华南切变线研究的现状与展望

华南前汛期暴雨研究一直是大气科学领域的研究热点,也是难点。华南切变线是华南地区最为重要的天气系统之一,与华南前汛期降水密切相关。为了提高华南地区暴雨的预报能力,深化对华南切变线的认识,文章从华南切变线的定义、结构、发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用等方面,回顾了华南切变线的相关研究及其成果。同时,结合预报业务实际,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,华南切变线研究值得进一步深入的科学问题。

高原切变线背景下日喀则一次强对流天气过程成因分析

文章利用NCEP FNL全球再分析资料、日喀则市各气象站逐小时数据、日喀则雷达站资料、FY-2G卫星资料对2023年8月6~7日日喀则市强降水天气进行诊断分析,结果表明:此次强降水天气过程中,高空动量下传作用较为显著,由孟加拉湾输送至我国青藏高原地区的暖湿气流与偏北气流交汇,为强降水的发生发展提供了较为有利的天气形势。低空辐合、高空辐散产生的抽吸作用,利于垂直上升运动的加强和维持,为强降水天气的发生发展提供了较为有利的动力条件。本次对流系统在500 hPa高原切变线东侧生成,发展过程中与多个小对流云团接触融合与高原切变线位置重合,随着高原切变线的发展移动而变化。Based on NCEP FNL global reanalysis data, hourly data of meteorological stations in the Shigatse area, data from the Shigatse radar station and FY-2G satellite data, this paper makes a diagnostic analysis of the heavy precipitation weather in the Shigatse area from August 6 to 7, 2023. The results show that during the heavy precipitation weather process, the downward transmission of high-altitude momentum is more significant. The warm and humid airflow from the Bay of Bengal to the Qinghai-Tibet Plateau of China intersects with the northerly airflow, which provides a more favorable weather situation for the occurrence and development of heavy precipitation. The suction effect caused by low-altitude convergence and high-altitude divergence is conducive to the strengthening and maintenance of vertical ascending motion, which provides favorable dynamic conditions for the occurrence and development of heavy precipitation weather. The convective system was formed on the east side of the plateau shear line at 500 hPa. During the development process, it contacted and merged with multiple small convective clouds and coincided with the position of the plateau shear line, which changed with the development and movement of the plateau shear line.

一次高原切变线过程的雷达回波特征研究

基于C波段新一代天气雷达资料,本文重点对西藏那曲地区的一次切变线降水过程进行了研究。结合降水特点,将此次过程分为了三个阶段,并对每个阶段的雷达回波特征以及降水演变过程进行了分析,结果发现:在瞬时强降水阶段,那曲地区雷达回波主要表现为对流较强的积、层混合云,且在降水强度最大时刻出现了较为明显的“牛眼”结构,为强降水的行成、维持提供了有利条件;而在无降水阶段,空中以孤立、分散的对流单体为主,但地面无明显降水;在连续降水阶段,雷达回波以弱积、层混合云为主,且中高空风向出现顺时针旋转,有利于降水的形成、发展,但整体降水强度较小。切变线过程不同阶段降水、雷达回波特征有着显著的区别,本文可以为高原切变线系统的预报提供理论参考。

长江横切变线影响的黔东北2类暴雨特征分析

【目的】为探索黔东北受长江横切变线影响的暴雨特征和强降水形成原因。【方法】利用实况观测资料,NCEP 1°×1°再分析资料,对近10 a黔东北受长江横切变线影响的暴雨过程进行分类分析。【结果】(1)副热带高压西侧北上的西南暖湿气流与我国东北低涡槽南下的变性干冷空气在长江中下游—贵州北部交汇,使得中低层南北气流之间的横切变线维持。但地面上影响系统不同,造成暴雨落区、强度存在差异。(2)第1类暴雨,地面受低压影响,在充足的水汽和强的热力不稳定层结条件下,中低层强动力抬升及边界层锋生作用,强降水在地面辐合线与低层切变线叠加区域发生发展,雨强≥50 mm·h-1,50 mm≤24 h降雨量<100 mm;第2类暴雨,地面受海上高压后部偏东气流影响,在充足的水汽、强的动力抬升和弱的热力不稳定层结条件下,强降水在低层切变线附近及地面偏东气流里发展,暴雨范围较广,20 mm·h-1≤雨强<50 mm·h-1,局地24 h降雨量≥100 mm。【结论】通过分析黔东北受长江中下游切变线影响的2类暴雨特征及影响系统的异同,揭示暴雨差异及形成原因,以期提升此类暴雨预报能力。

高原切变线引发的川藏铁路昌都段两次强降水天气过程对比分析

在无雷达监测资料的情况下,能较全面地分析2019年9月3日与2023年10月8日西藏昌都两次强降水天气过程,利用MICAPS常规资料、NCEP再分析资料和风云4A卫星云图资料等对比分析了两次强降水过程的降水特征和成因,并找出了其中的异同点。结果表明:两次过程均发生在北路槽后冷空气南下与南部暖湿气流北上在昌都北部和中部一带汇合形成切变线而造成的,降水强度与中高纬槽的位置和南部高/低压环流有关;200 hPa高空的强辐散作用与强降水的出现与加强有大的关系;降水发生前,低层水汽由高值区向降水发生的地方聚集,孟加拉湾一带水汽通量散度正值越大,越有利于南部水汽向高原输送;相较于降水发生前的上升运动,降水期间的上升运动更有利于强降水的发生及维持;降水发生之前均有“上干下湿”的喇叭口结构,CAPE值越大越有利于发生短时强降水等强对流天气;两次降水过程均由午后的对流云团发生发展,合并加强造成的。

近13年青藏高原切变线活动及其对中国降水影响的若干统计

利用1998--2010年逐日08：00、20：00（北京时）500hPa高空图、日雨量和青藏高原（下称高原）低涡切变线年鉴，分别对近13年冬、夏半年高原切变线的活动情况及其对中国降水的影响进行了天气诊断和统计分析。结果表明，冬、夏半年高原切变线是以横切变线为主，且以东部切变线占绝大多数。冬半年高原切变线主要出现在3、4月，4月有五分之一能移出高原；夏半年高原切变线主要出现在5—9月，8—9月有五分之一能移出高原。冬半年，24h以上活动时间的高原横切变线与12h以上活动时间的竖切变线可造成高原中雪天气。夏半年，高原切变线随着活动时间的增长，影响高原和中国其他地区的降水范围和强度在增大，24h以上活动时间的高原竖切变线可造成高原暴雨及其周边地区出现小雨以上的降水；还有一半以上年份，每年有1次可影响到中国中部并产生中雨到大暴雨。48h以上活动时间的高原横切变线在高原上可造成暴雨以上的降水，甘肃、四川盆地中雨以上的降水；绝大多数年份每年有1～3次移出高原的横切变线，可影响到中国西南部、中部产生暴雨以上的降水，有的可影响到华东、华南及华北产生暴雨或大暴雨。

低空切变线与低空急流共同影响下浙江梅汛期暴雨落区分型

基于国家和区域自动气象站实况雨量资料、ERA5再分析资料、MICAPS常规观测资料,筛选出2015—2021年浙江地区12次梅汛期暴雨天气过程,对其暴雨落区进行分型,并对每一型暴雨影响系统的配置与变动情况进行分析总结。结果表明:浙江梅汛期暴雨落区与西太平洋副热带高压的变动、低空切变线的类型与强度、低空急流的强度和变动、高低空系统之间的相互配置密切相关,可以分为3类,即低空急流附近型、低空切变线附近型、低空急流与低空切变线之间型。

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。

东亚夏季副热带平原和高原地区切变线特征的对比研究

生成于东部平原地区的江淮切变线和西部青藏高原地区的高原切变线,都处在东亚副热带相同纬度带上。为深化对地形高度迥异的江淮切变线和高原切变线的认识与理解,基于ERA-interim再分析资料和合成分析方法,从切变线与暴雨关系、切变线三维结构特征、切变线附近风场与环流特征以及切变线结构演变中的热力机制等方面对二者进行对比研究。结果表明:(1)江淮切变线分为暖切变线、冷切变线、准静止切变线和低涡切变线4类,高原切变线分为高原横切变线和高原竖切变线2类。江淮切变线与高原切变线均与暴雨关系密切,夏季,有近70%的江淮切变线会产生暴雨,暖切变线暴雨对江淮地区切变线暴雨的雨量贡献最大,低涡切变线暴雨的降水强度最大但发生频率较低;近60%的高原横切变线给高原主体地区带来暴雨,超过55%的竖切变线造成高原东侧及其邻近地区暴雨。(2)江淮切变线与高原切变线均为边界层系统,特征层次分别位于850 hPa和500 hPa。时空尺度上,江淮冷切变线和高原横切变线水平尺度分别可达1000 km和2000 km,垂直伸展厚度分别可达5 km和2 km,生命期分别可达48 h和96 h;江淮切变线和高原横切变线在垂直方向上均有从低到高向北倾斜的特征。(3)江淮冷切变线与高原横切变线风场与环流特征存在差异,江淮冷切变线北侧为东北风,南侧为西南风;高原横切变线东、西两段风场有所不同,其西段类似于江淮冷切变线,东段在不同发展阶段风场有明显变化。(4)江淮冷切变线与高原横切变线的动力结构和热力结构存在差异。动力结构上,二者均位于正涡度带内,正涡度中心强度都在强盛阶段达到最大。热力结构上,江淮冷切变线附近低空锋区特征明显,其西段位于暖湿区内,东段位于干冷区内;高原横切变线南侧具有明显的高温、高湿特征,切变线北侧存在锋区结构。(5)切变线附近的大气非绝热加热与高原横切变线和江淮冷切变线演变关系密切,垂直非均匀加热作用是高原横切变线和江淮冷切变线发展增强最为重要的因子。二者热力结构有差异,减弱机制不同,干冷空气的侵入会导致高原横切变线强度减弱甚至消亡,江淮冷切变线的强度减弱则与南方暖湿空气的向北侵入有关。

秋季高原切变线的统计特征及环流形势分析

高原切变线是青藏高原地区强降水和暴雪天气的主要影响系统。本文利用0.5? &#215;0.5?格点的CFSR (Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料,对1979~2010年秋季(9~11月) 500 hPa高原切变线的空间分布、时间分布和移出次数等特征进行了统计分析,并根据横、竖切变线的天气个例,对比讨论了不同切变线的基本环流形势特征。分析结果如下:统计时段内,秋季高原切变线共出现146次,其中横切变线130次,且多初生于高原中西部,竖切变线16次,多初生于高原中东部。分析高原切变线的时间分布,发现秋季9月生成次数最多,11月最少,且主要生成在北京时间23时至次日02时之间的前半夜。对秋季高原切变线的持续时间进行分析,发现其持续时间主要集中在12小时以内。移出高原的切变线很少,占总次数的10.96%,其中,大部分竖切变线会移出高原。通过对两类切变线天气个例的500 hPa环流形势进行对比分析,发现500 hPa西太平洋副高外围西伸至高原,高原北部出现负涡度中心时,易生成横切变线,横切变线与涡度零线平行,两侧南湿北干。与横切变线对比,西太平洋副高及其外围呈稳定的经向高压坝时易出现竖切变线,竖切变线水平涡度梯度明显,湿度梯度较弱。

1981—2013年6—7月江淮地区切变线及暴雨统计分析

为了研究20世纪80年代以来的江淮切变线及暴雨的气候态特征,从而为未来的江淮切变线暴雨的业务预报和科研提供参考,利用欧洲中心风场再分析资料和地面气象站基本气象要素日值数据集(V3.0)的降水资料,通过纬向风的经向切变、相对涡度和纬向0风速线3个客观判据,统计了1981—2013年6—7月江淮地区暴雨、切变线以及切变线暴雨。结果表明:1981—2013年6—7月,江淮地区有30.2 d出现暴雨,有33.2 d出现切变线,22.0d出现切变线暴雨,切变线暴雨日数占切变线日数的近2/3,占暴雨日数的近3/4;6—7月江淮地区出现切变线和暴雨的日数有不显著的年际增长趋势,增长率比江淮切变线暴雨大一个量级,而后者的日数在近33年基本维持不变。江淮地区的切变线日数、暴雨日数和切变线暴雨日数2000年前年际波动较大,2000年后年际波动较小。6—7月江淮地区的暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数均存在一定的年代际变化特征,且三者的年代际变化特征较为一致,在1981—2007年,江淮地区降水量的年代际变化与暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数的年代际变化较为一致。1995年前,6—7月江淮切变线暴雨日数存在2—3年的周期,1995年后没有显著的周期。在6月上中旬和7月中下旬,江淮切变线暴雨日数存在2—4 d的周期,在6月下旬到7月上旬,江淮切变线暴雨日数不存在明显周期,切变线暴雨日数在梅雨期内稳定维持,且江淮切变线暴雨最集中发生在6月下旬到7月上旬的梅雨期内,说明梅雨期降水以切变线引发的降水为主。

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。

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100 km,生命史约5 h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8 g/kg,最大高度达18 km,云顶亮温低于-80℃。

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.

青藏高原切变线对四川盆地西部突发性暴雨影响的数值试验

使用η模式对１９９５年８月２４日四川盆地西部一次突发性暴雨进行了数值模拟和无高原切变线、无西昌小高压的数值试验。由试验结果分析得出：（１）高原切变线活动可使四川盆地西部暴雨增强，而西昌小高压的存在则使四川盆地西部暴雨减弱；（２）高原切变线活动使暴雨增强的主要机制是暴雨区上空对流层低层流场辐合、上升运动、正涡度、水汽通量辐合和对流层中层流场辐合、水汽通量辐合等的加强；（３）对流层低层的动力、水汽条件对暴雨发展尤为重要。

2000—2007年夏季青藏高原低涡切变线观测事实分析

利用2000—2007年共计8年的逐日08:00和20:00 500 hPa高空资料,结合地面降水资料和TRMM资料,对高原低涡切变线进行了普查分析,获得了对高原低涡切变线活动的一些新的认识。(1)在青藏高原上,切变线活动比低涡活动更活跃。(2)21世纪初的8年间,低涡、切变线出现个数最多的在6月,最少的在9月。2002年和2006年分别是高原低值系统相对活跃和相对不活跃的年份。2006年川渝持续的高温干旱可能与高原低值系统活动不活跃有关。(3)低涡、切变线生成的源地分析表明,高原低涡、切变线主要出现在海拔高度较高和地形坡度陡峭的地区,高原加热和陡峭地形的动力作用可能是低涡、切变线形成的原因之一。(4)高原低涡、切变线不易移出高原。低涡移出,主要是伴随低涡切变线过程东移。(5)低涡、切变线经常相伴或相继出现,对高原及高原以东天气产生重要影响。

高原切变线形态演变对高原边坡一次降水过程的影响分析

利用中国气象局逐小时区域站、高空站、逐小时风云2E卫星、NCEP再分析数据资料以及WRF数值模式,选取2018年8月1-3日降水天气过程,分析高原切变线形态演变对发生在高原边坡降水的影响。结果表明:(1)8月1-3日降水过程主要影响系统为高原切变线,1日和2日分别为此次降水过程的两个不同阶段,两个降水阶段期间高原切变线由横切变线转为竖切变线;(2)在高原边坡,与横切变线引起的降水相比,竖切变线更容易产生强对流天气;(3)强降水发生时,竖切变线激发的TBB值比横切变线的TBB值低10~20 K,且TBB低值刚好与短时强降水发生的时间段相对应;(4)数值模式模拟结果表明在强降水发生阶段,竖切变线的垂直速度、水汽含量、不稳定能量垂直梯度均表现为快速增强,且增强的幅度明显大于横切变线的对应物理量;此外,降水强度的变化与垂直速度上升高度、不稳定能量垂直梯度有很好的对应关系。

高原切变线研究的若干进展

高原切变线是青藏高原地区特有的重要天气系统。它具有特殊的结构特征,在移动过程中,通常会引发青藏高原附近及其下游东部地区的灾害性天气。本文回顾了以往有关高原切变线的结构、移动特征、发生、发展机理以及与其他天气系统相互作用等方面的研究进展,并在此基础上,展望了高原切变线未来的研究方向,以期提高对高原切变线的认识,为未来的科学研究和业务预报提供基础和支撑。

经向切变线暴雨落区分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对有静止锋和无锋面的两类经向切变线的暴雨落区从地面形势、高低空系统配置及冷暖空气的相互作用等方面进行精细分析,补充完善低涡、切变线类天气系统暴雨落区位于低涡东南象限的一般概念模型,以满足精细化预报的需求。结果表明:有地面静止锋配合和无锋面的两类经向切变线,在空间结构上有显著差异。由于有静止锋配合的切变线系统具有锋面结构,锋面抬升作用显著,暴雨的第一落区位于地面倒槽顶端;其次,由于冷暖空气相互作用阶段不同,在地面中尺度气旋发展成熟阶段,由于干空气侵人暖湿输送带上空,在静止锋前暖区中,出现暴雨第二落区。在无锋面配合的经向切变线过程中,地面不存在南北风交替的锋面系统,除了低涡东南象限较强的水汽辐合造成的暴雨区,850 hPaθ_e高值区、高比湿舌和弱水汽辐合重合的区域,由于潜在对流不稳定造成另一个暴雨区,且不需低空急流存在。

梅雨锋中尺度切变线雨带的动力结构分析

利用密集的地面观测网资料以及中尺度数值预报模式输出产品 ,分析了 1 991年 7月 8～ 9日江淮地区梅雨锋中尺度切变线雨带的中尺度动力结构。发现沿切变线走向有一条中尺度涡管 ,位于对流层中低层 ,高度呈波状起伏。波峰处有较强经向环流 ,强降水位于波峰附近的经向垂直环流之下。降水强度与涡管强度密切相关 ,涡管增强时降水增强。涡管强度与中低空的条件性对称不稳定有关。