华南一次暴雨过程热力和动力特征的诊断分析

2015年5月19—20日广东省强降水过程具有降水集中、强度大和局地性强的特点,利用广东省自动气象站观测资料、ECMWF_FINE再分析资料,对此次强降水过程进行分析发现:华南地区受低槽东移影响,强降水发生在切变线南侧偏南暖湿流场中,粤北降水属于锋面降水,粤东降水属于锋前暖区降水,两者在水汽输送和动力机制上有显著区别。孟加拉湾和南海输送的水汽在这次强降水过程中占主导地位,南边界和东边界为水汽的流入边界,整体水汽输送以经向输入为主。暖区降水区域处于较强的水汽平流环境中,具有更大的水汽净输送量,造成粤东地区的降水量更大。对流层高层辐散比中低层辐合更为重要,是粤东暖区降水重要的动力属性,且暖区中低层流场的旋转效应弱,有区别于典型的梅雨锋降水。利用绝热无摩擦湿位涡守恒进行诊断发现对流不稳定是此次强降水发展的主要机制,暴雨发生区域对应湿位涡垂直分量为负值,水平分量为正值,底层MPV1＜0和MPV2＞0综合反映了大气对流不稳定和斜压不稳定的增强过程。降水区对流层低层受负湿位涡控制,低层湿位涡负值区与强降水落区有较好的对应关系。      

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15 km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析.结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景.TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展.与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流人口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动.对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态.湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义.暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动.锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动.     

一次华南暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

文中选取了 1998年 6月 8～ 9日的一次发生在华南的强降雨过程 ,利用观测资料和MM5中尺度模式对这个过程进行了诊断分析和数值模拟 ,研究了该暴雨过程的中尺度结构及华南地区复杂地形的影响。分析表明这次华南暴雨由锋面暴雨和暖区暴雨组成 ,具有不同的中尺度结构 ,其中广西梧州地区暴雨是准静止锋面上的中尺度对流系统造成 ,具有持续时间短 ,强度大的特征 ,MM5模拟的雷达回波强度超过 30dBz ,高度超过 2 0 0hPa ,并在其东、北侧出现闭合的次级垂直环流 ;珠江三角洲的暴雨是暖区暴雨 ,发生在深厚的暖湿气流内 ,85 0hPa上强度超过 16m/s的西南低空急流是影响降水的主要系统 ,该中心暴雨持续时间较长 ,降水强度也达到了暴雨标准 ,模拟雷达回波不明显 ,没有出现局地的次级环流。华南地区的复杂地形在这次华南暴雨过程中主要为动力性作用 ,具体表现在一支冷空气在低层由苗岭和南岭之间南下 ,南海上空一支暖湿气流北上直接到达梧州地区 ,另一支次暖湿空气在南岭的阻挡下由武夷山以南沿南岭和云开大山之间折而向西 ,这三支气流在梧州地区附近汇合 ,形成广西梧州地区的暴雨 ;同时南海上空北上的低层气流被迫向东北绕行海南岛 ,形成一个尺度为 2 0 0km左右的背风面气旋 ,这个气旋的东北部分加强了在珠江三角洲地     

广西一次暴雨过程中准静止中尺度涡旋的位涡反演诊断

利用分片位涡反演方法,对影响2008 年6 月广西一次暴雨过程的准静止中尺度低涡(简称“广西涡”)进行反演计算,诊断分析不同物理性质的位涡扰动对广西涡的贡献。结果表明: 与潜热释放有关的湿的位涡扰动(Qh)对广西涡有直接作用,并对广西涡发展有主要正贡献,其影响主要集中在对流层中低层;与潜热释放无关的干位涡扰动(Qd)对广西涡的贡献集中在对流层中高层,有利于广西涡向高层扩展和加深;Qh和Qd均对广西涡路径有影响。     

川西平原一次暖区暴雨的诊断分析和数值模拟

利用探空、地面观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年8月14日川西平原暖区暴雨进行了诊断分析和数值模拟。结果表明,副热带高压增强北抬,低层南风建立,东亚大槽南压引导偏北风进入四川盆地与南风辐合,从而导致了强降水。南风为暴雨区提供了水汽,使近地层假相当位温明显增大,导致川西平原上空对流不稳定加剧,配合较强的垂直上升速度,有利于出现暴雨。经中尺度滤波后,成都、乐山均出现辐合流场,揭示出暴雨开始和南移的过程。低层的风场辐合是成都强降水的动力抬升机制,数值模拟发现700h Pa偏北风和偏南风辐合,是眉山强降水的触发机制。乐山的水汽和抬升条件较弱,其降水也明显弱于眉山和成都。     

一次华南暴雨过程的数值模拟———中尺度对流系统形成发展机制

2008年6月11-13日在华南地区出现了特大暴雨,这主要是由一系列中尺度对流系统(MCS)的相继生成,合并和强烈发展导致的.该研究利用新一代中尺度数值模式WRF对此次暴雨过程进行数值模拟,重点研究此次强降水过程中MCS发生、发展和演变过程及其相关物理机制.在MCS的生成过程中,由于西南涡的存在导致MCS始终处于正涡度环境中,正涡度导致的低层辐合与大气静力不稳定都是重要的MCS启动机制,这两者的共同作用有利于MCS的生成与加强.MCS形成后,在强垂直切变的环境中,倾斜抬升机制发生作用,更进一步加强了环境涡度,形成有利的正反馈过程,造成MCS迅速发展.这些加强的MCS和大尺度环境流场相互作用,造成了它们的合并.在MCS的分裂过程中,马氏力起着重要作用.     

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在1998年5月23～24日华南暴雨和中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)模拟的模式输出资料,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因.结果表明,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展.对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件,MCS中上升气流呈倾斜状态.由于湿等熵面倾斜,在暴雨和MCS的发展过程中,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展,使暴雨和MCS得以维持.最后,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型.     

一次台风引发的远距离暴雨诊断分析

台风对远距离暴雨的作用形式复杂,容易出现极端降水,量级和落区的预报难度大。2014年8月8日江苏东部到浙江北部出现暴雨,通过研究数值预报形势场、再分析场和各类实况资料,发现暴雨的产生与远在1300km外的西太平洋上的台风"夏浪"有关。江苏东部暴雨主要由中尺度涡旋造成,台风通过北侧偏东气流向暴雨区输送暖湿空气,有利于暴雨的形成与维持;浙江北部暴雨是中尺度涡旋与台风环流结合的产物,台风北上过程中,中心与中尺度涡旋逐渐靠近,台风外围环流对涡旋产生牵引,流场形势发生改变,引导弱冷空气在浙北近海附近与暖空气交汇辐合抬升引发暴雨,不稳定能量剧烈释放产生的中γ尺度气旋造成了极端强降水。     

一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达回波反演资料、自动气象站降水量以及NCEP/NCAR再分析资料,对2007年6月12—13日发生在华南西部的一次低涡切变特大暴雨过程的中尺度特征进行了分析,结果表明:(1)500 hPa高空槽经向度加大并东移南压,中低层低涡沿切变线东移,低空西南急流建立以及地面浅薄冷空气活动等天气系统相互作用触发了中尺度对流系统(MCS)的发展,造成暴雨。(2)地面降水时空分布具有明显的中尺度特征。大暴雨中心水平尺度都小于200 km,雨团持续时间5—7 h。(3)特大暴雨中心主要是由MCS移入造成的。柳江特大暴雨中心由两个MCS产生,一个沿低涡切变南侧的偏南气流移到暴雨中心上空;另一个沿切变线东移到暴雨中心上空。沿海暴雨中心则由一个MCS发展引发的。降水主要出现在MCS的中部冷云区内或云团边缘TBB梯度最大处。与MCS的生消过程对应,柳江暴雨区包含两次中尺度降水过程,第1次降水以热对流云团造成为主,第2次降水以低涡云系激发的MβCS产生强降雨为主;而沿海暴雨区是1次短时间持续性的MβCS强降水产生。暴雨主要由不断发展旺盛的对流单体引起,暴雨发生伴随着低空西南急流的建立,2—3 km高度上低空急流风速脉动增强了MCS的发展。(4)暴雨发生在高相当位温舌中,湿层厚度超过400 hPa,暴雨区层结具有位势不稳定或中性层结。(5)中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程明显抬升,增强低层水汽辐合,锋区的动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的往上输送,高层辐散气流增强MCS的发展。同时,暴雨区地形的作用增强了锋面强迫上升运动。     

一次暴雨中尺度涡旋发展机制诊断分析研究

中尺度涡旋可以持续激发新对流,是造成局地持续性降水的重要系统。基于经典涡度方程的诊断无法描述热力信息对于涡旋发展的贡献。本文采用Boussinesq近似对涡度方程进行整理,将方程唯一强迫项定义为垂直速度位涡,其形式与位涡类似,利用垂直速度替换位温。进一步在垂直速度位涡倾向方程中,以气压水平梯度的形式引入热力过程的间接作用,定量描述动热力配置的贡献。以2021年6月15日发生在南疆的一次极端暴雨为例,利用高分辨率数值模拟资料,初步分析了低层动热力强迫作用向垂直涡度的传递。结果表明,垂直速度位涡的局地变化主要来自热力强迫项中低层垂直风切变与低层冷池的耦合作用,两者在降水区前侧产生大范围的正值区。该区域与垂直速度位涡的正值区重叠,促进垂直速度位涡的增长,进而维持降水前缘的正涡度,有利于产生较强的上升运动,触发新对流并造成持续性降水。     

闽东一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析

用中尺度数值模式MM5对发生在闽东的一次暴雨天气过程进行了数值模拟,并利用模式输出的较高时空分辨率的结果对有关物理量进行诊断分析。结果表明:中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。对风场的试验结果表明:高低空急流不仅为暴雨的形成提供了充沛的水汽条件,而且也是暴雨产生的一种重要的触发机制。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽螺旋度和水汽涡度收支应用分析

运用WRF模式对2009年8月发生在华北地区的一次暴雨过程进行了数值模拟,按照性质的不同对模拟降水进行了研究,还进行了湿度场试验,最后利用模式输出结果对水汽螺旋度和水汽涡度收支进行了诊断分析。结果表明,数值模式比较合理地再现了本次暴雨天气过程。显式降水在模拟的总降水量中占了很大的比重,但是在暴雨爆发初期,积云降水起了重要作用。对流层中层的水汽饱和程度对模拟降水性质及降水量大小有重要影响,显式降水一般发生在空气饱和程度较高的区域,而位势不稳定则是诱发积云降水的主要原因。对流层中低层水汽螺旋度的强度变化在一定程度上代表了降水系统的强弱变化,其高值区与强降水落区在出现的时间和空间上都存在较好的一致性。水汽涡度收支对于水汽涡度及水汽螺旋度的变化具有很好的指示意义,可以作为预报降水的一个动力指标。     

A STUDY OF NUMERICAL MODELLING ON THE DEVELOPMENT OF DEPRESSIONS IN THE SOUTH CHINA SEA

The comparison analyses between two tropical depressions in the South China Sea are completed by numerical ex-periments with a limited area model developed in Guangzhou Institute of Tropical and Oceanic Meteorology. One of thedepressions develops and finally becomes a typhoon within 24 hours of the analyzing period (defined as DVD hereafter),and the other not (defined as UNDVD) The analyses show that their initial structures of temperature, humidity, pres-sure. wind and stability are obviously different from each other. There are a very deep wet layer and a clear warm-coredstructure in the mid-lower troposphere in the depression area in the DVD case, but with the warm core in the upperrather than lower troposphere arid a very shallow wet layer in the lower troposphere in the depression area in theUNDVD case. The developing and non-developing processes are successfully simulated by the model, showing that theCISK mechanism plays the most important role in the development of SCSDs (Tropical Depressions in the South ChinaSea). Several numerical experiments show that the structures of humidity and temperature in the depression area haveimportant effect on the development of SCSDs. It is favourable to the development of SCSDs when a very deep wet layerexists in the mid-lower troposphere or a warm-cored structure exists in the mid-lower troposphere instead of in uppertroposphere, and conversely, it is unfavourable to the development of SCSDs when the wet layer is very shallow in thelower troposphere or the warm-cored structure is in the upper troposphere rather than in mid-lower troposphere. Thestructures of stability for each case are also analysed, which shows evident differences between the two cases, with adeeper instability layer in the DVD case and a shallower one in the UNDVD case. Finally, the sensitivity of the devel-opment of the SCSDs to the vertical structures of humidity and temperature in the depression area is discussed.     

8014号热带气旋发生发展过程的能量学诊断研究

利用动能和总位能收支方程，对８０１４号强热带风暴过程进行了能量学诊断研究。结果表明，地转作用是该热带气旋中辐散风动能向旋转风动能转换的主要物理机制；非绝热加热是热带气旋发展的主要能源，其对总位能的制造大部分用于次网格耗散和侧边界输出，只有一小部分被转化为辐散风动能；两个转换函数Ｃ（Ｐ，Ｋｘ）和Ｃ（Ｋｘ，Ｋφ）在时空分布上具有很好的一致性；该热带气旋与周围环境场有明显的能量交换，在高层有总位能和旋转风动能输出，在低层有辐散风动能输入；在总动能收支中，辐散风作功是主要的功能产生项，旋转风作功主要是消耗动能。     

2012年8月南昌地区一次局地短时大暴雨过程诊断分析

利用常规气象资料、GPS水汽资料、雷达资料,对南昌地区2012年8月21日大暴雨过程进行综合分析。结果表明,此次局地大暴雨没有强的水汽输送,也没有明显的辐合辐散,不属于江西典型的暴雨过程,而是具有明显的中尺度特征。南昌地区前期低层高温高湿积累了大量的不稳定能量,中低层弱冷空气的侵入及地面中气旋的生成,触发了不稳定能量的释放,从而导致了暴雨天气的发生。     

远距离热带低压影响下山东半岛特大暴雨成因分析

用1948～2000年共53年的NCEP/NCAR再分析资料,分析了南北半球大气质量交换的周期变化特征和两半球大气质量交换通道的空间分布.结果表明:两半球的大气质量交换从长时间来看基本上是平衡的.两半球质量交换的季节变化表现为明显的半年周期,冬季和夏季的交换比较显著,且以夏季为主;具有显著的十年际变化;年际变化特征总体来看不显著,只在1980年代～1990年代存在较为显著的2～5年的年际振荡.NCEP资料存在较大变更的三个时段(以1968、1979年为分界)的周期变化特征确实存在一定的差异.全球平均异常向南的越赤道质量输送不存在很强的季节依赖性,主要由低空北半球太平洋-大西洋副热带高压南侧东北信风和亚洲季风区对流层高层副热带高压南侧的越赤道东北气流决定,亚洲季风区冬季南下的冷空气也起到很大的作用;而异常向北的越赤道质量净输送则主要发生在夏季,主要由亚洲季风区越赤道西南季风决定,特别是索马里越赤道急流从对流层低层到高层整层的向北输送,同时对流层低层赤道中东太平洋-大西洋信风区的东南信风也有较大的贡献.     

2009年10月海南岛一次秋季强降水过程分析

利用NCEP 1°×1°全球再分析资料和常规气象观测、多普勒雷达、中尺度数值模拟等资料,综合分析了2009年10月海南岛一次秋季暴雨过程,并对其物理量场进行诊断。结果表明,此次暴雨的发生、维持和消失主要与南海低压活动及其与冷空气相互作用密切相关。对流单体回波对降水量估测和降水落区有较好的指示意义,由于回波在海南岛东半部地区移动速度缓慢,产生"列车效应",导致海南岛东半部地区雨强增大,雨量增幅明显。暴雨带近地面流场中存在多个次级环流中心,为这次暴雨提供了增幅作用。暴雨过程中水汽通量、上升运动、不稳定能量和涡度等各物理量分布对暴雨落区均具有很好的指示意义。     

1998年试验期间华南暴雨的系统配置和环流特点

在１９９８年华南暴雨试验和南海季风试验资料的基础上，分析和得出了这期 间六次暴雨的大尺度、天气尺度和中尺度系统特征和物理量的变化规律，发现 在华南暴雨期间不同程度地建立反哈得莱环流，并给出了华南ＭＣＣ的系统配置。     

PRELIMINARY STUDY OF RELATIONSHIP BETWEEN INTERANNUAL VARIATIONS OF SST IN SOUTH CHINA SEA AND TROPICAL INDIAN OCEAN AND SOUTH CHINA SEA MONSOON OUTBREAK

Conclusions are divided regarding the role of the variations of thermodynamics in the monsoon activity for the South China Sea region. In this study, primary eigenvectors are studied for the SSTA from East Asia to the tropical eastern Indian Ocean in May. The results show that temperature anomalies that center on Sumatra are closely related with the outbreak of the South China Sea monsoon. When the SST is warmer (cooler) than average year, it is likely that the monsoon set in late (early). It may be caused by the changes in meridional difference in thermodynamics between the Indochina Peninsula and its southern tropical oceans. Studying the temporal and spatial evolution of primary eigenvector distribution of the SSTA in the South China Sea-tropical eastern Indian Ocean from winter to summer, we find that the temperature anomalies that center around Sumatra in late spring and early summer can be traced back to the variations of the SST fields in the South China Sea in the preceding winter. Being well associated with the outbreak of the South China Sea monsoon, the latter is a signifi-cant index for it. The work helps understanding the atmospheric and oceanic background against which the South China Sea monsoon breaks out and behaves.