Forecast Error and Predictability for the Warm-sector and the Frontal Rainstorm in South China

In south China, warm-sector rainstorms are significantly different from the traditional frontal rainstorms due to complex mechanism, which brings great challenges to their forecast. In this study, based on ensemble forecasting, the high-resolution mesoscale numerical forecast model WRF was used to investigate the effect of initial errors on a warmsector rainstorm and a frontal rainstorm under the same circulation in south China, respectively. We analyzed the sensitivity of forecast errors to the initial errors and their evolution characteristics for the warm-sector and the frontal rainstorm. Additionally, the difference of the predictability was compared via adjusting the initial values of the GOOD member and the BAD member. Compared with the frontal rainstorm, the warm-sector rainstorm was more sensitive to initial error, which increased faster in the warm-sector. Furthermore, the magnitude of error in the warm-sector rainstorm was obviously larger than that of the frontal rainstorm, while the spatial scale of the error was smaller. Similarly, both types of the rainstorm were limited by practical predictability and inherent predictability, while the nonlinear increase characteristics occurred to be more distinct in the warm-sector rainstorm, resulting in the lower inherent predictability.The comparison between the warm-sector rainstorm and the frontal rainstorm revealed that the forecast field was closer to the real situation derived from more accurate initial errors, but only the increase rate in the frontal rainstorm was restrained evidently.

江淮梅雨期不同类型暴雨过程锋生特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水量资料,根据运动学锋生原理,分析了2020年江淮梅雨期锋生特征和两类不同性质暴雨锋生的差异,揭示了不同层次锋生与降水的对应关系。研究结果表明:1)2020年梅雨期锋生特征显著,强降水与中低层锋生有较好对应关系,其中形变项占主要贡献,散度项次之,倾斜项最弱。强降水时段总锋生、散度和形变锋生作用叠加。2)江苏地区自北向南锋生特征有差异,强度逐渐减弱,锋生发展高度逐渐降低。不同类型降水锋生特征不同,对流性降水锋生范围偏大、发展层次高、锋生中心偏强,总锋生和各分解项叠加作用显著,稳定性降水锋生特征反之。3)典型过程对流降水“6.28”和稳定性降水“7.11”对比表明:锋区位置相近,锋生作用均出现在江淮切变线附近,锋区、切变线和θse密集带三者对应较好。降水落区有差异,对流性降水过程中,由于干冷空气的显著南压,使得主要降水发生在锋面南侧暖区,与多个次锋生中心相对应;稳定性降水过程中冷暖空气势力相当,降水主要集中在主锋区附近,触发机制和降水性质不同导致降水分布差异。4)两次过程垂直锋区由低到高均有向北倾斜的特征,“6.28”过程锋区南侧有显著暖湿气流输送,锋区内为强烈上升运动,低层辐合高层辐散的环流场使得锋区维持。“7.11”过程垂直上升运动高度偏低,高空没有显著辐散场,对流性较弱。对两类降水垂直锋区的合成分析表明,对流性降水的低层锋生明显强于稳定性降水,由低层锋区造成的抬升触发作用对强降水形成更加有利,同时垂直风场的合成中上升运动也更加强烈。两类降水中,中低层散度和形变锋生由低到高均为先增大后减小,强降水主要由700 hPa以下锋生增强导致,中高层大气基本为锋消作用。

基于ECMWF模式的江西及周边地区锋面暴雨预报检验和订正

利用全国降水资料(包括江西加密降水资料)、探空资料、ECMWF模式72—24 h降水和形势预报资料,采用天气学检验、SAL定量降水预报检验等方法,对2017—2019年江西及附近地区锋面暴雨的实况和模式产品进行检验分析,检验主要影响天气系统预报效果,得出ECMWF模式降水预报误差分布特征及原因,并对模式的暴雨预报进行订正。结果表明:ECMWF模式对2017—2019年锋面暴雨过程预报较实况大多偏北,落区预报误差主要源于大尺度降水。从锋面暴雨三种SAL分析误差可见,落区预报较实况大多偏北,暴雨过程强度多数较实况偏弱,结构较实况偏小。对误差较大个例的分析得出两点订正思路:1)锋区南侧有较明显动力热力对流发展的弱锋区暴雨,暴雨落区可订正至925 hPa锋区南侧高温高湿区。2)较强锋面暴雨,当中低层切变辐合抬升区重叠时,暴雨落区可向925 hPa锋区位置调整,暴雨通常不易出现在锋区北侧冷区。

广西重大锋面暴雨天气过程的特征分析

对1970～2006年汛期（4～9月）发生在广西的重大锋面暴雨天气过程作一系统分析，得出汛期广西重大锋面暴雨过程的月际分布具有明显的“单峰型，”桂北锋面暴雨明显比桂南偏多。高空深槽型是锋面暴雨的主要类型，4～9月都有此型重大锋面暴雨的发生。

2019年6月桂林三次强降水天气成因对比分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP再分析资料,对桂林2019年6月6-12日接连3次强降水天气过程的环流背景、影响系统与形成原因进行了对比分析。结果表明:(1)3次过程按影响系统分属暖区暴雨、低涡暴雨和锋面暴雨过程,均发生在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区。(2)3次过程均受500 hPa短波槽和地面中尺度辐合线影响,但第1次过程中西南急流及地形等、第2次过程中低涡切变线、第3次过程中冷锋也起到重要作用。(3)3次过程的触发系统不同,第1次暖区暴雨过程迎风坡地形对其起触发作用,西南急流使得后向传播的对流云带维持;第2次低涡暴雨过程的触发系统为低层位于贵州一带的西南涡,西部冷空气侵入与西南急流加强是低涡对流云团维持较长时间的原因;第3次锋面暴雨的触发系统为冷锋,锋面配合锋前暖湿气流使对流云带加强。(4)第1次过程暖区暴雨MCS模态主要为线状后向扩建类,极端强降水出现在线对流中后端;第2次过程低涡暴雨MCS模态为涡旋类,极端强降水出现在涡旋中心附近;第3次过程锋面暴雨MCS模态由前期后部层云区线状对流转为层状云包裹对流系统,强降水发生在线对流弯曲或中心强回波处。

广州前汛期暴雨气候特征分析

利用广州站1951～2009年的降水资料和历史天气图资料分析广州在过去59年前汛期(4～6月)暴雨气候变化特征以及暴雨产生的天气形势分类得出以下结论:1)广州前汛期暴雨累积雨量与前汛期降水变化趋势一致,呈逐年增加趋势,前汛期暴雨贡献率呈现波动变化;2)5、6月份的暴雨占前汛期累积雨量的比例呈10年左右的周期变化,未来10年广州可能再次进入5月份暴雨高发期;3)前汛期暴雨频次约占全年暴雨频次52.1%,其小波功率谱呈现4～8年的周期振荡,且在1987～2003年最为显著;4)广州前汛期暴雨偏多的年份,冷暖气团势力相当,在华南地区交汇的机会多,广州暴雨偏多,而暴雨偏少的年份,是极圈附近冷气团过于强盛而海上暖气团过于弱或者冷气团有一定的势力,但是海上暖气团过于强盛,华南地区由单一气团控制,广州暴雨偏少。

广西超大范围锋面暴雨发生特征及预报方法研究

利用常规气象资料、EC资料及广西气象台降水资料,采用统计、诊断方法,分析了广西1960年以来日暴雨30站以上的锋面暴雨过程,了解该类暴雨的发生特征。表明:(1)该类暴雨年平均出现0.8次,1990年以后呈增多趋势,月分布最多出现在5月;(2)有7次过程引发主要江河超警戒洪水,主要出现在汛期5～7月;(3)暴雨落区频数分析显示,最大频数位于桂北;(4)持续2d超大范围锋面暴雨过程出现2次,主要出现在2008年以后;(5)暴雨预报关键区南风指数≥45m.s-1,同时北风指数≤0m.s-1,是该类暴雨预报的关键指标,过程比例为72.2%,处于合理预报指标范围,可以作为该类暴雨预报指标。

“03.7”江淮梅雨锋暴雨中尺度系统的数值模拟研究

应用非静力中尺度数值预报模式MM5,对2003年7月4～5日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了24h模拟,结果较好地再现了中β尺度暴雨系统的发展过程。进而利用时空分辨率较高的模式输出资料,对与这次暴雨过程相伴随的中β尺度系统的结构、生消变化状况及其可能的形成机制进行了研究。研究结果表明,梅雨带上强烈发展并东移的多个中β尺度对流系统,是造成这次江淮暴雨最直接的影响系统。在对流系统发展初期,锋生强迫下的次级环流加强了锋生区附近大气低层的风向风速辐合,它与对流活动有正反馈作用。对称不稳定可能是中β尺度系统发生发展的一种重要机制,在中β尺度系统发生的弱对流不稳定区,湿位涡的斜压项mpv2起了主导作用。

大气层结对流稳定条件下一次区域性暴雨的成因

利用常规气象观测资料、地面逐时降雨量、物理量场和雷达、卫星云图资料,对2011年9月5-6日陕西中部一次区域性暴雨的成因进行了综合分析,结果表明:这次区域性暴雨出现在连阴雨当中,覆盖了陕西中部和南部地区,具有降水强度弱、持续时间长、局地性不强的特点,属于稳定性降水。强降水是在大气层结对流稳定的条件下产生的,低层对流有效位能和高架的CAPE都是0 J·kg-1;分析条件性对称不稳定条件发现降水前期的垂直运动来自于锋面强迫以及锋面上的条件性对称不稳定,后期的垂直运动主要来自于锋面强迫。低层东路冷空气不仅起到冷垫的抬升作用,还增强了大气低层锋区和大气的斜压性,有利于暴雨的产生;卫星云图、雷达回波证实强降水主要是弱对流云带或层状云造成的;低层充沛的水汽条件、较强的锋区和水汽辐合是此类暴雨产生的主要原因。

梅雨锋云系的结构特征及其成因分析

利用逐时卫星遥感观测资料和地面测站的降水资料，分析了江淮流域2003年6月22～26日暴雨过程中梅雨锋云系的演变、结构特征和形成原因。结果表明，梅雨锋云系为一条TBB的低值带，稳定少动，其上分布着中尺度对流系统（MCS），而中尺度对流系统是由不同尺度、不同强度．的对流单体（包括中β和中γ尺度对流单体）组成的，从而使得梅雨锋云系产生不均匀的降水分布（包括时间上和空间上）。在该暴雨过程中，梅雨锋云系充分体现了中尺度对流系统中所包括的3类组织结构形式。梅雨锋云系与中高纬度云系或热带辐合带云系之间的相互作用与暴雨过程关系密切，梅雨锋云系的维持和发展与强大的黄淮气旋云系直接相关，它是江淮流域上空冷暖气流交汇的结果。

一次连续性暴雨中双雨带的成因分析

利用NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,对2005年6月17—22日发生在长江以南的一次连续性暴雨过程分析发现,在连续性暴雨过程中,长江以南有两支雨带存在,北雨带与冷锋降水以及副热带西风急流右后方的非地转场引起的质量调整有关。南雨带的形成与东、西风急流和南亚高压的共同作用有关:东风急流中心右后部的非地转场可形成反环流,有利于南雨带形成;南亚高压脊线附近以及东风急流的右后方的du/dt<0,可导致雨区附近及南部强的v-vg<0场出现;当西风急流南压,在雨区的北部即西风中心的后部可形成强的v-vg>0,三者共同作用的质量调整使雨区上空出现强辐散场导致暖区强降水出现。分析发现南雨带中层有θe锋区存在,该锋区有利于不稳定能量的释放,使暴雨加强,当南北锋区接近时雨带合并。

2014年2号热带低压导致福建闽西北灾害成因分析

2014年8月19日,南海热带低压在福建漳浦沿海登陆后北上,造成福建闽西北大暴雨并引发洪涝地质灾害,受灾人口近10万人,因滑坡死亡4人,直接经济损失2.5亿元。各种数值预报模式对这场暴雨强度和落区的预报都有较大误差。利用自动站加密观测资料、雷达产品、常规天气图对这场大暴雨过程进行分析,结果表明,南海热带低压登陆北上后与冷空气共同作用造成了此次大暴雨。大暴雨是在高空槽东移、中低层切变、锋面南压和南海热带低压北上天气背景下产生。热带低压登陆福建后靠近冷空气带来的湿斜压锋区、中低层切变附近的正涡度区和高空槽前西南急流轴之右侧的高空辐散区,强度得到维持。热带低压北上为暴雨区上空输送了大量高能高湿的水汽,并与南下冷空气相互作用,不稳定条件和上升运动明显加剧,触发了对流的发展。南海热带低压云团与西风槽前对流云团在闽西北上空合并,对流云团获得进一步发展。大暴雨落区与湿斜压锋区、对流不稳定区、高低层正负湿位涡叠加区和垂直上升区有很好的对应关系。

青岛一次局地大暴雨的中尺度环流特征分析

利用多普勒雷达、地面自动站、垂直风廓线及GPS水汽分布等多种新型探测资料,对2008年8月14日下午,奥帆赛期间发生在青岛地区的局地大暴雨天气的影响系统和中尺度强降雨形成的动力机理进行了综合分析,并通过0.5 kmWRF模式的数值模拟给出了有地形阻挡情况下海风环流模型。研究结果表明:副高减弱东撤和弱冷空气南下在中低空形成闭合低涡是造成这次过程的主要天气尺度影响系统。海风中尺度辐合带上有风向切变辐合、大暴雨中心有明显的雷暴高压等中尺度天气系统。海风锋区辐合扰动向上传播,引发边界层扰动,是青岛局地大暴雨形成的主要抬升因素,而来自东南海洋上的暖湿平流为大暴雨的产生提供了充沛的水汽和能量。海风锋区辐合带上触发的强对流是大暴雨形成的直接原因;来自于海上的低空急流带来的大量水汽对强降雨的发生具有重要作用。海风在深入陆地后所发生的辐合和上升运动,对造成海风所触发的局地大暴雨有着极其重要的作用。

一次由列车效应引发的湖南暴雨研究

根据常规观测资料和NCEP再分析资料,分析2019年5月12日湖南暴雨天气的发生发展成因、预报偏差及偏差原因等。结果表明∶(1)北侧深厚宽广的低槽与南侧带状副高,南北两个系统的稳定对峙有利于高空西风急流的维持和增强,同时,也有利于中低层系统的稳定少动;(2)地面冷空气渗透入高饱和湿区的地面暖倒槽内,有利于对流天气的触发、发展和维持;(3)在一致强的西风气流引导下,降水系统东传特征明显,由冷空气渗透南下引起的锋区伸展高度逐渐降低,并与在沿山脉附近则是多南北两支气流形成的中小尺度扰动系统合并,进一步促进降水的发生和持续;(4)副高的稳定维持致使偏南风的稳定维持不利于系统南落,是中低层切变线稳定维持在强降水的主要原因;(5)高效率的低质心降水及列车效应的维持是强降水持续发生的直接原因,而地形与局地大暴雨的发生关系十分密切。

桂东北一次暖区暴雨向锋面暴雨演变特征分析

利用micaps常规观测资料和多普勒雷达产品,对2014年5月10日至11日广西出现的一次强降水天气过程进行分析,结果表明:强降水天气过程是西南季风暴发,加强多空横切变线及地面冷空气共同影响造成的,过程前期的降水为暖区暴雨特征,后期转为锋面暴雨特征;强降水过程的天气条件,动力抬升条件过程不稳定条件十分充足;中尺度系统在暖区强烈发展。

湖南省西南涡暴雨的分类研究

基于2012—2016年西南低涡年鉴资料、欧洲中心ERA-Interim再分析资料、湖南省站点降水数据及热带测雨卫星TRMM格点降水产品,对西南涡影响下的湖南省暴雨天气过程进行了普查与分析,并进一步利用多变量EOF法和k均值聚类法对西南涡暴雨天气进行了客观分类。结果表明:(1)西南涡暴雨占湖南总暴雨日数的三分之一,大多由偏东路径的盆地涡和九龙涡造成。(2)湖南省西南涡暴雨天气主要分为暖区类、回流类和锋面类,其中暖区类暴雨强度最强,回流类和锋面类强度相当。(3)西南涡暖区暴雨发生在西南涡槽前深厚的暖湿气流中,落区集中在湘中以北。回流暴雨主要形成于低空高压后部东风回流和西南涡槽前西南气流耦合区,落区集中在湘东南,该类是秋季西南涡暴雨的主要天气形势。锋面暴雨因锋区与西南涡槽前耦合叠加,落区位于锋面附近并沿切变线分布。

2020年广西首场区域性暴雨天气过程分析

利用常规气象观测资料和欧洲中心ERA5再分析资料等数据,对2020年3月2—3日广西首场区域性暴雨并伴有雷暴大风、冰雹等强对流天气过程进行分析。结果表明:(1)这次暴雨过程是在高空槽、切变线和地面冷锋共同作用下发生的,有两个主雨带,地面西南暖低压导致冷锋西段南下缓慢,桂东北以锋后稳定性降水为主,桂西则以锋面对流性降水为主;(2)暴雨发生前,大尺度环流形势与华南前汛期暴雨形势场相似;(3)强降雨落区与925hPa水汽辐合区基本吻合,925hPa东南急流水汽输送是造成本次暴雨的关键条件之一。在预报广西早春暴雨过程时,应注重分析925hPa水汽输送对强降水的贡献。

2013年4月29—30日景德镇地区锋面暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°格点数据以及FY-2E相当黑体亮温(TBB)资料,对2013年4月29—30日景德镇地区锋面暴雨产生的原因进行了初步分析。结果表明,500 hPa槽前负变高大值区诱使低层低值系统发展,850 hPa低涡沿切变线快速东移,配合西南急流的发展北伸,为暴雨区水汽辐合抬升提供了有利条件。伴随着冷锋南下,近地面层冷平流的侵入使得暖湿空气抬升,对流不稳定性增加,上升运动加强,是造成此次强降水的触发机制。景德镇上空不断有对流单体经过、东移,是造成景德镇地区出现暴雨的直接原因,强降水大多出现在TBB低值附近或其梯度区。此次暴雨过程水汽主要来自超低空急流输送,925 hPa水汽通量散度与暴雨落区、强度对应关系较好。

一次多类型降雨组成的暴雨成因及预报偏差分析

2021年5月12—13日广西出现了一次多类型降雨组成的暴雨过程,成因复杂,预报偏差大,有必要进行诊断分析。利用多源气象资料进行多尺度诊断分析,结果表明:(1)此次过程是在高空槽、低层切变线、偏南急流及地面弱冷空气共同作用下发生的,包含冷锋、静止锋及暖区三种降雨类型。(2)锋面上对流不断生消发展、移动缓慢及列车效应导致桂东北锋面暴雨。锋前中尺度对流系统移速慢、质心低及降水效率高造成桂南暖区暴雨。(3)模式对锋面对流预报偏差是降水偏差的一个重要原因,模式对越南北部带状降水的预报可作为暖区对流初生的一个指标。

2014年5月10-11日柳州强降水过程诊断分析

利用Micaps资料、地面加密自动观测资料、NCEP/NCAR的1°×1°每6h再分析资料,对2014年5月10-11日发生在柳州的一次强降水过程进行了诊断分析。结果表明:500h Pa南支槽、850h Pa低涡切变线及低空急流、地面冷锋为此次降雨过程提供了有利的天气尺度背景场;近地层冷空气入侵是本次过程的触发机制,高层强辐散以及低层辐合的有利配置为此次强降水的产生提供了较好的动力条件;强盛的西南急流提供了较好的水汽及能量条件;水汽通量散度、涡度中心值的强弱变化及移动均与强降水中心有着很好的对应关系。