台风“利奇马”引发山东极端降水过程分析

利用NCEP-GFS再分析资料,对2019年1909号台风“利奇马”8月10-11日在山东产生极端强降水过程展开分析,并与相似路径台风“安比”进行对比,结果表明:强辐合区和急流的长期维持是极端强降水的直接原因。风场和温度场的不对称性有利于暖湿气流在山东中部长期维持。冷暖平流在山东中部即台风倒槽处交汇,导致台风倒槽内锋生函数的大值区长期维持。冷空气从台风的西侧和南侧侵入,并没有很快破坏台风东北侧气流的暖湿特性。水汽图像能直观地反映出冷空气向东侵入的连续过程。850 hPa水汽通量强辐合区集中在山东中部,为极端降水的出现提供水汽条件。相似路径台风“安比”风场辐合中心强度、锋生强度、水汽通量辐合中心强度远不及“利奇马”的强度,这些都导致类似“安比”的一般台风过程造成山东的降水强度远弱于“利奇马”造成的降水强度。

东南风低空急流影响“21·7”郑州市极端暴雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋(Tropical Cyclone,TC)最佳路径数据、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,NCEP)最终分析格点资料(Final Analysis,FNL)及常规观测数据等,分析了2021年7月郑州极端暴雨过程的特征机理。结果表明:(1)两个TC同时远距离输送大量水汽,东南风低空急流与强降水关系密切。当东南风急流北上到太原、邢台等站后郑州市暴雨减弱。郑州市6 h降水超过62.5 mm站点数目增减与850 hPa地转偏差数值变化趋势一致。(2) 20日白天郑州站极端降水发生前,从850 hPa经500 hPa至200 hPa风向从东南风顺转为西南风。200 hPa与850 hPa水平风的垂直切变(Vertical Wind Shear,VWS)从最大值开始减小、可降水量(Precipitable Water Vapor,PWV)明显加大、不稳定程度减小,这些都是极端暴雨发生的有利条件。极端暴雨具有明显的湿对流特点。(3)纬、经向风变率诊断表明,最有利于郑州市850 hPa东风维持的因子是地转偏差,最有利于南风加大的因子是动量平流。动量对流促使郑州市暴雨过程850 hPa南风减小,故动量上、下传递并非850 hPa南风加大原因。

东北冷涡背景下两次强降水干侵入特征对比分析

东北冷涡背景下的强对流天气具有局地性强、预报难度大的特点,冷空气的入侵往往对强对流天气的触发具有指示性意义。本文利用加密自动气象站地面观测数据、欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5(ECMWF Reanalysis v5)再分析资料及风廓线雷达资料,分析2016年6月30日和2020年8月3日2次冷涡强降水天气的形势及动力、热力特点,重点对比分析了2次过程的干侵入特征。这2次强降水过程地面均为蒙古气旋配合,从地面至高空动力条件较好。降水发生前,上午天空晴好,对流层中高层有冷空气渗透,近地层湿度大,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结。强降水发生前,中层干区自西向东侵入,高层高位涡区向下伸展,增强对流不稳定发展,中层位涡接近1×10^(-6)m^(2)·K·s^(-1)·kg^(-1)可以作为进入强降水时段的指标。干侵入指数呈偶极分布特征,可反映干冷空气和暖湿空气的相互作用,暴雨常发生在干侵入指数的密集带。当中高层干侵入指数正值区向中低层发展时,触发不稳定能量的释放,干侵入指数对强降水的落区及暴雨的增幅有较好的指示意义。

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°×再分析以及GDAS等资料,对2021年10月2—7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明:稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利的动力和水汽条件。强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2个阶段水汽输送通道的源地、路径、高度存在明显差异,但水汽输送贡献率均为对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用对局地极端强降水有增幅作用。

宁夏两次夏季典型暴雨过程成因对比分析

利用自动气象站站点实况和ECMWF ERA5的逐时再分析资料,通过环流分析和物理量诊断方法,对比了2017年6月4日和2019年8月2日宁夏区域性暴雨强降水区域、环流背景、影响系统和物理量因子的共性和差异。结果表明:后者累积降水量和最大小时雨强均比前者大;2017年6月4日,宁夏处于东高西低的环流形势中,强降水出现在低空急流的左前方、低空切变线的右前方(即宁夏中北部),稳定维持的地面中尺度辐合线触发了局地强降水;2019年8月2日暴雨过程出现在宁夏南北两头,是两槽一脊环流背景下,由500 hPa冷涡、冷槽和700 hPa低槽、切变、低空急流共同造成,是一次典型的强对流单体导致的暴雨过程;2019年8月2日短时强降水过程比湿、CAPE、ZH 0℃高度、-20℃层高度数值较大;两次短时强降水过程沙氏指数为正;2017年6月4日LI为正值,2019年8月2日LI为负值;2017年6月4日850 hPa与500 hPa假相当位温差为负值,2019年8月2日为正值;二者200 hPa、700 hPa为辐散,850 hPa为辐合,2019年8月2日200 hPa辐散中心强度大于2017年6月4日,而700 hPa辐散中心强度和850 hPa辐合中心强度反之。

台风“美莎克”对黑龙江的影响及其非对称结构特征

使用常规观测资料及ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料,对2009号台风“美莎克”进行分析。结果表明:此次过程,副热带高压异常强大,位置偏北,并与北侧阻高合并形成高压坝阻挡;“美莎克”沿副高外围北上与中纬度低涡及冷空气相互作用,变性后斜压性明显加大,低涡增强;“美莎克”携带大量水汽,同时中低空急流将海上水汽持续向黑龙江输送,并在黑龙江强烈辐合,形成强的水汽辐合区和水汽辐合带;高低空急流耦合构成强的垂直环流,对应非常强的垂直上升速度;副热带高压向西北伸展,高空引导气流和热成风方向转为西北-东南向,促使“美莎克”登陆后向西北移动,穿过黑龙江,是黑龙江出现大暴雨的主要原因。分析台风中心涡度、散度、垂直速度、位温、湿位涡等物理量的三维结构变化,认识台风在北上登陆中的变性过程以及降水出现非对称结构的原因。

CMA-GFS对一次强降水过程预报评估及诊断改进

2022年6月6~10日我国江淮-华南地区发生一次大范围强降水过程,造成重大洪涝灾害。强降水发生在850 hPa切变线附近,当切变线南压至华南地区时,配合西南暖湿气流,造成华南地区大暴雨降水。利用ERA5再分析数据及降水融合产品,评估了中国气象局全球同化预报系统(CMA-GFS)对此次过程的预报效果,诊断了预报偏差来源,进行了针对性敏感试验。结果表明:CMA-GFS对影响此次雨带位置和移动的南亚高压脊线移动、副高范围变化趋势以及850 hPa切变线移动预报与再分析结果一致,因此对雨带位置和移动趋势预报效果较好,但存在切变线降水偏弱,福建东部沿海、广东北部及广西中部的分散性大暴雨漏报,广东北部雨带偏北及暖区暴雨漏报问题;偏差诊断显示,CMA-GFS对切变线北侧风速预报偏弱3~8 m/s,广西、广东中北部水汽辐合偏弱2×10^(-5)~5×10^(-5)g/(m^(2)·Pa·s),导致切变线降水偏弱,南侧南风分量偏强3~5 m/s导致广东北部雨带偏北约60 km,华南沿海850 hPa急流偏弱4~6 m/s,暖区水汽输送偏少4~10 g/(cm·hPa·s),导致暖区暴雨漏报;采用美国全球预报系统(NCEP-GFS)分析场初始化明显改善了雨带位置预报,采用WSM6云微物理方案及收紧积云对流参数化方案中对流触发条件改善了切变线降水中心位置和量级预报,暖区降水量级也由小到中雨增强至中到大雨。

2022年夏季西北干旱区一次持续性高温的成因分析

利用站点资料和高分辨率再分析资料,对2022年西北干旱区夏季一次持续性高温天气进行诊断分析,并对高温的贡献因子作定量估计。研究结果表明:(1)研究区内高温达2092个站次,主要分布在西北干旱区偏北区域,其中108个站最高温突破近40年历史极值,98个站高温持续日数超过10天,均属历史罕见。(2)此次高温过程影响范围广,持续时间长。高温持续期,南亚高压中心位置较同期偏北,强度较同期偏强。过程前期受中高层暖脊影响,在过渡期暖脊东移,大陆高压逐渐东伸,后期大陆高压发展强盛,并向东延伸与西伸的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)相互连通,影响西北区大部分区域。西北区境内水汽辐散偏强,不易形成降水,同时下沉气流异常偏强,高层空气下沉增温,有利于高温天气的发展与维持。(3)无论是过程前期还是后期,温度平流项在升温过程中贡献较小,而垂直输送项和非绝热加热项均是影响极端高温天气的关键因子,从影响因子类别角度,过程前期以动力因子贡献为主,形成稳定热穹顶后,在过程后期以热力贡献占主导地位。

滇南一次暖区暴雨过程的雷达反演风场分析

利用自动气象站资料、ERA5再分析资料、探空资料和CINRAD/CC普洱天气雷达数据等多源资料,对2020年8月7日滇南大暴雨过程进行天气尺度和中小尺度系统综合分析.结果表明:①此次强降水是典型的暖区暴雨过程;②500 hPa东风波和700 hPa低涡系统是主要的影响系统,200 hPa高空辐散特征加强了低层系统的发展;③本次过程发生在高湿、高能、强垂直运动的大气环境背景下,孟加拉湾低压为滇南局地强降水提供充足的水汽,水汽通量散度强度达-4.6×10^(-6) g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1);副高在滇南地区向北凹陷有利于不稳定能量积累,∑θ_(se)≥260℃的区域与地面6 h强降水落区对应一致;特大暴雨发生期间伴随有能量和强暖平流输送;④中尺度对流系统生命史完整且漫长,回波原地生消,中心稳定少动,“列车效应”明显,低质心暖云回波贡献了短时高效的降水,导致地面降水持续时间长、强度大、落区局地性强;对流发展旺盛阶段存在明显小尺度次级环流和水平气旋式辐合,二者投影位置一致,呈现出对流系统三维立体运动特征;地面投影附近集中出现20 mm·h^(-1)以上短时强降水,最大78.6 mm·h^(-1);⑤滇南地形对东(抬升)、西(降低)两股气流截然不同的影响加剧了辐合区垂直运动发展,在“喇叭口”地形隔挡下两股气流长时间交汇对峙,为特大暴雨的形成提供了有利的地形条件.

达州一次持续性雾霾过程特征及成因分析

利用达州污染物浓度资料,结合常规气象观测资料和ERA5再分析资料,分析2023年1月达州一次持续雾霾的特征和成因。结果表明:(1)前期高空纬向环流、低层弱暖平流和地面均压场的配置为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景;后期南支槽活跃,水汽条件转好,出现弱降水,有利大雾或浓雾维持及污染物累积,霾减弱消失。(2)边界层逆温是本次雾霾过程的重要特征,雾霾的形成和维持与逆温强度(尤其是双层强逆温)呈正相关;湿层厚度大有利于大雾或浓雾维持及污染物颗粒吸湿增长,但不利于霾维持。(3)弱风条件、低层弱的负涡度(或0涡度)和边界层微弱的湍流运动均有利于雾霾的形成和维持。

一次TS型线状对流不同阶段LMI闪电特征分析

以2019年一次尾随层状(TS)型线状对流为研究个例,利用FY-4A闪电成像仪(LMI)观测资料、雷达组合反射率因子资料、地基闪电定位(ADTD)观测资料、FY-4A云顶亮温(TBB)资料和其他常规观测资料,对比分析LMI闪电数据在TS型线状对流3个不同演变阶段的数据可靠性及观测特征。结果表明:TS型线状对流不同演变阶段LMI观测的闪电具有一定的时空连续性,其分布与ADTD的闪电分布总体一致;对流发展阶段,LMI闪电位置略超前于TS型线状对流前导对流线,对未来0~1 h对流发展具有提前指示意义;对流成熟阶段,LMI观测的闪电与前导对流线位置较为一致,对线状对流发展具有监测意义;对流减弱阶段,LMI闪电一部分位于减弱的前导对流线中,另一部分位于其后侧尾随的积层混合云中。给出TS型线状对流不同演变阶段LMI闪电特征模型图,为LMI闪电产品在对流天气监测预警中的应用提供一定参考。

副热带高压内部台风远距离暴雨特征和机制个例分析

为了提高对副高内部台风远距离暴雨特征和机制的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,对2018年台风“山竹”在副高内部引发的一次远距离暴雨过程进行分析。结果表明:①这次暴雨发生在500 hPa副高内部高温、高湿、高能的强对流不稳定环境中,暴雨区位于低层台风倒槽北端、偏南气流风速辐合区和高空急流入口区右侧。②低层暖湿平流提供了充足的水汽和能量,促使对流不稳定层结发展和维持;高层强辐散耦合低层辐合形成强烈上升运动,为暴雨提供有利动力条件。③中尺度对流系统有3个演变阶段:带状对流组织和建立、对流带北移南侧超级单体发展和移动、北部对流减弱南部对流带新建发展,造成了两个阶段的极端短时强降水(100 mm/h以上)。④低层华北高压先后与台风倒槽、海上高压结合,增强了低层辐合并维持了切变线(地面辐合线),利于对流的发展和维持。台风倒槽是初始对流带的触发和组织者,雷暴冷池出流是超级单体发展移动的关键因素。⑤高空急流的辐散抽吸强迫中层辐合,正涡度和低槽发展,暴雨区垂直风切变增强,利于南部对流带发展。当低纬度有台风活动时,500 hPa副高内部低层有台风倒槽,台风倒槽北端的辐合区是远距离暴雨预报的着眼点。

山东半岛一次典型冷流暴雪的粒子谱特征分析

为深入研究山东半岛冷流暴雪微物理特征及变化,利用激光降水现象仪(OTT Parsivel)、多普勒天气雷达和常规气象观测资料,对2020年初冬山东半岛一次东北冷涡后强冷空气造成的暴雪过程的雪粒子谱特征进行了分析。结果表明:(1)本次暴雪过程中,渤海上空850 hPa温度为-16℃,大连到山东半岛为北风与偏西风的辐合,强降雪发生在对流不稳定的大气层结中。(2)降雪粒子谱呈多峰分布,强降雪过程的初始发展、稳定和消散阶段,及一个强降雪对流系统的生成发展、成熟和消散阶段,雪粒子谱均有不同。雪粒子Gamma谱三参数特征:形状因子μ在零线附近波动,斜率参数λ小于1.0 mm^(-1),lgN0为3 m-3·mm^(-1-μ)左右。(3)强降雪时,多个数浓度中心对应的雪粒子下落末速度均在1.0 m·s^(-1)以下,最大雪粒子数浓度的峰值下落末速度为0.55 m·s^(-1)。在直径1.0 mm左右时,浓度大的雪粒子的下落末速度存在峰值,其贴近未结霜雪粒子速度曲线,说明冷流降雪的多数雪粒子不易结霜,以干雪为主。雪粒子以密凇附的枝状和聚并的板状两种类型为主,两种类型雪粒子下落末速度V和粒子直径D的关系系数和指数分别为0.62和0.33及0.69和0.41,拟合关系分别为V=0.62D^(0.33)和V=0.69D^(0.41)。

2020年7月一场梅雨暴雨的异常空间分布及形成机制

利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料,研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明,强降水主雨带在长江下游呈纬向分布,与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层大气环流出现“两脊一槽”的异常大气环流型,南亚高压主体强盛东伸,副高西北侧水汽通道持续维持,为暴雨的形成和维持提供了有利环流背景。17—18日高空西风急流呈纬向分布、副高控制华南、低空西南急流持续加强并东移;19日高空西风急流转为“V”型分布,江淮气旋形成,长江中下游位于高空急流入口区南侧、副高的西北侧和低空西南急流出口区北侧。“两脊一槽”和“V”型大气环流配置结构使得上层的“抽吸”作用和下层的抬升活动相重叠,伴有江淮气旋的辐合作用,导致强烈的上升运动,易产生大暴雨。过程内高低空急流和副高位置和形态的变化是暴雨空间分布出现变化的主要原因。诊断结果显示,热力因子对抬升活动起主要作用,位涡垂直输送和非绝热加热随气压变化项均有利于位涡增强,假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的峰值、强上升运动和位涡高值区与强降水中心重合为本次大暴雨形成提供了有利的热力与动力条件。假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的谷值具有较好前期预报指示意义。

山东一次春季冷空气10级大风的天气成因

2020年3月18日中午至夜间,山西、河北、北京、天津和山东等地先后出现阵风10级及以上强风天气。利用风廓线雷达、国家级地面气象观测站和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)第五代大气再分析数据(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)等资料,对强风过程的天气学成因进行了分析。结果表明:强风发生在低空暖脊异常发展的热力环境条件下,冷锋自黄土高原下到华北平原,中层锋消,垂直方向上发生“断裂”,低层冷锋先行侵入热低压,在锋生过程中发生。强风具有显著的非地转瞬变特征,低层强冷平流是强变压梯度产生的主要因素,变压风叠加在快速移动的冷锋系统中诱发大风,变压风是重要组成部分;低空动量下传效应引起低层风速波动,但不足以直接诱发强风。

建德一次多条雷暴回波短带的闪电特征分析

为了进一步分析雷暴回波带与雷暴及闪电活动的关系,文章使用雷达拼图资料和闪电资料,对2024-04-02湖南、江西、浙江一带的多条雷暴回波短带及其闪电特征进行分析。结果表明:多条雷暴回波带发生在冷空气南下和西南倒槽中,东北西南走向辐合线上,短带回波最大强度达到65~70 dBZ;1 h雷电分布在湖南、江西、浙江一带,雷电分布带位置与雷暴回波带位置一致;雷暴聚类团移到建德上空,建德出现较密集的雷电天气。密切监视雷暴回波短带的移动有利于把握雷电的活动规律。

2023年和2005年山东两次极端海效应暴雪的对比

利用常规气象观测资料、降水天气现象仪资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料等对2023年12月山东半岛的海效应特大暴雪和2005年12月持续性海效应强降雪过程的高空形势、海气温差、低层切变线、大气水凝物等进行了综合分析。结果表明:(1)亚欧大陆强大的经向高压脊和脊前冷涡环流是发生海效应暴雪的大尺度环流背景。2005年高压脊宽广、稳定少动是海效应强降雪持续时间长的主要原因,2023年高压脊、冷涡的经向特征更加显著,冷空气爆发力强。(2)2005、2023年渤海海面温度较常年偏高;2023年偏高2.5℃的范围更广,12月20—21日海气温差超过30℃。(3)出现暴雪时,山东半岛北部存在偏西风和北—东北风之间的风场辐合;荣成站出现暴雪时,低层需要更强劲的引导气流。(4)2023年12月20—21日,云体主要由冰晶和雪晶构成,较多雪晶位于上升气流上方,与冰粒子分布区域重叠,说明除了水汽凝华外,冰雪晶粒子之间的聚合作用对雪粒子的增长有很大帮助,聚合产生的枝状雪粒子有利于积雪深度增大,文登站雨滴谱也表明,21—22日雪粒子直径偏大的特征更明显。

2022年9月8日中卫市沙坡头区冰雹成因分析

【目的】分析2022年9月8日中卫市沙坡头区冰雹天气的成因,探讨此次冰雹的可预报性,为今后的冰雹预报提供更好的依据。【方法】利用常规地面观测资料、Micpas地面高空资料、探空资料、欧洲中心ECMWF ERA5的逐时再分析资料,对此次冰雹天气进行分析。【结果】此次冰雹过程为“两槽一脊”环流形势,受高空内蒙古冷涡槽及槽前的偏南气流、700 hPa的低空急流、850 hPa的切变、地面的风场辐合的影响,产生了此次冰雹天气。过程期间,中卫市沙坡头区850~500 hPa假相当位温随高度递减,850~500 hPa、700~500 hPa的温差较大,上冷下暖,大气的对流性较强;从水汽条件来看,对流层中层水汽条件较好;探空图上,CAPE值、K指数、SI指数、-20℃层、0℃层高度等指标均满足强对流天气的特征。【结论】9月8日午后有很强的不稳定能量,配合有对流层中低层较强的抬升运动,中层较好的水汽条件,导致中卫市沙坡头区出现冰雹,伴有短时暴雨及雷暴大风天气。

2021年9月14—15日中卫市局地暴雨天气成因分析

【目的】分析2021年9月14—15日中卫市局地暴雨天气过程的形成机理,为中卫市夏季暴雨降水预报工作提供参考。【方法】利用常规地面观测资料、Micpas地面高空形势场、高空湿度、TlnP资料、欧洲中心再分析数据集ECMWF ERA5的逐时再分析资料,对此次暴雨天气进行分析。【结果】584 dagpm线从13日20时起北抬,14日20时抬至最高,此后开始南压,雨带南移,15日20时西西伯利亚槽移出中卫。200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa槽及低空急流、850 hPa低涡切变、地面冷锋相互配合,台风外围来自南海和黄海的暖湿空气持续向北输送,高低层湿度条件整体较好,湿层深厚;K指数稳定在33~34℃之间,低层有暖平流,中层有冷平流,有一定的不稳定能量;动力条件较好,南北地区在不同的时段出现了强上升运动中心,北部地区对流层中低层为强辐合区,高层辐散,上升运动较强,正涡度区较为深厚。【结论】此次降水持续时间长、范围广、雨强小、累计雨量大,高空槽有明显的后倾结构,以稳定性降水为主,上升运动中心与湿层深厚区配合较好,产生了此次局地暴雨天气。

抚州“5.5”特大暴雨成因及中尺度特征

为了做好特大暴雨的预报预警工作,利用常规气象资料、天气图、NCEP再分析资料和卫星云图等,对2023-05-05-2023-05-06江西省抚州市特大暴雨过程进行分析。结果表明:抚州市200 hPa急流辐散区,500 hPa乌拉尔山阻塞高压,巴尔喀什湖切断低涡内分裂小槽东移为特大暴雨过程提供了有利的环流条件;850 hPa切变线、地面冷锋、静止锋、中尺度辐合中心是此次特大暴雨的直接影响系统;中低层西南低涡稳定少动,东部850和925 hPa有低空和超低空西南风急流稳定维持,是产生此次特大暴雨的关键因素;赣东地区850 hPa比湿达15 g/kg,假相当位温达346 K,平均对流有效位能大值区中心值达1 250 J/kg,为此次特大暴雨提供了有利的水汽和不稳定能量条件;此次特大暴雨过程是由多个对流云团和中尺度对流复合体造成的,武夷山西麓迎风坡地形对暴雨增幅有重要作用。研究结果为江西抚州特大暴雨预报预警提供了分析依据。