中β尺度系统造成的大暴雨过程数值模拟与诊断分析

利用T106资料和MM5V3·5中尺度非静力模式对2002年6月8—9日发生在陕西和四川东北部的一次突发大暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析。模拟结果表明:在有利的大尺度环流形势下,中α尺度切变激发的中β尺度系统是本次暴雨的直接引导系统。进一步诊断分析揭示了中β尺度系统的动力场和热力场之间具有一种强耦合机制:中β尺度系统是在低空急流带上发展起来的,垂直上升运动与近饱和湿空气柱及涡散柱互耦,低空对流不稳定层结的发展触发了强烈的垂直上升运动。模拟结果表明模式能很好地模拟中尺度对流系统的整个发展过程和降水雨带,细网格模拟的降水量与实况比较接近,分析结果可为中尺度暴雨预报提供参考依据。

“03.7”江淮梅雨锋暴雨中尺度系统的数值模拟研究

应用非静力中尺度数值预报模式MM5,对2003年7月4～5日的江淮梅雨锋暴雨过程进行了24h模拟,结果较好地再现了中β尺度暴雨系统的发展过程。进而利用时空分辨率较高的模式输出资料,对与这次暴雨过程相伴随的中β尺度系统的结构、生消变化状况及其可能的形成机制进行了研究。研究结果表明,梅雨带上强烈发展并东移的多个中β尺度对流系统,是造成这次江淮暴雨最直接的影响系统。在对流系统发展初期,锋生强迫下的次级环流加强了锋生区附近大气低层的风向风速辐合,它与对流活动有正反馈作用。对称不稳定可能是中β尺度系统发生发展的一种重要机制,在中β尺度系统发生的弱对流不稳定区,湿位涡的斜压项mpv2起了主导作用。

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。

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。

一次强梅雨暴雨过程的数值模拟和伴随的中尺度系统分析

利用PSU/NCAR的中尺度非静力数值预报模式MM5,采用高分辨率套网格方案和适当的物理过程,对2002年7月22日08时到23日08时的一次强梅雨暴雨过程和伴随的中-β尺度系统进行了数值模拟,模拟结果很好地描述了本次暴雨降水的时空分布及相伴随的中-β尺度系统的发生发展过程。试验结果表明,梅雨切变线上出现的一串中-β尺度系统是此次暴雨的直接影响系统;高空中尺度辐散系统的存在和变化方式对中-β系统的发展有重要的影响;中低层中尺度涡旋的形成会导致尺度更小的强冷暖平流的出现,从而进一步激励中尺度系统自身的斜压发展;降水潜热对暴雨的发展和维持也有重要的反馈作用。

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。

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式，对2003年6月16日20：00～17日08：00云南楚雄等地大暴雨的中-β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明：强降水中心与实况基本吻合，但模拟降水量比实况偏弱；中-β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强，而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱，也就是说低层散度场的变化引起高层的变化；中-β尺度系统的发展、增强、减弱过程，主要靠低层的正涡度制造；低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小，水汽的辐合主要取决于风场辐合，而平流输送则决定暴雨的持续时间；高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响，特别是在背风坡，上升运动均有所减弱，水汽呈弱的辐散。

1998年7月20～21日武汉地区梅雨锋上突发性中-β系统的发生发展分析

1998年 7月 2 1日鄂东南地区出现特大暴雨 ,其中武汉市出现 1h降水量超过 88mm的突发性大暴雨 (简称“98.7”大暴雨 )。通过诊断分析发现 :武汉地区的“98.7”突发性大暴雨是中 β尺度系统强烈发展引起的 ;在暴雨发生前武汉附近整个对流层大气积聚了大量的水汽 ,整个层结接近饱和 ,并且蕴涵着大量对流有效位能 (CAPE) ;中 β尺度系统形成后停滞少动数小时 ,使中 β系统区域积累大量的可降水 ,引起“98.7”突发性强暴雨。

梅雨锋上中尺度涡旋与高低层流型演变的关系

利用PSU/NCAR中尺度非静力数值预报模式MM5,对2002年7月22日08时到23日08时的一次强梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟研究,模拟结果很好地描述了暴雨的时空分布及相伴随的中-β尺度系统的发生发展过程。进一步分析得出中-β尺度系统的发生发展条件及各生命史阶段高低层流型特征及其配置情况。

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。

重庆一次特大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5对2007年7月16~17日发生在重庆的特大暴雨天气过程进行了数值模拟,并利用模拟结果进行了诊断分析.模拟结果表明:模式对降水的落区的模拟效果较好;模拟出的中-α和中-β系统的分裂演变过程与强降水出现的时段吻合.诊断分析表明:强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水强弱与辐合强弱变化一致;随着上升运动的加强,不稳定层结在暴雨区上空形成的倒'V'型结构逐步加深,不稳定层结不断向高层发展;此次暴雨维持和发展过程中,强降水区与强上升运动及正负涡度柱有较好的对应关系,负涡度柱比正涡度柱后发展先衰减,暴雨区上空始终维持高层辐散比低层辐合强的结构.

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24~25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程。利用模式输出的高分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析。模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征。中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因。暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧。在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一。暴雨区与强烈上升运动区、正涡度区相对应。

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.

一次辽宁大暴雨发生发展的动力和热力机制

利用WRF模式预报,对2013年8月16日辽宁东北部地区发生的大暴雨过程,进行逐小时的中尺度分析,旨在找出此次大暴雨发生发展的动力和热力机制。结果表明:(1)该地出现如此罕见的大量级降水,是中β尺度对流系统造成的。在辽宁东北部地区形成"列车效应",跟随中低层的引导气流,使强对流性天气系统依次通过该地,致使造成重大灾害;(2)抚顺山区地形的强迫抬升及对流层高层的正涡度平流辐散启动了大暴雨的产生;(3)中层的偏西干冷气流配合低层的西南暖湿急流辐合系统之间的相互作用形成了聚能机制。暴雨区中低空的上升运动和近地面的动力锋生,使中低层的潜在不稳定加剧。潜在不稳定的触发机制为中高层产生的上升运动。

副高西北侧一次区域性大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FNL再分析资料和FY-2C气象卫星资料,对2006-08-28发生在陕西中北部的区域性大暴雨天气进行综合分析。结果表明:副热带高压西伸北抬和贝湖冷涡分裂南下冷空气交汇对峙,为大暴雨形成提供了有利的大尺度环流背景,低涡切变、低空急流和地面冷锋是暴雨产生的主要影响系统。暴雨的水汽输送通道始于南海,沿副高外围气流到达暴雨区上空,雨区上空中低空存在着强水汽通量辐合中心。中层干冷空气从北方侵入暖气团,在雨区上空形成强对流不稳定区。涡度、散度、垂直速度等物理量的垂直分布有利于暴雨产生,散度在垂直方向上具有多层分布特征。暴雨发生在冷锋前部暖区中,共有4个中-β尺度对流系统生成发展,影响了暴雨区。

“0185”上海特大暴雨成因分析

20 0 1年 8月 5～ 6日上海市发生特大暴雨 ,其中黄浦区和徐家汇区出现了 50年以来最大日雨量。利用加密卫星云图资料、上海南汇WSR 88D多普勒雷达资料和加密观测等资料对“0 1 85”特大暴雨过程作了天气动力学诊断分析发现 :本次特大暴雨是中 β尺度系统强烈发展引起的 ;初步揭示了深厚的湿中性层结和对称不稳定是导致中 β尺度系统发展的激发机制 ,是特大暴雨形成的主要因素。

广州南沙区一次暖区暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP分析资料和FY-2C卫星红外亮温(tBB)资料,对2009年6月8～9日南沙区暴雨过程的成因进行浅析。结果表明:本次暖区暴雨过程具有明显的对流性质,降水强度大、时效性短,大部分降水集中出现在5 h内。暴雨过程与中尺度对流系统的活动直接相关,是由中β尺度对流系统(Mβcss)直接影响造成的。利于暴雨出现的形势场:对流层高层辐散场起到了良好的抽吸作用,850 hPa的西南风和偏南风在珠江口辐合,促进了低层水汽和不稳定能量的积累,为暴雨的中小尺度系统的发展提供了有利的条件。物理量场分析,对流层散度、涡度及垂直速度场的配合以及充足的水汽输送为南沙区暴雨的发生提供了动力及水汽保证。