夏季江南地区暖区暴雨的统计分析

本文首先给出江南地区暖区暴雨的定义,并按天气形势将其分为暖切变型、冷锋锋前型、副热带高压(以下简称副高)型和强西南急流型四类。然后利用2010—2016年5—9月常规和自动站逐时降水等非常规观测资料统计暖区暴雨的时空分布特征和降水性质等,并对暖区暴雨的形成原因进行初步分析。最后利用NCEP FNL全球分析资料,基于中尺度分析技术给出四类暖区暴雨的系统配置:(1)四类暖区暴雨均为分散性局地降水,降水多发生于山区、平原和湖泊交界处等不均匀下垫面附近。其中,暖切变型降水范围广、强度最大、极端性最明显且主要位于江南中西部;冷锋锋前型降水集中、强度较大且具有一定极端性,主要位于江南中部;副高型降水强度较弱,主要位于江南中东部;强西南急流主要位于江南西部。(2)暖切变型和强西南急流型以夜间降水为主,副高型降水集中在午后,冷锋锋前型降水日变化不明显。(3)暖区暴雨由稳定性和对流性降水共同组成且降水量越大,降水对流性越明显。(4)在低层高湿、不稳定能量积聚等有利背景下,暖切变型、冷锋型和副高型暖区降水多由边界层(地面)中尺度辐合线配合高低空急流耦合产生,强西南急流型一般形成于低空急流上的中尺度风速脉动及地面辐合线附近,且低空急流越强,暴雨强度越大。(5)暖切变型和冷锋型暖区暴雨的落区分别位于低层850hPa暖切变以南和地面锋前的显著湿区内,副高型和强西南急流型的暴雨落区分别位于副高内和强低空急流出口区左前侧的水汽充沛且大气层结不稳定区内。四类暖区暴雨常表现为长生命史的移动型中尺度雨团途经山区或河流湖泊等不均匀下垫面时,强度增大、移速减慢,形成暖区局地强降水。     

诱发四川冕宁“6.26”山洪灾害的突发性暴雨特征及其形成机制

基于多源观测、再分析和对流可分辨模式预报资料,运用物理量诊断、标准化异常、相似过程比较等方法,分析了2020年6月26日四川冕宁突发性暴雨过程的特征和形成机制。结果表明：（1）该过程是一次伴有多条带状γ中尺度对流系统、“列车效应”产生极端小时雨量的局地突发性暴雨过程,其对流回波质心较低,对流云团具有中尺度对流复合体云团特征;（2）冕宁北部的对流冷池出流与较强的谷地偏南气流相遇形成的辐合抬升构成了对流的触发机制;（3）川西南低空偏南气流具有阶段性增强特征并提供了持续的暖湿空气输送,其在过程初期与下山冷池的相互作用及后期与盆地西部南下冷空气的汇合,使对流反复在冕宁站西侧和南侧初生,并在下游形成“列车效应”;（4）对比历史相似过程,环境大气的对流有效位能等物理量具有更显著的异常和异常持续性;（5）川西南北部的高海拔地形对延缓冷空气进入安宁河谷和维持河谷内的不稳定层结有显著作用,并且该区域地形强迫抬升形成了河谷上游地区潜在的对流触发条件。最后给出了此次暴雨过程形成机制的概念模型。     

Mesoscale and Microphysical Characteristics of a Double Rain Belt Event in SouthChina on May 10–13, 2022

A second rain belt sometimes occurs ahead of a frontal rain belt in the warm sector over coastal South China,leading to heavy precipitation. We examined the differences in the mesoscale characteristics and microphysics of thefrontal and warm sector rain belts that occurred in South China on May 10–13, 2022. The southern rain belt occurred in anenvironment with favorable mesoscale conditions but weak large-scale forcing. In contrast, the northern rain belt wasrelated to low-level horizontal shear and the surface-level front. The interaction between the enhanced southeasterly windsand the rainfall-induced cold pool promoted the persistent growth of convection along the southern rain belt. The con vective cell propagated east over the coastal area, where there was a large temperature gradient. The bow-shaped echo inthis region may be closely related to the rear-inflow jet. By contrast, the initial convection of the northern rain belt wastriggered along the front and the region of low-level horizontal shear, with mesoscale interactions between the enhancedwarm-moist southeasterly airflow and the cold dome associated with the earlier rain. The terrain blocked the movement ofthe cold pool, resulting in the stagnation of the frontal convective cell at an early stage. Subsequently, a meso-γ-scalevortex formed during the rapid movement of the convective cell, corresponding to an enhancement of precipitation. Therepresentative raindrop spectra for the southern rain belt were characterized by a greater number and higher density ofraindrops than the northern rain belt, even though both resulted in comparable hourly rainfalls. These results help us betterunderstand the characteristics of double rain belts over South China.     

2017年“5.7”广州特大暴雨的中尺度特征分析与成因初探

2017年5月7日发生在广州北部的特大暴雨,局地性强,最大雨强达184.4 mm/h,3 h雨量突破了广东省历史极值,强降水持续时间长,具有明显的中尺度特征。特大暴雨有A区（花都）和B区（增城、黄埔）两个中心,它们在降水特点、地面中尺度特征及触发、对流的发展演变等方面各有特点。由于天气尺度强迫背景弱,数值模式无明显反映,给预报带来了很大的挑战。利用常规及加密自动站、多普勒雷达、风廓线、地基GPS等非常规观测资料,结合ERA-Interim 0.125 °×0.125 °逐6 h再分析资料重点分析和讨论了此次过程的中尺度特征、对流的触发与演变,以期为今后这类暴雨预报提供着眼点。结果表明:（1）此次过程突发性强,降水强度大,A区降水开始时间早,范围较B区小,但B区小时雨强更强,强降水持续时间更长;（2）次天气尺度边界层“7”字型的风压场形势下,脊后回流并加强的偏南风使暖层和湿层增厚,“下密上疏”的温度垂直结构,为强降水的发生提供了有利的环境条件。进入对流云中水汽质量无异常但产生了大量降水,极高的降水效率很可能是对流系统内部云水高效转化的结果,云的微物理过程在形成此次高强度的降水发挥着重要作用;（3）A区强降水发生前暖空气在山前堆积造成升温升压,东、西两支绕流广州城区的气流汇合并在工业区暖中心、山前暖空气堆积具有较高的对流边界层位置触发了对流;（4）B区强降水发生前持续降压并形成中尺度低压槽,A区中尺度对流系统前方入流造成的负变压,与地形强迫造成的风速辐合共同作用触发了B区对流。中尺度反气旋底部的偏北风与偏南、东南两支气流辐合稳定,使强降水长时间维持;（5）回波具有后向传播,垂直顶高低、质心低的热带对流回波特征,降水效率高。降水的拖曳下沉及蒸发冷却使边界层形成冷池,并与前侧暖湿空气相互作用,不断激发新的对流,冷池出流是持续抬升机制,是强降水持续时间长的重要原因。B区冷池厚度、暖湿气流爬升的高度与坡度比A区更大,冷池出流与暖湿气流辐合强度也比A区更强,造成B区雨强更强、持续时间更长,累积雨量更大。      

我国中东部地区夏季中尺度对流系统形成前物理量诊断分析

利用2008—2010年夏季(6—8月)FY-2地球静止卫星红外云图资料识别出我国中东部地区(110°E—124°E,27°N—40°N)共208个中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)和174个不能增长发展成为MCS的普通雷暴群(widespread convections,WCS).提取MCS形成前约6h和WCS成熟时(个数最多)的NCEP再分析资料(时间间隔6h,空间分辨率1°×1°),通过对表征水汽、动力和热力等条件的基本物理量和一些常用衍生物理量采用平均值、标准差等常用统计方法、动态合成和评估方法逐步筛选和分析诊断两种系统环境物理量场,最终从众多物理量中挑选出了能显著区别两种系统的物理量(即MCS形成的关键物理量),分别为强天气威胁指数、修正的K指数、地面抬升指数、2m比湿和0~3km垂直风切变,希望对预报我国中东部地区MCS发生与否提供一定的科学依据.     

“07.6”广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站、雷达及FY-2C卫星资料,分析了2007年6月12-13日广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征,并探讨了此次暴雨过程的成因.结果显示:500hPa高原东侧的低槽引导冷空气南下,地面准静止锋南移进入广西境内,在地面形成锋面低槽的形势.暴雨发生在850hPa低涡切变线上,暴雨中心与β中尺度低涡扰动有很好的对应关系.这次过程的主要降水系统是南部的对流云团和锋面附近的中尺度对流复合体(MCC).柳州极端暴雨由两个雨团造成,其中一个雨团强度大,持续时间长,这与强降水回波的列车效应和地面中尺度辐合线有关,是柳州高强度降水得以长时间维持的主要原因.     

北半球冬季大气活动中心的基本态特征及影响研究

通过研究近100多年北半球全部大气活动中心30年以上的慢变平均值（气候基本态）、气候变率特征及时间演变规律，指出阿留申低压与冰岛低压的基本态改变最大。基本变态变化最小的是北太平洋高压，其次是北美高压。基本态的变化表现为两个基本模态：第一模太为弱（强）的NAO，较弱（强）的NPO，强（弱）的西伯利亚高压物较弱（强）的阿留申低压的特征；第二模态主要表现为弱（强）的阿留申低压及弱（强）的西伯利亚高压的特征。近期北半球环流基本态是处于第一模态明显的负位相，第二模态明显的正位相下，即特别弱的西伯利亚高压、特别强的阿留申低压及强NAO的慢变环充背景下。这种慢变的环流背景场还可能维持30年左右。所以北半球冬委今后还将长期处于气候暖背景下。     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

中国暖区暴雨的研究进展

暖区暴雨是中国大气科学界的一个研究热点,由于其天气尺度斜压性强迫弱、环境大气热动力不稳定性强,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,暴雨对流系统触发机制复杂,暴雨突发性、局地性特征明显。目前全球业务数值预报模式、中尺度数值模式对暖区暴雨的预报能力十分有限。20世纪80年代以来对华南暖区暴雨的天气学特征进行了深入分析,并对多地区暖区对流系统的发展特征进行了总结,指出暖区极端暴雨与稳定的线状对流系统的发展有密切关系。近年来通过若干大型科学试验,对造成华南暖区暴雨的对流系统特征、边界层物理特征、降雨云物理过程有了更为深入的认识,其中关于边界层急流、华南沿海地面冷池边界等中尺度特征分析进一步深化了暖区暴雨对流触发机制研究。本文回顾了近40年暖区暴雨部分研究成果,针对多地区暖区暴雨的天气学特征、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区暴雨中尺度对流系统的发展特征等问题进行了总结,并提出需要进一步深入研究的科学问题。