四川“8.11”暴雨的视热源和视水汽汇特征分析

基于NCEP再分析资料与WRF-ARW高分辨数值模拟资料,利用视热源和视水汽汇方程,诊断分析了2020年8月10~12日四川盆地一次暴雨过程的大气热力和降水特征。结果表明:暴雨发生初期,对流中低层聚集了大量水汽,为暴雨来临准备了丰富的水汽;暴雨强盛时期,视热源和视水汽汇在对流中高层显著增加,使得对流层中高层出现深厚的加热和加湿层,表明此次降水积云对流活跃,以对流性降水为主;暴雨发生发展过程,视热源和视水汽汇中垂直项起主要作用,充分说明了强烈的上升运动可以带来丰沛的水汽,有利于暴雨的发生发展。

北半球夏季风区大气视热源和视水汽汇的低频振荡

利用１９８６年５～９月ＥＣＭＷＦ／ＷＭＯ资料计算非洲季风区、印度季风区、南海季风区和副热带季风区的视热源（Ｑ＿１）和视水汽汇（Ｑ＿２）。结果表明非洲季风区和印度季风区Ｑ＿１、Ｑ＿２的准４０天周期显著；南海季风区准双周振荡明显；副热带季风区盛行８天左右的周期；准４０天周期振荡也是南海季风区和副热带季风区的重要信号，印度季风区Ｑ＿１、Ｑ＿２的准４０天周期振荡比其他季风区的更为显著；非洲季风区Ｑ＿１振荡位相超前于Ｑ＿２振荡位相，其他季风区在夏季Ｑ＿１和Ｑ＿２振荡几乎呈同位相关系；对流层低层Ｑ＿２和纬向风的低频振荡在印度季风区和南海季风区呈纬向偶极子分布，当季风区低频季风活跃（不活跃）时，Ｑ＿２低频分量对应为潜热源（汇）或视水汽汇（源）。

1982年东亚及太平洋地区视热源及视水汽汇的分布

本文对１９８２年东亚及太平洋地区逐月的视热源（Ｑ１）及视水汽汇（Ｑ２）进行了计算。发现视热源及视水汽汇的分布不仅存在明显的季节性变化，而且在１９８２年这一强厄尔尼诺年，视热源及视水汽汇分布和强度也有相应的异常变化。在１９８２年５～６月，厄尔尼诺开始时，印度尼西亚表现为视热汇及视水汽源，而赤道中太平洋为较强的视热源及视水汽汇。随着ＥＮＳＯ事件的发展，这一现象有增强的趋势。赤道太平洋的强视热源及视水汽汇也进一步向东发展。南海、西太平洋副热带及赤道东太平洋等区域强视热源和强视水汇的垂直分布相差很大；

青藏高原横变线的大气视水汽汇特征合成分析

本文利用1981-2016年6-8月每日4次,分辨率为1°×1°的欧洲中期天气预报中心再分析资料(ERA-Inter-im),采用合成分析方法,探究了青藏高原横切变线附近大气视水汽汇的分布和演变特征。结论如下:高原横切变线为水汽聚集带,当切变线附近水汽辐合增强,且在切变线东段形成一水汽辐合中心时,切变线发展增强;高原横切变线附近整层积分的高原大气视水汽汇呈现为“南高北低”的分布特征;当高原横切变线上东段视水汽汇强度增强时,切变线发展增强;当水汽由低层向中高层输送增强时,切变线也发展增强;在高原横切变线演变过程中,水汽的垂直输送项为视水汽汇的主要贡献项。

“98.5”华南前汛期暴雨中尺度系统发生发展的动力、热量和水汽收支诊断

为进一步了解华南暴雨的形成机理,利用MM5模式输出的高时空分辨率资料,对“98.5”华南暴雨的总涡源、视热源和视水汽汇进行了诊断分析。诊断结果表明:总涡源场与涡度场对应一致,高值中心位于降水上空,正的总涡源柱中心预示了涡度柱将继续发展;在组成总涡源各项中水平绝对涡度平流项和扭转项是负贡献,垂直涡度平流项和散度项为正贡献;降水区与视水汽汇和视热源高值区对应一致,视水汽汇和视热源有峰值相伴,说明凝结潜热给系统提供了发展的能量;地面涡动通量和各层的次网格尺度涡动使高层冷却,低层加热,有利于降水系统中对流发展;在组成视热源和视水汽汇各项中均为垂直项起主要作用,充分说明了在暴雨发生过程中强上升运动具有重要作用;强烈的垂直上升运动将水汽带到了高层,云水场的发展与视水汽汇有着一致性,在视水汽汇达到极值时,除冰晶外,云水场各物理量中心高度达到极值,部分物理量的强度也达到最大。

1991年江淮暴雨时期的能量和水汽循环研究

通过对 1991年 5～ 7月江淮暴雨期全球范围的水汽输送和不同降水过程中江淮暴雨区及其临近区域的水汽收支和视热源和视水汽汇的计算分析得到了以下结论 :( 1)从水汽输送的机制来看 ,一方面 ,有大量的水汽以定常涡动的方式从孟加拉湾及南海输送到中国江淮地区 ;另一方面 ,江淮地区的瞬变涡动水汽向北输出 ,这可能与江淮地区频繁活动的α和β中尺度系统有关 ,它们将江淮地区汇集的充沛的水汽除了大部分以降水形式降下外 ,剩余部分继续向水汽较少的高纬地区输出 ,以维持全球水汽的平衡。( 2 )在降水过程中 ,局地蒸发项在水汽的供应中或再循环中十分重要 ,其数值一般为降水量的 13 ～ 12 ,这与1998年的降水情况相似。( 3 )在降水过程中 ,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入的 ,东边界和北边界则流出 ,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行。 (a)在流入边界上 ,水汽通量的垂直分布存在差异 ,暴雨区西边界和南边界的水汽流入的垂直差异可能与其所在的地理位置有密切关系。 (b)对于暴雨区 ,不同强度的降水过程水汽的主要来源有所不同。( 4)在 5次降水过程中 ,视热源和视水汽汇的较大值对应降水的大值区 ,表明了水汽凝结加热对大气加热所起的主要作用。梅雨期降水 ,以对流性降水为主 ,对流活动随季节变化?

“98.7”特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支诊断

1998年 7月 2 0～ 2 3日 (“98.7”)发生在鄂东和鄂西南地区的特大暴雨过程 ,不仅与70 0hPa上低涡切变线的生成和持续发展密切相关 ,而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。利用非静力模式MM5 .V2 .1 2成功模拟提供的高分辨输出资料对这次特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支进行了诊断。结果发现 :当有强对流发生并伴有强降水时 ,就会有强的视热源Q1 和视水汽汇Q2 出现 ,而强的Q1 与Q2 和强降水区基本是对应的 ;Q1 随高度增高而增大 ,最大加热位面基本上都在 486.1hPa(σ =0 .5 4 )附近 ;在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制 ;在对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件 ,积云对流在中、低空的凝结潜热不仅加热对流层中层大气 ,而且向高层输送 ,加热高层的环境大气 ;在暴雨初期 ,Q2 的双峰结构与低空层积云及中空积云对流凝结变干有关 ;Q2 的中空峰值大体与Q1 的峰值相应 ,Q2 的深厚变干层与Q1 的深厚加热层非常一致。诊断结果表明 ,用非静力中尺度模式成功模拟的高分辨输出资料对Q1 和Q2 进行数值诊断是可行的。通过对强暴雨过程Q1 和Q2 的诊断 ,可为改进积云对流参数化中加热和增湿廓线?

一次江淮暴雨的热量与水汽收支诊断分析

利用 MM5中尺度模式对一次江淮地区的暴雨过程进行了数值模拟 ,应用模拟结果诊断分析了降水区热量和水汽收支的变化。结果发现 :当有强对流发生并伴有强降水时 ,就会有强的视热源 Q1和视水汽汇Q2 出现 ,而强的 Q1与 Q2 和强降水区基本是对应的。在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制 ;

一次东北移西南涡的结构特征分析

利用欧洲中心ERA5逐小时再分析资料对一次东北移西南涡活动特征进行诊断分析,得到以下结论:本次西南涡是在稳定的“东高西低”环流形势下生成和发展,高原涡诱发西南涡生成,在高原气流的引导下向东北方向移动,西南涡在向东北移动的过程中和高原涡耦合促使西南涡进一步发展。西南涡东北移过程中均有低空急流配合。西南涡初生阶段较为浅薄,动力特征较弱;东移发展过程中动力作用增强,正涡度发展至对流层顶,正涡度柱内“低层辐合-高层辐散”的特征显著,高层辐散大于低层辐合,强的高空抽吸作用促使低层辐合增强。涡度平流项、垂直输送项和拉伸项对西南涡的发展起到主要作用。视热源和视水汽汇在低涡发展阶段,中低层暖湿空气的加热使空气增温,从而使地面减压,有利于西南涡的发展;中高层凝结潜热和感热加热,使得对流层高层增温,促使高层出流加强,进一步增强西南涡的发展。

一次华南暴雨过程中水汽输送和热量的研究

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了2004年7月17—21日华南汛期暴雨过程的水汽通量、视热源(Q1)和视水汽汇(Q2),并探讨了其垂直分布特征。结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的水汽和凝结潜热。孟加拉湾、南海和西太平洋都是这次华南暴雨过程重要的水汽供应源。暴雨区南边界为水汽的主要输入区,北边界为主要输出区,而暴雨区南、东边界的水汽输送主要发生在低层,西边界在中、低层的水汽输送大致相当。在这次降水过程中,视热源和视水汽汇的较大值与降水的大值区有很好的对应关系。视热源、视水汽汇和垂直上升运动与降水量的变化总体趋势是一致的。视热源垂直方向上的峰值在400 hPa附近,而视水汽汇呈双峰型特征,峰值分别在700 hPa和450 hPa附近。垂直平流项均是视热源、视水汽汇的主要贡献者。

一次强降水过程的热量和水汽收支分析

利用NCEP／NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料，计算了2007年7月18日河北南部暴雨过程的水汽通量、视热源（Q1）和视水汽汇（Q2），分析了降水区热量和水汽收支的变化，并探讨了其垂直分布特征。结果表明：本次暴雨过程是由沿低涡切变线相继生成并强烈发展的中尺度对流云团造成的；当有强对流发生并伴有强降水时，就会有强的视热源Q1和视水汽汇Q2出现，且与强降水区基本对应，对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件。

河南“21.7”极端暴雨过程天气尺度系统发展维持机制分析

利用实况资料和ERA5再分析资料对“21.7”河南极端暴雨过程的锋生作用、大气非绝热加热和水汽净收支进行了深入分析,揭示此次过程天气尺度系统发展维持机制。结果表明:本次极端暴雨过程中,河南位于西北太平洋副热带高压(副高)和大陆高压之间的鞍型场中,低层辐合高层辐散的配置有利于500 hPa低压系统的发展和维持;锋生作用主要发生在对流层低层且与θ_(se)密集区有较好的对应关系,水平散度项和水平变形项起主导作用,两者的贡献基本相当;视热源(Q_(1))和视水汽汇(Q_(2))水平分布与强降雨落区较为吻合,二者的垂直分布有明显差异,Q_(1)最强加热作用在对流层中高层,而Q_(2)垂直分布较为均匀但强度明显小于Q_(1),Q_(1)中位温垂直输送项起主导作用,而Q_(2)中比湿水平平流项发挥着主导作用,这表明本次河南极端暴雨中,区域性强凝结潜热的释放对降水有正反馈作用。伴随来自台风烟花(2106)北侧偏东气流的不断加强西进,强风速切变及地形抬升引发异常强盛的边界层水汽辐合,总水汽收支主要受到东西向水汽净流入的主导,偏东路径边界层极强的水汽输送对极端暴雨过程的维持和加强起到十分关键的作用。

基于热源作用的青藏高原东坡一次夜间暴雨的诊断分析

利用ERA5再分析资料、CMORPH融合降水资料和山地通量观测资料对2020年6月26日发生在四川冕宁一次夜间致灾暴雨进行综合诊断分析。结果表明:本次夜间暴雨发生前,白天地面热源存在明显的正异常变化,地面热源的正异常区与降水有很好的对应关系。同时大气热源(视热源和视水汽汇)与暴雨的关系密切且相互影响,降水释放凝结潜热,加热大气,使得视热源也随之增加。在暴雨发展强盛阶段,视水汽汇的垂直输送项达到最大,而视水汽汇的局地变化项能很好指示整个暴雨过程中区域水汽的净输送状况。

四川盆地西部连续两次特大暴雨过程的西南涡特征分析

针对两次四川盆地西部特大暴雨过程中西南涡发展与演变特征,利用欧洲中心ERA5逐小时再分析资料和FY4A卫星云顶相当黑体温度资料进行诊断分析。结果表明:两次过程的西南涡均生成于低槽东移和副高西伸的有利环流背景下。过程一的西南涡在高能高湿的环境下生成和发展,低层的感热和潜热加热作用更为显著,正涡度随高度向西倾斜发展且高度达到400 hPa,涡度拉伸项和扭转项对西南涡的发展起主要作用。过程二的偏南气流更为强盛,对流层高层的辐散抽吸作用更强,热力条件弱于过程一,西南涡范围内为高湿状态,对流层高层强的感热和凝结潜热加热使得高层增温,从而增强西南涡的发展,其正涡度发展至对流层顶,正涡度柱随高度垂直延伸,动力作用强于过程一,涡度拉伸项、扭转项和垂直输送项对西南涡的发展起主要作用。

2005年6月华南致洪暴雨的大尺度环流特征及成因探讨

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南致洪暴雨的环流背景及其可能成因。结果表明:2004—2005年经历的一次弱E l N ino事件是2005年华南致洪暴雨的气候背景。与2005年夏季相比较,6月17—26日强降水期间,华南地区的视加热<Q1>和视水汽汇<Q2>异常强烈,并且<Q1>和<Q2>的高值带与该时段降水量分布非常相似,高值中心与雨量中心位置基本一致。阿拉伯海东岸和孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层异常反气旋性环流,使得南亚高压加强偏西。我国大陆处于异常气旋性环流之下,不利于南亚高压北上,有利于南亚高压在青藏高原南部、华南地区维持,使得华南地区位于高空西风急流南侧的上升运动区,有利于该区域强降水发生和维持,形成洪涝。

中尺度对流系统影响西南低涡持续性暴雨的诊断分析

利用加密自动站降水资料、FY-2E卫星云顶相当黑体温度TBB资料和NCEP再分析资料,对2010年7月16-18日四川盆地持续性暴雨天气过程中的西南低涡及伴随发展的中尺度对流系统(MCS)进行了分析。结果表明,500 hPa高空槽、700 hPa中尺度切变线和暖湿气流为MCS的发生提供了良好的环境条件;地面降水时空分布具有明显的中尺度特征,MCS是造成暴雨的重要原因;暴雨中心集中在TBB冷云区或边缘梯度密集带。在西南低涡发展过程中,MCS有利于激发上升气流,中低层的上升气流和正涡度配合利于热量和水汽垂直输送,高层的辐散进一步促使MCS的发展。水平涡度平流和涡度垂直输送项的配置影响上升气流和涡旋系统的发展,MCS对西南低涡的移动有一定的引导作用。有无MCS伴随发展时,对流活动对热量和水汽的输送能力迥异。

“99.6”梅雨锋暴雨模拟资料的诊断分析

利用非静力中尺度模式MM5V3的模拟资料对"99.6"梅雨锋暴雨过程进行了对流动量输送(CMT)和视热源视水汽汇分析。CMT诊断分析表明,水平动量残差在切变低涡发展的不同阶段的作用是不同的,在中尺度低涡发生初期对流层低层动量残差X主要是加速西南气流的北上;在对流层中层动量残差在槽后加速冷空气南下,在槽前加速西南暖湿气流北上,非常有利于东亚大槽的发展。在低涡切变线强烈发展时,850hPa的X方向与发生阶段相反,此时西南气流受到了强烈的减速作用,同时500hPa东亚大槽的前部和后部出现了减速气流的动量残差,槽后冷空气和槽前的暖湿气流都已经受到减速作用,此后低涡切变线逐渐衰减。低涡切变线发展到最强的阶段,强X矢量几乎总是与强烈上升运动区相对应,能量转换E的水平分布表明,大尺度系统与中尺度系统之间的能量转换非常复杂,并不是简单的能量串级过程,但能量主要是从大尺度向次网格尺度转换。200hPa动能转换E的带状分布非常清楚,E的正负大值中心分布在高空急流的2侧,表明高空急流在能量转换的过程中起到非常重要的作用。视热源和视水汽汇的诊断分析显示,强凝结潜热的释放与低涡的发展相伴随,但视热源只与β中尺度系统有明显的对应关系,视水汽汇有和视热源非常相似的分布特征。

1998年南海季风爆发时期中尺度对流系统的研究:Ⅱ中尺度对流系统对大尺度场的作用

通过对1998年南海季风爆发过程中大尺度风场、温度场、厚度场、地面气压场以及视热源与视水汽汇的演变分析研究了对流活动对大尺度场的作用,结果表明:大尺度环流与中尺度对流活动之间可能存在着一种正反馈机制。在季风爆发早期,大尺度背景与中尺度对流活动的关系主要表现为前者为季风爆发以及中尺度对流活动的发生提供有利的天气和动力条件;季风爆发后期持续的大范围中尺度对流活动反过来会对大尺度环流存在明显的反馈作用。由对流活动强烈发展产生的凝结潜热释放在南海北部造成了显著的大气加热,使对流层中上层出现一明显的加热中心,这导致:(1)南海上空经向温度梯度由高层向低层发生反向,形成北高南低的温度梯度,从而使大尺度环流发生季节性改变;(2)相应南海北部地面气压不断加深,形成宽广的季风槽和明显的减压区,促使副热带高压从南海地区最后撤离;(3)随着中低层低压环流的不断发展,对流系统和降水区进一步加强并向南扩展,有利于南海季风在南海中、南部地区爆发和维持;(4)季风槽的加深使其南侧的季风气流与水汽输送进一步加强,促使季风爆发过程达到盛期。

2006年9月4-5日四川暴雨过程分析

2006年夏季川渝地区旱灾严重,入秋第一场暴雨过程迅速减弱了川渝地区的高温灾害,同时初步缓解了该地区的旱情,由于雨势强劲亦造成不少地区重大经济损失。采用1°×1°NCEP再分析资料对2006年9月4—5日发生在高原东侧的一次暴雨过程进行物理量的诊断分析。结果表明:本次过程中低空急流的位置与以往的过程不同,它出现在低压的北侧,加快了北方冷空气和水汽的输送,此外低空急流出现和消失都早于风场辐合区,是低压发生发展的动力条件。从视热源和视水汽汇分析表明本次降水积云对流活跃,以对流性降水为主。

2011年7月初一次大暴雨过程分析

2011年7月初四川中部至东部出现一次持续的强降水过程,采用NCEP再分析资料、常规观测资料、自动站资料和FY-2E资料对此次过程进行诊断分析。结果表明,本次区域性大暴雨过程主要影响系统为副高外围西南气流和中尺度对流云团,副高西伸带来充沛的暖湿气流向川内输送,与北下干冷空气在四川上空汇合,增强大气层结不稳定;雨区上空对流层内有强上升运动且中低层不稳定呈高温高湿状态;700hPa水汽通量散度分析显示本次暴雨水汽源于孟加拉湾,水汽辐合区内有TBB大值中心及视热源、视水汽汇大值区;本次降水为对流性降水,水汽凝结加热对大气加热起重要作用,视热源、视水汽汇及垂直螺旋度与暴雨有很好的对应关系,当强降水出现时螺旋度呈(高空)上负(低空)下正分布,高层负螺旋度的生消与降水有更好的对应关系;雨区上空水汽收支显示南、北两边界是主要水汽来源,且水汽以南北向辐合为主。