吉林省东部山区极端短时强降水特征分析

文章根据吉林省地形地貌特征,选取东部山区20个国家地面气象观测站1975-2023年逐小时降水实况资料,利用百分位数方法建立各个国家站极端短时强降水的阈值,在此基础上分析东部山区极端短时强降水时空分布特征。结果表明:吉林省东部山区极端短时强降水阈值分布在20~33 mm,强度分布与阈值分布基本一致,频次分布与阈值分布呈负相关;极端短时强降水呈增多趋势,6月下旬至8月中旬频次最高;每日14:00-19:00极端短时强降水频次最高;极端短时强降水频次呈现准30~42年、18~24年的周期性波动。研究结果旨在为吉林省东部山区极端短时强降水的预报预警提供技术支撑。

达州极端短时强降水特征及物理量指标分析

【目的】为提高达州极端短时强降水预报准确率。【方法】利用常规气象观测资料,对2013—2022年达州极端短时强降水特征、环流背景和物理量指标进行统计分析,针对物理量指标设定相应阈值并进行检验。【结果】达州极端短时强降水年极值8月出现最多,年极值天气学类型分为高空低槽型和副高控制型2种;极端短时强降水集中出现在盛夏(7—8月),峰值出现在8月,凌晨到早上为易发时段;极端短时强降水站次空间分布总体呈南多中北部少特征;K指数、SI指数、抬升指数LI、Δθse_(850~500)、ΔT_(850-500)、Q_(700)及Q_(850)等物理量参数对极端短时强降水均具较好的指示意义,当同时满足设定的相关阈值时,极端短时强降水预报准确率较高,但此时漏报率也有所增加。【结论】对极端短时强降水的特征和环流背景进行分析,结合设定的物理量指标阈值,有利于进一步开展当地极端短时强降水潜势预报。

驻马店市2016—2020年暖季极端短时强降水天气分型与物理量特征

利用常规高空、地面气象观测资料和ERA5再分析资料,分析了2016—2020年暖季(4—9月)驻马店市极端短时强降水的时空变化特征,并对其进行天气背景分型与物理量特征诊断。结果表明:极端短时强降水多发在7月到8月,日变化呈三峰型,在每日16—18时、00时、05—07时较多发,而小时雨强80 mm/h以上的极端短时强降水多发在00时,且在驻马店市中东部的平原地区较为多发。根据主观分型和K均值聚类客观分型相结合的方法,将驻马店市极端短时强降水分为低槽低涡切变型、副高影响型、地面冷锋型、西北气流型和台风倒槽型5种,雨强80 mm/h以上的极端短时强降水发生在前3种天气型下。对每种天气型的物理量诊断结果表明,低槽低涡切变型低层水汽通量最大,地面冷锋型环境场高湿,而西北气流型层结偏干,只有近地面露点相对较大。各天气型均有一定的不稳定能量。低槽低涡切变型整层动力条件均最强,地面冷锋型的低层动力条件较强,而其余3型的动力条件相对较弱。各型0℃层高度除低槽低涡切变型外,其余各天气型平均值均在5.4 km以上。将本研究统计的极端短时强降水物理量平均值与张一平等统计的淮河上游地区短时强降水的物理量平均值进行了对比,除CAPE偏高1倍较为明显外,其余物理量差异均不明显。

海珠区极端短时强降水的特征分析

选取2017—2022年广州市海珠区内23个区域气象站的逐小时降水观测资料,统计分析了海珠区内极端短时强降水的特征,结果表明:海珠区极端短时强降水有“一年多两年少”的年变化特征,年内分布主要集中在4—9月(主汛期),且在5、8月呈“双峰”特征,前汛期的峰值高于后汛期的峰值;凌晨、傍晚到上半夜是极端短时强降水的易发时段,恰好与下班高峰期重合,给城市交通增加了巨大的压力。小时雨量在50~59.9 mm范围内出现的次数最多,占比超过50%;极端短时强降水年极值在8月出现次数最多,2019年7月22日16:00出现了期间极端最强短时强降水,达80.9 mm。极端短时强降水年平均次数在海珠区中部、东北角、西北角最多,尤其中部是极端短时强降水的易发区域,说明不同高低的城市建筑物会产生不同的地表粗糙程度,会使降水系统的移动速度减慢,导致雨强增大。

2023年乐平港边极端短时强降水事件分析

为了监测预警极端短时强降水的发生,减少极端短时强降水造成的灾害,基于降水资料、天气图、雷达拼图、雷达PUP产品等资料和技术分析方法,对2023-08-27 T 20:00/2023-08-28 T 20:00乐平港边极端短时强降水事件进行分析,结果表明:强降水由丰城、南昌至景德镇东北-西南向的中尺度雨带造成,其中乐平中部港边24 h雨量达195.8 mm,小时最大雨强达102.8 mm,为2023年景德镇地区强降水之最;强降水与闪电密切相关,最强降水时段闪电最为密集;强降水与强劲的副热带高压阻挡有关,回波东移受阻,移动缓慢,冷暖空气较长时间对峙、交汇,前倾槽、低层辐合、高层辐散与充沛的水汽供应导致极端强降水;强降水由较大范围35~45 dBZ回波中伴有少量45~50 dBZ的絮状强回波造成,其间回波稳定少动、合并,单部雷达上表现为中等强度垂直累积液态水含量、垂直的柱状结构、低质心、正负速度辐合等特征。研究结果为极端短时强降水的临近预报提供了参考依据。

湖北省极端短时强降水MCS类型及特征分析

重点利用新一代天气雷达、常规探空和地面中尺度观测等资料,在详细分析湖北省2008-2015年62例极端短时强降水中尺度对流系统演变过程的雷达回波特征基础上,研究归纳了湖北省6类极端短时强降水MCS模态,其中包括4类线状(尾随层状云、平行层状云、后向扩建类、邻近层状云类)和2类非线状(涡旋状类和层状云环绕类)MCS模态。初步研究表明:(1)4类线状MCS的模态和环境风相对对流线分量的垂直分布与早期的研究结果基本一致。(2)非线状的涡旋状类MCS模态典型特征是大范围层状云降水包裹着螺旋式涡旋对流回波带,多形成于西南涡前切变线附近,主要与西南涡前鄂西山地平原过渡带边界层中尺度涡旋系统的触发和组织有关。(3)湖北省后向扩建类MCS常出现在山脉迎风坡一侧,与中尺度地形对冷池的阻挡、冷池对MCS的组织作用等有关。(4)涡旋状MCS持续时间较长、范围较大,而层状云环绕类MCS维持时间较短。

基于加密自动气象观测站和国家气象观测站的山东省极端短时强降水时空分布特征的对比分析

利用2008—2017年4—10月山东省加密自动气象观测站(简称全部站)和国家气象观测站(简称国家站)逐小时1 mm以上降水量资料,通过对比分析,探究不同分辨率数据对极端短时强降水时空分布特征的刻画效果。结果表明如下:全部站小时降水量的偏态特征比国家站明显,若分析小时降水量的平均状态,两者均具有代表性,若分析短时强降水的极端性,全部站数据更具有优越性。将各站第99.5%分位数作为极端短时强降水的阈值最合理,全部站和国家站对于30~45 mm阈值的空间分布特征相似,45 mm以上的阈值,全部站的数值和范围均大于国家站。山东省大部地区的极端短时强降水强度集中在40~60 mm·h-1,全部站和国家站在此区间的空间分布特征相似。国家站数据不能刻画40 mm·h-1以下和60 mm·h-1以上的极端短时强降水的空间分布特征。极端短时强降水强度的空间分布特征与地理位置及地形特征密切相关。鲁东南地区的极端短时强降水强度、日最大降水量及夏季降水量、年降水量均居山东省之首,鲁西北地区虽然强降水频次高、强度大,但与年降水量和夏季降水量没有正相关关系。全部站与国家站极端短时强降水频次的月变化和日变化特征一致,但国家站不能完全代表山东省极端短时强降水强度的月变化和日变化平均状况,全部站数据能更准确地反映山东省的时间变化特征。

基于GRAPES-MESO模式的极端短时强降水预报

利用2017—2018年5—9月四川盆地109个自动站逐小时降水资料,以及GRAPES-MESO模式0.1°×0.1°的逐3 h预报场资料,从热力不稳定、水汽、动力条件等方面分析极端短时强降水(1 h降水量大于等于50 mm)发生发展所需的关键物理量指标,结合随机事件概率思想和主成分分析方法构建预报模型,研发极端短时强降水概率预报产品。经预报效果评估,当概率值达0.7以上时,TS评分为24.0%,可将其作为极端短时强降水预报的参考阈值。2019年7月22日四川盆地暴雨过程应用表明,该产品对极端短时强降水落区有较好的参考意义。

一次极端短时强降水过程中FY-3微波湿度计观测特征分析

利用FY-3微波湿度计资料和常规观测资料,对2016年贵州至湖北一次强降水事件中极端短时强降水站点、一般性短时强降水站点上空对流云的微波观测特征进行了对比分析。结果表明:(1)极端短时强降水站点上空150 GHz附近窗区探测通道亮温低于一般性短时降水站点。(2)极端短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布呈现漏斗状,对干侵入有一定指示作用,亮温最低值出现在183.31±7 GHz附近,主要为暖云降水;一般性短时强降水站点上空水汽通道亮温垂直分布则呈竖条形,亮温最低值出现在183.31±3 GHz和183.31±7 GHz探测通道附近,为冷云暖云混合降水。(3)极端短时强降水站点上空未出现冲顶对流,但低层对流发展旺盛;一般性短时强降水站点上空出现冲顶对流,但低层对流发展强度偏弱。

2012—2021年海南岛极端短时强降水特征及其成因分析

利用2012—2021年海南岛323个地面气象观测站逐小时降水资料及ERA5高分辨率资料,统计分析了海南岛近10 a的极端短时强降水时空分布特征,利用合成分析法探讨了产生极端短时强降水的环流背景。结果表明:海南岛极端短时强降水每年约为422.3次,占短时强降水的8%。极端短时强降水的季节和日变化明显,多发生在4—10月的午后(14:00—19:00),8月站次最多,近10 a发生极端短时强降水的站次最多为11次,出现在海南岛西北部。极端短时强降水日变化呈单峰型,峰值出现在17:00,为每年62.1次。午后发生极端短时强降水的平均降水强度较大,均值为67.8 mm·h^(-1),峰值为111.5 mm·h^(-1)。海南岛极端短时强降水年、暖季(4—9月)的空间分布有两个高发地区,为海南岛西北部和东部沿海地区,暖季的天气系统是影响海南岛极端短时强降水的主要天气系统。海南岛极端短时强降水逐月空间分布差异与海陆风、地形均有密切关系,各月触发条件不同,7—8月极端短时强降水相对较多。

C波段双偏振雷达在正安碧峰极端短时强降水中的初步应用

2020年6月12日凌晨,贵州遵义出现一次局地特大暴雨过程。局地强降水出现在正安碧峰镇,24 h过程雨量266.4 mm,2 h累计雨量达225.8 mm,最大小时雨强达163.3mm·h^(-1),其中03时10—40分30 min雨量达到115.3 mm。利用常规高空和地面观测资料、地面加密观测资料、NCEP再分析资料、新一代C波段双偏振多普勒天气雷达资料等,结合特殊地形因素,初探碧峰极端短时强降水的形成原因。结果表明:(1)此次过程是在西太平洋副热带高压西进北抬,同时巴尔喀什湖—贝加尔湖横槽东移南下,西北地区—四川盆地低槽活跃的背景下产生的,强降雨主要出现在低层低涡切变附近及切变右前侧南风辐合区内,属暖区性质暴雨,偏南气流明显风速辐合和地面辐合线是正安碧峰特大暴雨的重要影响因子,深厚暖云层高效率降水增加了降水的极端性。(2)正安附近低层水汽辐合明显,高层处于南亚高压中心控制的强辐散区,高层辐散抽吸对强降水维持和加强有利;(3)雷达回波显示,回波呈后向传播,“列车效应”特征明显,且回波强度强、顶高高,垂直累积液态水含量极高,各种参数均能说明强降水时段水汽充沛、对流旺盛。双偏振雷达参数表明,可能存在大雨滴或一些融化的小冰粒,差分反射率和差分传播相移率同时较大,表明大雨滴数量多,大量大雨滴易产生强降水,暖云层厚,“低质心”高效率降水,因此总体降雨强度很强。(4)碧峰处在“喇叭口”地形内,东南气流进入“喇叭口”使降水更大、雨强更强。

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。

副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析

为了研究副热带高压(副高)背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:(1)这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。(2)对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升(下沉)气流的配置使得大粒子的下泻不会影响上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。(3)在弱天气尺度系统背景下,局地地形对于降水系统的影响得以凸显。地形造成的低层辐合使得差分反射率因子(Z_(DR))、差分传播相移率(K_(DP))等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。(4)暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主导作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。(5)强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的升高。因此,K_(DP)可作为判断雨强是否增大的指标。(6)Z_(DR)柱与K_(DP)柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,Z_(DR)(K_(DP))柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016-2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5~6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。

宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。

近10 a浙江省极端短时强降水时空特征分析

利用2010—2019年自动气象观测站逐小时降水资料,分析了近10 a浙江省极端短时强降水(1 h雨量≥50 mm或3 h雨量≥100 mm的降水)的时空分布特征,结果表明:(1)浙江省每年约有极端短时强降水169.8 h,主要分布在暖季(5—10月)及午后(14—21时),东部沿海(包括东南沿海和杭州湾)是高发带。(2)极端短时强降水主要始于5月,由浙南逐渐向浙北伸展,7—9月对应站点基本覆盖全境,而8月影响范围最大,对应有站点逐月年均频数峰值1.3 h·a^(-1),位于东南沿海,月平均强度峰值99.1 mm·h^(-1),位于杭州湾,10月及以后降水向东部沿海收缩,过程趋于结束。(3)极端短时强降水午后高发且强度增大,影响范围最广,并在17时有年均频数日变化曲线峰值,达17.4 h·a^(-1),同时午后东南沿海高频站点密集,占全省高频站数的83.2%,杭州湾降水强度增加,50%以上的站点超过57.6 mm·h^(-1)。(4)地形地貌与极端短时强降水的空间分布关系密切,东南沿海处的海陆交界下垫面及喇叭口地形有助于极端短时强降水的发生,而杭州湾洋面向内陆伸展的喇叭口地貌对降水效率的提高有促进作用。

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-Interim 0.125°×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。

广西汛期极端短时强降水特征分析

利用2005—2021年4—10月广西91个国家气象站小时降水数据和Oceanic Nino Index (ONI)数据,分析了广西汛期极端短时强降水的特征及其关联因子。结果表明:(1)广西超过80%站点的极端短时强降水强度在40~70 mm·h^(-1),强度和频次最高均出现在沿海地区,频次次高区域为桂东北地区,但其强度却为广西最低;(2)每年极端短时强降水频次呈现增多趋势,每年5、6月份极端短时强降水频次最高,但各个月份强度变化不大。(3)每日04—05时、17—18时的极端短时强降水频次最高,各个时次强度均在50~55 mm·h^(-1),差别不大。(4)广西极端短时强降水特征不仅与地形密切相关,而且与南海夏季风、厄尔尼诺/拉尼娜事件关联性很大。(5)前一年秋季的ONI和次年前汛期的极端短时强降水呈显著正相关。

沙颍河流域一次极端短时强降水的中尺度特征分析

利用常规气象观测资料、自动站加密观测资料、FY-2E卫星资料、雷达资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2017年8月18日沙颍河流域一次极端短时强降水过程的环境条件及中尺度特征进行分析,结果表明:本次过程发生在高空浅槽携冷空气东移南下与副热带高压边缘暖湿气流交汇的天气背景下,低层切变线、超低空西南急流与地面中尺度辐合线为中尺度对流系统发生发展提供了有利的环境场条件。低层充分的水汽输送与异常偏高的比湿为极端短时强降水提供了水汽供应;大气对流不稳定明显,CAPE高达1600 J·kg^(-1),有利于极端短时雨强产生;边界层上强烈辐合抬升不仅有利于上升运动的维持,也对中尺度对流系统的触发起到关键作用。两个中小尺度对流云团相向而行,并在沙颍河流域中下游合并发展成MβCS,且稳定维持3 h以上,导致流域中下游强降水的发展。强降水中心与Tbb低值中心后侧等值线密集区对应较好。中心强度达45 dBZ以上的对流性回波在沙颍河流域上游生成并发展,在近地层辐合抬升作用下,逐渐发展为旺盛的对流单体,并向东北移动;超低空西南急流上新生对流单体向西南传播,后向传播特征显著。极端短时强降水发生在后向传播和准静止两个阶段。强回波具有低质心回波的暖区对流结构,降水效率高,对应速度场上低层有气旋性辐合区及中气旋、高层辐散等特征。本次过程发生在弱天气强迫下由中尺度对流系统触发。此类天气的预报着眼点不仅要关注低层尤其是边界层系统及对流参数,还要关注中小尺度对流系统的发展对极端短时强降水的贡献。

潮州极端短时强降水时空分布特征及地形作用

采用2013—2020年潮州市53个自动气象站逐时降水资料,运用统计学及空间插值方法,对潮州市的极端短时强降水时空分布特征及地形作用进行分析。结果表明:潮州市年极端短时强降水频次呈波动下降趋势,主要发生在4—9月,呈双峰型分布,主峰在8月份,次峰在6月份;日变化呈双峰型,下午到傍晚是主要发生时段,其次是上半夜到午夜。空间分布不均,其中潮州市中部到西北部频次较高。极端短时强降水的发生与地形关系密切,多出现在迎风坡、河谷和沿海等地区。