STRUCTURE FEATURES AND COMPOSITE ANALYSIS OF CONVECTIVE CELLS IN A WARM SECTOR HEAVY RAINFALL EVENT OVER SOUTHERN CHINA

This paper uses the ARW-WRF model to carry out a numerical simulation of a warm-sector heavy rainfall event over southern China on the 22–23 May, 2014. A composite analysis method was used to analyze the evolution process and structural features of the convective cells on a convection line during this rainfall event. This analysis identified three stages: (1) Stage of activation: the equivalent potential temperature surfaces as lower layers start to bulge and form warm cells and weak vertical convective cloud towers which are subject to the impact of low-level warm moist updrafts in the rainfall sector; (2) Stage of development: the warm cells continue to bulge and form warm air columns and the convective cloud towers develop upwards becoming stronger as they rise; (3) Stage of maturity: the warm air columns start to connect with the stable layer in the upper air; the convective cloud tower will bend and tilt westward with each increasing in height, and the convection cell is characterized by a “crescent-shaped echo” above the 700hPa plane. During this stage the internal temperature of the cell is higher than the ambient temperature and the dynamic structural field is manifested as intensive vertical upward movement. The large-value centers of the northerly and westerly winds in the middle layer correspond to the warm moist center in the cells and the relatively cold center south of the warm air column. Further analysis shows that the formation of the “crescent-shaped” convective cell is associated with horizontal vorticity. Horizontal vorticity in the center and west of the warm cell experiences stronger cyclonic and anticyclonic shear transformation over time; this not only causes the original suborbicular cell echo shape to develop into a crescent-like shape, but also makes a convection line consisting of cells that develop to the northwest.     

“海棠”台风(2005)暴雨过程数值模拟及位涡分析

采用WRF模式对2005年"海棠"台风登陆福建省前后24h内所造成的降水过程进行了数值模拟,在此基础上,利用模式输出结果,借助位涡理论分析位涡与台风低压流场及降水的关系,并结合对风场、相当位温、相对湿度等诊断量的分布特征分析,探讨了台风强降水的发展和维持机制。结果表明,310K等熵面上高位涡发展演变较好反映了台风低压系统路径移动以及强度变化的过程。暴雨中心主要出现在位涡大值区及其偏东北方向,且位涡气块回旋少动,与暴雨的发展维持密切相关。高位涡区主要位于等熵面坡度和梯度最大处,当等熵面上下贯通,对流层高层的高位涡沿等熵面下传,形成位涡柱时,有利于暴雨增幅。台风环流内水汽充足,上升运动强烈,也有助于此次台风降水强度持续强大。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨，根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现：第1类暴雨往往与对称不稳定有关，第2类暴雨与对流不稳定有关，且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定，降水相对较大；第3、第4类暴雨是稳定性降雨，高层一般不具备惯性不稳定，雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。     

沙澧河流域两场大暴雨过程的对比分析

利用常规观测资料、自动站资料和NCEP1°×1°再分析资料对2007年7月5日和14日沙澧河流域两场大暴雨过程进行了诊断对比分析.结果表明:不同影响系统下产生的大暴雨过程其动力机制有所差异.垂直螺旋度计算结果显示:两次过程700hPa等压面上正垂直螺旋度中心的移向和强度变化与降水落区及趋势变化有很好的对应关系,暴雨区出现在正垂直螺旋度中心移动的前方,对流域大暴雨的落区有一定的指示意义.5日呈现中低层正、高层负的垂直螺旋度配置,动力条件更有利于大暴雨的发生.湿位涡演变分析发现,5日中低层既存在对流不稳定,又存在对称不稳定,有利于垂直对流和倾斜对流发生,造成流域大暴雨.14日中低层大气处于对流稳定状态,但边界层和中层存在对流不稳定,同时中层还存在较强的对称不稳定,垂直涡度得到较大增长,导致上升运动的加强和水汽的垂直输送,有利于降水增幅.     

特殊地形对鄂东北一次局地强降水过程的作用机制分析

基于FNL1°×1°再分析资料和来自国家气象信息中心的区域自动站与CMORPH小时降水融合产品,通过高分辨率的WRF数值模拟,本文重点分析了2015年7月22-24日期间在西南涡东移过程中,受长江中下游特殊地形影响,在鄂东北江汉平原河谷地区诱发生成的一次短时局地强降水天气过程,围绕特殊地形对局地降水增幅的作用机制展开一系列的深入研究,研究结果表明:此次局地强降水过程是在长江中下游特殊的中尺度地形影响下,配合东移西南涡前部偏南暖湿气流的输送,两者共同作用而诱发产生,此次局地降水过程持续时间短,降水增幅显著。之后,通过研究单一地形对局地降水的影响发现,大别山脉作为单一地形的作用效果为提升局地降水增幅,扩大强降水范围;幕阜山脉作为单一地形的作用效果为削弱降水增幅,缩小强降水范围。进一步深入分析上述单一地形影响降水变化的作用机制得出,大别山脉的地形作用有利于局地强降水区附近对流层低层的层结对流不稳定性增强,以及降水区近地面层冷池的维持和增强,有利于提升局地降水的增幅。而与大别山脉对局地降水作用效果不同,就幕阜山脉单一地形而言,地形对偏南暖湿气流的阻挡作用,削弱了局地强降水期间进入降水区的水汽通量,继而对局地降水的增幅有抑制作用。此外通过研究组合地形对局地降水的影响时发现,大别山脉、幕阜山脉、皖南山地,以及幕阜山脉和皖南山地之间的狭窄河谷地形共同构成的类似"喇叭口"地形,其产生的狭管效应,使进入地形区内的偏南气流辐合加强,而幕阜山脉和大别山脉之间的河谷地区,作为偏南气流从幕阜山脉东侧绕流进入江汉平原的重要通道,有效保证了强降水区域内充足的正涡度平流输送,上述有利的地形组合配置对于局地降水发展增强起到了至关重要的作用。     

承德市2015年2月20-21日强降雪成因分析

利用常规观测资料、卫星云图和NECP (1?? 1?)逐6h再分析资料,对承德市2015年2月20～21日强降雪过程环流形势和物理量场进行了分析。结果表明：在此次强降雪过程中,中、低层的西风槽、切变线和地面上东移加强的蒙古气旋构成了有利天气形势,在这些系统的共同作用下不断有干冷空气侵入承德地区与低层西南暖湿气流交汇,持续的西南暖湿气流对此次强降雪的形成和维持至关重要。相对湿度、水汽通量、垂直速度、涡度及垂直螺旋度的分布和演变很好的反映出了此次强降雪过程中物理量场特点：相对湿度和水汽通量的分布说明强降雪区上空湿度较大且有充足的水汽供应,水汽通量的增大与降雪的增强相一致,水汽通量大值中心与强降雪有很好对应关系。强降雪区上空伴有较强上升运动;降雪区上空均为正涡度时最有利于上升运动和降雪;降雪区上空垂直螺旋度均为正或呈"上负下正"的垂直结构均有利于降雪,低层正垂直螺旋度对强降雪变化有很好的指示意义。     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

中国东部极端降水变化特征及其与大气稳定度的关系

利用100°E以东地区通过5%质量控制的392个站逐日降水资料,对近50 a我国东部极端降水变化特征进行分析,并以1948—1976年和1977—2008年为研究子时段,讨论前后两阶段东部地区的大气湿位涡差异及大气稳定度状况。结果表明:我国东部地区极端降水表现出显著的南北差异;北方尤其是华北东部,极端降水量及其所占降水量比例均有下降趋势,而南方尤其是在长江中下游地区二者均呈增加趋势。湿位涡呈"南减北增"的趋势,对流稳定度和斜压稳定度在南方均出现变弱趋势,在北方则增强。大气性质的南北显著变化是我国东部地区极端降水呈"南增北减"分布型的一个重要原因。进一步研究表明,高纬度地区300 hPa层在1976年之后表现为温度负距平场中心,使东部地区高空热力性质产生差异,进而影响了对流稳定度的变化;同时冷中心北侧高层西风分量减小,南侧高层西风风量增大,斜压稳定度相应出现减弱和增强的变化趋势。     

2009年豫南一次强暴雨过程的位涡方程诊断分析

利用中尺度WRF模式、NCEP/NCAR再分析格点资料及常规气象观测资料,对2009年8月28—30日河南省南部一次强暴雨过程进行中尺度数值模拟,借助模式输出的模拟数据计算位势涡度及位势涡度方程收支,并利用位涡收支方程对此次暴雨过程进行诊断分析。结果表明,WRF模式对此次暴雨过程的模拟效果较好,模拟暴雨强度及落区与实况较一致,位势涡度能够较好地反映此次暴雨过程的动力及热力特征。位涡异常高值区与暴雨中心有较好的对应关系,暴雨中心大致位于位涡高值中心东南侧。位涡收支方程中各收支项同样能够反映此次暴雨过程的动力、热力性质。暴雨发展过程中大气中低层位涡局地增加,位涡局地变化大值中心驿应暴雨中心。各收支项中,引起中低层位涡局地变化的贡献主要来源于潜热加热作用、水平平流作用、垂直输送作用及摩擦作用。其中潜热加热与水平平流作用对暴雨中低层正变位涡起正贡献作用,潜热加热作用有利于位涡局地增加,水平平流作用易于低层位涡向流场辐合区聚集,引起局地位涡增加;垂直输送及摩擦作用对中低层位涡变化表现为负贡献作用,垂直作用易于将中低层位涡向高层输送,使得低层位涡减小,高层位涡增加。在摩擦作用下,低层位涡被大量耗散,使得中低层位涡局地减小。