一次有台风影响的广元市中东部暴雨过程分析

利用地面自动站降水资料、MICAPS高空实况资料、雷达资料和数值预报资料,对2019年7月19日广元市中东部出现的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明,暴雨过程期间,受高空低值系统和低层暖湿气流的共同影响,同时伴随有台风活动,低层水汽条件和能量条件充沛。台风在此次过程中的作用,一是阻挡高空低值系统的东移,使影响系统较长时间维持在暴雨区;二是台风北侧偏东风气流将大量水汽源源不断向暴雨区输送。低涡切变线有利于水汽的辐合上升,在不稳定的暖湿大气层结中,地面弱冷空气入侵触发不稳定能量的释放。雷达特征显示广元市中东部为明显的片状混合云回波,中心回波强度超过45 dBZ,与强降雨中心落区一致。此次过程数值预报对形势的预报较为准确,对量级预报也有较好把握,但对落区预报较实况存在一定偏差,仅具有一定的参考价值。

一次东北冷涡暴雨的成因分析

利用常规观测资料、MICAPS资料、NCEP/NCAR1°×1°逐6 h再分析资料,从热力动力条件、层结条件等方面,对2022年6月4—5日内蒙古东南部地区的一次东北冷涡暴雨过程进行诊断分析,得出产生暴雨的天气尺度和中尺度系统特征。结果表明:此次暴雨是由东北冷涡前部暖湿切变造成的,鄂霍次克海阻塞高压阻挡,使冷涡移动缓慢,冷涡系统影响时间长、降水量增大。暖湿空气在切变处强烈辐合,与高低空急流耦合产生的次级环流上升支重合,地面中尺度切变线为暴雨云团的发展与维持提供了有利条件。低层强辐合区与高层强辐散区重合,为暴雨产生提供了动力条件;低空偏南急流为暴雨提供了充沛的水汽条件,同时低层增温增湿使大气层结不稳定。

2000—2009年5、6月华南暖区暴雨形成系统统计分析

利用2000—2009年5月和6月的NCEP 1°×1°再分析资料和气象台站常规资料,对产生华南暖区暴雨的500 hPa及以下的环流特征进行统计分析,并将影响暖区暴雨的环流系统划分为三大类型,即切变线型、低涡型和偏南风风速切变辐合型(简称偏南风型)。切变线型在南海夏季风爆发前以冷式切变为主,季风爆发后以暖式切变为主;低涡型在季风爆发前的发生次数远少于季风爆发后,在低涡中心的东北-东南方向最易产生暖区暴雨;偏南风型总体以西风风速切变辐合为主,而南风风速切变辐合在季风爆发后的比例有所增加。对影响暖区暴雨的高空槽分析发现,高原槽对暖区暴雨影响明显,其次为南支槽。低涡型最易受高空槽影响。对各种类型暖区暴雨的合成分析发现,各类型暖区暴雨500 hPa高空槽的位置特点均不相同,暴雨辐合中心均在850hPa以下的低层,副高脊线距雨区约6～8纬距是产生华南暖区暴雨的重要天气形势。

2000—2007年夏季青藏高原低涡切变线观测事实分析

利用2000—2007年共计8年的逐日08:00和20:00 500 hPa高空资料,结合地面降水资料和TRMM资料,对高原低涡切变线进行了普查分析,获得了对高原低涡切变线活动的一些新的认识。(1)在青藏高原上,切变线活动比低涡活动更活跃。(2)21世纪初的8年间,低涡、切变线出现个数最多的在6月,最少的在9月。2002年和2006年分别是高原低值系统相对活跃和相对不活跃的年份。2006年川渝持续的高温干旱可能与高原低值系统活动不活跃有关。(3)低涡、切变线生成的源地分析表明,高原低涡、切变线主要出现在海拔高度较高和地形坡度陡峭的地区,高原加热和陡峭地形的动力作用可能是低涡、切变线形成的原因之一。(4)高原低涡、切变线不易移出高原。低涡移出,主要是伴随低涡切变线过程东移。(5)低涡、切变线经常相伴或相继出现,对高原及高原以东天气产生重要影响。

“8.13”黄淮北部暴雨云团的组织结构和触发机制

利用FY-2E卫星资料、多普勒雷达监测及4Dvar反演资料、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2010年8月13日黄淮北部暴雨云团的组织结构、发展演变及形成机制进行研究。结果表明:暴雨云团形成发展于低涡切变形势下,低涡切变线、西南急流及边界层扩散南下弱冷空气是主要影响系统;高的对流不稳定能量、强的低层垂直风切变和持续发展的水汽条件是主要环境特征。不同区域云团的形成机制有差别,发展北上的西南急流促使MβCS旺盛发展。随着低涡发展,MβCS发展合并形成圆形MαCS,强暖湿气流强迫、弱冷空气扩散及地面辐合线是圆形MαCS形成发展的重要机制。γ或β中尺度气旋及辐合线在对流初生阶段起动力触发作用,辐合加强及辐合区的向后延伸导致对流云团的自身发展和后向发展;成熟阶段对流单体后部的强出流促使对流单体分裂,气旋式环流外围西南和偏南气流合并造成对流单体合并。MαCS成熟和衰亡期雷达上出现的线状对流系统具有明显强降水特征。

“98.7”突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的涡源诊断

1998年 7月 2 0～ 2 3日 (简称“98.7”)发生在武汉周边地区的特大暴雨过程与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS及MβCS直接关联。利用MM5模拟提供的高空间分辨 (2 0km)输出资料 ,对这次突发性特大暴雨中尺度切变线低涡发展的动力学机制进行了诊断。涡度分析指出 ,高、低空正涡度中心在武汉周边地区上空的叠加和耦合是该低涡切变线持续发展的主要物理机制之一。总涡源的诊断揭示 ,在突发性暴雨强烈发生发展期 ,武汉周边地区上空从低层到高层有一近乎垂直的涡源高值区生成和维持 ,其垂直结构的发展演变与涡度场垂直结构的发展演变相一致。这一结果表明 ,大气总涡源对该中尺度低涡切变线的生成和发展起着决定性作用 ,也是该暴雨中尺度系统持续发展的重要动力学机制。对贡献于总涡源的诸分量计算表明 ,在 6 5 0hPa以下 ,散度项对大气总涡源的正贡献最大 ,但在此层以上至 2 0 0hPa之间 ,垂直涡度平流项的贡献要比散度项大 ,同时水平平流项也为正贡献 ;在整个对流层 ,扭转项对总涡源为负贡献 ,散度项只在 4 5 0～ 2 5 0hPa之间为负贡献。在近地层 ,垂直涡度平流项和水平平流项基本对总涡源不作任何贡献。时间平均涡源和纯扰动涡源对低涡切变线的生成很重要 ;在强烈发展期 ,相互作用涡源作用最大 。

“987”突发大暴雨及中尺度低涡结构的分析和数值模拟

１９９８年７月２０～２３日（简称“９８７”），发生在鄂东和鄂西南地区的突发性特大暴雨过程在长江流域是罕见的。该过程与 ５００ ｈＰａ短波槽和 ７００ ｈＰａ低涡切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统密切相关。对该过程采用非静力ＭＭ５的二重网格双向嵌套进行了全物理过程的数值模拟，其中，可分辨尺度降水采用Ｒｅｉｓｎｅｒ混合相微物理显式方案，次网格尺度降水采用Ｇｒｅｌｌ积云参数化方案。双向嵌套的细网格模拟结果揭示，武汉周边地区的特大暴雨与 ７００ ｈＰａ上一个β中尺度低涡的生成和强烈发展直接关联。该低涡具有明显的动力－热力结构特征：特强上升运动与饱和气柱互耦，超强散度柱与强涡柱耦合发展，湿静力不稳定与湿对称不稳定共存，深对流湿气柱内云团发展的微物理场结构比较典型。细网格域内前 ３６ ｈ的降水分布和雨强与观测的大体相应，扩展域细网格的降水模拟明显改进了原细网格的模拟，特别是雨带。这一结果还表明，对持续时间较长的大暴雨，大尺度过程对中尺度系统的影响是重要的。

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。

“99·6”梅雨锋暴雨低涡切变线的数值模拟和分析

在天气分析的基础上 ,利用非静力中尺度模式MM5和四维资料同化逼进方法及双向三重嵌套网格技术 ,对 1 999年 6月 2 3～ 2 5日 (简称“99·6”)发生在长江中下游地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟。结果表明 :模拟结果与观测结果的比较指出 ,高分辨数值模式MM5可以成功地模拟梅雨锋中尺度低涡切变线的发生和发展 ;模拟结果显示 ,在α中尺度低涡切变线发展过程中 ,低层强的西南急流和东北气流增强了低层的辐合 ;而高空的西风急流和东风急流则增强了高空的辐散 ;正是由于这种从高空到低空环流的配置 ,才促进了α中尺度低涡不断发展 ;模拟低涡切变线不同部位的垂直环流和物理量场表明 ,“99·6”梅雨锋低涡切变线的结构非常复杂 :在梅雨锋的发展期 ,暖锋附近的垂直上升运动最强 ,低涡中心次之 ,冷锋附近最弱。模拟结果也表明 ,由于下垫面特征的不同 ,中国和日本的梅雨锋暖锋附近环流结构有较大的区别 ;模拟结果显示 ,在α中尺度低涡发展过程中 ,不断有扰动在低涡前部发展 ,激发并分裂出一系列的 β中尺度系统 ,β中尺度系统运动剧烈 ,但由于其低层辐合强于中空辐散 。

2004年9月川渝暴雨的中尺度分析

采用多种常规和非常规资料对2004年9月3—6日形成川渝暴雨过程的中尺度对流系统及其发生发展的背景场进行分析后认为:(1)低涡切变线上不断发生发展的中β尺度对流系统是造成此次强降水的主要原因;(2)高层强辐散与中、低层强辐合以及强上升运动可能为中尺度对流系统的发生发展提供了有利的动力背景;(3)水汽通量的强辐合以及对流不稳定条件的存在可能为中尺度对流系统的发生发展提供了有利的热力背景。

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100 km,生命史约5 h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8 g/kg,最大高度达18 km,云顶亮温低于-80℃。

影响江淮地区的西南涡中尺度结构特征

利用合成方法对３次西南涡过程的流场、温湿场和涡度场等结构进行了分析。结果指出：沿切变线存在风场的中尺度扰动，低涡的尺度为２５０—３００ｋｍ。中低层有两支不同性质的气流流入低涡区，降水主要发生在低涡移动方向右侧的两象限。温湿场和铅直流场在低涡区呈现明显的不对称分布。

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。

发生于2013年6月6～7日杭州地区暴雨的过程分析

利用NCEP再分析、华东区域地面中尺度自动站和多普勒雷达等资料，对2013年6月6～7日发生于浙江杭州地区的大暴雨进行多尺度分析，结果表明：这是一个由高空槽、高低空急流和低涡切变系统共同影响的过程，可分为3个阶段，即强对流、暖式切变影响和低涡影响阶段．强对流发生在低空偏南急流增强的过程中，中层干冷、低层暖湿的不稳定层结是强对流发生发展的环境条件；近地面偏东风与中高层一致增强的偏南风辐合对强对流具有触发作用．强对流下沉气流的地面出流与地面偏东风形成中尺度辐合线，中尺度辐合线上又孕育出新对流的发生发展，当强对流从平原移向山区时，对流加强，再次回到平原时，则迅速减弱消亡．暖切影响阶段和低涡影响阶段属于大尺度系统性过程，环境场上表现为深厚的湿层和较弱的层结不稳定．从雨量强度来看。强对流阶段的雨强可达30mm·h^-1，暖切影响的平均降水基本在5～15mm·h^-1，而低涡影响的降水可达10～20him·h^-1．

2007年入梅期由横槽与低涡切变引发淮河流域强降水的诊断研究

采用对比分析、诊断和数值计算的方法,运用NCEP资料、常规观测资料、卫星云图资料和地面降水资料,对2007年6月19～20日发生在淮河干流及其以北地区一次特殊的降水过程(入梅期首场强降雨)进行研究。主要结论包括:(1)该年梅雨期降水和首场降水的特点及原因:梅雨期雨带位置偏北(位于淮河流域而非长江流域),并且在115°E的中部地区降雨量最大;入梅后的降雨首先产生在淮河干流上游的湖北、河南南部地区,随后雨区迅速北跳至淮河以北的山东南部地区。分析表明,在临近35°N和115°E区域,梅雨锋强烈,冷暖空气汇集,加之充沛的水汽输送和高低空急流耦合所激发的上升运动,共同导致了115°E的中部地区产生强烈降水和汛期的雨带偏北;19～20日淮河及其以北地区阻塞形势迅速调整,其后所产生的500hPa横槽对于首场强降水的维持起到了重要作用。低层涡旋系统沿着锋生带,在槽前气流的引导下向东北方向移动,致使雨带北跳。(2)首场降雨主要由横槽和切变线及其所引发的涡旋共同产生。高空横槽提供了较为活跃的冷空气,这种横槽形式在典型的梅雨期尚不多见,但亦值得关注。锋区和低层水汽叠加较好。上升运动的持续增强,使得不断有强降水时段出现并最终导致强降水产生。(3)该年入梅前后存在比较明显的气象信号变化(包括夏季风、副高脊线、阻塞、环流形势等),入梅期实质上是中高纬大气环流由非梅雨期特征向梅雨期特征的调整和过渡期。(4)在切变线诱生出低涡的过程中,动力作用比热力作用的影响更为显著。低涡生成后向东北方向移动,这一时期虽属梅雨起步阶段,未完全呈现典型梅雨暴雨的特征,但中尺度云团、雨团仍十分活跃。

2004年9月川渝大暴雨期间西南低涡结构及其环境场的分析

采用NCEP再分析资料、常规观测资料、卫星云图资料及地面降水资料，对2004年9月2日～8日发生在川东和重庆的大暴雨的影响系统及其环境场作了分析研究。结果表明，此次暴雨分为三个阶段，降水系统主要有两个：第一、三阶段的主要降水系统是低空切变线；第二阶段的主要降水系统是西南低涡，而西南低涡影响期内的雨量最强、范围最大。西南低涡开始时为一口中尺度系统，最后发展达α中尺度系统。其影响时间从4日00时到6日06时（国际协调时），持续了54小时。本文对此次暴雨过程所做的研究表明，川东地区的特殊地形，500hPa高空小槽以及700hPa、850hPa低层鞍型流场均是西南低涡产生和维持的重要条件；西南低涡上层为暖性结构；在暴雨过程中有20个雨团接连发生，中尺度系统是这次暴雨的直接影响系统；对水汽收支的计算表明，水汽可能来自于低纬度热带地区。本文还对西南低涡与东北低涡的异同作了比较。

2008年6月20—21日一次β中尺度切变线、低涡降水机制研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟2008年6月20—21日江淮一次β中尺度切变线、低涡降水过程。分析发现:低层大尺度的0.5×10-6m2.s-1.K.kg-1的大值位涡为切变线暴雨提供了背景场,在其南部边缘,低层的切变辐合及云水形成的非绝热加热,导致了正位涡的增长,使低层正涡度加大引起降水加强。低层的正位涡通过上升运动向上传递,导致了高层位涡正异常,高层位涡的正异常又可导致低层的气旋性涡度进一步加大并使降水加大;β中尺度低涡的生成与大别山地形关系不大,主要是由对流层高层正位涡异常引起,但是低涡的维持及降水与大别山的地形坡度密切相关,当地形平坦时,不利于低涡维持和降水加强,当具有大别山的地形坡度时,不论山脉的高低都有利于低涡维持和降水加强。

2009年6月28—30日湖北区域性大暴雨诊断分析

利用NCEP资料、LAPS产品、地面自动站资料及卫星资料和多普勒雷达拼图资料,对2009年6月28—30日湖北区域性大暴雨过程的环流背景与动力、热力、水汽条件等进行了诊断分析。结果表明:此次过程是在贝加尔湖低槽东移、副热带高压加强西伸北抬、西南急流发展、低层切变线南压和低涡东移的条件下发生的;低空急流的发展使大气强烈转暖,低层辐合与正涡度、高层辐散与负涡度及其相互配合,为暴雨发生发展提供了有利的热力和动力条件;冷空气南下在高温高湿的长江流域形成锋区以及西南急流加强,不仅向暴雨区提供了充沛水汽,还与切变加强、低涡东移共同造成能量锋区锋生,沿低层θse能量锋区及切变线有多个对流云团和强回波生成引发区域性强降水。

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时TBB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。

2012年黑龙江省春播期两次透雨过程对比分析

利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对黑龙江省2012年春播期4月21—23日、25—26日两次透雨过程的环流形势和物理量场特征进行了对比分析。结果表明：两次降雨过程都存在低涡,21—23日降雨在低涡中心附近,降水分布比较均匀,850hPa降温3~5℃。25—26日降雨在低涡延伸出的切变线附近,降水分布不均,850hPa降温9~15℃。两次过程水汽来源于黄海、日本海的西南气流提供的充足水汽输送。第2次水汽条件、动力条件、热力条件好于第1次,但在三江平原西部两次降雨量相差不大。