中国主雨季极端小时降水时空分布和日变化特征

基于国家级气象站逐小时降水资料,采用百分位阈值的极端降水定义方法,统计研究了中国1951—2021年4—10月小时降水时空分布和日变化特征。结果表明,中国主雨季极端降水阈值东南大、西北小,存在四个分别位于华南、环渤海、长江中下游和四川盆地的大值区,随着极端性增强,北方小时降水阈值的增大较南方更显著,大值中心北移。月尺度上,小时降水的最高频次月份由南向北从5月推迟至8月,华西地区最晚(9—10月),随着极端性增强,最高频次月份由6月、7月推迟到7月、8月,且地区差异减小。日变化特征上,全国范围内小时降水频次占比,呈现午后到夜间的谷峰主循环和后半夜到上午的次循环,且随着极端性增强,主循环振幅增大,次循环峰值减小。不同地理位置看,四川盆地的极端小时降水峰值时刻出现在凌晨,其他三个大值区则与全国平均较为一致,日变化振幅从南到北逐渐减小,西部最大。小时降水峰值时刻具有空间聚集的特征,夜间峰值主要集中在南方沿海和华北、东北,早晨—上午峰值集中在中部、东部、西南和西北部分地区,空间分布中出现的逐渐推迟和突变特征与海陆分布和大地形密切相关。小时降水峰值时刻空间占比与频次占比的日变化特征类似,均有上午峰值平缓、夜间峰值陡峭的特征,这是因为不同站点到达夜间峰值的时刻接近,而到达上午峰值的时刻不同;两者主要区别在随着极端性增强,频次占比夜间主峰值显著增大,而峰值时刻空间占比主峰值几乎不变,这是因为频次的变化主要是由同一些站点上的次数变化导致,而非不同站点之间的差异。

2021年7月20—22日豫北地区暴雨过程中尺度低涡和垂直运动发展的位涡动力学诊断

2021年7月17—23日,河南省发生了一次大范围的强降水过程(简称河南“21.7”特大暴雨)。20—22日暴雨中心移至豫北地区,在太行山东侧新乡、鹤壁等地引发了洪涝灾害。基于自动雨量站观测和ERA5再分析数据,利用位涡倾向方程和垂直运动分解方法,对河南“21.7”特大暴雨事件中豫北地区暴雨过程中中尺度低涡及垂直运动发展的热动力学机制进行了诊断分析。结果表明:豫北地区强降水凝结潜热引起的大气非绝热加热,因其垂直分布在低空随高度上升而制造位涡,使得低层大气位涡增强,表明中尺度低涡发展;另外,加深的中尺度低涡又使得等熵面进一步下凹、倾斜坡度增大,从而增强大尺度东南暖湿气流向豫北地区的辐合与抬升,特别是沿等熵面上滑的上升运动分量和与凝结潜热有关的上升运动分量,导致降水进一步加强。由此,中尺度低涡、垂直运动和强降水发展之间形成一定的正反馈,在豫北造成持续性暴雨过程。

肥胖急性呼吸窘迫综合征病人俯卧位通气治疗的研究进展

综述俯卧位通气(PPV)在肥胖急性呼吸窘迫综合征(ARDS)病人中的作用机制及应用进展,以期为肥胖ARDS病人的PPV临床实践提供参考。

基于多源资料的一次弓状强飑线成熟结构研究

利用局地分析和预报系统(Local Analysis and Prediction System,LAPS),结合多源资料,分析了2018年3月4日暖区强飑线成熟阶段的热动力结构和大风形成机制。结果表明:暖区内层结不稳定范围向东扩展和强的垂直风切变,驱动飑线组织化加强并向前移动和发展。成熟阶段飑线热动力结构呈现出两支强入流和冷池的典型特征,即前侧入流在低层(0~3.0 km)辐合上升,部分气流在高层翻转流向系统前侧,无后向流出;后侧中层(4.0~5.5 km)入流进入云体后部,在水凝物强烈相变降温作用下,密度增大转而下沉;下沉气流区降雨蒸发冷却增强了雷暴冷池。相比于飑线南段单一的对流线,北段弓形特点突出,后侧入流下降,加之存在尾随层状云,有更大的潜在冷却作用,促进气流加速下沉增强地面雷暴高压,最终导致更强的极端大风。

“21·7”河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析

2021年7月中下旬在河南省发生了一场极端强降水过程,暴雨持续时间长,累计降水量大,落区集中,造成了严重的人员伤亡。基于自动站雨量数据和ERA5再分析数据探讨了多尺度系统、急流和地形对水汽的输送和辐合及降水形成的重要作用和影响机制。结果发现:暴雨发生在远距离台风影响的有利环流背景之下,大量来自西太平洋的水汽从边界层和对流层低层进入河南东侧,来自南海的水汽从南侧对流层中低层进入降水区,在低涡、切变线和辐合线的共同作用下,引发强降水。低空急流与边界层急流的耦合形成低层水汽辐合上升中心,地形起到了动力阻挡抬升和热力抬升作用,并与急流综合作用,使强降水呈带状出现在山前,且20日位于豫中,21日在豫北。

江西一次特大暴雨中尺度对流系统特征对比分析

利用FY-2E云顶亮温(TBB)资料,雷达回波资料以及非静力中尺度数值预报模式WRF的模拟结果,对比分析了2010年6月19日江西特大暴雨过程中TBB低值接近但地面降水量差异显著的两个中尺度对流系统(MCS)。结果表明:MCS1为新生对流在有利的水汽、动力和热力条件下迅速发展形成的强盛中尺度对流系统,中低层辐合高层辐散、气旋性涡旋发展旺盛,对流云柱内强上升运动将辐合的大量低层水汽输送至中高层,云水、云冰含量增加,两者重叠层加厚,水物质总量增加,造成地面出现强降水;MCS2尾随层云区的弱辐合仅出现在中层,水汽辐合量和液态水物质含量显著偏小,对应地面弱降水,但是由于高层云冰含量与MCS1对流云区相当,高层雷达回波强度相当,导致卫星云图上TBB出现与MCS1相同的低值。

用新型探测资料分析武汉一次短时强降水过程的中尺度对流系统

利用武汉站风廓线雷达和地基微波辐射计获取的高时空分辨率资料,结合雷达回波和地面自动站加密观测资料,分析了2011年6月9日武汉短时强降水过程的中尺度对流系统。结果表明:引起短时强降水的是一个尾随层云类中尺度对流系统。降水开始前15 min,对流层中低层有显著倾斜上升气流,并在其前后形成两个小尺度涡旋,与冷池和风切变抗衡下新单体的生成模型相一致。强降水开始前,地面气压迅速降低,地面风速迅速增大,云底高度波动降低;降水发生后,成熟单体前部边界层和高层为相对"对流线"前进方向由后向前的水平运动,对流层低层为由前向后的水平运动,成熟单体后部边界层、对流层低层和高层为相对"对流线"由前向后的水平运动,中层为由后向前的水平运动,这些特征与线状中尺度对流系统成熟阶段模型相符。

2021年中国降水异常气候特征及4次典型极端天气过程分析

2021年,我国天气形势复杂,气候异常性显著,极端事件频发。本文简要回顾了我国主汛期和华西秋雨的异常性特征,并对河南和湖北4次高影响天气过程展开了初步分析。结果表明:(1) 2021年4-10月全国平均降水较常年同期偏多7.8%,其中河南、河北和山西等部分地区偏多1倍以上。(2)在外强迫因子“拉尼娜”异常海温的影响下,副热带高压外围水汽和北方冷空气异常活跃,导致华西秋雨降水量打破1961年以来历史记录。(3)河南“21.7”特大暴雨发生在台风、低涡、切变线和辐合线共同作用的背景下,大量来自西北太平洋的水汽,在低空急流与边界层急流耦合、地形的动力阻挡抬升和热力抬升共同作用下,强降水雨带出现在山前。(4)在有利的多尺度环流背景下,地形与低层风场辐合带的相互作用触发了对流,并使得降水维持在狭长山谷地形区域内,引发随州“8.12”极端强降水。(5)中γ尺度的强对流单体的合并加强导致了武汉两次对流大风事件,中层突然增强的水平风引发了下沉运动,下落后造成地面局地强冷池和地面极值大风。

2018年4—10月我国主要暴雨天气过程简述

利用中国大陆2 400多站日降水资料(08—08时)和常规天气图资料,以1981—2010年30 a平均降水量为气候态,统计2018年4—10月我国主要暴雨天气过程,概述各主要暴雨过程的重要影响系统、出现时段、范围及累积降水量。结果表明:2018年4—10月我国共出现178个暴雨日、31次主要暴雨过程。2018年总共有10个台风登陆我国,较常年平均偏多2.8个。台风总体强度偏弱,登陆位置总体偏北,三个台风在上海登陆。本年度最大日降水量达351.3 mm,8月18日出现在河南商丘,系1818号台风"温比亚"影响所致。本年度最大过程雨量达467.0 mm,出现在广东中山(6月5—9日),系1804号台风"艾云尼"影响所致。华南前汛期和梅雨期均有开始晚、结束早、雨量偏少的特征。

不同强度降水发生前微波辐射计反演参数的差异分析

应用微波辐射计反演的地面至10 km 高度共58 层的相对湿度、水汽密度和云液态水的垂直廓线,以及大气水汽总量、云液态水总量和云底高度数据,再结合小时雨量资料对武汉站不同强度降水进行统计分析,按照降水初始时刻的雨强将武汉站降水分为三类：小时降水量大于等于5 mm 的强降水、小时降水量在1-5 mm 的中等强度降水和小时降水量在0.1～1 mm 的弱降水,统计结果表明：三类降水开始前,大气和近地面湿度均有显著增加;2 km 以下有水汽和云液态水的增量中心,且水汽增量中心比云液态水增量中心提前0.5-1 h;降水开始前1.5-1 h,水汽和云液态水的增长速度从缓慢增加突变为迅速增加.强降水开始前7 h 最大湿度达到饱和、云底高度下降;低层水汽含量增幅最大,云液态水总量显著高于另两类降水.弱降水开始前,大气与近地面湿度、水汽和云液态水的增加都出现得更早、更稳定,增量中心强度小、位置高,但大值区从降水开始时刻维持到降水开始后5 h,这决定降水能够持续较长时间.

2015年6月1日江汉平原大暴雨过程诊断分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及湖北省地基GPS数据对2015年6月1日江汉平原一次大暴雨过程进行诊断分析,结果表明:稳定强盛的水汽输送通道建立是大暴雨形成的基础,降水强度和范围则与水汽通量辐合中心和大气可降水量增量中心关系密切。强降水开始前对流层低层出现能量锋区,监利和洪湖地区位于暖平流控制下的高能舌中,气旋性环流显著。对流层低层正螺旋度的加强与气旋性暖式切变的增强相一致,高层强辐散、低层强辐合并配合正涡度,且整层均为强上升运动的形势为低层中尺度涡旋的新生和发展提供了有利的动力条件。在有利的环境条件下,暖切变线上发生发展的α中尺度低涡及地面暖低压倒槽中对应的β中尺度低压和涡旋最终导致了此次强降水过程。

天津市某医学院校学生睡眠情况及影响因素调查研究

了解2021年天津市某医学院校学生睡眠情况及其影响因素,为提升睡眠质量提供相应的理论依据和指导。调查研究表明,性别、年级、家庭结构、专业、科研压力、中草药药枕、负性情绪和人际交往关系8个影响因素共同作用于高校学生的睡眠质量,并对其产生不同影响。因此,对于导致高校学生睡眠质量差的相关影响因素应有针对性地采取干预措施,加强大学生的睡眠卫生意识教育,改变其不良的睡眠卫生习惯,从而提高睡眠质量。

气象观测环境的变化对气温序列的影响分析

本文利用安徽省1971～2000年共30a逐日平均气温、最高气温、最低气温的气候整编资料，选取气象观测环境完全符合相关规定（A类）和不完全符合相关规定（B类）两类代表站，分别建立了气温序列和两者的气温差值序列，并对气温序列的气候平均值和气温差值序列的气候趋势进行了分析。结果表明：气象观测环境的变化将影响气温序列。与A类台站相比，B类台站平均气温、最高气温和最低气温的气候平均值表现出一致偏高的特征，最低气温偏高最多；B类台站与A类台站平均气温、最高气温和最低气温的差值均有显著增大的趋势，平均气温差值的增大最为显著。

特殊地形对鄂东北一次局地强降水过程的作用机制分析

基于FNL1°×1°再分析资料和来自国家气象信息中心的区域自动站与CMORPH小时降水融合产品,通过高分辨率的WRF数值模拟,本文重点分析了2015年7月22-24日期间在西南涡东移过程中,受长江中下游特殊地形影响,在鄂东北江汉平原河谷地区诱发生成的一次短时局地强降水天气过程,围绕特殊地形对局地降水增幅的作用机制展开一系列的深入研究,研究结果表明:此次局地强降水过程是在长江中下游特殊的中尺度地形影响下,配合东移西南涡前部偏南暖湿气流的输送,两者共同作用而诱发产生,此次局地降水过程持续时间短,降水增幅显著。之后,通过研究单一地形对局地降水的影响发现,大别山脉作为单一地形的作用效果为提升局地降水增幅,扩大强降水范围;幕阜山脉作为单一地形的作用效果为削弱降水增幅,缩小强降水范围。进一步深入分析上述单一地形影响降水变化的作用机制得出,大别山脉的地形作用有利于局地强降水区附近对流层低层的层结对流不稳定性增强,以及降水区近地面层冷池的维持和增强,有利于提升局地降水的增幅。而与大别山脉对局地降水作用效果不同,就幕阜山脉单一地形而言,地形对偏南暖湿气流的阻挡作用,削弱了局地强降水期间进入降水区的水汽通量,继而对局地降水的增幅有抑制作用。此外通过研究组合地形对局地降水的影响时发现,大别山脉、幕阜山脉、皖南山地,以及幕阜山脉和皖南山地之间的狭窄河谷地形共同构成的类似"喇叭口"地形,其产生的狭管效应,使进入地形区内的偏南气流辐合加强,而幕阜山脉和大别山脉之间的河谷地区,作为偏南气流从幕阜山脉东侧绕流进入江汉平原的重要通道,有效保证了强降水区域内充足的正涡度平流输送,上述有利的地形组合配置对于局地降水发展增强起到了至关重要的作用。

2016年7月18—20日湖北省特大暴雨过程的中尺度特征分析

利用多种常规和非常规观测资料诊断分析了湖北2016年7月18—20日特大暴雨过程的降水特点以及中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征和环境场条件,结果表明:此次特大暴雨过程具有很强的极端性,分为梅雨锋南侧暖区降水和梅雨锋面降水两个阶段,都具有较为极端的水汽条件。第一阶段在地面风场辐合的作用下触发了初生对流单体,西南低空急流出现脉动,湿层的增厚促进了强雷暴的发展。新生单体在雷暴上游生成,迅速并入强雷暴,后向传播是其稳定少动的重要原因之一。强盛阶段,强雷暴具有暖云低质心的特征,低层垂直风切变与雷暴偏北风出流的方向配置、中气旋的出现都促进了上升运动,促使强雷暴长时间维持,造成了马良站连续数小时出现高强度降水。第二阶段,环境风平行分量远大于垂直分量,促进了东北—西南向平行层状MCS(PS型MCS)的形成。具有多单体依次排列的特征,新生单体在系统西南侧地面辐合线的作用下不断生成发展,使得PS型MCS增强维持,移动缓慢。马良站受到PS型MCS对流线和西北侧层状回波的影响,小时强降水明显较第一阶段偏弱。

“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析

利用国家气象信息中心提供的2373个国家气象观测站(以下简称国家站)和区域气象观测站(以下简称区域站)小时降水量资料,从累计降水量、降水强度和时间演变等角度,分析了“21·7”(2021年7月17—22日)河南特大暴雨的极端性特征。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计降水量大、突发性强、暴雨落区集中等特点。6天累计降水量平均达到219.05 mm·站^(-1),有155个站超过600 mm。全省5.43万km^(2)累计过程降水量大于250 mm,超过“75·8”过程(1975年8月)的3.45万km^(2)。强降水主要出现在3个时段(18日15时至19日04时、19日09时至21日08时、21日09时至22日14时),最大降水时段发生在19—21日,落区集中在太行山东南侧、伏牛山东北侧的豫中北地区。有1514个站出现至少1个时次的短时强降水(≥20 mm·h^(-1)),大值中心分别位于郑州、新乡和鹤壁等地,部分区域短时强降水贡献率超过70%。强降水中心在20日中午至21日夜间由河南中部向河南北部移动,强度由强变弱再加强。此次持续性暴雨过程的极端性表现出明显的局地性特征,郑州国家站7月20日17时1 h降水量达201.9 mm,超过“75·8”过程的小时降水强度,并打破全国国家站历史纪录。3 h和6 h最大降水量均发生在郑州尖岗水库附近。郑州站7月总降水量高达902.0 mm,约是近70年历史平均值的6倍。

华南前汛期持续暴雨环流分型初步研究

采用1961—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料和台站观测降水量资料,按一定标准选取了华南前汛期24个持续暴雨过程;并且按基本判据确定逐年华南夏季风降水开始日期。然后依据南亚高压环流型和相对于该年夏季风降水开始的早晚,将这些暴雨过程划分为夏季风降水前、后南亚高压东部型,夏季风降水后南亚高压带状、西部型共4个类型;其中,夏季风后南亚高压西部型次数最多、平均持续时间最长。所有类型持续暴雨的相同点是:广东东北部附近均为暴雨频率和雨量高值区;暴雨期间华南150 h Pa位势高度增加、500 h Pa位势高度减少;华南处在150 h Pa偏西风急流南侧辐散区中;850 h Pa华南沿海有明显的西南气流,低层辐合在华南东北部最明显;两广沿海为可降水量大值区;华南的整层水汽输送主要呈现西南向。不同点是:夏季风后南亚高压西部型平均雨量较小,夏季风后南亚高压带状型与西部型在印度洋上存在明显的偏东风高空急流;夏季风后南亚高压类型在两广沿海的可降水量数值较大。

登陆台风内中尺度强对流系统演变机制的湿位涡分析

2005年05号台风"海棠"登陆福建后,在外围云系里有个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水,从而造成比热带风暴环流本身更具破坏力的强烈天气,因此研究台风内中尺度对流系统(MCS)的发展机制能够为预报台风灾害提供依据。文中使用中尺度静力模式WRF对台风"海棠"登陆过程进行了模拟,模式很好地模拟了台风登陆过程的路径、强度变化趋势和降水分布,尤其是模拟出了台风环流内的一次中尺度对流系统的发展过程,并利用模拟结果对台风环流内的这次中尺度对流系统进行了与之相关联的湿位涡分析,从而揭示了台风环流内中尺度对流系统发展演变的湿位涡特征。结果表明,在对流形成阶段,MPV1即对流不稳定为MCS的形成提供背景不稳定条件,由MPV2即湿等熵面的倾斜和水平风的垂直切变而引起的涡旋发展作为强迫机制:MCS形成的区域及东南区域中低层是强对流不稳定层,蕴含丰富的不稳定能量,倾斜上升运动把对流不稳定区具有强不稳定能量的暖湿空气向西北中层的中性层结区输送,由于θ_(ep)的减小,气旋性涡度增强,有利于形成对流,另一方面,由于湿等熵面倾斜和低空急流加强而引起的涡旋发展作为一种强迫机制激发对流不稳定能量得到释放,从而形成对流;在对流系统的发展阶段,由于低层的对流不稳定性进一步减弱,θ_(ep)进一步减小,气旋性涡度进一步增强,有利于MCS的增强,中层等θ_e线的倾斜度比绝对动量M等值线的倾斜度大,对应有条件对称不稳定区域,满足条件对称不稳定(CSI)条件,在湿等熵面倾斜和台风低空急流作用下引起的涡旋发展强迫对称不稳定能量释放,从而使得对流得以维持和加强。通过以上的分析给出了台风环流内中尺度对流系统发生发展的概念模型。

河南“21·7”特大暴雨水汽输送、收支和转化特征对局地强降水的影响机制研究

针对河南“21·7”特大暴雨的极端降水天气过程,利用FNL大气再分析资料、国家基准站降水观测数据和高分辨率的数值模拟结果,开展了暴雨多尺度系统协同作用下水汽输送、收支及转化特征对极端降水的影响机制研究。结果表明:通过强盛稳定的台风烟花与中高纬稳定的大气环流形势共同影响下建立的远距离水汽输送通道,使海上的水汽源源不断地被输送到内陆极端降水区。在局地中尺度低值系统产生的动力辐合和迎风坡地形的阻挡作用的共同影响下,远距离输送到极端降水区附近的水汽被有效地汇聚在极端降水区附近,并且依靠低层水汽动力辐合机制,使局地汇聚的水汽被进一步输送至对流层中高层,以此促进对流的发展。在对流上升运动和迎风坡地形抬升作用的共同影响下,通过增强气流的垂直上升运动,使更多的水汽被输送到对流层中高层,促使水汽向云冰粒子和雹粒子的凝华转换过程增强,最终导致降水效率得到显著提升,降水效率在地形迎风坡处显著增强表征的水汽向雨水的高效转化,对极端降水的演变起到了极好的指示作用。上述研究不仅系统性揭示了暴雨多尺度系统影响下极端降水区内局地水汽的主要来源与消耗过程,而且从水汽诊断的角度加深了对极端降水发生机理的认识。

2010年长江中游梅雨期β中尺度系统环境特征的分析

利用常规观测、地面和高空加密、红外卫星TBB、多普勒雷达反射率和NCEP再分析等资料,对2010年7月8-14日长江中游地区持续性暴雨过程进行了分析。结果表明,副热带高压脊线稳定地维持在23°-24°N之间,500hPa贝加尔湖西部大槽不断有小波动向中纬度地区东传,冷暖气流在长江中游地区交汇和青藏高原东侧东传的低值系统为暴雨的发生和持续提供了有利的环境条件。梅雨期南风活动呈现出明显的日变化,使得降水也有周期性和日变化特征。梅雨期间有多个中尺度对流系统MC-Ss活动,对应地面风场有中尺度辐合线、中尺度涡旋环流及气流汇合中心的辐合区。强降水发生前,大气层结表现为位势不稳定,为降水的发生积累不稳定能量;临近强降水发生时,大气层结表现为深厚的湿中性层结;在降水即将结束时,大气层结转为弱稳定,空气柱水汽减少、变干,暴雨期间大气层结的结构特征对暴雨业务预报具有一定的指示意义。持续性暴雨过程中对流层有明显的锋区,锋前上升运动有利于中尺度对流系统的发生、发展;锋区附近的锋生作用与强降水密切相关,锋生函数计算结果表明,水平形变对锋生作用的贡献最大。