形势及动力结构、水汽输送和热力不稳定条件进行了诊断分析。结果表明：（1）前2场区域性大暴雨出现在副热带高压和巴尔喀什湖冷涡两个长波系统稳定少动的阻塞环流形势下．第3场局地性大暴雨发生在环流调整过程中,副热带高压快速东撤导致对流云团在东移过程中迅速减弱消亡;（2）暴雨的水汽主要来自南海,低空偏南风急流的维持为连续暴雨提供了源源不断的水汽输送和持续的能量供应,3场暴雨的中心均出现在位于低空急流出口区左侧水汽辐合中心的巴中地区;（3）造成严重洪涝灾害的前2场区域性大暴雨过程期间,从地面到高层形成了“辐合-辐散-辐合-辐散”接力式上下大气运动的动力结构,大气层结处于高能和对流不稳定状态,且有冷空气触发,大暴雨发生在能量锋区偏向暖区一侧。     

2010年7~8月东北地区暴雨过程的水汽输送特征分析

本文根据影响天气系统和雨带位置的不同将2010年7~8月东北地区出现的22个暴雨日划分成了三类暴雨,在以欧拉方法分析了各类暴雨的水汽输送和收支的基础上,利用基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),模拟计算了各类暴雨的水汽输送轨迹、主要通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明,影响暴雨的水汽输送通道有三支,一支是沿西太平洋副高边缘东南气流的水汽输送,另一支是起源于南海北部向北偏东气流的水汽输送,第三支是西风带西北气流的水汽输送。第一类暴雨中,来自于西太平洋通道和南海通道的水汽输送大体相当,均很重要,两者可以占总水汽输送的87.4%。第二类暴雨中,水汽输送路径偏东,西太平洋通道的水汽输送贡献可达近70%。第三类暴雨中,虽然西太平洋通道水汽输送仍占主导地位,但北方通道的水汽输送也变得不可忽视。西太平洋通道的水汽沿途损失较小,并主要被输送到东北地区850 hPa及以下的大气之中,而南海通道的水汽沿途损失较多,与北方通道的水汽一样,主要被输送到东北地区850 hPa以上的大气之中。     

“05·6”华南持续性暴雨发生前上对流层及平流层异常信号分析

利用欧洲中心ERA-Interim再分析资料,对"05·6"华南持续性暴雨发生前上对流层及平流层信号进行分析。分析结果表明,暴雨发生前一周,暴雨区域上空对流层顶高度出现先降低后升高再降低的变化,这种变化与日本南部的位涡异常存在较好的对应关系,即我国中纬度沿海一带至日本的高位涡带向华南延伸,使得华南地区上空的位涡升高,对流层顶下降。在环流场中,本次暴雨发生前低纬地区上对流层下平流层（UTLS）区域的东风与1991~2010年平均值相比偏强偏北,华南地区上空平流层东风场也偏强,平流层低层东风在暴雨发生前第9天提早向下传播;位势高度场中,"05·6"华南暴雨发生前中低纬度100 hPa上的南亚高压中心位置偏东偏南;华南地区UTLS区域有较强的位势高度场正异常,在暴雨发生前随时间出现两次明显的加强,但在暴雨发生后减弱。南亚高压中心位置的偏移、东风信号的提早下传、高位涡空气入侵华南均有利于降水的发生。     

一次孟加拉湾风暴Akash (0701) 对我国西南地区强降水过程的影响分析

孟加拉湾地区是全球热带气旋频繁活动的海域之一,孟加拉湾风暴常对我国青藏高原和西南地区造成严重影响.孟加拉湾风暴Akash (0701) 于2007年5月15～17日引发了云南、广西等地一次持续性强降水过程.本文利用地面降水资料、NCEP(the National Centers for Atmospheric Prediction)/NCAR(the National Center for Atmospheric Research)再分析资料和JMA(Japan Meteorological agency)卫星TBB(Black Body Temperature)资料,研究Akash对我国西南地区这次强降水过程的影响.结果表明:这次强降水过程发生在Akash与青藏高原低槽密切配合的形势下.Akash登陆减弱期间其对流云团移上青藏高原,加强槽前云系引发强降水.受孟加拉湾风暴高层辐散影响,南亚高压加强并北上控制我国西南地区,这增强了降水区的高空辐散,有利于上升运动发展.同时孟加拉湾风暴为降水区提供了充足的水汽输送.降水区的水汽净流入、湿斜压性增长以及强烈条件性对称不稳定是这次强降水产生的有利条件.研究还发现,低纬高原地形对孟加拉湾风暴偏南风的强迫抬升加剧了降水区的上升运动,有助于强降水的产生.     

我国暴雨的500 hPa高度信号场分析

提出用气候信号噪音比的概念来分析500hPa逐日高度场,并建立500hPa高度信号场用来分析我国暴雨发生的气候异常环境.从暴雨发生日当天和前两天的500hPa高度场中提取气候异常信号,发现在中国周围的东亚地区(30～180°E,80～20°N),500 hPa信号场的西部出现显著负信号区,中部为正显著信号区,东北部为显著负信号区,大体自西向东呈经向-+-的分布形势.信号场主要显著信号区大体分布在我国境外的西部和东部,它们的符号相反,是造成我国各大流域地区出现暴雨的主要模态.结果表明,此方法能进行天气意义分析和气候异常现象的统计规律诊断,对我国年度暴雨短期预报分析有一定的参考价值,可以作为传统天气动力诊断的补充工具.     

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。     

一次罕见的华南大暴雨过程的 诊断与数值模拟研究

首先对1994年6月中旬的华南暴雨过程进行了诊断分析,然后,利用PSU和NCAR发展起来的有限区域中尺度模拟系统MM5进行了数值模拟研究。诊断结果表明:此次过程长江以南的大部分地区具备大尺度的降水条件,而在两广地区降水更强,这可能是由地形等其他条件决定的。两广地区活动较强的对流云团是造成暴雨的主要中尺度系统,而东部地区主要是锋面造成的连续性降水,对流活动较两广地区相对较弱。数值模拟结果显示:MM5模式对这次华南的强降水过程具有较好的模拟能力,静力方案对大范围雨区的模拟比非静力方案要好一些,但对大暴雨区的模拟非静力方案似乎更具优越性。对流参数化方案的试验表明,Kuo方案能较好地模拟大范围的雨区,Grell方案对强暴雨中心的模拟似乎比其他方案好。对行星边界层方案的试验显示,边界层过程对强的对流性降水的模拟是不可忽略的。这些看法与已有的诊断结果是相符的。