青藏高原云团东传过程及其中中尺度对流系统的统计特征

利用逐小时风云卫星TBB资料、逐小时中国自动站与CMORPH降水产品融合数据以及国家级地面观测站24小时累积降水量,统计分析2010~2016年夏季,伴随下游地区(104°E以东)降水的青藏高原云团东传过程以及东传过程中镶嵌于云团中的中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,简称MCS)特征。结果表明,共出现120次伴随下游降水的高原云团东传过程,6月出现最频繁,但持续时间较长的过程多出现在7月。云团向东传播的主要三条路径是平直东传、沿长江折向东传和复合东传。其中路径二——沿长江折向东传中的过程是高影响过程,因为过程次数较多(46次),过程平均持续时间较长(62小时),在下游地区引发的降水日数和暴雨日数最多。属于东传过程的MCS在7月形成最多,集中分布在青藏高原东坡、云贵高原东部、长江沿岸及其以南地区。高原MCS影响长江中下游地区降水主要是通过向东传播的形式实现,因为即使生命史更长的中α尺度对流系统(Meso-α Convective System,简称MαCS)也鲜少直接移动至110°E以东地区。不同区域的中α尺度持续性拉长形对流系统(Permanent Elongated Convective System,简称PECS)的日变化特征显示,东传过程MCS更容易在夜间从高原东坡向东传播至下游地区。在三条路径中,路径二中的东传过程MCS数量最多、在下游地区发展最旺盛并与降水日数和覆盖范围存在更好的对应关系。

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。

华南“94·6”特大暴雨的中尺度对流系统及其环境场研究 Ⅱ.物理过程、环境场以及地形对中尺度对流系统的作用

在该文第Ⅰ部分中选取1994年6月12日～13日过程进行了较深入的研究,在确定云雨、垂直运动的模拟基本正确以后,利用模式的输出资料对在此期间的β中尺度对流系统的结构和演变进行了分析研究。第Ⅱ部分继续探讨物理过程、初始环境场以及地形对β中尺度对流系统的发生、发展的影响。结果表明:潜热释放对强对流系统发生、发展都有重要的作用。行星边界层过程对对流的发生阶段影响较为明显,而对发展阶段的影响似乎还不大。地面感热和潜热通量对对流系统的强度有影响。对初始场的试验表明,初始湿度场的改变会很明显地影响模拟结果,温度场的影响次之。地形的改变对大尺度的雨带影响不是很大,主要影响强暴雨的强度和落区,地形尤其是喇叭口地形对“94·6”暴雨的增幅作用十分明显。

一次梅雨锋暴雨过程的β中尺度对流系统发展机理的数值研究

20 0 2年 6月 18～ 19日在湖北省发生的一次中尺度降水过程主要是由一个中尺度对流云团的活动造成的 ,且该中尺度对流云团在不断东移的过程中分裂成两个 β中尺度对流云团。文中使用中尺度非静力模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟 ,研究它的发生发展机制。模式很好地模拟了造成该次强暴雨的中尺度对流系统的整个发展过程 ,模拟的降水分布与实况比较接近。分析模拟结果发现 ,中尺度对流系统在不断东移的过程中 ,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强 ;受地形的作用而分裂成两个对流单体 ;最后由于中高层水汽凝结降落后造成的水汽不足 ,高层的辐散气流明显减弱变得无组织和下沉气流的影响对流系统开始衰亡。通过以上的分析给出了引起该次梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统的发展演变模型。

南海暖季天气系统与中尺度对流过程研究进展

本文总结了近几十年来暖季(5~10月)南海热带天气系统及中尺度对流过程的相关研究进展。聚焦暖季南海中尺度对流过程,概述性回顾了与南海中尺度对流过程相关的热带大气环流和夏季风的基本特征,影响南海中尺度对流发生、发展的重要天气系统,并着重归纳了南海中尺度对流系统的活动规律、结构特征与形成机理。在此基础上,探讨了当前及未来南海中尺度对流过程研究面临的机遇与挑战,并指明了未来该领域的研究方向。

华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析

利用MM5模式对发生在 1 998年 5月 2 3～ 2 4日华南暴雨和中尺度对流系统(MesoscaleConvectiveSystem ,简称MCS)模拟的模式输出资料 ,根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论分析了暴雨和MCS形成和发展的原因。结果表明 ,暴雨和MCS发生在倾斜湿等熵面具有弱对流稳定性的下陷区 ,沿湿等熵面下滑的冷空气与倾斜上升并具有较强对流有效位能的暖湿空气在下陷区会合的过程中经历了对流稳定性减小的过程 ,导致暴雨和MCS发生发展区域有气旋性的涡旋发展。对流发展区域的上空满足条件对称不稳定发生的条件 ,MCS中上升气流呈倾斜状态。由于湿等熵面倾斜 ,在暴雨和MCS的发展过程中 ,水平风垂直切变和湿斜压度的增大也有利于涡旋的发展 ,使暴雨和MCS得以维持。最后 ,给出了华南地区湿等熵面上暴雨和MCS发生发展的一个物理概念模型。

1998年6月8～9日香港特大暴雨中尺度对流系统分析

利用卫星和多普勒雷达的高时空分辨率观测资料 ,对 1 998年 6月 8～ 9日香港暴雨过程中的中尺度对流系统进行分析 ,表明 :( 1 )此次暴雨是冷锋前暖区的对流性降水 ,期间有 3次强降水过程 ,每次维持时间 2～ 5小时 ,中尺度对流系统是造成强降水的主要系统。 ( 2 )雷达回波强度与卫星云图对比发现 ,强回波区全位于云顶温度≤ - 32℃的云团内 ,但具体分布有两种情况 :一种强回波区位于通常所说的发展强盛的α中尺度云团的边缘TBB等值线密集区 ,一种如尺度较小的线状强回波则位于两个β中尺度云团 (云顶温度≤ - 5 2℃ )之间。这利用常规观测资料是无法识别的。 ( 3)分析单多普勒雷达反演的水平风场发现 :大尺度的环境风场中 ,存在 β中尺度系统的独立流场 ;中尺度云团内部的流场辐合与强回波带相对应。

夏季青藏高原上的对流云和中尺度对流系统

运用１９９８年６—８月逐日逐时日本地球静止气象卫星（ＧＭＳ） 红外辐射亮温资料，计算和分析了青藏高原及周边地区对流云和中尺度对流系统的活动，揭示了它们形成和发展的月际变化和地理分布、强度、日变化、移动和传播等诸多特征，以及与长江流域暴雨过程的关系。

华北一次暴雨过程中潜热对中尺度系统和降水影响的数值研究

针对2005年7月22日的发生于华北的暴雨中尺度对流系统,在用中尺度ARPS模式数值模拟和分析云场、动力场以及微物理过程释放的潜热垂直分布和作用特征的基础上,通过改变主要微物理过程潜热做敏感性数值试验,研究和分析了潜热对云系发展演变、云系宏观动力场、水汽场、云场和降水的影响,总结出云暖区潜热的影响途径。结果表明,在对流云团中,5000 m以上微物理过程起加热作用,以下起冷却作用。不同物理过程潜热加热的云层高度不同:高层起加热作用的主要为水汽凝结、云冰初生和雪凝华增长、霰撞冻云水过程;中层起加热/冷却作用的主要为水汽凝结、霰/雹融化过程;低层雨水的蒸发过程起冷却作用。微物理过程潜热通过影响云系和降水发展过程、云系动力场,进而影响水汽场、云场和降水。忽略霰/雹融化潜热,相当于增加云系暖区潜热,促进了低层气旋性环流的形成,增强了低层动力场的辐合,使得低层辐合区增多、增强;中低层水汽通量辐合区增多、面积扩大,明显地促进了对流云系的发展,增大了含水量和覆盖范围,云系的降水量显著增加,强降水区覆盖范围扩大。即使减少20%的凝结潜热,云系的发展也受到极大抑制,没有气旋性环流生成,低层辐合区缩小、强度降低,水汽通量辐合区也同样缩小、强度降低,云系对流发展减弱、含水量降低,因此,降水量大为减小,降水范围也显著缩小。此外,微物理过程潜热还影响到此次中尺度对流系统发展演变过程,改变了云系的形态、影响到系统的移动和系统中对流云团的发展强度和分布情况。

中尺度对流系统(MCSs)散度场的特殊结构

通过高原东侧一次局地特大暴雨的 MCSs分析发现 :该区域的 MCSs散度垂直分布存在一种特殊结构 ,即从对流层低层到高层散度分布呈现辐合—辐散的“双重结构”。其中对流层中、高层第 2个辐合区是暴雨时高原西南气流直接导致的 ,它对 MCSs形成和维持具有重要作用。另外 ,高原东侧 MCSs虽然数量少 ,但其结构复杂。

2004年一次连续性暴雨天气过程的中尺度对流系统分析

利用卫星云图对引发 2 0 0 4年 6月 2 2～ 2 4日贵州省连续性区域强降水的中尺度对流云团的发生、发展和演变过程进行分析 ,得出中尺度对流系统的活动是产生此次连续性暴雨天气的主要因素。

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（二）模式物理过程

中尺度业务数值预报试验模式系统原理和应用（二）模式物理过程陈伟民，王强（兰州中心气象台７３００２０）物理过程是中尺度模式的重要组成部分，主要涉及到行星边界层物理过程、地面能量平衡、水汽循环等问题。中尺度业务数值预报试验模式系统（简称ＭＯＮＦＥＭＳ）的...

一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料，分析了１９９６年７月１日在黄海北部～山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流系统形成的条件；中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生；对流云团的并合加强，产生异乎寻常的能量，是该系统加强和发展的重要条件；云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因。

一次江淮气旋及其中尺度系统的数值模拟

本文在十一层原始方程模式中引入 Fritsch-Chappell一维云模式,对1982年5月12日江淮气旋上中尺度系统进行了模拟试验,分析表明:Fritsch-Chappell一维云模式对深厚积云的考虑细致合理,比郭晓岚积云参数化方案优越,它能模拟出中尺度系统的一些特征。通过数值计算发现:中尺度江淮气旋是对流层低层的天气系统,气压场上具有中尺度低压的某些特征;对流天气的出现,使得中尺度江淮气旋得到发展,但这种发展有一个变化过程,在对流发展加强时,对流引起的动量变化以及下沉气流造成的低层冷却作用,使其有一个暂时的减弱过程,当对流运动趋于减弱时,气旋才得以发展。

中尺度对流雨带飞机观测资料分析和数值模拟研究

本文使用MM5中尺度数值模式,采用不同分辨率(90、45、30和15km)相同的Reisner混合相微物理显示方案,及Betts-Miller和Grell的对流参数化方案,对2003年7月8日吉林省境内中尺度对流雨带天气过程进行了数值模拟试验。结果表明:不同尺度的天气系统,需要不同分辨率、不同参数化方案的中尺度模式进行模拟,提高模式的分辨率可以增强对含有对流的中小尺度天气系统的模拟和预报能力;模式的水平分辨率和对流参数化方案对模拟强降水中心有重要影响;当MM5模式分辨率提高时,模拟的细化给降水分布、降水强度带来一些改进,但主要雨区内也出现了一些虚假预报中心水平扩散;低层正涡度区,高层负涡度区的配合,对低层辐合上升运动有利、能促进对流发展;从散度场的分布特征看,低层850hPa的水平辐合区域强弱与降水的大小有密切关系,强水平辐合区与强降水区有很好的对应关系。因此,在MM5模式业务化时应该根据天气特点来选择模式分辨率和对流参数化方案,以使模拟结果更接近实况。

内蒙古典型暴雨过程的中尺度雨团观测分析

利用FY-2E逐时云顶黑体亮温资料（TBB）、闪电定位资料、自动气象站资料和逐时降水资料，对20092013年6～8月内蒙古7例暴雨天气过程的中尺度雨团特征进行分析。结果表明：内蒙古暴雨的降水强度在1～3h即可达到暴雨或大暴雨量级，中尺度雨团活动是内蒙古暴雨过程形成原因，而80％雨团活动是中尺度对流系统（MCS）造成的。MCS内TBB不超过一52℃冷云区和地闪密度大值中心对雨团强度和发展具有重要的指示作用，冷锋云系中MCS造成的雨团多原地生成和消亡，TBB不超过52℃冷云区面积小，维持时间为2～8h，地闪密度增长缓慢而且发生频次低；冷涡云系中雨团跳跃式出现在MCS冷云区或冷空气流人一侧，出现’FBB不超过一62℃冷云区，雨团出现频次高，持续出现时间可长达24h，地闪密度增长迅速且发生频次高。7次暴雨过程中约有60％雨团伴有地闪活动，地闪密度达到最大值时刻预示未来1～3h最强雨团出现和MCS发展到成熟。地面加密风场中尺度辐合线先于MCS和雨团出现，中尺度辐合线造成的局地辐合可作为MCS发展的启动机制。

一次特大暴雨形成中天气尺度和次天气尺度系统的作用

采用中尺度数值模式MM 5V2对 1 998年 6月下旬发生在长江流域持续的暴雨过程进行分析研究。通过尺度分离与数值模拟对比试验 ,着重分析了暴雨过程中天气尺度与次天气尺度各物理量场的结构特征 ,提出本次暴雨过程形成的物理机制 :天气尺度流场与水汽场为降水提供持续的远距离水汽输送通道 ,次天气尺度流场形成稳定的经向强辐合 ,为水汽的抬升与凝结提供动力条件 ;在有利的高、低空急流的配置下 ,暴雨区落在高空急流轴以南、低空急流轴以北 ;次天气尺度温度场下暖上冷的热力不稳定层结促进了热力不稳定的发展 ,促使暴雨增幅 ;特大暴雨发生地区上空的次天气尺度湿度的高值中心 ,有利于湿空气在上升运动中释放潜热 ,形成暴雨的反馈机制。数值试验分离模式初始场不同尺度系统信息 ,揭示了不同尺度系统在暴雨发生过程中的动力作用 ,没有中尺度系统的配合 ,仅有天气尺度系统信息 ,或只有次天气尺度系统信息 ,没有大尺度系统的配合 ,暴雨的强度及范围都将有所消减。分析及数值试验结果表明大暴雨是在天气尺度和次天气尺度系统的共同作用下才得以产生和维持的。

不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案对一次梅雨锋暴雨显式对流模拟的影响分析

利用WRF模式对2007年7月8日淮河地区特大暴雨过程开展显式对流(1.1 km)模拟试验,比较两种边界层参数化方案和三种陆面过程参数化方案对降水模拟的影响。结果表明,不同边界层参数化方案和陆面过程参数化方案主要影响模拟的强降水位置和强度,而对雨带位置的影响不大。采用MYJ边界层方案模拟的强降水更接近观测,采用YSU方案模拟的强降水偏弱;陆面过程参数化方案对比,简单的热扩散方案模拟的强降水最强、最接近观测,而RUC方案模拟的强降水最弱,Noah方案居中;同时改变陆面方案和边界层方案比单一改变其中一种方案对模拟降水的影响更大。造成强降水模拟差异的主要原因是模拟的近地面(约1 km以下)大气的湿度和温度不同,导致支持对流发生发展的入流空气的对流有效位能(CAPE)不同,进而影响模拟的对流强度和地面降水量。对强降水模拟较好的试验模拟的近地面大气湿度更大,环境入流空气的CAPE更大,对流发展更强,地面降水也更强。

夏季北京地区强地形雨中尺度结构分析

利用卫星、雷达资料,分析了2002年6月24日北京地区大暴雨的降水云团演变特征,结果表明:中α尺度对流系统减弱过程中经历了中β尺度云团的发展过程,中β尺度对流云团是北京西部局地暴雨的影响系统;在观测分析的基础上进行了数值模拟分析:低层东风气流向西移动遇太行山东坡辐合抬升,黄土高原低层偏西风向东移动,受太行山脉强迫倾斜上升,与太行山东坡的地形抬升叠加,在太行山及其东坡产生强烈的上升运动,并形成垂直次级环流圈,同时,低层的偏南气流在燕山南坡上升,而冷空气偏北气流在燕山南坡半山腰下沉,该次级环流圈是北京西部山区强降水产生和维持的主要物理机制。

一次秋季强对流天气过程分析

引言 在浙江省,秋季是强对流天气的少发季节,而1993年9月17日傍晚至18日凌晨在浙北地区出现了6个站的雷雨大风和8个站的暴雨天气过程,在9月中旬末出现如此大范围的强对流天气,历史上亦属少见。本文应用常规气象资料着重从预报角度进行分析,发观本次过程有如下特点:1.强对流天气与低层辐合中心相关,低层辐合中心在一定程度上可以作为强对流天气预报的指标。2.中低层冷空气是浙北地区强对流天气发生/发展的触发机制。3.中尺度系统活跃。