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。

营口地区一次局地暴雨过程的成因及预报偏差分析

2022年7月17日营口地区出现一次局地暴雨过程,整体降水量级预报把握较差,因而对环流形势、物理量场、数值预报模式进行分析。结果表明:此次局地暴雨过程出现在高空急流出口区左侧,高空冷涡底后部的西北气流中,低层配合有冷切及地面低压的有利动力强迫机制下,具备充沛的水汽条件及一定的位势不稳定层结,造成此次降水过程预报偏差的主要原因是大尺度环流形势的预报偏差。前期的天气形势较预报的强度偏弱、位置偏东,造成主观预报对后续发展的估计不足。

北京局地暴雨过程中近地层辐合线的形成与作用

由近地面层辐合线(切变线)引发的局地暴雨是北京夏季一种较为常见的天气类型。利用常规气象资料、数值预报产品难以分析预报出引发局地暴雨的中小尺度系统、进而不能正确把握降雨出现的时间、落区和量值的大小。本文利用北京S波段多普勒天气雷达(CINRAD-SA)监测资料、风廓线仪、微波辐射计等新型探测资料,以及北京加密自动站观测资料,并结合常规地面、高空探测资料,对2009年7月13日北京一次典型局地暴雨天气过程分析强降雨发生前期的天气形势背景、温湿条件、环境大气对流稳定性、风垂直分布等演变特征,分析诊断出造成局地暴雨的诱发系统主要是近地层切变线,研究了该系统与雷达降水回波形成、发展并造成强降雨过程的关系,探讨了近地面层辐合线与降雨强度及落区的关系,对探测资料如何运用于预报业务做了有益的尝试。

对流层低层偏东风对北京局地暴雨的作用

本文利用风廓线仪、地面自动站观测资料及NCAR/NCEP1°×1°分析资料等,对北京地区两次局地暴雨天气过程的对流层低层偏东风进行了对比分析研究,重点分析了浅薄和深厚两次偏东风的形成机制、偏东风的垂直结构特征和温、湿特性,以及偏东风在北京局地暴雨中的作用等。主要结论如下:(1)浅薄偏东风活动在距地面高度500m以下,水平尺度约250km,时间尺度约12h,地面风速平均约1m/s;深厚偏东风活动在距地面高度3000m以下,水平尺度大于600km,持续时间大于24h,地面风速平均约4m/s。(2)浅薄偏东风由边界层内浅薄的次天气尺度暖性低涡引起,深厚偏东风由天气尺度地面暖性低压倒槽的发展引起。(3)偏东风具有高相当位温的属性,其源地是北京东部或东南部的暖湿气团;在暖湿偏东风上方800～600hPa存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结;浅薄偏东风暖湿能量的局地集中特征更为显著,而深厚偏东风在水汽和能量的持续输送方面,以及与500hPa偏西风形成较强的、有利于强对流风暴发展的低层垂直风切变方面作用更为显著。(4)浅薄偏东风在时间和空间上与近地面层辐合中心对应较好,与中高空辐散有较好配合,动力作用明显,直接起到了对流风暴的触发机制作用;深厚偏东风与辐合中心对应较差,与垂直运动及上层辐散也没有很好的配合,与对流风暴的触发没有直接的关系。但是深厚偏东风在对流层低层对应厚达3000m的潮湿空气层,削弱了雨滴下落过程中产生的蒸发降温作用,有利于对流的发展和维持。

对引发密云泥石流的局地暴雨的分析和诊断

20 0 2年 8月 1日晚北京东北部密云县发生了降雨量达到 2 80 .2mm的局地短历时特大暴雨 ,并引发了洪水和泥石流。卫星云图分析表明 ,它是由一个中 β尺度对流系统在北京北部山区停留造成的。TBB图的等值线密集区和上冲云顶对暴雨落区有指示意义。大尺度环流诊断表明 ,暴雨前一天存在较深厚的下沉运动 ,其伴随的逆温层抑制对流的发生 ,使不稳定能量得以积累。各种稳定参数的计算结果证实了这一能量的积累过程。暴雨当天 ,下沉运动转为微弱的上升运动 ,使对流的发生成为可能。大尺度水汽场的诊断表明 ,北京处在西太平洋副热带高压边缘的高温高湿气流的控制下 ,有很强的水汽输送。地面中尺度分析表明 ,中尺度低压和辐合线是对流的触发系统 ,北京地区北部处于中尺度低压东部暖湿气流的辐合区中 ,在有利的地形条件下使密云县西部山区产生了局地特大暴雨。

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明:此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。

用SA雷达产品对京西三次局地暴雨落区形成的精细分析

利用新一代Doppler雷达各种探测产品,对2006年6月底至7月上旬北京西郊香山、石景山、门头沟一带落区相同的三次局地暴雨和大暴雨过程,进行精细分析和研究。重点分析雷达探测产品对落区在同一地点形成的短时临近影响系统和指示意义。研究表明,发生在北京西郊山前、落区相同的三次局地暴雨和大暴雨,其雷达回波发展和演变形式各不相同。但三次过程强降雨前,近地面平原东南风和边界层偏西风的垂直风廓线结构在地形作用下对暴雨落区形成的影响是一致的:近乎与山脉垂直的平原近地面东南风长时间(6小时左右)维持,增加山前局地近地面温湿条件,并在北京西郊山脉阻挡下,形成山前近地面局地辐合和强迫抬升。山顶附近边界层的偏西风为近地面空气强迫抬升后在边界层的后卷辐散提供了有利条件。研究还显示,落区附近单体风暴、逆风区辐合带、中气旋等中小尺度回波系统的活动和发展,是暴雨落区形成的重要因素。

利用加密探测产品对“06731”北京奥体中心局地暴雨结构特征的精细分析

利用2006年吊装完成投入业务运行的北京南郊S波段新一代Doppler雷达探测产品及北京地区自动站地面测风和雷达风廓线等每6min一次的多设备加密探测资料,对2006年7月31日上午发生在奥林匹克公园(奥体中心)附近的局地暴雨进行精细分析。结果表明,发生在奥林匹克公园附近,尺度15km左右,时间2h的局地暴雨是一次典型的雷暴单体影响过程。造成暴雨落区的雷暴单体源自北京西郊的地形回波带。这个地形回波带由多个中γ尺度中气旋回波块构成。研究表明,这些中气旋回波块的生成首先从近地面开始。中气旋回波块与雷暴单体的发展与近地面辐合,激发边界层扰动的动力过程分不开。

云南局地暴雨分型研究

基于常规观测资料与NCEP再分析资料统计2011-2015年云南局地暴雨过程,对所选个例进行分型研究.结果表明:局地暴雨可分为副热带高压外围型、两高辐合型、切变线型、热带低压型、孟加拉湾槽型5种类型;副热带高压外围型与两高辐合型暴雨发生频率最高,即副热带高压影响下有利于产生局地暴雨过程;卫星云图显示,该型暴雨主要由MβCS系统直接产生,MαCS与层状云个例较少,强降雨区位于系统边缘,产生于系统移动发展或移动减弱过程中;强降雨区位于TBB梯度大值带,TBB降低时间提前强降雨开始时间2~3 h,强降雨发展滞后于云团发展.

雷达资料同化在甘肃局地暴雨天气个例中的应用

诊断分析了2006年7月27日发生在甘肃省的一次强对流局地暴雨天气个例,并利用Grapes模式及其变分同化系统,采用直接同化多普勒雷达风资料的方法,对该天气个例进行了有、无雷达资料同化的对比试验。结果表明,多普勒雷达资料在数值模式中的同化应用能明显提高模式系统对中小尺度天气系统的模拟效果,使细微的中小尺度系统特征表现的更为突出、合理;在加入雷达风资料同化后,降水区的风场辐合特征更为明显,风速也有一定增强,降水强度和中心更接近实际值。

黄土高原突发性局地暴雨的特征分析

黄土高原突发性局地暴雨集中出现在7-8月,暴雨频次的年际差异很大,R1h≥10 mm局地暴雨频次的旬分布出现多峰,7月下旬、8月上旬为高峰值,R1h≥20 mm旬分布为单峰,高峰值出现在8月上旬。局地暴雨的日变化中,17时是两类暴雨的最高频次时段,13时、11时分别为R1h≥10 mm和R1h≥20 mm频次最低值。陕北的局地暴雨多数单站单时出现,以局地性、短历时为主。7月R1h≥10 mm、R1h≥20 mm的局地暴雨频次的空间分布有相同的高值中心：神木-府谷、子长-延川、铜川,但R1h≥20 mm或者更强的降水较R1h≥10 mm中心位置要略偏北和偏东。

一次局地暴雨的地闪特征及其与强降水的关系

利用闪电定位仪每分钟实测资料、加密自动站逐分钟雨量和卫星云图云顶亮温TBB资料，对2013年4月29日西南涡东移过程中MCS产生的局地暴雨地闪特征进行了分析。结果表明：这次过程产生了大量地闪活动，且地闪主要出现在西南涡东侧500hPa槽前辐合上升运动区、700hPa暖切南侧850hPa暖切北部的辐合带、TBB小于等于220K区域南侧TBB水平梯度大值区的叠置区。整个过程负闪占主导地位，强降水发生在负闪密集区；MCS生命史不同阶段的正负闪频数、密集程度和分布位置是不同的。进一步分析发现单站地闪频数与TBB和强降水在时空变化上有一定的相关性，地闪频数和TBB表现为负相关，即TBB下降到最低值时，地闪频数则到达峰值；逐时地闪频数和雨强均呈单峰分布，负闪频数和强降水发展演变趋势一致，负闪峰值和最大雨峰时刻对应，正闪或和最大雨峰一致或略滞后，正负闪和雨峰的6min演变趋势呈多峰分布，负闪初现12～18min后出现降水，负闪突增较强降水有18～24min的提前量。此个例显示MCS将朝向移动路径前侧的负闪密集区域移动，负闪密集区对局地强降水的落区和强度有较好的指示意义。

具有“双对流云线”特征的北京局地暴雨初步分析

2009年7月13日北京出现了一次罕见的有双"对流云线"现象的局地暴雨,对此记载并主要采用雷达资料四维变分同化系统(VDRAS)得到的分析场资料进行了初步分析,结果表明:在高空槽、低层风场辐合的有利天气尺度背景下,在北京西南部与河北交界处,由于地形作用首先出现数个对流单体;同时由于北京城区南部存在伴随中尺度风场辐合的温度梯度带,为单条对流云线的形成提供了重要条件,因而出现了对流单体呈东东北-西西南走向线状排列的形态,单条对流云线形成。在出现单条对流云线后,强降水开始发生,对流云线两侧由于强降水产生的边界层冷池出流与环境场风场形成辐合,其中南侧出流与环境场的偏南风产生狭长辐合线,北侧出流与附近雷暴冷池及雷暴高压产生的西北气流产生辐合,同时这两条辐合线阻挡削弱了环境场对原对流云线的能量和水汽输送,从而原对流云线减弱消失,在其两侧新生出两条新的对流云线。在对流云线两侧冷池出流附近,如果环境场存在较强的温度梯度、湿度梯度以及风场辐合,则可以激发出走向与环境风场垂直相交的两条平行分布的对流云线。伴随较强垂直上升速度的边界层辐合线对对流风暴的新生有显著的动力学指示意义,时效约30～60 min。

北京地区一次局地暴雨过程的诊断和中尺度分析

利用NCEP1°×1°的格点资料分析了2007年8月1日北京地区局地暴雨过程的大尺度环流背景,并用FY2C卫星逐小时的TBB资料,结合自动站资料分析了局地暴雨的发生时段和落区,同时对过程发生期间雷达回波的演变特征进行了分析。结果表明:在高空西来槽和东北低涡的环流形势下,有利的不稳定层结和高低空动力配置条件下,3个对流云团共同影响,在城区合并后南压造成了这次局地暴雨过程;边界层东南气流的水汽输送、城市下垫面的热力作用以及冷暖空气的剧烈交绥,是城区和南部地区出现强降水的主要原因;过程中降水的强度与TBB低值中心相对应,降水的分布与TBB值大梯度区也有较好的对应关系;对流系统在城区合并、移动缓慢、维持时间长造成了北京城区和南部地区的短时强降水。

天津局地暴雨特征及落区预报分析

利用常规观测资料分析2009—2011年天津地区33次局地暴雨天气过程的影响系统,对局地暴雨天气发生前的大气环境物理参数进行统计,对比不同影响系统下预报着眼点的差异。结果表明:天津局地暴雨主要发生在蒙古冷涡、东北冷涡、高空槽前及高空槽后4种天气影响系统下。不同影响系统预报重点不同,其中蒙古冷涡系统下应以整层良好的水汽和涡旋系统东南象限深厚的辐合上升运动为着眼点;而东北冷涡系统下则需关注低层水汽条件充沛和中层强烈的辐合抬升;高空槽系统下在动力、水汽以及能量条件配合较均衡;而槽后型系统影响下若发生局地暴雨,各种强对流参数特征则最显著。在此基础上,通过典型局地暴雨过程对强降水落区进行诊断表明,天津构造加密探空资料由于充分考虑了近地面的温湿风特征,计算所得的可降水量、对流有效位能及地面至3 km高度的垂直风切变对局地暴雨落区具有良好的指示性。同时,个例研究也表明TJ-WRF对局地暴雨天气过程有较好的预报能力,综合应用模式物理量结果可较好的预报局地暴雨落区。

非典型环流形势下天津一次局地暴雨过程中尺度特征分析

利用EC再分析资料、VDRAS资料以及多种观测资料,对2014年8月16日天津地区非典型环流形势下局地暴雨过程的中尺度特征进行分析。结果表明:(1)在对流发生前,偏东气流将海上暖湿空气输送到天津上空,使得天津上空大气水汽含量突增,为短时强降水的发生提供充足的水汽条件;(2)天津西侧雷暴在近地面形成辐散气流,向天津地区输送干冷平流形成干线,当锋生扰动向东推进时,与来自渤海湾的暖湿气流相遇,加强了扰动,触发了天津城区附近对流的发展;(3)干线在东移过程中,与正在向北推进的阵风锋在天津东南部的水汽大值区相碰,且阵风锋以南的中尺度急流为短时强降水的发生提供了源源不断的水汽,使强降水的进一步发展;(4)近地层冷暖空气的交汇,配合中低层气旋式切变,为降水发展的动力机制。

2016年6月30日沈阳地区局地暴雨过程特征及预报

利用实况气象观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)细网格预报产品、东北中尺度数值模式(Weather Research and Forecasting,WRF)资料和雷达探测产品,从降水系统演变、短期及短时预报和数值模式产品应用等方面对2016年6月30日沈阳地区局地暴雨过程进行了分析。结果表明:此次沈阳地区强降水过程短期可预报性特征明显,但不满足过去总结的辽宁省暴雨预报阈值指标。ECMWF模式集合预报产品的降水量90%分位值和EFI对此次强降水过程的极端性预报具有指示意义。辽宁省南部地区较大的垂直风切变使对流云团移动路径发生转折。多种数值模式均预报出沈阳地区降水的分布特征,但降水落区预报存在偏差。不同起报时次ECMWF模式预报的不确定性较大,最新起报时次的参考意义最好。中尺度WRF模式可用于重点分析对流云团的演变特征。

一次台风残涡引发的天津局地暴雨中尺度对流过程分析

本文利用欧洲中心再分析资料、FY-2G卫星云导风资料,多普勒雷达组网资料、风廓线、加密自动站资料,分析了2017年8月2日由北上台风残涡引起的天津局地暴雨过程中的中尺度对流过程,研究其触发条件,并探讨了形成原因。结果表明:在局地对流发生前,天津中北部地面附近并没有较好的动力以及湿度条件,且存在扰动逆温,扰动温度负值区(冷垫)厚度达到50 hPa以上,较大的水平风垂直切变在东南斜升气流下,水平涡管发生扭曲,产生垂直涡度,在边界层以上正负涡度之间形成辐合线,触发条件不稳定能量释放,在天津中北部产生局地对流,对流在触发后不断发展并向西北方向移动,与其西北侧线状多单体合并,导致天津北部的短时强降水天气。

中尺度模式探空资料在北京局地暴雨预报中的应用

结合北京局地暴雨特点,重点分析北京两次局地强暴雨过程的中尺度模式探空资料的特征与应用,同时简单讨论模式探空与降水量预报可能存在不协调的原因。结果表明:1)有利于北京局地暴雨发生的模式探空资料的主要特征是:对流层低层850 hPa以下水汽含量较充足,层结温度线与干绝热线近于平行,地面温度高(大于31℃);对流层中高层650 hPa以上相对冷干,对流层中低层800—600 hPa存在有利于深对流发生发展的饱和或准饱和层。2)模式探空资料可以正确反映强降水时间分布、降水性质及不同性质降水之间转换等,由于模式自身存在的协调性问题,在局地暴雨预报中有必要重视对模式探空资料的分析。3)上述结论是在两次暴雨过程分析的基础上得到的,今后仍需通过更多个例来进一步考察。

山东一次局地暴雨的中尺度风场特征

利用山东济南及滨州多普勒雷达体扫资料,结合NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料及地面自动站观测资料,对2007年6月29日鲁中地区的一次局地暴雨过程进行分析,结果表明:本次局地暴雨为对流性降水,该过程风场水平和垂直结构与回波强度及其演变存在较好的对应关系,中低层存在明显的中尺度切变线,垂直方向上,暴雨系统存在明显的上升气流,二者是产生暴雨的重要条件;中低层辐合线造成水汽集中,为强回波带的形成提供水汽和动力条件;强回波带上的上升气流将水平输送到局地的水汽向上输送,有利于系统进一步发展。