2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP／NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28—30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋武环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2009年河南一次大暴雨过程的涡度方程诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析格点资料、常规气象资料及中尺度WRF模式,对2009年8月28-30日发生在河南南部的一次暴雨过程进行中尺度数值模拟及诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程模拟效果较好,模拟物理量能够较好地反映暴雨的实际特征,模拟暴雨强度及落区与实况较一致。高空槽、副热带高压、超低空东风急流及低层风切变是此次暴雨的主要影响系统。利用涡度方程对暴雨过程进行诊断分析发现,涡度方程各项收支中,涡度平流作用与辐合辐散作用对涡度局地变化的贡献最大,垂直输送项与扭转项对涡度局地变化的贡献较弱。涡度平流项对中低层涡度局地变化表现出正反馈作用,垂直输送项、扭转项及辐合辐散项起着负反馈作用。涡度平流作用使得中低层气旋式环流加强,有利于中低层辐合加强,局地涡度增加。垂直输送项、扭转项及辐合辐散项使得低层辐合减弱,气旋性涡度减小。此外,利用垂直螺旋度等模拟产品对暴雨诊断分析发现,暴雨落区与垂直螺旋度大值中心、水汽通量散度负值中心等相对应,此次暴雨正是在良好的动力、水汽及热力条件下产生的。     

2006年川渝大旱环流异常特征的动力学诊断

摘要：利用2006-2011年夏季（7-9月）全球每6小时一次的0.25°×0.25°欧洲中心数据（ERA-interim）和重庆地区的常规观测资料，对2006年夏季川渝干旱的环流异常特征进行了诊断分析。结果表明:(1)与2007-2011年夏季五年平均环流、水汽通量散度等物理量的对比分析显示，2006年同期700hPa川渝地区出现异常反气旋环流，500hPa的西太平洋副热带高压异常偏西偏北，300hPa川渝地区西侧和北侧分别出现明显的气旋式和反气旋式异常环流；700hPa的水汽通量散度在川渝地区表现为异常的水汽通量辐散特征。这种环流和水汽动力学变量的异常分布特征有利于川渝地区干旱异常事件的维持和发展。(2)2006年川渝地区7月1日-9月15日的300hPa位涡的逐日变化特征显示，位涡的纬向分布特征明显，且出现正-负-正位涡的变化特征，这种位涡的变化特征与西太平洋副热带高压进入和退出川渝地区有较好的对应关系。(3)500hPa逐日平均局地涡度拟能积分和局地涡度拟能平流演变表明：在川渝干旱异常事件的形成和结束阶段，局地环流变化明显，涡度拟能及其平流均发生显著的变化，这可能意味着局地涡度拟能积分、涡度拟能平流、位涡可以作为干旱异常天气系统发展演变的诊断因子。     

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。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

中尺度对流系统影响西南低涡持续性暴雨的诊断分析

利用加密自动站降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度TBB资料和NCEP再分析资料,对2010年7月16-18日四川盆地持续性暴雨天气过程中的西南低涡及伴随发展的中尺度对流系统(MCS)进行了分析。结果表明,500 hPa高空槽、700 hPa中尺度切变线和暖湿气流为MCS的发生提供了良好的环境条件;地面降水时空分布具有明显的中尺度特征,MCS是造成暴雨的重要原因;暴雨中心集中在TBB冷云区或边缘梯度密集带。在西南低涡发展过程中,MCS有利于激发上升气流,中低层的上升气流和正涡度配合利于热量和水汽垂直输送,高层的辐散进一步促使MCS的发展。水平涡度平流和涡度垂直输送项的配置影响上升气流和涡旋系统的发展,MCS对西南低涡的移动有一定的引导作用。有无MCS伴随发展时,对流活动对热量和水汽的输送能力迥异。     

副高西北侧一次区域性大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FNL再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2006-08-28发生在陕西中北部的区域性大暴雨天气进行综合分析。结果表明:副热带高压西伸北抬和贝湖冷涡分裂南下冷空气交汇对峙,为大暴雨形成提供了有利的大尺度环流背景,低涡切变、低空急流和地面冷锋是暴雨产生的主要影响系统。暴雨的水汽输送通道始于南海,沿副高外围气流到达暴雨区上空,雨区上空中低空存在着强水汽通量辐合中心。中层干冷空气从北方侵入暖气团,在雨区上空形成强对流不稳定区。涡度、散度、垂直速度等物理量的垂直分布有利于暴雨产生,散度在垂直方向上具有多层分布特征。暴雨发生在冷锋前部暖区中,共有4个中-β尺度对流系统生成发展,影响了暴雨区。     

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。     

中国暴雨中尺度系统发生与发展的诊断分析和数值模拟(Ⅰ)诊断分析

通过对我国三次(“81.7”、“81.8”和“91.7”)典型大暴雨过程的动力学和热力学诊断来探讨暴雨中尺度系统发生与发展的问题。大、中尺度天气分析指出,无论是发生在我国东部的“91.7”暴雨过程,还是出现在西部地区的“81.7”和“81.8”暴雨过程,都与在特定大尺度环流形势下持续发展的中尺度系统直接关联。涡度诊断表明,高、低空正涡度中心的叠加和耦合、并形成一个正涡度柱是这类暴雨中尺度系统持续发展的一种共同特征。根据场分解涡度方程获得的涡源诊断表明,涡源对这类中尺度系统的发生和发展具有重要的动力学贡献。中尺度热量和水汽收支诊断揭示,视热源 Q_1和视水汽汇 Q_2的垂直积分高值区,与低涡或低涡切变线及其暴雨区基本一致;Q_1(Q_2)的面积平均最大加热(增湿)区间出现在对流层中、上(下)部;由于感热和潜热对流涡动通量辐合的加热,在其上部近乎等于凝结释放潜热量的一半。     

1513号“苏迪罗”台风残涡强降水分布特征研究

运用自动站6 h降水资料和NCEP/NCAR的0. 25°×0. 25°再分析数据,着重分析了1513号台风"苏迪罗"及其残涡影响江苏期间强降水落区的分布特征,以及强降水落区与风场、涡散度、水汽通量散度等要素的对应关系。分析结果表明:强降水多分布在台风低层环流中心东北侧,风场围绕环流中心非对称分布造成辐合和正涡度在此处集中,进一步导致水汽在同一地区辐合,动力条件和水汽条件在同一地区叠加是强降水区位于环流中心东北侧的直接原因。单一等压面上的负散度和正涡度均可以在一定程度上指示出强降水站点位置,不同层次涡散度场的涵盖范围有所不同,三层算术平均后的涡散度较单一层次的指示性更为准确。"苏迪罗"登陆后在北上过程中接近中高纬西风带系统,环境风垂直切变逐渐增强且方向稳定,强降水落区基本位于850 h Pa至200 hPa间切变矢量的顺切变左侧,这一特征对判断登陆台风强降水落区具有一定的指导意义。     

准平衡流在中尺度深厚湿对流系统中的诊断分析概述

从中尺度组织化深厚湿对流具有强烈的辐散风效应和强垂直运动的观测事实出发,评述了平衡流和非平衡流在对旋转风和辐散风的诊断分析中的作用和不足,介绍了准平衡流的原理、计算方法及其分别在台风暴雨和梅雨锋暴雨诊断研究中的应用。研究结果表明:准平衡流能真实反映涡散共存的大振幅垂直运动特征,暴雨区的垂直环流中有50%～70%归于准平衡流部分,准平衡流可以描述致洪暴雨过程中具有较长生命史组织化过程的深厚湿对流系统中垂直运动的主要部分,准平衡流场具有涡散运动共存的特征,准平衡流分析方法在中尺度深厚湿对流系统诊断研究中具有重要作用。     

一次华南—江南持续暴雨的大尺度水汽场和中尺度特大暴雨模拟诊断分析

按天气学方法,对2010年6月华南—江南持续暴雨作大尺度水汽场诊断分析,同时用三重嵌套WRF中尺度模式,模拟6月19—20日"高空槽-西南涡-切变线-低空急流"系统造成的江南特大暴雨过程,并且对模拟中尺度暴雨雨带和雨团作高时空分辨率诊断分析。诊断物理量包括:可降水量、对流可降水量、水汽及云水、云冰通量和通量散度、水汽权重平均风速、凝结函数降水率等。模拟与诊断分析表明,华南江南持续性暴雨大尺度水汽场特征是,因东亚"中高纬度正距平中低纬度负距平副高偏强偏西季风槽异常活动",造成孟加拉湾和南海上空的大尺度水汽进入大陆;中尺度特大暴雨发生在上游区有暖湿急流、并处于风场辐合的"水汽+云水+云冰"(总水物质)饱和高值区;因凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率均为风场(散度场)中垂直运动产物,模拟的凝结函数降水率随模式时空分辨率提高而逐渐逼近于模式的显式降水物理过程,当模式分辨率达到4 km,可模拟出"西南涡切变线"系统中,有凝结函数降水率为1~3 mm·min~(-1)的中尺度雨团生消;且模式大气中的云水、云冰碰并增长降水率,可用其通量散度描述,并且应与凝结函数降水率相叠加。从而表明,模拟中尺度雨带和雨团发生、发展的天气学动力因素,只能是天气系统风场,即是模式的高时空分辨率散度场决定模式大气垂直运动,进而决定凝结函数降水率和总水物质通量散度降水率,它们一起构成了模式显式降水(率)。     

1211号“海葵”台风登陆后引发两段大暴雨过程的对比分析

利用地面加密自动站观测资料以及NCEP再分析资料,对1211号“海葵”台风登陆后在江苏引发的两段降水对流特征差异明显的大暴雨天气进行对比分析。结果表明:第一段区域性大暴雨天气发生在台风环流中心及北侧偏东风急流附近,此时台风环流完整,中心维持正压结构,环流中心及其北侧偏东急流附近伴有较大范围的水汽辐合和强上升运动,有利于区域性大暴雨天气发生,但降水发生在近乎中性的层结下,降水分布较均匀,发展平缓,降水期间对流活动较弱;第二段大暴雨则发生在远离环流中心的台风倒槽顶部,降水期间暴雨区中高层伴有较明显的冷平流,有利于对流不稳定层结发展,降水发展过程中,地面风场出现中尺度扰动,增强了局地辐合和气旋性涡度,加之地面锋区发展,促进了中尺度对流系统的形成和发展,此段降水中尺度特征显著,发展迅速,雨强大,伴有明显的对流特征,导致出现局地特大暴雨天气。     

一次双台风影响下暴雨过程的中尺度涡旋模拟分析

本文对上海地区一次双台风环境影响的暴雨过程进行数值模拟及分析,探讨了强降水过程中大气中低层的涡旋特征及发展机理。结果表明:(1)暴雨过程处于双台风、大陆高压的共同影响下,中低层伴随有较明显的中尺度低涡发展。(2)与涡旋相关的局地垂直涡度由低层开始发展,先期涡度发展集中于850 hPa以下,之后向大气中上层发展增强,涡旋尺度强度也随之发展,最终形成在对流层下半部具有闭合式气旋性环流的深厚涡旋。(3)影响局地涡度变化的水平平流项、垂直平流项、散度制造项和倾斜项对不同时间、不同高度的涡度作用各不相同,其中散度制造项是中低层涡度的主要来源,垂直平流项的输送作用对中上层的涡度发展有重要作用,倾斜项对涡旋发展移动也有部分贡献。(4)通过敏感性试验考察了对流潜热反馈的贡献,发现潜热释放过程通过加热改变大气温压场结构,从而维持并改变局地涡度倾向的中低层辐合及对流上升运动,对涡旋的发展和移动起了重要影响。     

2016年6月赣北两次对流性暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°FNL资料和多普勒雷达、卫星TBB等资料,对2016年6月1—2日和18—19日江西省北部两次对流性暴雨过程进行对比分析。结果表明,高空冷涡、西太平洋副热带高压、中低层急流、高空槽等共同作用导致两次暴雨发生。中层有冷空气影响,低层深厚西南急流维持时,更利于降水的对流性特征维持。两次暴雨过程强降水由低质心较强回波的“列车效应”造成。强降水回波带有多单体风暴和强降水超级单体风暴特征时,强降水效率更高。两次过程水汽收支中水汽通量散度项由正转负,水汽垂直输送项由负转正,中低层水汽辐合将低层大量水汽向上输送至中高层,利于强降水的形成。差动涡度平流中心与上升运动中心吻合,其导致垂直动力强迫,促进扰动不稳定和垂直运动的发展。强上升运动区南北两侧垂直经向环流和反环流的形成,为强暴雨的发生维持提供了持续的强水汽水平输送和辐合抬升条件。     

青南高原两次大到暴雪天气过程诊断分析

利用常规实测资料和T213模式输出产品,对2009年春季发生在青南高原的两次大到暴雪天气过程进行了诊断分析,结果表明：两次大到暴雪天气过程的形成分别与中尺度切变线和低涡的发展东移直接关联。相对湿度、水汽通量及水汽通量散度等物理量诊断表明,在中低层强盛的西南暖湿气流使水汽不断从孟加拉湾向青南高原输送,有利于暴雪天气形成。涡度、散度和垂直速度等动力条件物理量在中低层具有强降水特征,其空间配置极有利于切变线和低涡发展及大到暴雪形成与维持。     

陕南一次暴雨天气过程的诊断分析

应用常规气象观测资料、NCEP（1°×1°）再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2007年7月28—29日发生在陕南丹凤的暴雨天气进行综合分析。结果表明：贝加尔湖的阻塞高压使得中高纬环流形势稳定,河套低涡、副高位置稳定少动,商洛处于稳定的东高西低的环流形势是本次暴雨的大尺度环流背景;低涡切变,低空西南急流为本次暴雨过程提供了充沛的水汽和能量条件,暴雨区上空存在着明显的水汽通量辐合中心,中层干冷空气由东北向下侵入暖气团,在雨区上空形成对流不稳定区。暴雨区上空900～300hPa都为正涡度区,为一深厚的气旋性涡旋,有利于对流的发展,雨区垂直运动发展旺盛且深厚,为大降雨提供了抬升条件。散度垂直分布从对流层低层到高层呈现辐合一辐散的双重结构,有利于对流的发生发展。     

西南涡区域暴雨的中尺度滤波分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,采用Barnes带通滤波器,对2010年7月14-18日以及2012年7月3-5日西南涡引发的暴雨天气过程进行了中尺度滤波分析。结果表明,选取恰当的滤波参数,Barnes带通滤波器能够选出含西南涡在内的中尺度天气系统。对西南涡发生、发展、分裂和东移4个阶段的流场进行中尺度滤波分析发现,中尺度滤波可以更好地刻画西南区域的中尺度环流特征。对滤波后资料的螺旋度诊断计算表明,螺旋度的大值区有利于强对流系统以及低涡生成和发展。局地垂直螺旋度的正、负值中心分布可以较好地反映降水落区,雨区发生在局地垂直螺旋度正、负中心之间的梯度大值东侧;降水强度的变化与积分垂直螺旋度量值的变化对应较好。垂直局地螺旋度和积分垂直螺旋度对暴雨的落区和强弱变化有很好的指示意义。     

一次春季冷空气活动的分析

本文对1992年春季一次冷空气活动进行了讨论,分析了环流形势演变,局地流场特征、涡度配置、水汽输送条件、垂直运动中心的形成,以及高、低层气流的变化在本次过程中的重要作用。