结合“海棠”台风（2005）定量分析非绝热加热对湿 Q 矢量诊断能力的影响

湿Q矢量最大特点就是考虑了非绝热加热作用,各种湿Q矢量差异也主要表现在对非绝热加热计算处理方案的不同.因此,通过比较分析非绝热加热作用,可揭示出不同湿Q矢量之间诊断能力的差异.2005年第5号登陆台风"海棠"在7月19日08时20 H 08时,给福建省东北部及浙江省造成大范围暴雨.WRF模式成功模拟出此次台风暴雨过程.文章将结合"海棠"台风(2005)登陆台风暴雨过程,利用 WRF模式模拟输出的气象要素,通过计算降水场,定量分析了非绝热加热作用及其对湿Q矢量诊断能力的影响.结果表明:(1)对于公包括大尺度凝结加热的非绝热加热作用H1及包括了潜热加热(大尺度凝结加热和对流凝结加热)、感热加热和辐射加热的非绝热加热作用H2来讲,局地变化项的强迫作用较垂直平流项、水平平流项的强迫作用约小1-2个量级,可以忽略不计,垂直平流项的强迫作用是主要成分,对于水平平流项来讲,尽管其强迫作用明显小于垂直平流项的强迫作用,但也明显大于局地变化项的强迫作用,考虑其将更有利于充分反映H1、H2的强迫作用.对于包括非均匀饱和大气中潜热加热的H3来讲,水平平流项与垂直平流项的强迫作用相当,均为主要成分,而局地变化项的强迫作用为次要成分且不容忽视,对其考虑将有助于全面描述H2的强迫作用.(2)非绝热加热作用H1、H2以及H3强迫产生的24 h累积降水场具有相似的水平分佰特征,三者强迫产生的逐时雨量随时间演变特征也非常相似,这表明水汽凝结潜热是非绝热加热作用的主要成分.(3)进一步结合模拟降水场分析表明,相对于H1强迫产生的降水场来讲,H2与H3强迫产生的降水场更接近模拟结果,这揭示出包含H2的湿Q矢量与包含H2的湿Q矢量诊断能力相近,且对降水反映能力较包含H1的湿Q矢量诊断能力强.(4)不同湿Q矢量各自有其自身诊断特点,根据不同研究目的的需要,可有针对性的选取相应的湿Q矢量来作为研究工具.如需要具体、细敛分析水汽潜热的强迫作用,可以选朋包含H1、H3的湿Q矢量,如仅需考虑总的湿Q矢量强迫作用,则可以直接选用包含H2的湿矢量.     

Rossby波的下游效应引发我国高影响天气的分析

对近几年和历史上著名的深槽型暴雨及台风暴雨的分析表明,欧亚高空急流中Rossby波能量频散而产生的下游发展效应,对东亚高空槽的形成与发展、登陆台风的路径与长生命史有重要的影响。如果沿急流传播的Rossby波能量使110°E附近形成深厚的低压系统或使原有西风槽发展加深,天气尺度强迫产生强上升运动则非常有利于中国东部出现暴雨过程。而当欧亚中高纬Rossby波活动的下游效应导致在40°N附近东亚地区对流层中、高层形成闭合高压,同时有西太平洋台风或热带风暴登陆中国,受大尺度环流场引导气流的影响,台风往往取西行或西北行路径。如果同时来自海上的季风涌强烈,将延长台风环流系统的生命史,产生大范围致洪暴雨。目前业务上使用的全球数值预报模式对Rossby波列的下游发展效应有一定的中期预报能力,建议在日常业务预报中关注亚洲高空急流中Rossby波能量传播过程中大形势的突变与调整。Hovmller图分析方法,是分析Rossby波列下游发展效应的一个简单、直观和有效的工具,可应用于日常业务预报分析中。     

2007年淮河流域暴雨期间大气环流特征分析

利用NCAR/NCEP再分析资料及国家气象信息中心30年气候平均降水资料,通过动力诊断与分析手段研究了2007年6—7月发生在我国淮河流域的暴雨。结果表明,淮河流域的环流垂直结构和降水有着非常好的对应关系。暴雨期间,鄂霍茨克海阻高与乌拉尔山阻高这种双阻高形势对于淮河流域的持续降水提供了很好的条件;南亚高压高层(200 hPa)基本为正散度区,低层(850 hPa)为负散度区,上下层强烈的抽吸结构对暴雨的发生也是非常有利的条件,同时,在淮河暴雨期问,南亚高压(200 hPa)与500 hPa西太平洋副热带高压有着相向而行的移动路径;位涡对于分析冷空气的活动,有着比较清晰的意义,暴雨发生前,有明显的正位涡异常从高纬度向低纬度伸展。大气非绝热加热分析结果显示,视热源和视水汽汇两者的高值中心与相应时段暴雨中心位置一致。     

滁州地区不同类型特大暴雨过程的对比分析

利用常规探测资料、多普勒雷达资料和NCEP 1°×1°的再分析资料对安徽省滁州地区2008年8月1日减弱台风特大暴雨(简称"0808"过程)和2003年7月5日梅雨期特大暴雨(简称"0307"过程)进行了诊断对比分析。结果表明:超低空急流的增强对暴雨尤其是夜间暴雨的形成有提示作用;两次过程中都有次级环流的存在,作用方式有所不同,对高低空系统都有加强作用;其中"0808"过程中减弱台风携带的大量水汽对特大暴雨产生有重要作用,不需要很强的水汽输送就能产生强降水;特大暴雨强的水汽辐合中心都位于边界层内;冷空气的侵入对特大暴雨有重要作用;长时间降水回波的停滞是"0307"过程的主要原因。由强风暴造成的对流降水是"0808"过程在多普勒雷达产品上的主要特征。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

黄土高原低值对流有效位能区中β尺度大暴雨综合分析

为了提高对黄土高原中β尺度暴雨的预报和预警能力,利用中国气象局气象资料综合处理MICAPS系统提供的资料及多普勒雷达资料,对2007年8月28日黄土高原在低值对流有效位能区发生的一次中β尺度暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析以及三维流场结构分析。结果表明:这次黄土高原中β尺度大暴雨主要是由3次中β尺度强对流单体活动造成的;地面风速脉动、地面能量比高值舌配合上下游能量比大梯度区的生成,是中β尺度暴雨触发机制之一;对流层低层倾斜涡度的发展、纬向双次级环流圈的形成,为暴雨的发生、发展和维持提供了动力机制;列车效应是形成降水时间长、累积雨量大的重要因素;在多普勒雷达径向速度场上看到,暴雨区上游从对流层中层到对流层高层气旋性环流的发展和暴雨区对流层中高层西南急流的发展和稳定,也是形成暴雨的动力机制之一。     

LAPS分析场资料在暴雨中尺度分析中的应用

利用常规地面探测、高密度自动雨量站、高空探测资料,并且融合多普勒雷达拼图产品,LAPS可输出比较精细的分析场。针对2008年6月21～22日一次暴雨天气过程,基于LAPS不同时空分辨率的中尺度分析场,分析了雷达回波、风场、高度场以及物理量场,比较不同时空分辨率LAPS分析场之间的差异。结果表明:(1)此次强降水过程可划分为2个阶段。第一阶段雨量集中在沿淮地区,呈纬向带状分布;第二阶段集中在大别山地区,其雨强更大,是中尺度局地性降水。(2)大别山区的地形抬升对低涡增强或减弱的演变具有重要影响,是低涡增强、发展的触发机制。当低涡接近大别山区时,低涡明显加强;当低涡逐渐远离大别山区时,低涡则减弱。(3)第一阶段有风的切变线,第二阶段有风的辐合,说明风场的辐合和切变促进云和降水的发生、发展,因此它们是产生暴雨的触发条件。(4)高分辨率的LAPS结果对于风场和云的变化刻画地更为细致。雷达回波发生在风的切变线处,或者风场辐合处;大别山区暴雨过程中,在其西侧有闭合性的涡旋,低涡缓慢东移,回波位于涡旋东侧,强降水发生在低涡东侧。(5)K指数、沙氏指数、整层可降水量与这次大别山地区暴雨过程具有较好的对应关系,与暴雨落区基本相同。这些指数在暴雨落区预报与应用方面具有一定参考价值。     

对流层中上层干空气对“碧利斯”台风暴雨的影响

利用2006年7月14—15日的NECP／NCAR全球1°×1°再分析、站点降水和探空资料,研究了对流层中上层干空气对“碧利斯”台风造成的湖南暴雨的影响。结果表明,暴雨发生前对流层中上层500～200hPa有大片相对湿度低的干区,暴雨发生后干区减弱消失。干区与不稳定能量之间有一定的对应关系。受东风气流影响,干区向偏西方向移动;较强的水汽垂直输送也有利于暴雨发生前雨区上空干空气的减弱。敏感性试验证明对流层中上层干空气对不稳定能量有一定的积累作用;在增强干空气相对湿度的情况下,干空气的减弱对降水量的减少有一定影响。     

“碧利斯”引发湘东南特大暴雨的多普勒雷达回波特征分析

利用广东韶关多普勒天气雷达资料分析了2006年7月14—17日因受强热带风暴“碧利斯”影响湘东南发生的特大暴雨过程的回波特征及中小尺度系统。结果表明,“碧利斯”回波经历了初始发展、螺旋带状、弥合、减弱消失阶段,其路径经历了自东北向西南进入、绕雷达站旋转、由西南向东北方向移出三个阶段：“列车效应”是造成该特大暴雨的主要回波特征。多普勒速度图上,“逆风区”存在时间较短,对流层中层不连续中小尺度“大风核”造成有组织的次级环流可能是“列车效应”形成和维持的主要原因之一。谱宽图上,“碧利斯”在低层具有较大的谱宽值;在强回波带上,中层十分均匀,表明“碧利斯”过程低层由于受地形磨擦作用湍流活动很强,中层平稳的大风急流也是过程长时间维持的主要原因之一。     

宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析

利用自动站、闪电定位信息、多普勒雷达、卫星黑体亮温等气象资料,对2008年7月18日夜间宁夏石炭井的短时暴雨天气进行了分析。结果表明：此次单站短时暴雨是在“西高东低”的环流背景下,受东北冷涡后部横槽和低值系统影响,由两个相对较强的对流单体先后影响而后合并维持造成的。中尺度对流系统在宁夏北部持续时间近6h,云项亮温梯度最大值维持在石炭并一带;对应3次强降水时段,雷达回波强度、回波顶高、VIL出现了3次峰值,径向速度出现了气旋式辐合和逆风区结构,逆风区出现时间较强降水出现提前了20～30min,与强降水的发生、发展和减弱有较好的对应关系;闪电发生高密度区位于降水中心前缘,闪电频率突然增大时间较强降水出现超前1h。