西北干旱区机场低空风切变基本特征分析

为提升对西北干旱区低空风切变特征的认识,对该区域民航飞行安全提供可靠的气象服务保障,以新疆为例,利用机场语音方式航空器报告、机场例行观测实况报文、维萨拉(Vaisala)气象自动观测系统数据、飞机机载探测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5)对新疆区域17个机场接收的低空风切变报告进行统计,并对喀什机场一次典型低空风切变事件进行分析。结果表明:新疆地区低空风切变四季均有出现,夏季出现频率最高,低空风切变在90~300 m高度范围内频发,主要集中发生在中午至傍晚时段,中等强度的低空风切变出现频次最多,小机型飞机更易遭遇低空风切变。低空风切变发生时机场常受500 hPa西风气流型、低涡型、低槽型天气系统影响,且多伴有低空急流、地面大风及对流云等情况,特殊的地形环境也是影响新疆部分机场低空风切变频发的原因之一。对喀什机场一次典型低空风切变个例分析后发现,在低槽型天气系统影响下,飞机进近和复飞过程中遭遇了强风切变,包括强水平风向、风速的切变和强垂直风切变,在中小尺度系统影响下飞机在下降过程中极有可能遭遇下击暴流,从而引发强低空风切变。

Analysis of An Infrequent Regional Heavy Rainfall Weather Process in Heilongjiang Province in June of 2009

From June 18th to June 19th of 2009,Heilongjiang Province was hit by the regional rainstorm rarely paralleled in history.According to the findings based upon the conventional observation data,the precipitation occurred under the double-blocking situation of Ural Mountains and the Sea of Okhotsk.The main influencing systems were the upper vortex and northward low-pressure that came from Hetao area,accompanied by the delivery of high and low level jet stream.The results showed that the evolvement of blocking high,transfer of water vapor and configuration of high and low level jet stream were the key factors resulting in the rainfall process.

甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析

2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和"列车效应"特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_(BB))资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_(BB)资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_(BB)梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。

新疆夏季强降水研究若干进展及问题

总结了1960～2009年新疆强降水领域的主要研究成果,从大尺度环流背景、天气尺度和中尺度系统、水汽特征进行了分类概括。由于有关新疆地区降水的关注和研究相对较少,近些年与东部地区差距日益加大,致使我们应对防灾减灾的能力严重不足。提出了待解决的问题:中亚低涡和低空偏东急流的结构特征、形成机理及对降水的影响;中尺度系统的特征及其发生、发展的物理机制;造成新疆地区暴雨的水汽源汇结构和接力输送机制;典型暴雨过程与高、中、低纬大范围水汽输送异常之间的关系等问题。这些问题的研究对推进新疆短期天气预报的发展和提高强降水预报准确率,增强防灾减灾能力具有重要意义。

陕西早春一次罕见暴雨过程的环流演变及水汽输送分析

利用天气学、卫星云图和物理诊断方法,对2004年2月20日发生在陕西省的一次暴雨过程进行分析。结果发现:其环流演变是一次纬向型朝径向型环流快速调整的过程;暴雨区的主要水汽输送分别由700 hPa孟加拉湾的西南暖湿急流和低纬度热带低气压西侧的850 hPa的偏南气流提供,热带低压西侧的偏南急流直伸到陕西的位置决定了强降水的落区;云图分析显示暴雨期间在菲律宾附近有一个热带低气压云系存在并维持,与夏季出现大范围暴雨时的云图特征较为相似。结论表明对陕西春季的暴雨预报除考虑环流演变外,还应关注低纬地区的水汽和能量输送及热带低压云系活动状况。

广西大范围低空急流暴雨的分型及雷达回波特征分析

对2002—2010年广西12个低空急流暴雨个例进行了普查分析,结果表明,广西大范围低空急流暴雨是在大尺度背景下,由天气系统和中小尺度系统共同影响的结果,在有低空急流存在的情况下,降水量有明显的增幅作用;通过对天气背景进行分析,对广西大范围低空急流暴雨天气形势进行了分型,得到了低涡急流型和深槽切变急流型以及副高加强急流型等3种型式。雷达回波主要有块状、带状和絮状3种类型;再通过对大范围低空急流暴雨过程的雷达回波强度、回波演变、其他产品特征、回波的源地移动和暴雨落区等内容的分析,提出了低空急流暴雨的短期预报模型,为今后广西大范围急流暴雨预报提供参考。

北京城区一次大到暴雨的预报难点分析

2005年6月25日夜间北京城区出现了大到暴雨过程,与预报的小到中雨有很大偏差。通过对常规资料及雷达、卫星、风廓线仪和自动站资料的综合分析,发现这次降水不属于北京典型的大降水过程,而是具有明显的中尺度特征。25日23时低层弱冷空气从北面侵入,触发了具有高不稳定能量的对流发展;同时,低空西南急流携带大量水汽和能量到北京,使降水得以加强并维持。另外,位于山西的中尺度低压的东部有一条纬向辐合线,北京的城区和南部成为了地面上偏东和偏南气流的风速辐合区。根据以上分析提出了预报着眼点。

2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料及NCEP 1°×1°6 h再分析资料,对2007年7月上旬四川东北部连续出现的3场大暴雨过程的环流形势及动力结构、水汽输送和热力不稳定条件进行了诊断分析。结果表明:(1)前2场区域性大暴雨出现在副热带高压和巴尔喀什湖冷涡两个长波系统稳定少动的阻塞环流形势下,第3场局地性大暴雨发生在环流调整过程中,副热带高压快速东撤导致对流云团在东移过程中迅速减弱消亡;(2)暴雨的水汽主要来自南海,低空偏南风急流的维持为连续暴雨提供了源源不断的水汽输送和持续的能量供应,3场暴雨的中心均出现在位于低空急流出口区左侧水汽辐合中心的巴中地区;(3)造成严重洪涝灾害的前2场区域性大暴雨过程期间,从地面到高层形成了"辐合—辐散—辐合—辐散"接力式上下大气运动的动力结构,大气层结处于高能和对流不稳定状态,且有冷空气触发,大暴雨发生在能量锋区偏向暖区一侧。

华北中部一次切变线暴雨诊断分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2009年7月16～17日发生在华北中部的切变线暴雨过程进行诊断分析。结果表明:北方冷空气和西南暖湿气流在华北中部交汇,为暴雨的发生提供了有利的天气背景条件。暴雨落区出现在低空急流的前方和左前方,切变线附近。锋生函数表明冷暖空气聚集的程度,对诊断强降雨发生的时段和落区有一定的指示意义。温度平流分析显示暴雨过程中存在干侵入现象,强降水发生在低层暖平流向上倾斜抬升、高空冷平流柱向下侵入的时段,北方低层冷空气起"冷垫"的作用。

江南地面热通量对江淮气旋暴雨影响的模拟研究

通过对一次江淮气旋暴雨个例的数值模拟，研究地面热通量与大尺度流型结合作用对气旋降水系统的影响。过程前期存在南北两大片地面热通量正值区，北片位于气旋所在处及其前方，南片位于上游低空急流处。模拟比较两片地面热通量的作用发现，前期南片地面热通量，特别是强潜热通量，通过与其上空低空急流的共同作用，对后期下游江淮气旋降水系统的加强起着更为重要的作用。对其机制的初步探讨表明：由地面通量进入低层大气的水汽，通过西南气流向长江中下游输送，改变下游大气的温湿结构，并通过积云对流和层状云雨潜热释放等非绝热过程。

环渤海地区低空急流的时空分布特征

利用2008年环渤海地区常规探空资料对该地区低空急流的时空分布特征进行了统计分析。结果表明:环渤海地区的低空急流属于中尺度低空急流,东北部(辽东半岛)出现低空急流的次数最多,其次是西北部,最少的是南部(山东半岛);环渤海地区低空急流出现的等压面较低,主要出现在925 hPa和850 hPa上;低空急流季节变化明显,春季出现最多,秋、冬季次之,夏季较少;它的平均风速为15～16 m/s,风向以SW向为主,其次是NW向,大多出现在1 500～1 600 m和700～950 m的高度上。平均速度的大值一般出现在冬季,而冬季对应的平均高度是最低的;在夏季出现的低空急流的速度最小,而高度最高。

2020年超强梅雨特征及其成因分析

2020年梅雨呈现出入梅早、出梅晚、梅雨期长、雨区范围广、累计雨量大、强降水过程多的特点,是一次典型的超强梅雨。分析发现,梅雨期东亚季风区多个关键大气环流系统的平均位置相对稳定,且表现出显著的准双周振荡特征。梅雨的开始和结束、主雨带的北抬和停滞、强降水过程的发生维持都与准双周振荡有很好的对应关系。梅雨期间西太平洋副热带高压共经历了6次北抬和南撤的周期性振荡,同时高、低层季风环流系统则表现出5次显著增强的过程,尤其是低空西南急流的不断加强,南风大值中心反复建立和位置的相对稳定,使得源自热带的水汽输送一次次加强,水汽辐合与上升运动反复发展,从而导致梅雨在江淮流域长时间持续,暴雨过程频频发生。另外,梅雨期欧亚中高纬环流表现为“两脊一槽”型,中高纬阻塞高压活动频繁,东亚沿岸低槽活跃,经西北路径和(或)东北路径的冷空气不断南下,与低层一次次加强的西南暖湿水汽在江淮区域频繁交汇,这是造成今年梅雨异常偏强的另一重要因素。通过对历史上梅雨的时空分布、雨涝特征及致灾程度等方面的比较可知,2020年的超强梅雨的异常程度总体弱于1954年,而强于1998年和1991年。得益于现今气候预测准确率和防灾减灾能力的明显提高,今年由此次超强梅雨而造成的江淮流域洪涝灾害影响及死亡失踪人数等均较之前明显降低。

野外试验资料在暴雨分析过程中的应用

利用淮河水循环试验的加密探测资料对1999年6月下旬暴雨个例进行分析,探讨形成暴雨的梅雨锋扰动的环境条件、演变规律、结构特征与降水的关系.分析表明:低空急流的存在是梅雨锋扰动发展的重要动力和热力条件,尤其是在边界层;对流层下部较深厚的不稳定层结的存在,成为持续暴雨的重要条件;锋生锋消对于梅雨锋附近有无降水起到了重要的作用.

甘肃河东一次区域性暴雨天气过程分析

2008年7月20～22日甘肃河东出现了一次区域性暴雨天气，对这次过程的环流形势演变、主要影响系统和物理量场特征进行分析。结果表明：在有利的环流形势下，高原低涡东移发展是造成此次强降水的主要系统；低空急流为此次暴雨提供了充足的水汽；低层辐合、高层辐散的流场形势引起强烈上升运动，为暴雨的发生和维持提供了很好的动力条件，保证了降水云系的发展和维持；比湿和假相当位温分布对暴雨落区预报有一定的指示意义。

2021年4月陕西一次极端暴雨过程的成因诊断

2021年4月23日陕西东南部出现了大范围暴雨天气,共有18站日降雨量超过4月日雨量极值,较为罕见。利用常规高空、地面观测资料及ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)对该暴雨过程成因及极端性进行诊断,结果表明:500 hPa高原槽前强西南气流带来的正涡度平流有利于低空急流的增强以及低涡的发展和维持。该过程有两支强水汽输送带,一支为偏南风水汽输送带,另一支为热带气旋外围的偏东风水汽输送带,700 hPa切变线以及850 hPa西南低涡给陕南带来显著的水汽辐合,持续充沛的水汽供应及辐合使得强降雨维持较长时间,从而形成暴雨。探空上有明显锋面逆温,锋区由南向北呈倾斜结构,锋生主要由辐合项和水平变形项贡献,其中水平变形项以伸缩变性项为主。西南暖湿气流沿着低层冷垫爬升,中低层大气的风速、风向切变以及锋生造成强烈水汽辐合上升,同时偏南急流沿着秦岭和大巴山迎风坡的强迫抬升进一步增强了降水。标准化异常(SD)诊断显示,700 hPa、850 hPa超过3σ的异常偏强偏南风水汽输送以及850 hPa超过3σ异常偏强的偏东风水汽输送,造成陕西整层水汽含量异常偏大,同时由于中层辐合加上锋生造成的垂直环流,使得陕西东南部上升运动较气候态异常偏强3σ,造成4月份陕西极端暴雨过程。

鞍山市一次冻雨天气过程分析

利用MICAPS和鞍山站实况资料,对2010年2月24日鞍山出现的罕见冻雨天气进行分析。结果表明,当地面气温在0℃以下,地面到850 hPa甚至到700 hPa有逆温层,从高空到地面为冷-暖-冷的温度层结结构,且存在一定厚度的冰晶融化层时,鞍山市出现冻雨天气。

两类季风槽特征及海南岛的强降水机制

为了提高海南季风槽暴雨预报水平,深入了解南海季风槽天气气候特征及其对强降水形成的影响,提高海南季风槽暴雨预报水平,利用NCEP再分析资料(1°×1°)及海南岛降水资料,统计分析了2001—2020年的5—9月205次南海季风槽活动及海南岛强降水(3站以上暴雨)过程的时空分布特征,季风槽位置按分为两类(Ⅰ、Ⅱ类),分别对其强降水过程的高低空环流形势场和物理量场进行多样本合成对比分析。结果表明:(1)影响海南的季风槽过程年均出现10.3次,年均58.4 d,一次过程平均5.7 d,其中强降水占7.1%,主要发生在8月和9月,Ⅰ类季风槽在8月最活跃,9月最易产生强降水,Ⅱ类季风槽最活跃和强降水占比最高的月份均为9月,两类强降水的暴雨高频区分布差异较大,Ⅱ类更容易出现极端降水。(2)高层南亚高压的辐散作用、中低层强盛的季风和季风槽是发生强降水的前提,但季风槽位置不同导致影响降水的系统配置有区别。Ⅰ类强降水的发生与季风槽切变线位置、结构密切相关,季风将水汽和能量向槽区输送,季风槽低层辐合、高层辐散的配置特征使低层的对流和上升运动得以建立和加强从而产生降水,暴雨高频区与切变线南侧、气旋式环流右侧辐合条件最强的区域对应;Ⅱ类则与季风槽北侧低空急流有关,低层水汽和能量通过低空急流向位于急流左前方的海南岛输送,并在海南岛产生强烈的辐合上升运动,导致强降水发生。(3)降水强弱分布与海南岛钟状特殊地形结构也有紧密联系,两类季风槽暴雨高频区均与地形强作用区有很好的对应,但由于低层背景风不同,二者存在明显差别。

2012年庆阳市一次短时大暴雨的诊断

庆阳市2012年7月21日区域性大暴雨创造了环县1957年建站以来的历史极值,导致了人民财产的重大损失。本文利用常规资料、自动站等探测资料以及历史相似个例,对2012年7月21日庆阳市出现的区域性大暴雨天气进行分析。结果表明:(1)高空低槽伴随地面冷锋东移,受西太平洋副热带高压的阻挡移动缓慢,副高、大陆高压不断加强,造成贝加尔湖冷空气在两高之间大量堆积,为这场大暴雨发生奠定了基础;(2)2012年第8号台风"韦森特"登陆前,台风低压和副热带高压之间形成的强气压梯度导致通向庆阳市的南风低空急流建立并加强,为此次大暴雨的发生提供了充分的水汽条件;(3)在高空槽前正涡度平流的作用下,对流层中低层出现明显的辐合,产生强烈上升运动,低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发,从而形成局地强对流和暴雨;(4)导致庆阳区域性大暴雨的中尺度对流系统起源于河套地区低层涡旋的发展,在中尺度涡旋向东北和向东扩展过程中,尺度明显增大,整个系统低层具有明显的气旋性切变和气旋性涡度,在有利的环境条件下整个中尺度对流系统的东移和发展壮大,最终导致庆阳市区域性大暴雨的发生。

梅汛期江淮切变线暴雨与非暴雨演变过程的合成对比分析研究

利用气象观测资料和NCEP再分析资料对梅汛期江淮切变线暴雨类个例与切变线非暴雨类个例演变过程进行了合成对比分析。结果表明,形成暴雨切变线的演变历程中,存在南北风加强,切变线发展,且西南风急流引起的风速辐合加强了低空辐合。同时江苏处于高空急流入口区的右侧,高低空急流相耦合,形成了高空辐散、低空辐合的动力机制,降水过程中动力结构配置的演变特征十分鲜明。切变线南侧热力不稳定条件较好,水汽输送丰富,水汽辐合强烈,这些都有利于暴雨中尺度系统的发生、发展。因为动力、热力条件强度的不同对应不同强度的降水,区域性大暴雨的动力系统比一般暴雨更深厚,不稳定条件更强,水汽输送也更充沛。而切变线非暴雨类中,高低空风场的配置不利于降水的增强。南北风增强不明显,切变线不能得到发展,同时其南侧西南风急流没有建立,风速辐合较弱。高空急流核远离江苏,江苏上空的辐散场很弱,高空辐散、低空辐合的动力机制未能建立,动力结构的配置演变特征不明显。切变线南侧的热力不稳定度也不如暴雨类强,水汽的辐合较弱,不利于中尺度系统的发生、发展。