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。     

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。     

济南7.18大暴雨中尺度分析研究

利用常规和非常规观测资料、分辨率0.5°×0.5°、间隔6 h的GFS(Global Forecast System)分析场资料和WRF(Weather Research and Forecasting model)数值模拟结果,对2007年7月18日济南大暴雨进行了中尺度分析研究。结果表明,低空急流、自内蒙古南下的低层冷空气和中层干空气的配置有利于中尺度对流系统的发展和维持;中尺度对流系统生成、发展于低涡西南侧的辐合线上,低涡入海过程中移速减慢使辐合线经过济南速度减慢,导致济南持续3 h的短时强降水;生成于中尺度对流系统前30 km左右的对流系统与中尺度对流系统的合并使降水增幅,最终导致极端降水发生。     

重庆“7．17”暴雨过程的波包分布及传播特征

基于NCEP/NCAR再分析格点资料,利用波包传播诊断方法(WPD)诊断分析了2007年重庆"7.17"强降水过程,研究了高频波波包分布和传播特征与降水的关系.结果表明,波包能明显反映出降水过程的发生、维持和结束特征.500 hPa层次上,在降水发生前,主降水区域波包值突然增大,之后随着降水的发生,强度略为减小,但仍维持在较强位相,在降水过程基本结束之前,波包值突然减小为正常值;波包的经向和纬向传播特征表明,本次降水主要受孟加拉湾地区强波包中心及高原地区波包传播的影响.     

2008年初南方雨雪冰冻期间降水过程的温湿异常

2008年1月10日—2月2日我国中南部地区发生了严重的低温雨雪冰冻灾害。该文分析此次过程的冷空气活动和水汽输送,比较两者在降水形成中的相对重要性。利用文中定义的两个参量,可以直接比较水汽和温度这两个量在降水中所起的作用,并比较两者作用的相对重要性。结果表明:在低层 (850 hPa及以下),我国中南部地区温度偏低、水汽偏少,但温度偏低对降水偏多的正贡献大于水汽偏少的负贡献,两者的净贡献为正,因此,冷空气活动主导降水。在较高层 (600 hPa及以上),中南部地区水汽偏多、温度偏高,但水汽偏多对降水的正贡献大于温度偏高的负贡献,因此,水汽输送主导降水。在中层 (700 hPa),干冷空气和暖湿空气混合导致,中南部地区水汽偏多、温度偏低,两者均有利于空气饱和,对降水均起正作用;计算结果显示,水汽的贡献略强于温度的贡献。     

川藏地区雷暴大风活动特征和环境因子对比

利用2010—2017年中国气象局重要天气报、地面观测和探空资料以及欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料,对川藏地区雷暴大风的活动特征、环境因子和环流形势进行统计分析,并对其中高原（海拔高度不低于1 km）和盆地（海拔高度低于1 km）区域雷暴大风活动进行对比。结果表明:川藏高原区域雷暴大风频次呈5—6月和9月双峰型分布,主要发生在午后;盆地区域主要发生在夏季,午后和夜间均较活跃。高原站雷暴大风年平均频次约为2次/站,在雷暴和大风中分别约占4.5%和8%。盆地站年平均频次仅为0.4次/站,雷暴中仅占1.5%,但在大风中约占60%。高原站雷暴大风的中低层环境温度递减率较大,一般呈上湿下干的逆湿垂直结构;而盆地站雷暴大风通常具有上干下湿的垂直结构。分别对5—6月和9月高原站雷暴大风两个峰值时段的环流形势进行合成分析,发现5—6月受高空西风槽影响,中层有弱冷平流侵入,高层位于高空急流入口区右侧,环境垂直风切变较大;而9月受副热带高压边缘影响,中高层较干,低层暖湿气流明显。这些均有利于雷暴大风发生。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

北方一次暖区大暴雨降水预报失败案例剖析

目前全球模式对暖区暴雨的捕捉能力有限,北方地区的暖区暴雨预报更是业务预报中的一个难点。2013年7月1—2日河北、天津等地出现了一次区域性大暴雨过程,降水由锋前暖区降水和锋面降水组成,特别是冀中的特大暴雨[409mm·(24h)~(-1)]暖区降水占60%以上。预报员对此次过程的预报量级显著偏小,特大暴雨、暴雨均出现漏报。各家数值模式预报均不能给预报员提供足够的有用信息,给预报带来很多困难,导致预报的失败。本文利用业务预报中常用的数值预报产品、加密自动站观测资料、常规地面、高空观测资料、新一代天气雷达资料等对此次北方暖区暴雨预报失败案例进行剖析,结果显示:高温高湿的环境中,未能捕捉到可触发对流的次天气及以下尺度的小扰动,如地面辐合线、阵风锋、冷池及中尺度涡旋等及其对强降水的影响,加之对中尺度对流系统的环境场条件,如低空急流、急流核的发展演变等的精细分析不足是导致强降水预报量级偏弱的重要因素;对于发生在深厚暖湿气团中的暖区降水的预报,需考虑高温高湿环境下地面辐合线、冷池及中尺度涡旋的相互作用对对流的触发及组织化发展导致的局地性、对流性强降水的产生;基于地面自动站资料和雷达资料等的短时临近预报可以弥补全球数值预报对中小尺度系统的捕捉能力的不足,提高暖区暴雨的预报准确率。