非典型梅雨与典型梅雨对比分析

评述了近 34年来 5～ 7月份江淮流域出现的梅雨情况 ,包括非典型梅雨和典型梅雨。资料表明 ,非典型梅雨期一般要比典型梅雨期 (正常梅雨 )短 ,5月份非典型梅雨存有比典型梅雨降雨强度弱的特点 ,6、7月份出现的非典型梅雨期和典型梅雨期同样可以出现较大降雨。研究发现 ,非典型梅雨与典型梅雨的大尺度环流特征有一定的差别。 1 1 0～ 1 30°E副高脊线稳定在 2 0～ 2 5°N之间 ,是江淮流域出现梅雨 (包括非典型梅雨 )的有利条件 ,而不是必要条件。从多年预报服务情况和资料分析来看 ,需制定出更科学合理的梅雨划分标准。     

2008年浙江梅汛期暴雨的大尺度环流特征及其梅雨锋结构分析

通过客观分析资料和实况雨量, 对2008年浙江梅汛期降水的大尺度环流特征和梅雨期两次最强暴雨过程梅雨锋结构进行了对比分析\.结果表明, （1）2008年是浙江1999年以来最典型的梅汛期降水年份, 梅雨量较常年偏多20%左右, 期间共有5次系统性强降水过程。（2）在高层, 梅雨期间稳定强大的南亚高压东北侧的偏北大风提供了暴雨区高层强烈辐散; 在低层, 低空西南风急流把来自孟加拉湾和南海的水汽向暴雨区输送, 并与浙江北侧的偏东气流构成一个纬向切变, 造成了大量暖湿气流的辐合上升, 为暴雨区提供了良好的水汽和动力条件。（3）在对流层中层, 500 hPa环流形势在第一次暴雨结束后快速从单阻型向双阻型转变, 持续的双阻形势造成了长时间的阴雨天气。在温度场上, 强降水对应的梅雨锋区温度相对较低, 锋区没有明显的温度梯度, 但相当位温和水汽的梯度十分显著。（4）梅汛期两次最强暴雨过程梅雨锋结构的对比表明： 在分布形态上, 第一次暴雨接近纬向分布, 降水主要出现在锋前, 第三次暴雨则具有很强的经向度, 暴雨出现在锋区。在温湿结构上, 第三次暴雨发生时梅雨锋两侧的温度梯度远大于第一次暴雨。在涡度散度结构上, 第一次暴雨的正涡度大值区和辐合区在对流层中低层则较第三次暴雨深厚。     

梅雨锋结构特征及与锋上涡旋扰动关系的诊断分析

利用1999年6月下旬持续性梅雨锋降水过程的模拟结果以及野外实验的加密资料，对这次梅雨锋过程进行诊断分析， 发现梅雨锋主；要表现为中层锋面，强度比边界层锋强，低涡沿中层锋面南缘移动。中层锋强的演变对两类低涡（西南涡和局地涡）发展的影响程度不同。对于东移明显的西南涡，梅雨锋强度的加强比低涡提早6小时以上。而对于长江中游的局地涡，锋面最强与低涡最强出现的时间却比较接近。梅雨锋中层锋面发展最强的位置与低涡发展最强的位置在东西方向上基本重合，基本在同一经度上。因此，低涡暴雨扰动加强发展区的北侧正是前期持续锋生所在，并且锋生的位置在东西方向上基本不随时间发生位移。当低涡移经该地时，低涡强度最强， 随后低涡东移并且强度减弱，锋面大值带也减弱并随低涡向东传播。     

暖切变型江淮梅雨锋结构及其形成和维持机制

对在1991年7月上旬特别稳定的梅雨形势下持续10天的特大暴雨期作了合成和典型过程研究,并进一步探讨了暖切变型江淮梅雨锋天气系统模型。它在自由大气层表现为结构竖立的相当正压切变线和一种不同于经典地转动量近似的带状准二维运动场。边界层的浅层锋生倾斜环流以及偏于切变线轴以南的Ekman抽吸与自由大气层中基本上由积云对流加热驱动的竖直环流相互依存和耦合,造成持续的大暴雨。这种系统的初生和中断后复苏的机制可能是由斜压性极弱的副热带高空东移的短波扰动在低层“湿度锋”带紧南侧触发导致的一种带状CISK。     

梅雨锋动力锋生方程组及其应用

利用湿静力温度Tσ作为参数,导出梅雨锋锋生的方程组,并用该方程组计算了1991年江淮梅雨锋强降水的个例。结果表明：该方程组可分析梅雨锋的动力锋生;在梅雨锋中存在近似垂直分布的对称的横向次级环流,环流中干冷侧的横向穿锋环流可建立湿状态的稳定性;非地转变形项对梅雨锋锋生（消）起主导作用,同时次级环流的上升运动与锋生有正反馈关系。另外,梅雨锋中Tσ水平锋生对未来6小时降水具有一定的指示意义。     

A Diagnostic Analysis of the Simulated Structure of a Meiyu Front System in 1999

A numerical simulation of a torrential rain event occurring in the Jiang-Huai Valley of China from 22-24 June 1999 is performed and analyzed by using the PSU/NCAR MM5 mesoscale non-hydrostatic model. The high-resolution model output data are utilized to diagnose the double front structure, and the distributions of potential temperature, equivalent potential temperature, and specific humidity in the vicinity of the Meiyu Front System （MYFS） in the Jiang-Huai Valley. The results show that both the potential temperature gradient and the specific humidity gradient have important impacts on the two strong equivalent potential temperature gradient zones associated with the double front structure of the MYFS, but the latter （moisture gradient） is more important. In addition, the tendency equation of specific humidity gradient is theoretically derived. It shows that variations of the specific humidity gradient are related to the advection, convergence/divergence, horizontal and vertical vorticities （secondary circulation） effects and the gradient of water vapor source/sink. As an example, the budget of the meridional component of the tendency equation is selected and diagnosed by using the above model simulation data of the torrential rain event. It is shown that the variation of the specific humidity gradient averaged throughout the simulation is mainly controlled by the convergence/divergence effect, the secondary circulation effect associated with the horizontal vorticities, and the water vapor source/sink effect. Since the water vapor source/sink is often formed from the phase change processes of water vapor in the air and thus directly associated with cloud and precipitation microphysics processes, the variation of the specific humidity gradient is closely related with cloud and precipitation microphysics and the distribution, development and evolution of cloud and rainfall systems. The double front structure of the MYFS provides an advantageous environmental condition for the development and movement of the mesoscale torrential rain system nearby. In turn, the development of the torrential rain exerts a signifiant impact on the MYFS through changing the thermal and moisture distributions.     

1999年6月下旬长江中下游梅雨锋低涡扰动的结构研究

1999年6月下旬在长江中下游发生长达10天之久的连续性暴雨,作者对其进行了全程中尺度四维同化数值模拟,利用时空高分辨的模式输出,对梅雨锋上与强降水密切相关的5个低涡的活动特点和四维结构进行了综合分析:识别和追踪每个低涡的活动路径,分析其主要特征的垂直结构、水平分布和时间演变,并通过轨迹和气块物理属性个别变化的计算,揭示构成低涡的三股气流,分析低涡区水汽及冷空气来源和湿斜压锋区的形成.     

2003年和2006年梅汛期暴雨的梅雨锋特征分析

本文针对2003年和2006年梅汛期暴雨量集中在淮河流域而总雨量不同的特点,利用平均场的方法,较深入地研究了暴雨时梅雨锋的结构。研究得到:暴雨发生时有明显的梅雨锋区;暴雨量与锋区的强度成正比;暴雨区位于锋区中即在对流层中低层的高温高湿区的偏北区域中,也就是低空急流的北部;锋生函数的切变变形场与暴雨的落区重叠;经向锋生函数的正值区呈直柱状,与南风等风速线的密集区相重叠,纬向分布的锋生函数指示了暴雨区的范围。     

一次梅雨锋大暴雨过程的数值模拟分析

利用区域大气数值模式RAMS 6.0,模拟了2008年6月9-10日发生在我国长江中下游地区的一次梅雨锋大暴雨过程。结果表明,模式能较好地再现这次大暴雨过程以及中小尺度系统的生消演变。在这次大暴雨过程中,高低空流场的恰当配置、三支气流在长江中下游的汇合及低涡沿切变线东移等都为大暴雨的形成提供了有利的大尺度环流背景。低涡内生成的一系列中尺度对流系统沿梅雨锋稳定地向东北偏东方向移动并发展,是造成这次长江中下游地区大暴雨的动力机制。孟加拉湾到我国西南地区稳定的南支低槽和副热带高压外围发展旺盛的西南气流输送,为这次暴雨过程提供了充沛的水汽。     

一次梅雨锋暴雨过程的模拟诊断分析

利用中尺度数值模式MM5对1998年7月28—29日发生于长江中下游的梅雨锋暴雨过程进行了模拟和诊断分析。结果表明，低层温湿扰动对于强对流的发展及暴雨的出现具有重要作用。低空急流核和切变线配合的存在有利于大暴雨的产生。湿位涡场结构在暴雨增幅期与暴雨增幅前期和暴雨减弱期有明显不同。     

一次非典型梅雨锋暴雨过程及其中尺度系统的数值模拟

利用常规观测资料\, 卫星观测的高时空分辨率TBB资料以及客观分析资料, 对2002年6月22~23日(“02.6”)一次非典型的梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。在此基础上, 利用中尺度数值模式MM5对此次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟, 并分析了暴雨中尺度系统的结构特征。结果表明： （1）天气分析显示, “02.6”梅雨锋暴雨过程与α中尺度低涡的东移发展和对流层低层的两支低空急流的增强发展有关。对流层低层700 hPa为一个缓慢东移与南压的东北西南向冷式切变线, 暖式切变线不太明显, 这与通常的江淮切变线梅雨锋暴雨不同。对流层500 hPa的副热带高压非常强, 高层200 hPa对流层高层的反气旋环流非常强并与高空急流相伴, 南亚高压中心位于我国江南地区。（2）TBB资料分析表明, 此次暴雨过程产生与多个β中尺度系统合并发展成α中尺度系统以及此后从α中尺度系统中不断分裂出β中尺度系统发展演变密切相关; 强中尺度对流系统主要在中尺度低涡冷、 暖切变线的的南侧发生和发展, 并不是在中尺度低涡的冷暖切变线上发展。（3）垂直结构分析显示： 在中尺度系统开始发展阶段, 中尺度系统具有强的垂直于剖面的风分量切变、 低空急流核以及高空强辐散低空强辐合, 这有利于中尺度系统的发展; 当中尺度低涡发展到相对成熟的阶段, 其后部不断分裂出中小尺度系统, 对流层低层的θe具有明显暖心结构, 由于气块绝热上升冷却效应比对流潜热释放作用强, 导致在800~600 hPa层上 θe比环境的低, 加之在强上升运动的顶部两侧的下沉补偿气流也比较弱, 这不利于中尺度低涡的维持。     

梅雨锋降水带中不同地域大暴雨成因的对比分析

利用NCEP再分析场、红外卫星云图的TBB值和常规观测资料对2003年7月9—10日长江流域梅雨锋上的一次大暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：这次梅雨锋暴雨是在有利的高、中、低层系统配置下，不同纬度带环流相互作用的结果，中β尺度深对流系统是暴雨的直接影响系统。但梅雨锋西段和东段暴雨的影响系统不完全相同。这次梅雨锋的锋面结构既有典型梅雨锋的一般特点，又有其独特的特征，在该次梅雨过程中不同地区梅雨锋的结构不同，梅雨锋的结构是多样的。     

梅雨锋暴雨研究中的四维变分同化试验

作者利用PSU/NCAR的MM5数值预报模式及其伴随模式, 以中国1999年6月23日～24日的一次梅雨锋暴雨过程为个例, 根据气象要素与同化窗口之间的配置差异, 作了3组变分同化试验.试验结果表明: 4DVAR方法在提高梅雨锋暴雨的数值预报水平上具有重要的作用.     

梅雨锋暴雨中云物理过程的观测和数值模拟

Cloud micro-physical structures in a precipitation system associated with the Meiyu front are observedusing the balloon-borne Precipitation Particle Image Sensor at Baoshan observatory station, Shanghaiduring June and July 1999. The vertical distributions of various cloud particle size, number density, andmass density are retrieved from the observations. Analyses of observations show that ice-phase particles(ice crystals, graupel, snowflakes, and frozen drops) often exist in the cloud of torrential rain associatedwith the Meiyu front. Among the various particles, ice crystals and graupel are the most numerous, butgraupel and snow have the highest mass density. Ice-phase particles coexist with liquid water dropletsnear the 0℃ level. The graupel is similarly distributed with height as the ice crystals. Raindrops belowthe 0℃ level are mainly from melted grauple, snowflakes and frozen drops. They may further grow largerby coalescence with smaller ones as they fall from the cloud base. Numerical simulations using the non-hydrostatic meso-scale model MM5 with the Reisner graupel explicit moisture scheme confirm the mainobservational results. Rain water at the lower level is mainly generated from the melting of snow andgraupel falling from the upper level where snow and graupel are generated and grown from collection withcloud and rain water. Thus the mixed-phase cloud process, in which ice phase coexists and interacts withliquid phase (cloud and rain drops), plays the most important role in the formation and development ofheavy convective rainfall in the Meiyu frontal system.     

台湾地区中尺度试验期间梅雨锋及其对流云团的研究

本文对台湾地区中尺度试验(TAMEX)中的两次IOP(加密观测期)过程进行了诊断研究,结果表明: (1)1987年5月13日至17日,台湾地区的对流系统活跃.究其原因,主要系两次锋面过境所致.这两条锋面的温度梯度比长江流域一般的梅雨锋要强.梅雨锋上的对流云团与降水直接有关. (2)高空东移短波槽与梅雨锋的有利配合,是造成台湾地区出现较大降水的重要原因、IOP2有高空短波槽配合,因而降水比IOP1大、槽与锋面的配合,使对流层中低层正涡度区加强,这与华南前汛期暴雨的特征有某些相似之处。 (3)由每小时一次的GMS卫星云图上发现,在此期间台湾地区发展的对流云团与大陆的系统联系密切.此外,NCAR飞机落仪探测资料表明,与环境相比,云团内部有较深厚的湿层;时空加密探空资料的计算结果显示,700hPa以下的水汽主要来自水平方向的辐合,而在高层主要来自垂直输送.对于活跃的云团而言,上述特征更加明显.     

江淮梅雨锋暴雨过程中尺度系统的演变及结构特征分析与研究

利用HUBEX试验期间的IOP资料以及合肥多普勒天气雷达的信息以及中尺度数值模式,分析研究了发生在1999年6月20～30日江淮流域的梅雨锋暴雨过程.研究发现:α中尺度辐合线主要位于700hPa以下中低层;当有强降水发生时,辐合线上有明显的β中尺度气旋波动发生.与其相配合,多普勒雷达反射率图上存在一片约20km×20km且强度在40dBZ左右,回波顶高为7～8km,液态水垂直累积含量(Vil)约为10kg/m2的回波区,其尺度为γ中尺度.它的出现与锋生次级环流有着十分密切的关系,且由大尺度凝结潜热和对流凝结潜热强迫的次级环流对它的发生发展起着主导作用.     

不同物理过程参数化方案对梅雨锋暴雨的敏感性试验

以2005年7月上旬江淮流域的一次梅雨锋暴雨为研究对象,选取WRF模式中Lin和Ferrier两个微物理方案和KF、NKF、Betts-Miller-Janjic三个积云参数化方案,经过组合得到6组方案,进行两重网格嵌套模拟,对数值模拟结果进行分析比较。通过分析得出如下结论：6个方案均能模拟出降水雨带的走向、降水中心,其中Ferri-er和NKF方案及Ferrier和Betts-Miller-Janjic方案模拟的降水强度和分布与实况最接近;在模拟降水量时采用微物理方案Ferrier初始阶段效果好,采用微物理方案Lin在后期效果好;当微物理方案相同时,积云对流参数化方案的变化对垂直速度、假相当位温、相对比湿的反映敏感;粗网格采用一定的积云对流参数化后,可一定程度再现α中尺度特征。     

A Simulation Study on the Characteristics of Cloud Microphysics of Heavy Rainfall in the Meiyu Front

A heavy rainfall in the Meiyu front during 4--5 July 2003 is simulated by use of the non-hydrostatic mesoscale model MM5 (V3--6) with different explicit cloud microphysical parameterization schemes. The characteristics of microphysical process of convective cloud are studied by the model outputs. The simulation study reveals that: (1) The mesoscale model MM5 with explicit cloud microphysical process is capable of simulating the instant heavy rainfall in the Meiyu front, the rainfall simulation could be improved significantly as the model resolution is increased, and the Goddard scheme is better than the Reisner or Schultz scheme. (2) The convective cloud in the Meiyu front has a comprehensive structure composed of solid, liquid and vapor phases of water, the mass density of water vapor is the largest one in the cloud; the next one is graupel, while those of ice, snow, rain water and the cloud water are almost same. The height at which mass density peaks for different hydrometeors is almost unchangeable during the heavy rainfall period. The mass density variation of rain water, ice, and graupel are consistent with that of ground precipitation, while that of water vapor in the low levels is 1--2 h earlier than the precipitation. (3) The main contribution to the water vapor budget in the atmosphere is the convergence of vapor flux through advection and convection, which provides the main vapor source of the rainfall. Besides the basic process of the auto-conversion of cloud water to rain water, there is an additional cloud microphysical process that is essential to the formation of instant heavy rainfall, the ice-phase crystals are transformed into graupels first and then the increased graupels mix with cloud water and accelerates the conversion of cloud water to rain water. The positive feedback mechanism between latent heat release and convection is the main cause to maintain and develop the heavy precipitation.     

梅雨锋上的三类暴雨

根据观测分析研究,概括出长江流域梅雨锋上主要有三类暴雨:梅雨锋上β中尺度的对流性暴雨、梅雨锋东部(115°E以东)的初生气旋暴雨、梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性强暴雨.第一类暴雨局地性特征明显,其范围一般小于300 km,暴雨的瞬时强度大,暴雨发生所需的强上升运动由局地强的对流有效位能(CAPE)释放的浮力抬升引起.第二类和第三类暴雨的共同点在于都有明显的大尺度强迫过程,大尺度的动力强迫使持续暴雨所需的垂直上升运动得以维持.后两类暴雨的数值预报效果较第一类的好,比梅雨锋上β中尺度暴雨预报更容易掌握.