一次西南低涡特大暴雨过程的中尺度特征分析

针对西南低涡诱发的2007年7月9日川南特大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和非平衡动力强迫的中尺度特征分析方法,对特大暴雨过程中西南低涡内的中尺度系统活动特征进行分析。结果得出:特大暴雨过程中西南低涡内存在着一个向西南倾斜的、深厚的中-β尺度低涡,具有低层辐合、高层辐散的暴雨典型垂直结构。在特大暴雨天气过程中对流层中低层中尺度辐合和高层中尺度辐散呈现出一种先逐渐加强然后逐渐减弱的演变规律,并且特大暴雨区逐渐向中尺度低涡中心靠近。在特大暴雨发生的初始阶段,西南低涡内的大气运动已处于较强的非平衡状态,且越临近特大暴雨发生,低层U<0的非平衡性越强,促进了西南低涡内中-β尺度低涡的发展,而在特大暴雨最强时刻,大气运动即由U<0的非平衡态转为U≈0的准平衡态。

一次西南低涡暴雨过程的诊断分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2C卫星云图、NCEP/NCAR再分析资料,对一次西南低涡暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,这次暴雨天气过程的主要影响系统有对流层高层南亚高压、中层低涡、低层切变线(低涡)以及台风"天鹅"。该过程是由3个接连发生的中尺度对流云团直接造成的,发生在西南低涡闭合涡旋范围内的非对称处。利用WRF_ARW(The Advanced Research WRF)中尺度模式进行了数值模拟,结果表明,对流层高层南亚高压脊线附近的强辐散、对流层中层低涡的垂直涡度耦合和对流层低层强劲的东风干冷急流与南风暖湿急流在四川盆地内交汇,促使西南低涡发展、加强。对流层高层的强辐散和低层强辐合相配合,有利于西南低涡的增强、发展。温度场上,发展的西南低涡在300hPa附近出现"暖心"结构,在850hPa以下北冷南暖,冷暖空气交界随着高度的增加向北倾斜。低涡中心南北两侧的次级环流圈上升支在低涡中心附近汇合,出现剧烈的上升运动,促使西南低涡增强。随着高层南亚高压的南移、高空急流的南压,高层辐散减弱,西南低涡也减弱。当中层西风大槽主体移过河套地区,其携带的强冷空气沿高原东侧迅速南下,大量冷空气进入四川盆地,促使西南低涡向南移出盆地,最终减弱、填塞。

一次川渝大暴雨的中尺度分析

利用逐时FY-2CTBB资料、闪电资料、自动站雨量资料和经过再分析的中尺度格点分析场资料,分析2007年7月16—20日发生在川渝地区的暴雨天气过程中尺度特征,为评估、预报此类暴雨天气过程提供有价值的信息。分析结果表明:本次降水过程是高原涡和西南涡两个中尺度系统逐步耦合的结果,与上升气流相伴的强而深厚的正涡度柱是造成对流辐合体反复在相近区域生、消和暴雨反复在临近区域发生的重要因素之一;西南低涡环流中的三个中尺度云团系统(MCS)直接产生了本次暴雨过程的强降水,MCS的生消和青藏高原东部的对流云系具有翘翘板效应;对卫星云图Tbb值、闪电资料和强降水的综合分析表明闪电发生于降水之前约1～3小时,强降水基本出现在闪电密集区和低Tbb值重合区;闪电的移动方向基本可以代表对流旺盛区的移动方向,也就是未来可能出现强降水的方向。闪电突然增强或减弱对于追踪对流降水的发生和移向、判断强降水的增强或减弱、强降水出现时间、位置、变化趋势具有一定的指示意义。

高原涡与西南涡相互作用暴雨天气过程的诊断分析

利用动力诊断方法,对2008年7月20~22日高原低涡与低层西南低涡相互作用引发西南低涡强烈发展和四川大面积特大暴雨天气发生机理进行了诊断分析。分析表明：高原涡与西南涡涡心之间的纬向距离在5个纬度的时候,两者上升气流都在500 hPa以下,当两者继续东移,在经向上耦合的时候,二者同时得到发展,西南涡中心的上升气流达到300 hPa,而高原涡中心的上升气流突破200 hPa;西南涡在低层出现初期,在一定程度上制约了高原涡的发展,随着两者在经向方向发生耦合,上下涡度平流不同造成垂直差动,将激发500 hPa以下的上升运动与气旋性涡度加强,使得500 hPa与700 hPa涡心正涡度值的增大近1倍。并且涡前的正涡度变率使得高原涡发展并东移,待垂直耦合后,高原涡与盆地涡相互强迫作用促使气流上升运动加强也是导致高原低涡与西南低涡共同发展的一种机制。

一次区域性大暴雨过程中尺度诊断分析

利用实况降水、FY-2C资料、实时探空、NECP/NCAR再分析资料对2009年8月2—5日川渝地区大暴雨过程主要环流系统、水汽输送特征,以及湿位涡和垂直螺旋度演变特征进行了诊断分析。结果表明:此次强降水环流背景是高空槽东移,耦合了"天鹅"台风动力阻塞维持在川渝地区的西南低涡,南侵的冷空气和西南急流输送的暖湿气流交汇,形成明显的气旋性辐合,导致不断有中小尺度对流系统的生成、发展,且降水过程中一直维持较好的水汽输送条件;湿位涡对本次降水落区有较好的指示意义,由于强降水湿位涡负值中心上空的大尺度下沉气流、强上升气流的倾斜程度和最大锋生强迫区的位置和强度,强降水落区(重庆西部)位于负值中心(四川盆地)暖气流一侧;垂直螺旋度发展演变与暴雨有着密切的关系,当螺旋度等值线密集(稀疏)时,强降水发生(减弱或结束),且暴雨发生时,总是伴随着高(低)空正(负)垂直螺旋度的耦合发生。

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2?0的范围内,都具有"低层正涡度辐合,高层负涡度辐散"的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。

高原东侧低涡切变线发展的个例数值研究——Ⅰ.分析和诊断

1983年7月末发生在川陕地区的大暴雨,造成陕南特大洪灾.大、中尺度天气分析指出:造成这次暴雨过程的直接中尺度系统是受控于稳定天气尺度系统的高原东侧西南涡和中-α尺度切变线;SW 涡初生于高原东侧西风气流汇合处、印度西南季风左半侧;西南季风活跃、副高东阻及中高纬冷空气的入侵形成了西南涡区斜压性质的对流不稳定;“东高西低”环流形势是低涡切变线生成、发展的有利条件,这反映了高原地形及系统异常的动力作用.诊断分析表明:SW涡是生成并发展于700hpa 的浅薄系统,具有暧湿中心结构.

一次西南涡暴雨的等熵位涡特征分析

利用常规资料和0.5°×0.5°的GFS再分析资料,对2010年7月19日河北、山东一次西南涡暴雨过程产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明:西南涡及高、低空急流、地面低压是此次暴雨过程的主要影响系统;等熵位涡的演变和形态对冷空气活动有较好的示踪作用;等熵位涡中心两侧气流辐合,有利于地面低压发展;高位涡下传,导致了大暴雨产生;等熵位涡大值区及移动方向与降水落区有较好的对应关系。

一次高空槽与西南涡耦合影响下的华北暴雨过程分析

2010年7月18—20日西南低涡东北上影响华北,造成了华北地区大范围大暴雨过程。本文利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析场资料,分析了本次西南涡北上加强的原因和造成河北大暴雨的形成机制。结果表明:西南涡是这次华北暴雨的主要影响系统,暴雨的持续与西南涡和中纬度高空槽(低涡)的耦合过程密切相关;高、低空急流相互作用,有利于低层上升运动的发展和加强;高空湿位涡扰动下传,使得西南低涡发展加强;暴雨发生时,其上空正涡度中心和强散度中心相耦合,强的上升运动对低层水汽辐合抬升产生暴雨十分有利;中低层的高能高湿为低涡的发展和暴雨的维持提供了能量和水汽。

一次西南低涡诱发四川盆地持续性暴雨的诊断分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°日4次再分析资料,针对2011年7月3—6日四川盆地持续性暴雨过程的影响系统和各物理量作了分析研究。结果表明:暴雨过程中不断有低压短波槽东移南下,西太平洋副高西伸至高原边缘,形成了有利的大尺度环流背景。对流层高层的强辐散与中层低涡的配合,低层强劲的南风暖湿急流与北风干冷气流在四川盆地内交汇,促使西南低涡发展和维持。高低层辐合辐散、对流运动强烈,持续强劲的水汽输送为暴雨维持起到了重要作用,暴雨持续期间产生不稳定能量释放从而又造成强烈的对流活动。螺旋度对暴雨落区及维持有较好的指示意义,暴雨落区与该地区上空中低层正、高层负局地垂直螺旋度中心有较好的对应关系。