青藏高原东北部强降水天气过程的气候特征分析

根据青藏高原东北部地区降水特点,定义青藏高原强降水概念,利用该区域内各测站自建站以来的气象资料,分析青藏高原强降水的时空分布特征和相对强度。结果表明:青藏高原东北部地区强降水的分布明显受到地形影响,年降水量和强降水次数自东向西呈阶梯性递减趋势,分别在青藏高原东北部的外流河谷地区和东南部四川北部地区存在大值中心;外流河谷地区两侧山脉的年降雨量较大,年均强降水日数较多,河源处相对较小,具有河谷地形的特点;青藏高原强降水的时段集中,雨强大,局地性强,且具有夜发性的特点;强降水日数和站数具有明显的年代际变化特征,近10年来出现区域性强降水的次数增加;青藏高原东北部外流河谷地区强降水的相对强度较大,同长江以南地区暴雨相对强度差不多。     

对流天气预报中的环境场条件分析

中尺度对流天气的分析包括以天气型识别和中尺度过程分析为主的主观分析,以及以动力热力物理参数诊断为主的客观分析。利用"配料法"预报的思路,通过诊断有组织的深厚中尺度对流系统发生、发展的4个条件(水汽、不稳定、抬升和垂直风切变),开发了中尺度对流天气的环境场条件分析技术(对流天气图分析和客观物理量诊断技术),并应用于中国国家气象中心的强对流天气预报。以中尺度对流天气的天气图分析方法为例,介绍如何利用高低空观测资料,分析对流天气发生发展的环境场条件;并以数值模式释用为主的强对流特征物理量诊断分析为例,介绍如何动态诊断对流天气的动力热力条件演变。     

冷涡对两类对流系统结构演变作用的个例模拟对比分析

2015年8月22日,在同一冷涡背景下,华北东北部形成了多单体风暴,而在黄淮地区出现飑线过程。本文根据观测资料给出冷涡对中尺度对流系统发生发展的动力和热力作用,并基于WRF中尺度数值模式的模拟结果,对比分析了两类对流系统的形态结构演变和运动过程的差异、差异产生的原因及冷涡的作用,主要结论如下:(1)两类对流系统均位于冷涡后部,但形态演变和运动过程差异显著,北部分散性对流受地面风辐合及地形抬升的共同影响发展形成多单体风暴,呈西北—东南排列,主要以前向传播的方式缓慢向东南偏南方向运动,带来短时强降水为主的天气;南部线状对流由山东西北部和河南北部形成的多个孤立单体合并后形成,随后在黄淮地区发展为飑线系统,在平流移动为主的作用下向东南方向快速运动,产生雷暴大风和冰雹天气。(2)北部多单体风暴在冷暖气团交界面形成,位于冷涡西南象限,低层水汽和能量充足;新对流单体在边界层被触发后,沿着低层切变线向高能区传播。(3)南部飑线系统在冷槽后的地面干暖区低压带中形成,中尺度对流系统产生的冷池和雷暴高压的出流与环境相互作用,低层水汽条件转好,使得单体不断传播和合并,发展为飑线系统。(4)中层后部入流的强度和环境水汽条件对两类对流系统组织化过程有不同影响,飑线中层后部入流的增强主要来自环境西风分量的增加,与冷涡发展演变使得环境风场增强有关;北部对流湿层深厚,所处的中层风场弱,不利于多单体风暴组织化发展;南部飑线系统位于更强的环境西风引导气流中,后部中层入流强、高层环境空气干,有利于强下沉气流形成,从而促进雷暴高压和冷池的发展,强下沉气流还使中低层的风速增加,垂直风切变增强,有利于对流单体组织化发展形成线状对流。     

三种不同天气系统强降水过程中分钟雨量的对比分析

通过使用高时间分辨率的分钟级雨量资料并结合雷达回波,对比分析了近年来飑线、梅雨锋和热带系统影响下的三次强降水过程,并通过降水率、降水持续时间和降水变率的统计,探讨三次强降水过程的特征,最后给出强降水时段对应所有站点最初1小时降水的平均状态。结果表明:用分钟雨量资料辨识出的强降水时段降水序列,结合雷达回波和小波分析发现其可以很好地表现γ中尺度对流系统的降水特征,弥补了小时雨量时间分辨率低的缺陷。分析三个过程中强降水时段的样本发现华北飑线的强降水过程单站只有一次强降水时段,累计雨量基本在50 mm以下,具有降水率大,持续时间短,突变性强的特点,预报难度较大;在热带对流系统的影响下,单站降水由多次强降水时段构成,且强降水时段样本累计雨量可达100 mm以上,降水率较其他系统偏小,但持续时间最长,降水均匀稳定;梅雨锋对应的降水持续时间以1～2 h为主,但降水率高于热带系统,强降水时段样本累计雨量基本在100 mm以下,降水性质的特点是介于飑线和热带强降水系统之间,预报最为复杂。     

一次陕西关中强暴雨中尺度系统特征分析

应用高分辨率中尺度数值模式WRF模拟了2007年8月8-9日陕西关中强暴雨过程,根据模式输出结果对强暴雨中尺度对流系统(MCS)的发生、发展规律、形成原因和三维结构,特别是暴雨过程中3个大暴雨中心的β中尺度对流系统(MβCS)的细微结构包括三维流场、动力和热力结构进行了分析。结果表明,此次强暴雨过程与一个α中尺度低涡的生成密切相关,其内部强烈发展的MβCS直接产生了岐山、礼泉、高陵3个强暴雨中心的对流降水;MβCS在850,700和500 hPa上分别表现为辐合(涡旋)系统、西北—东南向暖式切变线和阶梯槽。高空西风急流入口区右侧的动力强迫是对流层高层暴雨区辐散形成和加强的原因,动力强迫引起的非地转风是暴雨形成的原因之一;中空阶梯槽携带的干冷空气从后方流入雨团起到了对流不稳定的加强作用;低层和地面不同方向的风和风速形成的中尺度辐合以及中尺度西南急流和东南急流触发了强降水的发生,强降水的发生又激发了中尺度急流扰动,中尺度急流扰动对暴雨维持和加强起到了反馈作用;秦岭山脉的屏障作用和关中喇叭口地形的动力抬升作用有助于关中强暴雨的发生和加强。产生3个强暴雨中心的MβCS有不同的流场、动力、热力垂直结构:中低层不同方向和不同层次的气流流入β中尺度降水云塔,在不同高度上形成了不同的垂直环流支,云塔中的上升气流一直伸展到200 hPa(或150 hPa)后向东南、东北流出;歧山暴雨中心450 hPa以上为强辐散,450 hPa以下暴雨中心南侧为弱辐散和辐合、北侧为辐合和弱辐散,垂直上升运动先向南、后向北倾斜直至对流层顶;相当位温呈双高能中心形成的双重位势不稳定层结结构,温度则表现为中层两个暖中心、上下层冷中心的特征;礼泉和高陵暴雨中心为整层强上升运动柱与强散度柱和正涡度柱耦合,礼泉上升运动柱存在一个高、低层冷而中上层暖的特征,具有类似于地面气压场的鞍形结构,即中低层不稳定、中高层稳定、中层为中性的层结结构;高陵暴雨中心南缘550 hPa以下是高能量和温度离差锋区,其上空400 hPa以下为近饱和水汽柱。     

我国中东部地区夏季MCS统计分析

目前较详细的中尺度对流系统(MCS)分类普查研究还较少.文章使用我国风云2号地球静止卫星红外数字图像资料分类普查了2008-2010年夏季(6-8月)我国中东部地区(27°～40°N、110°～124°E)中尺度对流系统时空特征.根据尺度大小将MCS分类为α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),又根据MCS形状将MαCS分类为中尺度对流复合体(MCC)和持续拉长状对流系统(PECS),MβCS分类为β中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉长状对流系统(MβECS).3年夏季共识别了208个MCS,其中68个MαCS和140个MβCS,拉长状系统居多,占MCS总数79.3％,这表明拉长状的MCS是该区域夏季的主要对流系统.从月际变化来看,7月最多,8月次之,6月最少.大部分MCS移动路径自西向东,少数为自南向北或自北向南的移动路径,自东向西的路径极少.MCS形成高峰时段为9-10 UTC(世界时),成熟高峰时段为10-11 UTC,消散高峰时段为12-13 UTC,生命史约为6.5h.MαCS从形成到成熟需3～4 h,成熟至消散需4～5 h;MβCS发展和减弱时间相当,为2～3 h.     

基于中尺度数值模式的分类强对流天气预报方法研究

针对雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等强对流天气短期预报,采用0.25°×0.2°每天4次日本气象厅(JMA)东亚地区再分析资料计算的百余类对流参数(物理量)及其15 d滑动平均值,根据“邻(临)近”原则对江苏2001—2009年2—9月各类强对流天气进行时间和站点的匹配后,应用相对偏差模糊矩阵评价技术,对上述对流参数进行权重分配和逐次筛选,获得了既体现强对流与气候平均态间明显差异,又体现自身相对稳定的特征对流参数序列。同时,根据历史分类强对流个例中各特征对流参数的频谱分布获得各对流参数的频率分布分段函数,然后基于中尺度数值模式预报的对流参数,综合历史频率分布和权重分配,构建了分类强对流天气预报概率,并以优势概率作为分类判据,做出强对流分类预报。最后建立了业务化系统,以全自动方式提供分类强对流客观预报产品,投入到日常业务和南京青年奥林匹克运动会气象保障服务工作。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

中尺度强天气的预报能力非常有限,一个重要原因是在业务预报中,缺乏对中尺度对流天气发生的环境场条件和发生发展特征进行及时有效的分析。本文介绍了国家气象中心正在试行的中尺度天气的天气图分析方法。中尺度天气的天气图分析主要利用探空资料和数值预报相关参量资料,分析中尺度对流天气发生发展的环境场条件,包括高空综合图分析和地面分析。在高空分析中重视风、温度、湿度、变温、变高的分析,并通过将不同等压面上最能反映水汽、抬升、不稳定和垂直风切变状况的特征系统和特征线绘制在一张图上形成综合图,以更直观的方式反映产生中尺度深厚对流系统发生发展潜势的高低空配置环境场条件。地面分析包括气压、风、温度、湿度、对流天气现象和各类边界线(锋)的分析。国家气象中心的强对流天气预报业务试验表明,中尺度天气的天气图分析已经成为强对流天气潜势预报的重要依据。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术

中尺度天气分析技术已经在我国天气预报业务中发挥了重要作用。2011年以来国家级中尺度天气分析业务技术取得了明显进展,促进了国家级强对流预报业务的发展。《中尺度天气分析业务技术规范》已重新编写和完善,内容分为两篇,第一篇是中尺度对流天气环境场分析;第二篇为中尺度对流天气过程分析,第二篇为新增内容,将另文介绍。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析以配料法思路为基础,重新编排和简化了分析内容,兼顾分析的精细化和分析产品的可操作性,增加了分类强对流天气分析量化指标建议供预报参考,新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。中尺度天气分析业务的支撑技术是推进该业务的必备基础,因此国家气象中心改进了MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱功能;开发了中尺度天气分析产品集成系统,包括强对流天气监测产品、中尺度天气分析主观和客观产品、基于不同数值模式预报的强对流参数诊断产品等的数据产品和图形产品等。     

对流层高层冷涡对“21·7”河南持续性极端暴雨影响分析

2021年7月17—22日河南出现历史罕见持续性特大暴雨,期间我国东部海区上空的对流层高层冷涡(upper tropospheric cold low,UTCL)与河南降水几乎同步增强,对降水天气形势发展存在影响。强降水过程期间河套高空短波槽、黄淮高压脊、UTCL以及日本海阻塞高压形成准静止波列,环流系统异常稳定,由于UTCL在我国东部海区上空停滞,导致西风急流在河南及其以东地区形成大尺度持续性辐散分流。河南暴雨高空辐散区的建立和增强与UTCL西侧的西北风急流增强直接相关;UTCL东侧急流增强了台风烟花的高层流出,有利于台风加强进而影响河南暴雨区水汽输送;UTCL引起的高空下沉运动增强了副热带高压的稳定性,间接增强了从东部海区向河南的偏东风水汽输送。UTCL数值预报不确定性较大,随着预报时效临近,UTCL环流中心不断向偏北方向调整、强度增强,对应河南暴雨落区有向东调整的趋势。集合预报成员中强、弱UTCL环流分组对比表明,较强的UTCL环流有利于增强河南上空的反气旋性辐散流出,对降水增强较为有利,基于集合预报敏感性的诊断进一步证实了上述结论。