副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 h Pa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850~700 h Pa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78~-62℃,各观测站对应最大小时雨量为40~90 mm。强降水期间,850 h Pa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 h Pa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 h Pa与500 h Pa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为"S"型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

鲁南三次低涡暖式切变线强降水的中尺度对流系统特征

应用地面加密降水观测资料、天气图资料和FY2-E红外卫星云图及TBB资料,对山东南部3次中尺度低涡暖切变线强降水的中尺度对流系统特征进行分析研究。结果表明:3次强降水都是产生在中尺度低涡环流东部的暖切变线附近,有较强的低空西南风气流,都是在鲁南和鲁中南部造成强降水,强降水中心都在鲁东南。3次强降水都由中尺度对流系统(MCS)直接影响产生,有多个中尺度云团发展和合并,有多个强对流云团中心。造成3次强降水的中尺度对流云团都是从鲁西南移入,向北发展,缓慢向东移动,在东部沿海达到最强。最低TBB在-62~-78℃,造成1h降水量达30~137mm的强降雨,在同一测站产生强降水的时间为1~3h。对于同一个MCS降雨强度与TBB成反比。"09.8.17"和"12.7.09"的MCS东移快,造成强降水的时间为18~19h,"12.7.09"的MCS东移慢,造成强降雨的时间达25h。"09.8.17"的TBB较高,最低TBB为-61.1℃,但是雨强最大,最大1h雨量达137.2mm,"12.7.09"的TBB最低,达到-78.2℃,但是最大1h雨量为88.3mm。     

济南春季一次罕见降雪过程成因分析

利用高空和地面观测资料、温度廓线仪资料、L波段雷达资料、NCEP资料对济南春季一次罕见的降雪过程进行了分析。结果表明:降雪过程的水汽输送主要来自于中层,由700h Pa西南急流提供;低层冷空气垫的维持,有利于中高层西南气流的爬升;强降雪发生在850h Pa冷平流开始减弱,700h Pa暖平流增强的时段内,是典型的回流降雪形势;925~1000h Pa的温度和降水相态的转变相关性更好,温度廓线仪资料可信度比较高,可以很好地反应降水相态转变时边界层温度的垂直分布;未出现降水时,市区和郊区边界层内的温差大;出现降雪后,市区和郊区边界层内的温差比较小。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料对2014年2月4—6日鲁南暴雪过程进行诊断分析。研究表明:(1)500h Pa的短波槽,700h Pa和850h Pa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统,同时位于华北700h Pa的小高压对强降雪的形成也起到关键作用。(2)东南低空气流的移动跟雨区的移动具有很好的对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在700h Pa,第二阶段的水汽辐合集中在对流层低层。(3)此次降雪过程降水相态的温度与厚度判据与经验统计预报指标一致。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称"副高")边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明:此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温t_(bb)≤-60℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的"列车效应",强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶t_(bb)≤-70℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

变性台风“麦德姆”(1410)环流中的锋生现象及其对降水的影响

利用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2D(0.1°×0.1°)云顶亮温、逐时自动气象站降雨量、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用锋生函数对台风"麦德姆"(Matmo,1410)影响辽东半岛和山东半岛期间的降水特征进行了诊断分析。结果表明:1)Matmo影响辽东半岛和山东半岛期间,其低压环流与西风带高空槽相互作用,在其西侧和东北侧分别有冷锋和暖锋锋生,两条锋带均向东移。强锋生区首先在低层生成,随后尽管高空锋区向下延伸,但并未与低层冷锋重合,低层冷锋锋生强度减弱。2)山东半岛和辽东半岛的降水均发生在台风低压环流的锋生过程中,但山东半岛的降水明显多于辽东半岛。这与锋生强度密切相关,辽东半岛的锋生强度和垂直运动较山东半岛明显偏弱。3)强降水与台风环流内冷、暖平流活动密切相关,冷暖平流交汇之处对强降水有较好的示踪作用。山东半岛始终处于冷暖平流交汇处,其西侧斜压不稳定加强,上升运动发展,强降水出现在冷锋带上暖平流区内;而辽东半岛由冷平流转为暖平流时,对流运动向其东北方向发展,强降水位于辽东半岛东北部。     

一次渤海“切变线”诱发强对流天气监测及可预报性探讨

利用micaps3.2系统强对流实况监测、渤海6部天气雷达、海洋WRF模式等同步资料,对2015年8月31日渤海一次典型"暖式切变线"引发强对流天气过程进行综合分析及可预报性探讨。结果表明:天气尺度系统的有效配置为不同时段的中尺度对流系统发展提供了环流背景条件。08—20时渤海湾一线925—850 h Pa切变线东移增强,08时临近探空K指数35℃、SI指数-1.81℃及CAPE为166 J/kg,垂直风切变16 m/s,导致天津一线的强对流天气发生。20—02时低层925 h Pa"暖式切变线"北抬,20时K指数32℃,SI指数为1.36℃,CAPE达383 J/kg,垂直风切变为19 m/s,对流性不稳定能量增强,在渤海中部的切变线附近诱发多个中γ、β尺度强对流风暴单体,在雷达回波"列车效应"下,造成了秦皇岛近海新一轮强对流天气过程。WRF模式数值模拟与实况对比:对流有效位能(CAPE)08时初始场运行结果误差大于14时;逐小时强对流回波带演变与925 h Pa切变线和CAPE高值区较一致;强垂直运动和边界层水汽辐合触发CAPE的释放;在辽东湾北部Δθse(850—500 h Pa)较弱干冷切入与对流系统的发生、落区有一定对应关系;雷达监测网与WRF物理量叠加是提升海区强对流预警方法的有效途径之一。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为:1)地面倒槽与850 h Pa水汽辐合中心相吻合。2)地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3)地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θ_e舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

山东省持续性短时强降水过程物理量特征分析

基于常规气象观测资料和探空资料,对2007—2019年山东省123个国家级地面气象观测站观测到的持续性短时强降水发生特征、环流形势和环境参数进行分析。结论如下：(1)其间共有81个站点在78个降水日内发生144站次持续性短时强降水,鲁东南地区发生次数和发生站点比例均明显高于其他区域;降水集中在6月下旬至8月下旬,又以8月上旬至中旬最多。(2)天气过程主要发生在低层绝对湿度和相对湿度高、抬升凝结高度低、暖云层厚的条件性不稳定环境下。(3)准正压类和低层暖平流强迫类探空温湿廓线近似平行,对流有效位能中等、垂直风切变偏弱,低层暖湿平流是大气层结不稳定建立或维持的主导者;斜压锋生类和高空冷平流强迫类探空温湿廓线呈“V”形,低层偏湿、中层偏干,对流有效位能较弱、垂直风切变中等,冷暖平流对于大气层结不稳定的作用均较显著。     

鲁西南至鲁中一次暴雨过程成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料、中国气象局物理量分析资料和泰山多普勒雷达资料对2013年7月18日发生在鲁西南至鲁中的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水由500hPa西风槽、700hPa切变线、850hPa低涡、地面辐合线、以及副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响造成。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了良好的热力条件,副高外围的水汽输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时暴雨区不稳定能量的维持和层结对流不稳定的结构,有利于暴雨的产生。地面中尺度辐合线的生成和发展,是这次暴雨产生的启动机制,暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。强降水期间,沿低层切变线北侧东北气流南下的冷空气与暖空气交汇,使对流加强、降水强度加大。另外,泰安地处鲁中山区向西南开口的山谷的南部,偏南气流的迎风坡,有地形产生的偏南风的辐合和抬升,地形造成的辐合上升运动对泰安地区第一个强降水时段降水具有明显的增幅作用。两个强降水时段雷达回波为混合型降水回波,反射率因子强度一般在30~35dBz,最强达40dBz,其中第一个强降水时段回波对流发展的高度更高。特殊的地势地貌也是此次暴雨产生的重要原因。     

一次西南涡致洪暴雨天气过程诊断分析和数值模拟试验

基于NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Operational Global Analysis)资料和WRF-ARW模式,对2014年7月10—12日西南涡(SWV)暴雨天气过程进行诊断分析和数值模拟试验。研究结果表明,西南涡沿切变线东移发展和低空西南急流的增强是导致此次暴雨过程的主要原因。西南涡的移向和相对风暴螺旋度(SRH)大值区有很好对应关系,SRH大值区对西南涡暴雨过程强对流的落区有较好的指示作用。沿西南涡移动方向,其前部暖平流后部冷平流有利于其前移,沿假相当位温平流场的零等值线可指示西南涡的移向。引入湿螺旋度散度(MHD)来分析西南涡降水的水汽条件发现,模式结果计算的850hPa上MHD值分布与雨区和降雨强度对应较好,但对于降水的定量预测还需考虑MHD大值区延伸的高度。     

青岛地区一次晚秋局地大暴雨的天气分析

利用常规、非常规天气观测资料及MM5数值模拟资料等对2004年11月9～10日山东青岛地区局地大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1) 此次暴雨是冷锋前暖区的强降水;(2) 此次暴雨局地性强、突发性强、持续时间短;(3) 西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;(4) 这次强降水发生时大气层结不稳定并不明显,对流层中低层存在对流不稳定,与山东夏季暴雨大气层结强烈不稳定有显著差异;(5) 低层辐合、高层辐散和较强的垂直上升运动是这次暴雨出现的有利动力条件,强降水期间并不必需对流层低层出现辐合;(6) 中低层位涡中心对预报具有很好的指示意义;(7) 青岛特殊的地形和这次降水关系密切.     

台风麦莎影响期间山东半岛大暴雨成因的分析

2005年8月7-8日,在0509号台风麦莎登陆后北上影响山东的过程中,对流的发展在台风外围具有明显的不对称性,积云对流在台风中心的东北侧得到强烈发展,强降水集中出现在山东半岛东部.利用常规观测资料、卫星云图和NCEP1o1o再分析资料,对这次台风大暴雨天气过程作了分析,并进一步对强降水发生时的物理量场与流场进行诊断分析.结果表明:低空急流输送充足的水汽和强烈的水汽辐合为暴雨发生提供了有利的水汽条件,大暴雨落区出现在低层辐合、高层辐散及强烈的上升运动区内,与高能量锋区有很好的对应关系;较强正涡度平流与暖平流沿低空急流向山东半岛输送是造成对流不对称发展的主要原因,高空急流与低空急流在山东半岛的耦合为大暴雨的发生提供了动力条件.     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明：南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。     

台风“温比亚”(1818)造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料(0. 25°×0. 25°),对2018年18号台风"温比亚"及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现:1)此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2)"温比亚"缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3)冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4)此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6g·cm~(-2)·hPa~(-1)·s~(-1)区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5)对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生"列车效应",也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

2018年1月江苏3次致灾暴雪成因对比分析

应用常规天气图资料、FY-2E 云顶亮温(TBB)资料、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对江苏2018年1月3—4日(简称“01·04”过程)、1月24—25日(简称“01·25”过程)和1月27—28日(简称“01·27”过程)3次暴雪过程进行了对比分析。结果表明：1)3次暴雪过程都是在500 hPa高空槽、中低层切变线、700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响下产生的;暴雪过程中水汽主要来源于中层,降雪期间逆温层结始终存在。2)不同之处是,“01·04”过程中层暖湿气流先形成,水汽条件更好,而后弱冷空气自低层楔入,促使暖湿气流抬升,上升运动发展更为旺盛;“01·25”过程和“01·27”过程低层先形成冷垫,而后中层暖湿气流增强沿冷垫爬升,冷垫更冷,“01·25”过程逆温更强。3)暴雪过程中TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段;“01·04”过程中有弱对流发展,造成降雪强度大。     

风云二号气象卫星红外观测在云团降水监测中的应用

提升灾害性对流天气的监测预警能力是短临天气预报的首要目标,但对流性降水在时间、空间上分布高度不均,观测难度大。卫星遥感监测降水的传统红外、水汽亮温判识方法,报警云团数量多,空报率高,指示意义不稳定,需要结合背景因素寻找方法提炼卫星辐射观测中更多的内在隐含信息,建立云顶亮温与此类灾害天气间的联系。此文尝试使用FY-2气象卫星红外云图数据和逐时加密地面降水观测资料,通过追踪云团移动进而分类、提取参数,然后用模糊支持向量机(FSVM)方法建立地面观测雨强与云团特征动态演变间的机器学习数学关系,标识出有监测预警意义的云团和强降水中心,对检验地域和时间的卫星强降水云团检测识别率达80%左右。     

春季东海黑潮锋影响强对流的个例分析

利用卫星观测和再分析资料,研究了2018年4月30日东海黑潮海面温度锋(黑潮锋)影响低云突破边界层发展为对流云团,并导致强降水的过程。结果表明：(1)29日12时东海500 hPa上受短波槽控制,低空处于高低压之间的偏南气流中;黑潮锋大气边界层稳定,有利于低云发展。(2)黑潮锋的暖水侧向大气不断输送热量和水汽,稳定性减弱;而冷水侧对大气的冷却作用显著,大气稳定性增加。(3)经过约12 h的调整,黑潮锋通过垂直混合机制强迫表层风速发生变化,在黑潮锋上空形成风速辐合,叠加背景辐合场,导致辐合明显增强。(4)受平流效应影响,黑潮锋上空大气增湿增温,抬升凝结高度降低。(5)潜热释放与低空辐合之间形成正反馈,最终导致对流云团发展,降水强度显著增强。