凉山州区域性暖区暴雨特征及环流分型研究

选取2013—2022年4—10月凉山州降水数据,结合常规地面观测、高空观测和NCEP再分析资料,制定了凉山州区域性暖区暴雨的统计标准,并对筛选出的42例区域性暖区暴雨进行统计分析和天气学诊断。结果表明:根据天气形势和主要影响系统,凉山州区域性暖区暴雨可分为西南低涡型、冷切变型、暖切变型、西南风型、东南风型5类,其中西南低涡型最多,东南风型最少。各类区域性暖区暴雨都具有短时强降水特征,强降水均出现在傍晚到夜间,白天降水强度减弱。西南低涡型常出现在低涡中心或外围东南侧,降水成片集中,易出现小时雨量≥50 mm的极端强降水。冷切变型常出现在冷切变线东南侧。暖切变型常出现在暖切变线东北侧。西南风型降水成片集中且范围广,多出现在低层一致的西南气流带中,在风速辐合区及脉动区尤为常见。东南风型降水较分散,易出现在山脉迎风坡。东南风型的水汽主要来源于南海和热带西太平洋,其余4类的水汽主要来源于孟加拉湾。5类区域性暖区暴雨均发生在高能高湿的不稳定层结中,配合有较强的垂直上升运动。西南风型、西南低涡型及东南风型的各物理量平均值均优于冷切变型和暖切变型,以西南风型各物理量整体配置更优。

2000年7月西南涡暴雨过程的分析和数值模拟

对2000年7月1～8日西南涡暴雨过程进行了大尺度分析,并利用中尺度暴雨模式MRM1对这次过程进行了数值模拟,结果表明,这次西南涡暴雨过程分为两个阶段,分别对应着两次冷空气南下。暖切变线的南北摆动是发生大暴雨的一个重要原因,而西南急流核的向北传播导致雨区向北传播。模式成功地模拟出了中-α尺度的低涡、切变线,沿暖切变线的强烈倾斜上升气流、中尺度正涡度以及水汽通量散度辐合柱状结构,这些对暴雨的发生提供了动力和水汽条件;而沿低空急流轴的狭长暖湿舌,其北部的干冷区构成的南北向能量锋区,以及较强的中低空不稳定层结是这次暴雨持续发生的重要条件。

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEO/NCAR(1°×1°)再分析资料,对由东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定同,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展,辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。

长江中下游地区暖区暴雨特征分析

利用2007到2013年5-9月间常规和非常规资料以及6 h一次的NCEP 1°×1°再分析资料,将长江中下游地区暖区暴雨按天气形势划分为冷锋前暖区暴雨、暖切变暖区暴雨以及副热带高压边缘暖区暴雨三种类型。统计表明暖区暴雨一般发生在距离切变线（锋线）100~300 km的暖区内。主要结论包括：（1）冷锋型降水强度偏弱且分布均匀,集中在5、6月;暖切变型发生次数最多且强度大,主要发生在6、7月长江中下游地区的偏南部;副热带高压边缘型发生次数最少但强度较大,发生在7、8月。暖区暴雨的发生次数及强度在大别山、皖南山区较为集中。（2）暖区暴雨中短时强降水贡献大。（3）冷锋背景下的暖区暴雨一般产生在锋前低压槽中,暴雨落区与高低空急流耦合有紧密联系;暖切变型以低层暖切变线为主要天气背景,地面常有弱静止锋,暖区对流活动与中尺度急流结构、地形强迫等因素存在较高的相关性;副热带高压边缘暖区暴雨与局地的水汽积累和对流不稳定条件的发展有密切关系。据此建立三类暖区暴雨的概念模型。

长江中游暖切变型暴雨的分析研究

利用中国暴雨试验（CHeRES）期间的外场试验加密观测资料和1°×1°的NCEP（National Centerfor Environmental Prediction）再分析资料对2002年6月18～19日长江中游的一次暖切变型强降水过程进行了诊断分析，该暖切变及其环境条件很有特色。结果表明：这次长江流域暖切变线是一个较为浅薄的系统，尽管系统并不深厚，但它具有明显的突发性和局地性，且引发了该地区的强降水；卫星TBB（Black Body Tempera—ture）资料和多普勒雷达资料揭示，沿暖切变上形成的多个口中尺度对流系统是这次暴雨的直接制造者；该暖切变线和高空急流在长江流域产生的低空辐合与高空辐散配置，为暴雨的产生提供了非常有利的大尺度环境；此外，低空急流在本次过程中也有重要的影响，不但给暴雨区输送了足够的水汽，使暖空气明显向北推进，还对不稳定能量的增强和维持起了重要的作用；不稳定能量的释放对中尺度对流系统的发展亦有重要贡献。在研究工作的基础上提出了该暖切变暴雨的概念模型。最后，对暖切变暴雨类型的多样性做了讨论。

2009年“8·17”鲁南低涡暖式切变线极强降水分析

利用各种观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2009年8月17—18日鲁南极强降水进行多尺度分析。结果表明:强降水由500 hPa西风槽、850 hPa暖式切变线和地面倒槽共同影响产生。强降水发生前,中低层湿层深厚且有弱的水汽辐合,大气对流不稳定,并有较高对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合、暖平流以及中高层正涡度平流、侧向辐合和倾斜涡度发展,使垂直涡度增大、上升运动发展;低层东南气流与高空槽配合产生次级环流,其上升支使上升运动增强,触发对流不稳定能量释放并产生强对流,造成强降水。强降水期间,中高层弱冷空气侵入使对流加强和降水强度加大。中尺度对流云团产生在地面低压倒槽东部和中尺度辐合线附近,地面加热和冷却不均匀导致低压倒槽中小尺度温度梯度加大,极端强降水中心出现在小尺度温度梯度区。强降水由长条形中尺度对流系统及其北端发展的圆形中尺度对流云团产生;中尺度对流系统(云团)自西向东缓慢移动,在回波强度图上表现为气旋性向北汇合的带状强回波。

2012年宁夏“7·29”大暴雨过程的数值模拟研究!

利用常规观测资料、雷达回波资料、TBB卫星资料,WRF模式模拟输出的高时空分辨率结果对发生在2012年7月29-30日("7·29")宁夏北部地区的一次大暴雨过程的维持和演变进行详细分析。主要结论如下:(1)此次大暴雨过程与200 h Pa高空急流、500 h Pa短波槽及700 h Pa切变线发展和变化密切相关。(2)模式结果显示700 h Pa低涡及暖式切变线、低空急流形成是大暴雨形成的主要原因之一;低空急流从29日22:00形成,维持近7 h。(3)分析发现高层辐散明显早于低层的空气辐合,在低层空气辐合中心出现之后高空辐散继续加强,高空强辐散和低空强辐合导致明显的上升及700 h Pa低空急流形成和发展。(4)诊断分析显示ΔNBE的范围与1 h后强降水的落区有很好的对应关系,对流性降水阶段ΔNBE较大,不平衡特征明显,而在稳定性降水阶段大气质量场和流场之间的不平衡特征相对较小。(5)对此次暴雨的水汽输送分析表明水汽主要由偏南风低空急流输送,净水汽输送强度的变化与对流性降水阶段和稳定性降水阶段较为吻合。

一次梅雨锋暴雨发生发展机制的诊断与模拟

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星资料和加密自动站资料,结合中尺度WRF模式对2013年苏皖地区的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断与模拟。观测资料分析表明:在有利的环流背景和热动力条件下,此次暴雨发生在梅雨锋前暖区,雨带呈现"先带状后串波状"的分布特征,并随锋面南移。前期降水由地面中尺度辐合线触发,受两个相继发展的中α尺度的线状对流系统直接影响;后期降水受地面暖式切变线触发,有多个中β尺度对流系统沿切变线串状排列,并不断东移发展。模拟结果分析表明:降水过程中,大尺度非地转强迫作用也是强对流的触发机制之一。地面辐合线产生条带状的低层辐合区,从而产生条带状连续分布的上升运动,形成线状对流系统及带状降水。此外地面辐合线能够在暴雨区形成南北两个中尺度垂直次级环流,这是降水的增强机制。暖式切变线上的局部扰动在低层局部地区产生强辐合,由此沿切变线形成强上升弱下沉间隔分布的现象,局部强上升区使得对流系统于该处得到发展,并形成分散的强降水区。

影响山东区域切变线天气特征及大气垂直结构分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,统计分析了2001—2010年影响山东的切变线的天气气候、环流形势、降水分布的特征和各类典型切变线的空间结构。结果表明:影响山东的切变线天气系统按其热力性质可分为冷切变线和暖切变线,冷切变线按其风场结构可分为经向切变线和纬向切变线。一年当中7、8月是切变线高发期。山东雨季典型切变线的发生与副高关系密切,经、纬向切变线分别发生在副高强大呈块状、带状分布时,西风槽东移受阻,蜕变为切变线。经向(纬向、暖)切变线在空间剖面图上与向西(北)倾斜的正涡度柱配合,且切变线上正涡度最大;切变线均上有θse能量锋区配合,冷切变线位置偏向于相对暖的气团一侧,暖切变线位置位于锋区中间;切变线的上升运动区主要位于切变线上和暖气团一侧;构成切变线的相对暖气团均具有对流不稳定性;冷切变线的水汽辐合区主要位于切变线上和切变线附近的冷气团一侧,而暖切变线的水汽辐合区则主要位于切变线上。500hPa槽是切变线降水区的后边界,冷切变线降水区出现在地面静止锋后部的偏北风里,暖切变线降水落区位于地面准东西向倒槽的偏东风里;相对较大的降水出现在700hPa和850hPa切变线在地面的投影之间的区域;切变线暖气团或相对暖气团中在合适的触发条件下还可能出现分散性的短历时强降水。

2007年云南7次强降水过程的分析研究

应用实测气象资料,结合卫星云图与多普勒雷达图像分析,对2007年7月19日到8月2日云南少有的7次强降水过程进行综合分析,结果表明:高低空的西南急流是重要的影响系统,西南急流的维持为持续性强降水过程提供了水汽、动量和不稳定能量的快速传递,高原切变线与西南急流的有利配置,是7次持续性强降水过程必不可少的条件;持续性强降水出现在500hPa水汽通量大值区和水汽通量散度辐合区;卫星云图上切变云带和副高外围云带在云南汇合,切变云带和副高外围云带维持、加强的过程与强降水落区的时空分布对应较好。多普勒速度图上零速度线长时间维持"S"型,风随高度顺时针旋转,说明高层有持续的暖平流。高低层不同性质的气流配合,有利于强降水产生。

2010年7月海河流域一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测资料及NCEP再分析资料,对2010年7月18—20日海河流域暴雨过程进行了天气学诊断分析。分析结果表明:本次暴雨过程的主要影响系统是高空低涡及低空暖切变,暴雨是产生在前期大气对流不稳定区域里,暴雨期间对流层中低层的辐合及上升运动为暴雨的产生提供了动力条件,亦是本次暴雨动力场结构的主要特征,而西南暖湿气流的不断加强促使水汽在暴雨区上空汇合,源源不断的水汽输送和强烈的水汽辐合,为暴雨的形成和持续提供了充足的水汽条件。

2004年北京“7.10”暴雨中β尺度对流系统分析

采用NCEP再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料,以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料,对2004年7月10日北京突发性暴雨过程中茁尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:本次暴雨过程是由具有中茁尺度的对流系统所产生,它发生在大尺度暖脊之中;对流层中层的短波槽,以及低层西风槽前的西南气流与暖切变线北侧的东南气流的汇合,为M茁CS的发生提供了良好的环境条件。该M茁CS由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,其水平尺度为150km×100km,时间尺度约为5h。该M茁CS在对流层低层表现为中尺度辐合线或强辐合中心,雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线,与M茁CS的演变有密切的关系。在其发展强盛期,中茁尺度对流系统呈现相当正压性;垂直倾斜的上升气流及其两侧,有明显的下沉补偿气流,显示本个例M茁CS具有对流型风暴的结构特征。此次M茁CS发生在强对流不稳定层结条件下,在700hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温兹se暖舌;近地面层偏南风与偏东风2支气流的辐合,以及冷空气的侵入,导致行星边界层内能量锋区的加强,从而有利于MCS的发生发展。

Analysis of ‘9.4' unusual rainfall in Beijing during autumn 2015

In this paper, an unusual rainfall in Beijing that occurred on 4 September(‘9.4') 2015 is studied to clarify the reasons for such a strong rainfall in autumn. It was indicated that various factors, including stationary westerlies disturbance(i.e. low in the west and high in the east), forward-titling trough,warm shear line, unstable stratification and convective available potential energy release, low level jet as well as a series of mesoscale convective systems produced the strong rainfall. Ordinarily, this situation is uncommon in autumn.

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 h Pa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850~700 h Pa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78^-62℃,各观测站对应最大小时雨量为40~90 mm。强降水期间,850 h Pa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 h Pa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。

切变线冷区和暖区暴雨落区分析

利用常规、自动气象站、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,逐6h）和WRF模式逐小时资料,对2010年6月30日—7月2日山东省暴雨过程的落区进行了分析.结果表明：本次暴雨过程具有暖区暴雨和冷区暴雨两种特征.暖区暴雨强度强、范围广、落区集中,位于925 hPa经向切变线右侧或者低涡的东南象限“人”字型切变线内、暖温度脊后部、地面低压前部南风区内;冷区暴雨区强度弱、范围小、落区分散,位于925 hPa经向切变线左侧、冷温度槽前、地面低压后部北风区内.冷区和暖区暴雨均位于大气可降水量大于70 kg/m^2的区域、低空急流顶端的左侧.低空急流与强降水同时开始或者低空急流提前1h开始,降水强度最大时段出现在850 hPa风速跃增后1～3h.只有冷区暴雨时,冷空气较弱,冷锋伸展高度较低,暴雨区位于冷锋后部θse锋区前沿、θse暖脊脊线顶点、强上升运动中心.冷区与暖区暴雨共存时,冷暖空气势力均比只有冷区暴雨时强,冷锋伸展高度较高,冷区与暖区暴雨均位于强上升运动中心南侧1个纬距内风速辐合处.只有暖区暴雨时,冷空气较强,冷锋伸展高度较高,暴雨区位于冷锋前1个纬距内、θse暖脊脊线与地面交点、上升运动中心.低层向北倾斜锋区的南北跨度与中层向南倾斜锋区的南北跨度的差值大小,直接影响上升运动的强度和暴雨区的分布.

甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析

2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和"列车效应"特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。

2000—2009年5、6月华南暖区暴雨形成系统统计分析

利用2000—2009年5月和6月的NCEP 1°×1°再分析资料和气象台站常规资料,对产生华南暖区暴雨的500 hPa及以下的环流特征进行统计分析,并将影响暖区暴雨的环流系统划分为三大类型,即切变线型、低涡型和偏南风风速切变辐合型(简称偏南风型)。切变线型在南海夏季风爆发前以冷式切变为主,季风爆发后以暖式切变为主;低涡型在季风爆发前的发生次数远少于季风爆发后,在低涡中心的东北-东南方向最易产生暖区暴雨;偏南风型总体以西风风速切变辐合为主,而南风风速切变辐合在季风爆发后的比例有所增加。对影响暖区暴雨的高空槽分析发现,高原槽对暖区暴雨影响明显,其次为南支槽。低涡型最易受高空槽影响。对各种类型暖区暴雨的合成分析发现,各类型暖区暴雨500 hPa高空槽的位置特点均不相同,暴雨辐合中心均在850hPa以下的低层,副高脊线距雨区约6～8纬距是产生华南暖区暴雨的重要天气形势。

江淮地区两类低涡型暖式切变暴雨的中尺度特征分析

为探究江淮地区低涡型暖切变暴雨的中尺度特征,利用常规观测资料、自动站加密观测资料以及FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR再分析资料等,针对江淮地区两次不同类型的典型暴雨过程进行对比分析。其中,"稳定型"过程降水持续时间长、范围广,而"东移型"过程降水相对集中,持续时间短、雨强大。结果表明:(1)两次降水均发生在高空槽和低层暖切变影响下,"稳定型"系统少动,而"东移型"的500 hPa低压槽和低空低涡向东移动发展,与地面中尺度低压相对应,且中低层辐合较强。(2)"稳定型"对流组织形式为"前向次第发展",对流系统结构相对松散,而"东移型"对流组织形式为"后向次第发展",对流系统组织化程度较高。(3)两次暴雨过程均发生在整层高湿环境中,低空急流对水汽输送起关键作用,降水主要位于西南急流轴前部的风速辐合区。其中,"稳定型"水汽主要输送能力体现在850 hPa上,稳定形势下的持续性水汽输送有利于形成较大范围的强降雨;"东移型"西南低空急流风速相对较强,降水后期有活跃的超低空东南急流,两支急流共同作用有利于局地出现更集中的降水。(4)两次过程中,低空西南与东南风的风速辐合形成明显的中尺度抬升条件,且"东移型"比"稳定型"的外力抬升条件更好。强降水多位于地面辐合线附近,对应的中尺度风场辐合线是触发对流的有利条件,对短临降水落区预报有一定指示意义。

华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究

利用逐小时降水资料,采用客观方法对1982～2015年华南地区暖区暴雨进行了筛选和分类研究。主要结果如下:华南区域暖区暴雨事件共计177例,暖区暴雨占筛选的暴雨事件的16.86%,表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程。暖区暴雨主要出现在4～7月,6月份最多,平均持续11.58 h。暖区暴雨事件发生位置主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山区,有四个降雨中心。产生华南暖区暴雨的天气形势主要有四类,切变线型、低涡型、南风型和回流型,不同类型的暖区暴雨对华南地区的内陆和沿海的作用不同,且南风影响下的暖区暴雨发生频率较高,影响较大,是一类较为重要的暖区暴雨。

2016年吉林省“7·26”暴雨天气综合分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、FY-2G卫星云图、多普勒C波段天气雷达以及吉林省区域自动站和加密自动站资料,运用统计分析和天气动力学诊断方法,综合分析2016年7月25—26日吉林省暴雨天气过程,此次暴雨和大暴雨落区位于吉林省四平东部、辽源、吉林和通化北部,此次暴雨过程出现东北冷涡天气背景下,25日14—22时的短时强降水由东北冷涡前部局地对流活动的加强触发中尺度对流系统(MCS)生成。500hPa为两脊一槽形势,受西太平洋副热带高压阻挡,东北冷涡较为稳定,吉林省位于东北冷涡前沿的西南气流中,850hPa西太平洋副热带高压西侧的西南急流直达吉林省中南部,在其北端产生西南—东南向暖锋式切变,并与地面黄河气旋暖锋区相对应。在地面中尺度辐合线、地形抬升触发下,造成中尺度对流,形成短时强降水。通过FY-2G卫星相当黑体温度(TBB)产品分析,发现吉林省上空TBB低于-52℃时,就会产生短时强降水,而TBB高于-48℃则MCS趋于消失;此次强降水的新一代C波段天气雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间短,但达到短时强降水标准。卫星TBB产品和雷达监测可为以后吉林省东北冷涡暴雨定时、定点暴雨预警提供依据。