夏季高原低涡切变影响下云南大雨暴雨的分布及成因研究

利用中国气象局MICAPS系统历史天气图、云南125个站点逐日气象观测资料、欧洲中心ERA Interim资料,对1991-2018年夏季高原低涡切变造成云南大雨暴雨过程的气候特征进行了统计分析,结果表明:(1)夏季高原低涡切变影响云南,大雨暴雨平均每年出现12次,出现次数整体呈减少趋势,具有明显的年际变化特征;1998年出现最多达25次,2010年最少。高原低涡切变影响云南最多的是6月,平均为5次,其次是7月。(2)高原低涡切变可以造成云南全省性的大雨以上降水过程,从影响区域来看,主要分布在滇西北、滇西、滇中及以东地区,滇西北的东部是多发区,最多位于丽江东部至昆明,以及哀牢山附近;(3)产生全省性暴雨过程的合成特征主要是西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)强度较弱,滇缅之间维持弱脊区,高原低涡切变容易从四川西北部边缘南移影响云南,受高原低涡切变影响云南出现暴雨的水汽主要来自孟加拉湾和部分来自高原,两支水汽在云南汇合,为暴雨的产生提供充足水汽。(4)2014年8月初的全省性大雨的天气系统主要是高原低涡切变与700 hPa切变线共同影响造成;中低层的正螺旋度远大于高层的负螺旋度,说明中低层正涡度辐合上升运动高于高层负涡度辐散,这为强降雨的产生提供了强大的动力条件。研究表明700 hPa湿螺旋度水平分布对高原低涡切变影响造成的强降水落区有指示意义。

青海一次短时强降水中FY-4A云型特征分析

利用逐时雨量资料、常规高空气象观测资料及FY-4A卫星云图资料,对青海省2019年6月30日短时强降水天气过程的天气形势配置和卫星云图演变特征进行统计分析。结果表明:此次短时强降水天气过程发生在500 hPa高原切变线附近,定义为高原低涡切变线型,带来短时强降水的云型特征为多个对流云团排列而成的东北—西南走向带状云团,与高原切变线位置重合,随着高原切变线的发展移动而发生变化;组成带状云团的对流云团外形有的近似圆形,有的近似椭圆,面积相差较大,在1~4个平方纬距;云系后部为下沉的西北气流对应的无云区,前部为槽前西南气流,带状云团前侧为强正涡度平流区,对应强的上升运动,云系稠密;云顶亮温较低,持续时间较短,但由于其列车效应明显,不断有新的对流云团生成发展,最终形成具有东北—西南走向长轴的椭圆云团,面积最大可达12个平方纬距。

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。

水汽图像在高原天气预报中应用的初步分析

通过对1998年8月4～5日那曲低涡和7月18～20日高原切变线活动的卫星水汽图像以及这次高原低涡形成前改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度的数值试验的分析,分析指出:(1)水汽图像上水汽涡旋比天气图上高原低涡形成反映提前,且水汽涡旋对高原低涡活动有指示意义。(2)水汽图像上切变线水汽带比天气图上高原切变线形成反映提前,且切变线水汽带的变化对高原切变线活动有指示意义。在切变线水汽带范围变宽时,高原切变线稳定;切变线水汽带减弱时,高原切变线东南移。(3)水汽图像上高原以南洋面上空对流层中上部水汽输送会影响低值天气系统的形成和发展,水汽灰度梯度大值区的变化可预示强降水中心区的变化。(4)数值试验表明:利用水汽图像改进高原以南洋面上空对流层中上部湿度,可对数值预报有较大的改进。在高原地区天气预报中应重视水汽图像的应用。

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss(OW)参数(VOW)来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 h Pa等压面上VOW值由正转负,VOW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。VOW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以VOW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。

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。

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。

高原低涡、切变线暴雨研究新进展

在引发中国东部夏季降水的天气系统中,高原低值系统扮演着十分重要的角色,其中高原低涡与高原切变线对强降水的协同作用是高原天气影响的一种常见样式,预报员将其称为低涡切变暴雨。本文回顾了高原低涡、切变线及其暴雨的研究历史和当前研究所取得的最新成果,重点探讨了人工智能应用、诊断计算、动力理论以及数值模式等多方法研究高原切变线与高原低涡的关系、相互作用过程以及诱发暴雨机理等科学问题,并基于低涡、切变线暴雨的最新研究成果和相关理论方法、技术手段的发展应用趋势,提出这一研究领域值得关注的一些新方向。由于目前对这两类几何形状迥异但物理属性相近的高原低值天气系统关系的认知仍存较大分歧,两者相互作用进而引发高影响天气过程的物理机理尚不十分清楚,高原低涡、切变线气候学统计结果的差异还相当明显。因此,对这一研究领域的深入探索与交叉拓展,不仅对推动青藏高原天气、气候影响的理论发展有重要科学意义,对高原及下游灾害性天气、气候业务能力的提升亦有较大应用推广价值。

“09.7”四川攀西暴雨的MCS特征及其成因分析

利用FY-2CTBB及NCEP1°×1°再分析资料,分析2009年7月四川省攀西地区一次暴雨过程的MCS特征及其成因。结果表明:暴雨由一MCS发展增强所致,暴雨中心米易6h内出现降水量超过150mm的大暴雨是由一水平尺度大于100km的β中尺度对流系统造成,该系统由其西北方一TBB<-72℃的γ中尺度对流系统发展增强而来;500hPa高原切变和700hPa中尺度低涡是该MCS发生发展的主要触发系统,冷空气入侵也是促使MCS增强的重要因素;来自孟加拉湾的西南低空急流为暴雨期间攀西地区提供了充沛的水汽输送,大暴雨区700hPa层为一强水汽辐合中心。

青藏高原天气动力学研究的新进展

在主导中国青藏高原、西南地区的极端天气、气候事件,以及东移引发中国东部夏季降水的天气系统中,高原天气系统扮演着十分重要的角色,其中以高原低涡、高原切变线和西南低涡为代表的高原低值天气系统(简称低值系统)最为常见。重点回顾了近10年以来高原低值系统天气动力学研究领域的若干新进展,着力梳理了高原低涡动力学、高原切变线动力学、西南低涡的中尺度动力诊断研究、高原低涡与西南低涡耦合作用的动力分析、高原切变线与高原低涡关系的动力学解析、低频振荡对高原低涡的调制作用等高原天气动力学研究领域的前沿科学问题,并基于最新研究成果和相关理论方法、技术手段的发展趋势,展望并提出该领域有发展潜力的一些研究方向,希冀对目前处于弱势的高原天气动力学研究的促进以及新的学科生长点、新概念、新理论的形成能有参考价值和启发意义。

高原涡与高原切变线伴随出现的统计特征

高原涡、高原切变线是影响高原地区最主要的天气系统。利用2005-2016年NCEP/CFSR高分辨率再分析资料,采用客观识别方法,统计分析了高原涡、高原切变线伴随发生的数量、生成的先后顺序和源地等。结果表明,近12年来,客观识别的高原涡年平均生成45个,高原切变线年均生成48条,30%左右的高原涡与高原切变线伴随出现,相伴出现的现象在整个高原均有发生。两者伴随出现时,高原切变线往往先于高原涡生成;当高原涡伴随高原切变线出现时,高原切变线的维持时间较长;而无论是否有高原切变线伴随,高原涡的维持时间基本保持不变。

高原横切变线与高原低涡关系的初步研究

基于大气运动方程组及散度方程,对高原横切变线上扰动稳定性问题以及切变线诱发高原低涡的动力学机制进行了理论分析并用欧洲中心(ECMWF)ERA-interim再分析资料对其进行验证。得出高原横切变线是高原低涡产生的重要背景场,切变线以南的水汽输送与辐合对于低涡的诱发作用是大气处于不平衡状态而引起散度场调整的结果,辐合增强区有利于高原低涡生成,低涡中心对应非平衡正值中心,低涡外围为非平衡项负值区。非平衡项负值大值与水汽辐合带的重叠区对降水落区有较好的指示意义。当高原南部的西南风带向东或东北方向移动或当低涡下游出现非平衡项负值中心时,低涡亦同向移动。若高原出现气旋式环流并且环流中心与非平衡项正值中心对应时,有利于低涡生成;进一步,当低涡中心与非平衡项正值中心对应且正值中心数值不断增大时,低涡趋于发展加强。

青藏高原天气系统对昆仑山北坡一次罕见暴雨过程影响分析

利用南疆塔里木盆地加密自动站数据、常规地面观测和高空探测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和欧洲中心ECMWF模式预报初始场资料(空间分辨率0.125°×0.125°),针对2019年6月24-26日发生在昆仑山北坡罕见的暴雨过程,分析了南亚高压、高原低涡和切变线等高原天气系统对昆仑山北坡暴雨的影响。结果表明,暴雨出现在100 hPa南亚高压双体型转为青藏高压单体型的大尺度环流下,500 hPa中低纬呈“两高夹一低”经向环流,西太平洋副热带高压(简称西太副高)不断西伸,外围偏南风盛行,伊朗高压东进加强,两高之间的高原切变线和低涡维持。500 hPa偏西和偏南两条水汽输送路径中,偏南水汽输送持续更长,偏南气流将孟加拉湾水汽输送至青藏高原和昆仑山脉,水汽辐合明显,暴雨出现在中层水汽输送和辐合的叠加区,水汽源地来源于孟加拉湾、里海和咸海,孟加拉湾水汽贡献更大。高空偏南暖湿气流沿低层“冷垫”爬升,有利于动力抬升并加剧垂直方向的冷暖交绥。

一次高原低涡切变东移引发的持续性特大暴雨过程分析

利用常规观测的地面和高空资料、地面加密自动站资料、美国国家环境预测中心（NCEP）提供的一天4次1°×1°再分析资料以及FY2E卫星TBB资料,对2013年7月15-19日高原低涡切变东移诱发的四川盆地特大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明：强降水落区发生在副高边缘西北侧的不稳定区域内,低层和地面冷空气扩散南下是触发特大暴雨发生的关键因素。强降水主要出现在MCS系统发展和成熟阶段,最大降水出现在MCS中心最冷云顶面积达到最大的时候。中低层水平湿Z-螺旋度负值区域分布与相应时刻的降水落区和天气系统有较好的对应关系。垂直分布上,暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。

气流辐合对高原低涡切变的影响

利用欧洲中心ERA-interim再分析资料,通过计算Okubo-Weiss(OW)参数,对青藏高原上一次高原切变线诱发高原低涡生成的过程进行了诊断分析。结果表明:(1)OW负值带可以指示高原切变线的可能生成区;OW值趋于0时,切变线变得不稳定,强度逐渐减弱;OW正值区能够指示高原低涡的后续移动趋势以及发展情况,气流辐合区域与OW大正值区有很好的对应关系。(2)此次高原切变线气流活动以拉伸变形为主。切变线生成阶段,其附近气流作拉伸变形运动;切变线成熟阶段,气流拉伸变形运动达到最强;切变线减弱阶段,其气流拉伸变形运动减弱。(3)切变线的生成以及移动主要受总变形方程的局地变化项影响;低涡的生成位置以及后续移动路径与水平涡度方程的散度项有很好的对应关系。气流辐合在高原低涡形成的初期起主要作用,辐合强度的减弱会抑制高原低涡的东移及发展。

夏季青藏高原低值系统与地气温差及我国降水的联系

基于青藏高原低涡和切变线(简称高原低值系统)年鉴、国家气象站地面观测资料及ERA-Interim再分析资料,分析了高原低值系统多、少发年夏季高原地气温差变化的差异及其对我国降水的影响。结果表明:(1)高原夏季地气温差对高原低值系统的发生和移动有明显的影响。在低值系统频发区,多发年的地气温差明显比少发年高。(2)我国西部的青藏高原中部、东北部及西南地区在多发年降水偏多,高原南部和东南部则在少发年降水偏多;我国东部地区,多、少发年降水差异自南至北呈“+”、“-”、“+”、“-”、“+”的差值带分布特征,即华南、江淮流域、华北和东北地区降水在多发年偏多,江南地区和黄淮流域降水则在少发年偏多。(3)高原低值系统多、少发年夏季对流层的环流系统及相应垂直速度、水汽输送变化有明显差异,并影响青藏高原和我国降水的变化。在高原地区,多、少发年之间环流的差异是受高原东部和南部的气流辐合(辐散)场、相应的垂直运动差值上升(下沉)、水汽输送辐合(辐散)区域变化的影响;在东部地区,则是受南海到华南、长江流域、华北到东北为气旋(反气旋)环流系统及其间辐合(辐散)带变化的影响。

2017年7月初柳州特大暴雨成因分析

利用常规气象观测资料和柳州多普勒雷达观测资料,采用天气学诊断分析方法,对2017年7月1-2日发生在柳州市的一次特强降水过程进行了分析。结果表明:高原槽、低涡切变以及地面辐合线是此次过程的主要影响系统;副热带高压的稳定维持,使高原槽长时间停滞在黔桂交界一带;地面中尺度辐合线的长久维持为强降水提供了动力抬升的条件,辐合上升运动增强激发出大量的中尺度对流云团,强回波形成列车效应,从而产生大暴雨。

青藏高原切变线暴雪中尺度分析及其涡源研究

利用天气图和T63资料分析 1 996年 1月中旬青海牧区降雪过程 ,指出这场暴雪是由于北支冷空气和南支暖湿气流结合形成具有中 α尺度结构的高原切变线引发的暴雪过程 ,其主要触发信号是切变线高层正变涡。诊断表明 ,对高层正变涡起主要贡献的是平流项和扭转项 ,此两项正贡献都与背景场上青藏高原南北两支西风急流适当配置相互作用有关。

2018年7月6日玛曲局地暴雨天气过程分析

2018年7月6日玛曲局地暴雨天气过程,中高纬度为两槽一脊环流形势,亚洲中低纬度受副热带高压控制,副热带高压比较强,甘南恰好处于副热带高压内部,受西南气流的影响,584 dagpm线西伸到青藏高原西部地区,青藏高原东部有低涡生成,巴湖槽东移到90°E附近时,槽后冷空气分裂南下进入低涡与低涡相结合形成北槽南涡形势,且低涡一直维持在高原东部,使河西中部到高原中部出现暴雨天气。这种形势下,过程以阵性天气开始,以非阵性天气结束,过程雨强不强,但持续时间较长。本次暴雨过程作为汛期暴雨的特殊典型,应当引起预报员的注意。

高原低涡切变影响云南强降水分布及水汽特征

利用实况资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008~2012年夏季东南移出高原且影响云南的高原低涡切变过程进行统计和对比分析。结果表明:高原低涡切变影响云南产生强降水主要分为后部冷空气较强型、高原低涡切变补充型以及东南移减弱型,影响云南产生强降水最多的是低涡切变东南移减弱型。强降水的主要区域是滇中及其以北地区,是高原低涡切变影响云南的典型区,这些区域的降雨主要发生在夜间。后部冷空气较强型的影响范围最大,能造成全省性强降水过程,但发生频率低。低涡切变东南移减弱型和高原低涡切变不断补充型,在滇缅之间均有高压(脊)维持。降水范围、水汽输送与副热带高压的位置、低涡切变经向度和发生时间有关。影响云南的高原低涡切变过程有明显的水汽净收入,主要是南北向的水汽收入,东西向的水汽收入远小于南北向。通过拉格朗日轨迹模式HYSPLIT对水汽路径的模拟表明,孟加拉湾是云南重要的水汽源地。当高原低涡切变影响云南中北部时,有来自高原的水汽输送,高原的水汽一部分是来自阿拉伯海,一部分来自孟加拉湾。气流在到达降水区域之前受下垫面影响,经历了多次的降水和蒸发过程。