1980—2012年5—9月川渝盆地小时强降水特征研究

利用四川和重庆123个气象观测站1980—2012年小时降水资料,分析川渝地区主汛期5—9月小时强降水频次、强度和持续性等时间演变和空间分布特征。结果表明,≥20、≥30和≥50 mm·h-1三种强度阈值强降水时间演变上,1980—2012年年际和日变化具有较好的一致性,三种强降水年平均频次分别为504、184和28次。≥20 mm·h-1 强降水空间分布上,在山地地形动力辐合抬升,以及盆地西部较大的地形梯度作用下,≥20 mm·h-1强降水高频次区主要分布于盆地西北部的龙山山脉、西南部雅安及乐山周围与盆地过渡区。≥20 mm·h-1强降水频次的日峰值空间分布上,盆地南部主要出现在20:00—01:00（北京时,下同）,而盆地中部、北部和东部主要在02:00—07:00。持续不同小时时间尺度的强降水事件日变化上,具有双峰型结构,午后为第一个降水峰值,20:00至第二天07:00为第二个峰值,白天多为短时间（2~6 h）强降水事件,而傍晚开始至第二天清晨,持续2~18 h强降水事件均有发生。不同开始时间强降水事件的强度与频次和降水量具有一致性的日变化特征,呈现单峰型结构,峰值主要发生在18:00—06:00,且不同开始时间事件频次和降水量空间分布上,白天（09:00—20:00）相对于夜间（21:00—08:00）偏小,即夜间强降水事件特征表现明显。     

一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3~6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。

     

天气雷达定量降水估测不同校准方法的比较与应用

利用天气雷达联合地面雨量计定量降水估测的局地平均校准法和局地分级平均校准法,分布估计2012年7月21日20:00至22日01:00 BT重庆市荣昌县及附近的降水。结果表明,局地分级平均校准法较局地平均校准法对强降水的估测效果好,同时两种方法的降水估测效果均与所取的局地校准半径大小有关。对降水分布及洪水灾情的分析表明,降水分布与河网的结合是进行中小河流洪水气象风险预报的重要着眼点。     

WRF模式边界层参数化方案对川渝盆地西南涡降水模拟的影响

应用WRF v4.0模式五种边界层参数化方案（YSU、MYJ、MYNN2、ACM2和SH）,对2016 年汛期（5～9月）在川渝盆地东部造成暴雨的所有西南涡过程进行了数值模拟,检验评估了它们对各量级降水的预报能力,并基于加密的L波段秒级探空资料对比分析了模拟与实况边界层结构的差异,结合各方案对湍流运动的算法特点探讨了其差异的原因,最后对ACM2方案进行了湍流强度调整,由此改善其对于川渝盆地边界层与西南涡降水的模拟能力。结果表明:ACM2和YSU方案TS评分表现较好,相对其它方案ACM2空报较少,这种可以根据周围环境的稳定性切换局地或非局地算法的方案更适合于盆地西南涡降水模拟,但边界层方案对西南涡降水的空报都较普遍,尤以大量级降水更明显;精细的探空资料进一步表明,所有方案模拟的白天边界层高度都偏高,湍流混合强度都偏强。通过参数调整而降低混合强度的ACM2方案,模拟的边界层温湿结构则更符合实际观测,其边界层下部温度更低、湿度更高,减少了大量级降水的空报,使盆地西南涡降水模拟有一定改善;边界层参数化方案对西南涡模拟的差别主要体现为不同的西南涡位置与降水强度,但归根到底都源于方案的局地或非局地特性、不同的混合强度这两方面原因。因此,根据不同特定区域下垫面环境与气候状况合理选择方案的特性和混合强度是准确模拟边界层结构及其降水过程的关键。     

琼江两次洪水过程的水文气象分析

对2012年7月3—5日和2013年6月30日至7月1日四川盆地东南部四川省和重庆市交界处的琼江流域两次洪水过程的水文气象条件进行了分析。利用数字高程模型DEM提取了琼江流域的河网分布和河道距离出口的分布,结合标准化时间距离方法客观地反映了降水（尤其是强降水）的时空分布情况。SWAN输出的组合反射率因子拼图表明两次琼江流域的强降水均由多段强降水雨带导致,对流系统多在右岸支流源头新生,移向与河流流向一致,在干流产生洪水的叠加效应。由于“6．30”过程中强回波几乎覆盖整个琼江流域长达约16 h,导致严重的洪水叠加效应,洪水漫过原有河道形成大面积滞洪区,洪水行至下游河段回归河槽时,加之河道收窄,造成下游水文站洪峰时间滞后。     

重庆一次弱天气系统强迫下的极端短时强降水事件分析

利用常规观测、多普勒雷达、FY-2F卫星、加密自动站等数据和ERA-Interim0.125°× 0.125。再分析资料,对2019年4月19日重庆极端短时强降水事件的环境条件和发展机制进行了分析。结果表明:在天气尺度垂直运动较弱的背景下,此事件由准静止的β中尺度对流系统(MβCS)形成。对流发展前本地水汽充足,"上干下湿"的层结不稳定特征显著。对流发生发展于云贵高原向四川盆地过渡的綦江河谷附近,河谷三面环山,地势由西南向东北倾斜。γ中尺度对流从河谷南侧下山增强,导致河谷内的局地强降水和冷池。冷池与河谷东坡上暖湿气团间的强中尺度水平温度梯度,有利于近地面西南风加速向东侧山体辐合,促使已移至河谷内的γ中尺度对流向东坡移动并加强为一个孤立的MβCS。受冷池的持续增强、东侧地形的阻挡、两个γ中尺度对流的并入和弱环境气流引导的共同影响,MβCS得以较长时间维持并影响同一局地区域,导致綦江、万盛局地发生极端短时强降水。     

四川盆地一次西南涡作用下大暴雨过程的短时强降水分析

利用常规地面、高空观测资料、自动站资料、NCEP1°×1°再分析资料和新一代多普勒天气雷达观测资料,分析2015年8月16—18日四川盆地持续性大暴雨过程,给出了此次大暴雨过程不同阈值短时强降水的时空分布特征,研究此次大暴雨过程中造成短时强降水的成因。结果表明:螺旋度的变化对短时强降水有指示作用,螺旋度等值线密集(稀疏),短时强降水增强(减弱)。水汽收支方程中,水汽通量散度项为短时强降水的发生提供了主要的水汽来源。永川雷达反演的风场上具有明显的低空急流、低层辐合,以及局地气旋性涡旋的中小尺度环流特征。通过对比分析发生在2013年6月30日的相似大暴雨过程,发现两次过程的关键影响系统均是西南涡。"8·17"大暴雨过程低涡前部偏南暖湿急流及低涡后部东北冷流均显著,是斜压锋生类短时强降水";6·30"大暴雨过程低涡前侧偏南暖湿急流显著,暖平流建立的不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。雷达特征显示"8·17"过程强反射率因子面积小,回波质心发展较高,有明显的辐合特征";6·30"过程强反射率因子面积大,回波质心发展低,并伴有中气旋活动。     

基于相似天气现象的重庆市逐时气温预报技术研究

利用重庆市2003—2017年34个国家级气象观测站的逐时降水和逐时温度资料,建立了一种基于未来24 h日最高、最低气温和天气现象预报值的逐时气温预报模型。该模型通过搜寻与未来24 h预报值相似的历史天气现象下的气温时间序列,预报给定站点未来1 d的逐时气温。然后运用结合了高程的反距离加权插值法,得到重庆市0.125°×0.125°分辨率逐时气温网格预报产品。2018年逐时气温预报产品的检验结果表明,整体上国家级站点绝对误差≤2℃的逐时气温预报准确率为79.73%～91.40%,均值为87.12%;10月—次年2月的准确率好于3—9月,8月较差。该模型的预报性能在无雨时稳定,有雨时在地形复杂且易出现强降水的重庆东北部地区略差。重庆西部、中部的大部以及东北部偏西地区的网格产品预报准确率较高,而偏南局地山区和偏东部分山区的准确率较低。总体上该方法预报效果较好,预报性能稳定。     

Analysis of Deep Convective Towers in a Southwest-Vortex Rainstorm Event

The structure and organization of the extreme-rain-producing deep convection towers and their roles in the formation of a southwest vortex(SWV) event are studied using the intensified surface rainfall observations, weather radar data and numerical simulations from a high-resolution convection-allowing model. The deep convection towers occurred prior to the emergence of SWV and throughout its onset and development stages. They largely resemble the vortical hot tower(VHT) commonly seen in typhoons or hurricanes and are thus considered as a special type of VHT(sVHT). Each sVHT presented a vorticity dipole structure, with the upward motion not superpose the positive vorticity.A positive feedback process in the SWV helped the organization of sVHTs, which in turn strengthened the initial disturbance and development of SWV. The meso-γ-scale large-value areas of positive relative vorticity in the mid-toupper troposphere were largely induced by the diabatic heating and tilting. The strong mid-level convergence was attributed to the mid-level vortex enhancement. The low-level vortex intensification was mainly due to low-level convergence and the stretching of upward flow. The meso-α-scale large-value areas of positive relative vorticity in the low-level could expand up to about 400 hPa, and gradually weakened with time and height due to the decaying low-level convergence and vertical stretching in the matured SWV. As the SWV matured, two secondary circulations were formed,with a weaker mean radial inflow than the outflow and elevated to 300-400 hPa.     

“6·30”川渝特大暴雨过程中西南低涡发展机制模拟分析

利用地面加密自动站、NCEP(1°×1°)再分析及WRF-ARW数值模拟资料,对造成2013年6月29日至7月1日川渝地区特大暴雨过程的西南低涡的演变特征及热动力机制进行了诊断分析。此次特大暴雨过程分为三个阶段,其中与西南低涡发展相关的第二阶段为主要降雨时段。结果表明:(1)西南低涡生成后,呈现增强-减弱-再次增强的波动性演变特征,在6月30日上午和夜间分别经历了两次显著的涡度发展过程,并在第二次发展过程中达到最强。(2)低空辐合是西南低涡最主要的涡源,由低空辐合导致的正涡度增加近乎贯穿于整个西南低涡的生命史。在西南低涡的第二次发展过程中,中层辐合和涡度的垂直输送显著增强,也是西南低涡的重要涡源。(3)负值非平衡动力强迫激发了低空辐合的增长,在非平衡动力强迫的各项中,位势高度的拉普拉斯项为非平衡动力强迫提供了主要的负贡献来源。(4)非绝热加热先于西南低涡而增强,两者间的正反馈作用可能是西南低涡波动性发展的重要机制。在关闭了微物理过程中的潜热和地面潜热及感热通量的敏感性试验中,西南低涡及降雨的模拟均有不同程度的减弱。