华南暖区暴雨中尺度对流系统的分析

利用自动站降水资料、卫星综合降水CMORPH资料、卫星TBB资料、雷达回波资料以及NCEP再分析资料等,分析了2007年5月26日发生在华南地区的一次暴雨过程,主要研究了与暴雨过程相关的中β尺度对流系统(Mβcss)的发展演变特征。结果表明:(1)本次暴雨过程形成于地面低压倒槽及西南低空急流的左侧,暴雨区斜压特征不明显,是一次比较典型的暖区暴雨过程;(2)暴雨至少与三个连续生消的Mβcss的活动直接相关,不同暴雨落区中降水峰值出现的时间与相应Mβcss发展强盛期对应关系良好;(3)Mβcss的发展演变表现为后向次第发展的形式,与华南另一种较为常见的前向次第发展类型不同,即新的对流系统主要在原Mβcss的后部形成;(4)引发暴雨的中β尺度对流系统形成于850hPa西南低空急流左侧的辐合区,高层200hPa有明显辐散气流。但与典型华南前汛期暴雨区上空对应为南亚高压东侧向外辐散的类型不同,本次暖区暴雨位于入海南亚高压西侧的偏东和偏南气流的辐散区下方。(5)低空急流不仅为暴雨区输送了丰富的暖湿空气,有利于中低层高不稳定能量存储区形成,相应的暖空气平流对对流系统的形成可能有更直接的作用。从地面中尺度流场出发,对这些暖区暴雨对流系统形成和发展的可能触发机制进行了有意义的讨论。

天山北坡中部一次强对流天气中小尺度系统特征分析

利用Doppler雷达资料,结合常规观测资料及T213再分析资料,对2008年8月26日18:00~19:30发生在天山北坡中部石河子南部山区强对流天气的影响系统和中小尺度强对流天气落区形成的原因进行了详细分析。结果表明:西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限分裂出的中尺度短波是造成"2008.8.26"强对流天气过程的直接影响系统;地形辐合回波带是造成这次过程的主要系统;地形辐合回波带上的中-γ对流单体滚动更迭是强对流天气落区形成的直接原因;中高层干冷、低层暖湿,低层中尺度辐合切变线对强对流天气的发生具有重要作用。回波强度、回波顶高度的迅速增加、垂直累积液态水含量的跃增和面积的扩大,中气旋的出现都对"2008.8.26"强对流天气的发生具有预警指示意义。当回波强度>50 dBz、回波顶高度>8 km、垂直累积液态水含量急增到50 kg.m-2以上时,将预示有强对流天气出现。垂直累积液态水含量的大值区是对流云强度最强的地方,与强对流天气落区相对应;其高值区的强度和范围与强降水的强度和范围成正比。在暴雨发生前和发生期间落区附近近低层存在着西南暖湿气流向暴雨中心的输送。

1998年湖北大暴雨的中-β尺度对流系统数值模拟和可视化研究

用中尺度模式对 1998 7 2 0湖北大暴雨过程进行了数值试验 ,较好地再现了中 β尺度暴雨系统的发展过程。利用大型可视化软件制作的中 β尺度对流系统的虚拟图像直观地展现了中 β尺度MCS群发生发展的生命史过程、水物质分布的特点及其三维流场特征。

2004年北京“7.10”暴雨中β尺度对流系统分析

采用NCEP再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料,以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料,对2004年7月10日北京突发性暴雨过程中茁尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:本次暴雨过程是由具有中茁尺度的对流系统所产生,它发生在大尺度暖脊之中;对流层中层的短波槽,以及低层西风槽前的西南气流与暖切变线北侧的东南气流的汇合,为M茁CS的发生提供了良好的环境条件。该M茁CS由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,其水平尺度为150km×100km,时间尺度约为5h。该M茁CS在对流层低层表现为中尺度辐合线或强辐合中心,雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线,与M茁CS的演变有密切的关系。在其发展强盛期,中茁尺度对流系统呈现相当正压性;垂直倾斜的上升气流及其两侧,有明显的下沉补偿气流,显示本个例M茁CS具有对流型风暴的结构特征。此次M茁CS发生在强对流不稳定层结条件下,在700hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温兹se暖舌;近地面层偏南风与偏东风2支气流的辐合,以及冷空气的侵入,导致行星边界层内能量锋区的加强,从而有利于MCS的发生发展。

湖南资水流域切变线天气形势下中β尺度对流系统的数值模拟研究

本文对湖南资水流域700hPa层呈现相似切变线天气形势的两次天气过程进行了研究,其中一次是2001年6月19日08BST出现大暴雨,另一次是2001年8月13日08BST至14日08BST仅出现小雨,文中对这两个个例进行中尺度数值模拟,对比分析了这两个个例演变过程的差异,并对6月19日中β尺度对流系统在暴雨强盛期的动力结构特征和热力结构特征作了详细分析。研究结果表明6月19日在演变过程中生产的中β尺度对流系统引发了这次暴雨,而8月13日虽然有类似于6月19日的切变线,但是没有形成中β尺度对流系统,也就没有引发暴雨。由此表明,相似的700hPa形势可以有根本不一样的演变,而暴雨的发生与中β尺度对流系统的生产和发展有十分密切的关系。

“7·20”气旋大暴雨中多尺度配置与MγCS发展的关系

受北上气旋影响,2016年7月20日京津冀地区出现了历史罕见的大暴雨,三地日平均降雨量均创50年来历史极值。利用风云二号F星(6min时间间隔,水平分辨率5km)和自动气象站的加密资料、雷达图像及拼图数据资料,结合NCEP1°×1°再分析资料,采用叠加分析、TBB梯度计算、雷达低空风场反演等方法,分析了北方气旋类暴雨的云图特征和多尺度(包括天气尺度和α、β、γ中尺度)组织、热力、动力的结构配置;并且针对造成北京、天津城区短时强降水的两个MγCS,分析了影响它们发生发展的多尺度环境。结果表明:(1)逗点云系中不同部位的热力、动力及水汽配置是:涡旋中心(文中D区)与气旋环流中心重合而且是700hPa假相当位温θ_(se)的低值区;在云系尾部云带(C区),低空急流带和θ_(se)高值区重合,云带西侧是干冷无云区,云带边缘的光滑地带对应着能量锋区;云系头部(A区和B区)与700 hPa θ_(se)高能区、850hPa急流核对应(A区和B区分别对应东北气流和东南气流急流)。急流带内700hPa的θ_(se)高达78℃,850hPa的比湿最大值为18g·kg-1,最大急流核风速达30m·s-1,整层可降水量是70mm。(2)逗点云系头部嵌着两个MαCS、一个MβCS,它们造成降雨的强度为20～30mm·h^(-1);而两个MγCS的雨强却达40～70mm·h^(-1)。北京MγCS-BJ和天津MγCS-TJ发展维持的背景不同:(a)MγCS-BJ位于涡旋中心——低空急流左前方的对流不稳定区内偏北风与东风形成的地面辐合线上,此辐合线的形成超前于对流系统约1.5h。(b)MγCS-TJ位于云头与涡旋中心之间边缘地带——θ_(se)高梯度的能量锋区中,东风风速形成的地面辐合线上。(3)MγCS-TJ的发展与MβCS边缘TBB梯度大值区的关系密切,MγCS-TJ内部具有深厚的中气旋(轴心随高度向西北倾斜),在旋转速度最强的时刻,其造成的雨强也最大。

台风海棠远距离暴雨中尺度系统特征

利用常规探空、加密地面资料、卫星云图和新一代天气雷达产品资料,对2005年7月22日台风海棠倒槽形成的大暴雨天气进行诊断分析。结果表明:(1)台风北伸倒槽与西风带弱冷空气结合造成了这次大暴雨过程,是典型的中低纬系统相互作用过程。(2)倒槽东侧东南低空急流从低纬海上为大暴雨区输送了丰富的热量和水汽,同时,在它的左前方成为强中尺度对流系统发生的源地。(3)高层反气旋的增强,加强了高空的抽气效应,使辐合上升加强,暴雨增幅。(4)卫星云图上,团状的、密实的强中β尺度对流系统的形成和维持是造成短时强暴雨的直接原因。(5)多普勒雷达反射率因子场上,多条中尺度回波带的汇合使回波增强,暴雨增幅。(6)暴雨发生期间,多普勒雷达径向速度场表现明显的水平风场的非均匀性,表现为中低层大范围强辐合风场;风向的垂直方向不连续性,主要表现在风的垂直切变大,风的垂直切变可以为对流云的发展提供动能,有利于大雷暴云的发展和暴雨的形成;逆风区多次出现在风速较大的入流区中并做气旋性旋转北上与正速度区合并,逆风区附近及所经途中出现强回波,暴雨增幅。

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。

一次陕西关中强暴雨环境条件及中尺度系统分析

综合利用T213再分析资料和高时空分辨率观测资料包括地面区域逐时加密观测资料,对2007年8月8—9日陕西关中特大暴雨过程的环境条件和中尺度系统进行了分析。天气学分析表明:500 h Pa西太平洋副热带高压和青藏高原高压形成的高压坝在陕西中部断裂形成东北—西南向切变线、250 h Pa西风急流入口区右侧发散场和700 h Pa东西向切变线相互配合是特大暴雨形成的有利环境条件;低层风向快速变化使关中暴雨区低空水汽经历了减小—突然增加—快速减小的过程,关中周围水汽通过偏东气流输送至暴雨区为暴雨的发生提供了水汽和位势不稳定条件,而水汽的快速变化又形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;高空反气旋涡度的发展形成强烈的"抽吸作用"、双圈垂直次级环流和强垂直上升运动及其两侧的弱下沉运动形成的不对称结构是暴雨形成的动力机制。强降水的中尺度特征分析显示:强暴雨是由一个中α尺度对流系统(MαCS)的发生发展产生的,MαCS又是由2个中β尺度对流系统(MβCS)合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成岐山、礼泉和高陵3个大暴雨中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水的强弱与地面中尺度辐合系统的强弱有很好的对应关系,地面中尺度辐合系统的形成和加强可能是强降水的触发机制和增幅原因之一。

陕西北部一次对流性特大暴雨的中尺度分析

利用常规气象资料、FY-2E卫星云图资料、榆林CINRAD/CB雷达资料和NCEP1°×1°再分析资料,对陕西北部绥德县2012年7月15日夜间一次短时特大暴雨过程进行分析,结果表明:高对流有效位能为大暴雨积累了能量条件,850hPa两条湿舌为该次大暴雨的主要水汽来源。850hPa的"人"字型切变和地面中尺度低压加强了暴雨区辐合上升运动,干线过境触发了强对流天气的爆发。强降水时段在卫星云图上表现为2个中尺度对流系统(MCS)合并增强且缓慢移动;雷达回波显示3个对流单体发展较快,后向传播且合并增强为深厚的湿对流风暴,其中一个对流单体有中气旋生成,水平尺度12km,垂直累积液态水含量>65kg/m2,并有三体散射现象,强降水开始后,三体散射消失。

宝鸡2006年7月8—9日连续突发性暴雨的中尺度系统特征分析

利用西安多普勒雷达、FY-2C卫星、自动站加密雨量等资料,对宝鸡2006年7月8日、9日连续突发性暴雨的中尺度系统观测特征分析,结果表明:地面冷锋触发的中-γ尺度对流系统造成这2次暴雨;中-γ尺度对流系统生命史为1h左右,发展迅速,强降水产生于中-γ尺度系统成熟期(前30min);多普勒雷达图上,组合反射率大于45dBz的强回波对应强降水。2次突发性暴雨平均雨强1mm/min,最大4.2mm/min。借助多普勒雷达,可及时捕捉中-γ尺度对流系统。

2014年“5.8”广东大暴雨中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料、地面常规观测、FY-2E卫星TBB资料,对2014年5月8—9日发生在华南南部的一次暖区暴雨过程进行了研究。得出以下结论:1)第1阶段暴雨发生变性高压脊后部,未受冷空气影响,属于华南典型的回流暖区暴雨过程,第2阶段在东路弱冷空气的触发下再次产生暴雨,属于非典型回流暖区暴雨。2)1个中α尺度MCC和1个中β尺度MCS是该次广东大暴雨直接制造者,其中MCS-D在广西境内生成并逐渐东移,多个对流系统的并入延长了MCS-D的生命史,最后形成中α尺度MCC。3)东南气流是该次暴雨的主要水汽来源,中层小股干冷空气侵入,高层强烈辐散、深厚的上升运动的配置条件有利于中尺度对流系统发展和维持。4)区域自动站风场资料分析表明,夜间陆风(偏北风)与加强的东南风在112.5°E附近的汇合,可能触发了中尺度对流系统MβCS-H的生成。

弱天气系统强迫下一次突发性大暴雨成因分析

2021年7月18日西安东北部、渭南南部等地出现突发性暴雨、大暴雨及局地特大暴雨天气,全球模式和多个中尺度模式漏报,为了深入认识此类暴雨天气发生发展机制,提高其预报准确率,本文利用高空、地面观测、ERA5再分析、FY-2G云顶亮温TBB、临潼激光雷达风矢量、泾河雷达及微波辐射计等数据对此次大暴雨发生的环流形势、环境场条件、中尺度对流系统发展演变及触发机制进行分析。结果表明:(1)此次大暴雨天气是在弱天气系统强迫下发生的,大暴雨区位于500 hPa大陆高压边缘,850 hPa和700 hPa无切变线和暖平流、无较大风速输送水汽,地面无冷锋或暖锋。(2)大暴雨发生前环境场有着有利的抬升、充沛的水汽和不稳定能量等条件。地面弱降水造成低的大气抬升凝结高度和云底高度,有利于中尺度对流系统的生成及提高降水效率;低层偏东风风速增大并维持较大风速为大暴雨区输送充沛水汽及能量,大气有一定的对流有效位能,中低层弱上升运动使得暴雨区有着较厚的湿层和较大的整层可降水量。(3)突发性大暴雨由准静止孤立的中-β尺度对流系统造成,中-β尺度对流系统由多个中-γ或中-β尺度对流单体组成。对流单体最先在骊山附近生成,结构松散,组织性差,单体反射率因子有较低的质心及高效率暖云降水特征。(4)地面弱冷空气造成的地面辐合线与骊山地形抬升、灞河谷地狭管效应共同作用触发对流单体,产生强降水,形成地面冷池。冷池出流形成地面辐合线主要在泾河东侧高温、高湿、高能区触发多个新的对流单体。大暴雨区中-β尺度对流系统后向传播,其中多个中-γ或中-β尺度尺度对流单体自东北向西南方向缓慢移动,形成“列车效应”,经过泾河造成大暴雨天气。(5)对于弱天气系统强迫下的暴雨预报,需要增强对其形成机制的认识及新型观测资料的使用,密切关注前期弱降水对近地面增湿和抬升凝结高度的影响,增大的低层风对暴雨区水汽和不稳定能量的输送,地面弱冷空气及地形的触发作用,结合多家中尺度数值模式预报的极值,综合考虑突发性大暴雨的可能性。

贵港市一次大暴雨过程的诊断与中尺度分析

利用常规观测资料和区域自动站降水资料、1°×1°NCEP再分析资料以及FY-2E静止气象卫星图像等资料,对造成贵港市2012年5月12～13日大范围强降水过程成因进行了分析。结果表明:本次强降水主要是由低涡配合高空槽、低空急流共同影响造成的。分析发现:系统的高低空配置以及低层θse、ζ、和水汽通量散度等与降水时段和落区对应关系较好。中尺度对流系统是造成暴雨的主要中尺度系统,多个中β尺度对流雨团更迭并移经同一区域,形成"列车效应"而产生大范围暴雨,强降水落区产生在云团移动方向的后侧。难点在于低涡的生消时间较短,生成时间以及移动方向难以确定,为预报强降水落区和降水时间增加了难度。

1993～1996黄海及其周边地区M_αCS的普查分析

使用日本GMS静止卫星红外云图普查了 1993～ 1996年夏季黄海及周边地区中 α尺度对流系统 (MαCS)的发生情况。结果表明 ,该地区是一个MαCS的多发区 ,并且MαCS的发生发展具有一定的间歇性。影响该地区的MαCS多数发源于大陆 ,但也有相当数量发源于海洋上 ,发源于朝鲜半岛的较少 ;有一半以上的MαCS在海洋之上消散 ;只有少数的MαCS对朝鲜半岛有影响。

一场大范围强对流天气的成因分析

利用常规气象资料,对造成2005年5月30日大范围强对流天气过程的中α尺度对流系统发生、发展的大尺度环流背景、天气尺度影响系统、卫星云图逐时演变情况和大气层结稳定度进行了天气学分析;利用T213数值模式的物理量预报产品对造成此次强对流天气过程的中α尺度对流系统发生、发展的物理量场分布进行了动力学诊断分析。分析表明:此次中α尺度对流系统的发生、发展是典型的由于蒙古冷涡旋转东移南压,在高低层有高空急流和低空急流,低层有暖湿舌伸展,中层有干舌叠加在低层湿舌之上和大范围存在对流不稳定层结等诸多有利的温湿条件和动力条件下,首先激发中γ尺度对流系统,再由几个中γ尺度对流系统合并而成中β尺度对流系统,然后由几个中β尺度对流系统合并发展而成。

云南西部一次中β尺度对流系统特征分析

利用雷电定位资料、加密观测资料、FY-2E卫星红外资料和NCEP-GFS 0.5°×0.5°再分析资料,对云南西部一次中β尺度对流系统的结构和成因进行了分析,结果表明:地面风场辐合以及中高层冷空气侵入是此次过程发生发展的主要原因,地面风场辐合区的位置和移动可以作为对流系统短临预报的重要参考依据,中高层下沉的冷空气与低层辐合抬升的暖空气相互作用,有利于对流不稳定能量的积累及释放,从而触发强对流天气的发生和发展;地闪活动与垂直上升运动区和不稳定能量释放区存在密切关系,地闪频数的变化,可作为对流云团发生发展的判据之一.

苏北一次强降水超级单体风暴过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY2C卫星和多普勒雷达资料,对2008年7月22日发生在苏北的一次强降水超级单体风暴过程进行诊断分析。天气分析显示,风暴发生于高湿、较低的抬升凝结高度、强对流不稳定(3 445 J/kg)和中到强的垂直风切变(0~6 km,18 m/s)环境,这种大气环境非常有利于强降水超级单体风暴的发生发展。雷达回波分析揭示,该超级单体的演化可归结为"孤立单体—经典强降水超级单体—减弱东移"三个阶段,持续时间超过2 h。强降水超级单体风暴成熟期,呈现出典型的倒"V"型缺口、中低层有界弱回波区和反射率因子大值区由低层向高层往低层入流一侧倾斜的特征,相应的雷达径向速度场显示在倒"V"型缺口附近的强降水区中存在一个成熟的中气旋。湿位涡的诊断结果表明:高层干冷空气侵入触发潜在对流不稳定能量释放,有利于对流运动的发展;中低层大气对流不稳定与条件对称不稳定共存,既有垂直对流,又有倾斜对流发生,同时边界层的偏东风入流向暴雨区提供充沛的水汽,对暴雨的发生发展起增幅作用。

一次冰雹过程的卫星云图和雷达回波特征分析

应用常规资料、FY-2C红外云图和河南省三门峡市的多普勒雷达产品,对陕西中北部的一次强对流性天气过程进行分析,结果表明:影响系统是高空下滑冷槽、中低层暖平流和地面弱冷锋。上干冷、下湿暖的对流性不稳定层结为冰雹天气的形成提供了有利条件。卫星云图上,锋面前部形成的两个中-β尺度系统受锋面附近前冲冷流的触发,造成这次强对流性天气。雷达反射率图上,回波强度越大、强中心高度越高,造成的天气越强;径向速度图上的"逆风区",说明该地为风速的大值区、风向也发生了突变;当对流回波处于强盛阶段时,VIL值先猛增、后相对稳定,当达到峰值时即出现冰雹,当突然减小时,影响地面将出现大风,因此VIL对冰雹和大风的判别有很好的预报意义。