南海季风爆发期间中尺度对流云带演变特征与持续性加强的机理研究

南海季风爆发与随后爆发的东亚季风,与夏季东亚地区旱涝关系密切,而相伴的南海对流活动与季风爆发的维持和发展存在何种相互关系,是需要探究的。为此,利用热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mis-sion,TRMM)的雷达(Precipitation Radar,PR)、微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)、加密探空等综合观测资料,研究了1998年5~6月中国南海季风试验(South China Sea Monsoon Experiment,SCSMEX)期间南海北部(15°N^25°N,108°E^122°E)中尺度对流云带的结构、演变和降水特征,探讨了对流有效位能、风切变及相变潜热在对流云带维持和发展中的作用机理。结果表明,季风爆发前南海北部地区尽管存在较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE),但垂直风切变很小。季风爆发后,季风环流使对流有效位能和垂直风切变加强和维持,从而导致南海的对流云呈现维持和加强的态势,可发展为深厚中尺度对流云,降水加强。季风爆发期间对流发展产生的水分相变潜热加热率可增加2倍以上,加热、加湿廓线幅度加大、厚度变深,不仅为南海热量、水汽的向上持续性传输提供了有利条件,而且频繁持续的对流活动所提供的热力、动力效应对季风环流的发展和维持的是起正作用的。

利用卫星资料估算中尺度对流云团上升速度的一种方法

为了得到中尺度对流云团内的垂直上升速度 ,给出了一种利用高分辨率红外卫星云图的估算模式 ,并进行实验。结果表明 ,该方法可定量地揭示中尺度对流发展演变的特征 。

“98．6.19”闽北大暴雨中尺度对流云团特征分析

1概况 6月18日下午。地面冷锋进入江西境内，20时到达武夷山北侧，冷暖气流的交汇，激发了中尺度对流云团的强烈发展，致使18日夜到19日闽西北地区再次出现大暴雨天气，5个县市日雨量超过100mm，部分乡镇超过200mm，暴雨中心建阳市5小时雨量达101mm。由于闽北前期已连续数日暴雨或大暴雨，这次大暴雨过程的出现，导致江河水位再次猛涨，闽北地区出现第三次洪峰，给南平市工农业生产和人民生命财产带来巨大损失。

一次强对流暴雨天气的环境条件及中尺度对流云团分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料及逐时FY-2E红外卫星云图、自动站和本地WRF等资料,对2010年8月10日夜间宁夏东部强对流暴雨天气过程的大尺度环流背景、影响系统、环境条件、垂直风切变及中尺度特征进行综合分析。结果表明:此次过程是在有利的大尺度环流背景和环境条件下,伴随副高北抬、低空急流发展,在高原槽、低涡切变、地面冷锋和地面辐合线的共同作用下,激发中尺度天气系统在宁夏东部产生的;随着暴雨时段临近,暴雨区上空低空急流和垂直风切变增强,湿层加厚,中低层空气趋于饱和,近地面层持续东风,低层湿层上部维持逆温层,对流不稳定能量急剧释放;强对流暴雨出现在中尺度暴雨云团发展阶段的后期和成熟阶段的早期,在地面气旋式环流右前方、地面辐合线北侧、对流云团发展的前端、冷云中心略偏后的位置上;暴雨站点上空TBB和降水位相变化有一致性,降水峰值对应TBB峰值。

川西高原一次强对流天气过程的中尺度特征分析

利用常规、非常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,分析了2016年7月21日川西高原中部甘孜州一次强对流天气的环境条件和中尺度对流特征。结果表明:(1)地面中尺度辐合线是本次强对流天气过程的主要触发系统。过程期间,高原切变线东移伴随中上层干冷空气扩散南下以及低层暖湿气流北上,整个气层形成“上冷下暖”的不稳定结构并有明显的垂直风切变,有利于强对流的发生。(2)卫星云图上可识别出典型的MCS结构,其对流中心强度TBB在-70℃以下,这些TBB≤-70℃的对流中心与强对流天气区域对应较好,对预报具有较好的指示意义。(3)雷达回波强度最大值为60 dBZ,最大回波顶高为16 km,雷达径向速度图上可识别出弱中尺度气旋。大气垂直累积液态含水量最大值超过55 kg·m^(-2),为强降水的发生提供了充沛的水汽条件。

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。

中尺度对流系统影响下的空域容量评估研究

气象因素是影响空域容量的主要不可控因素之一。为了探讨强对流等恶劣天气的识别结合空域容量评估模型的可行性,并完成容量预测工作。采用引导滤波方法对葵花8气象卫星云图降噪处理,判定中尺度对流云团,依据网络最大流理论建立空域容量模型,使用动态阻塞系数表示中尺度对流系统对容量的动态影响,结合湖南管制空域及其气象信息对模型进行算例分析。结果表明,模型能对中尺度对流系统影响下的空域容量进行较为客观的评估。

2003年7月3日梅雨锋切变线上的β-中尺度暴雨云团分析

利用多种气象卫星遥感资料及加工产品,对2003年7月3日产生在皖北的暴雨过程进行了中尺度分析。分析表明:在切变线云带上有11个β-中尺度对流云团发展,水平范围约100 km,生命史约5 h;其背景场是整个对流云区内具有高湿、正涡度和上升运动的特征,它们促使切变线内高湿斜压不稳定能量释放,促使β-中尺度云团发展,产生很强的降水,云团的水凝物廓线上部的可降水冰和云冰含量很高,最大值达0.8 g/kg,最大高度达18 km,云顶亮温低于-80℃。

南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征对比分析

利用常规气象探测、FY气象卫星、多普勒天气雷达、地面自动站资料以及NECP、EC高时空分辨率再分析资料,对比分析了2014年8月30日(简称"8.30")和9月8日(简称"9.08")南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征。结果表明:"8.30"过程发生在高压脊前西北气流内,"9.08"过程出现在低涡底部平直西风带内,两次过程中地面和低空中尺度辐合线均是短时强降水的重要影响系统;造成短时强降水的β中尺度对流云团发展迅速、移动快,两次短时强降水分别产生在对流云团TBB梯度最大处和发展过程中范围最大时。两次过程在雷达回波特征方面存在明显差异,对流风暴质心高度明显不同,"8.30"过程影响系统为高质心γ中尺度超级单体,最强回波高度6 km,具有中低层辐合、高层辐散、旋转特征;"9.08"过程影响系统为低质心γ中尺度普通单体风暴,最强回波高度2 km,雷达径向速度上两次过程边界层辐合线对对流风暴的产生和加强有重要作用。

黄土高原一次γ中尺度致洪大暴雨环境场特征分析

为了提高对黄土高原γ中尺度致洪暴雨预报和预警能力,利用NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒天气雷达资料等,对2015年7月18日黄土高原发生的一次γ中尺度致洪暴雨进行了诊断分析。结果表明:700~200 h Pa深厚低涡和低层切变是这次暴雨的主要影响系统;暴雨发生前暴雨区大气层结对流不稳定增强和对流有效位能的增长为强天气的发生提供了有利条件;暴雨发生前地面图上生成的湿焓高能中心、850 h Pa和700 h Pa等压面上生成的对流涡度矢量垂直分量高值中心和暴雨落区形成很好的对应关系;线状中尺度对流系统中β中尺度对流云团的发展加强对强降水有直接影响;线状中尺度对流系统在雷达回波图上体现为多个对流单体组成的带状回波,影响暴雨区的对流单体回波中心强度>50 d BZ,径向速度场分析表明γ中尺度气旋性辐合的生成和维持为暴雨的持续提供了动力条件。

新疆西部“6.16”强降水过程的中尺度分析

利用常规观测、风云卫星、多普勒天气雷达、CMORPH卫星降水量融合资料和NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2016年6月16—17日新疆西部一次罕见暴雨过程进行中尺度分析。结果表明:(1)该暴雨过程具有累计雨量大、暴雨强度强、局地日雨量破极值、短时强降水范围广等特点。暴雨区位于200 hPa高空西南急流出口区左侧、500 hPa偏南气流及700 hPa切变线附近。较强的CAPE和K指数对该暴雨有很好的指示意义。(2)该暴雨过程发生在低层辐合、高层辐散、低层较湿的有利背景下。强正涡度、强辐合和强上升运动不断将水汽和能量向上输送,为暴雨的产生提供有利的环境条件。(3)中亚地区中尺度雨团在发展演变过程中,逐渐形成西南-东北向带状多中心雨带,中心依次到达伊犁北部沿山地区,和原有的中尺度雨团共同作用,造成暴雨天气过程。中尺度对流云团不断产生于中亚地区,在东移过程中不断发展加强依次到达暴雨区,致使暴雨区不断产生短时强降水。(4)暴雨过程两个时段的中尺度对流系统存在明显差异,第一时段主要为孤立中尺度对流系统,造成伊宁博尔博松站成为暴雨中心并出现最强短时强降水的直接系统是风场特征明显的中γ尺度对流单体并在暴雨区维持少动。第二时段为CR达50 dBz、DVIL达4 g·m^-3,长度达70 km、宽度达10 km且呈准南北态的线状中尺度对流系统,其在向东移动过程中造成多站依次出现短时强降水天气。

东北冷涡内部中尺度涡旋引起的冰雹天气数值模拟

利用NCEP格点资料模拟2011年8月21日沈阳地区的冰雹天气过程,结合机场自动观测数据、多普勒雷达资料和卫星云图等分析冰雹的形成机制。结果表明:此次冰雹天气是由冷涡内部的中尺度涡旋引起的,卫星云图上的中尺度云团是中尺度涡旋的产物;0℃等温线位于600 hPa,-20℃位于450 hPa附近,两者之间厚度为2 km左右;冰雹发生前,斜升气流的最大上升速度为20 m·s-1以上,水分累积区位于0℃层以上,保证了水分累积区均由过冷水滴组成;高层干冷空气倾斜下侵到中低层的暖湿空气中,对强对流的发生发展起到了至关重要的作用;低层MPV1为强对流提供对流不稳定机制,中层MPV2为强对流提供了对称不稳定机制,高层两种不稳定共存,均为对流发展贡献力量;对流有效位能积累和释放随时间的演变对冰雹的出现有一定的指示意义;10:30多普勒雷达图显示回波强度随高度增强,速度图上存在西南低空急流,有利于对流的发展。

低涡过程对流云和降水结构特征及其环境条件分析

利用遥感及加密观测资料详细分析了2005年6月25～26日一次低涡过程对流云和降水的结构特征，并利用NCEP再分析资料以及实况风场资料分析了其形成的有利条件。分析表明：此次低涡过程中出现的中尺度对流云团（MCC）经历了十几小时的发展演变，云顶亮温低达-90℃，导致了局地暴雨出现，对流云和降水的分布有很好的对应但同时具有显著的时空分布不均匀性。对流云内部高空存在冰晶的大值区，云水含量也比周围环境丰富，冰晶下落过程中通过碰粘其它冰晶、碰冻云水导致了云内的可降水增多，播撒-供应机制起主要作用。而对流降水的“双峰“廓线结构表明暖雨过程非常强。此次过程有形成强对流非常有利的环境：强西南低空急流水汽输送和水汽辐合与高空偏西风急流的相互作用为对流云团和强降水的形成提供水汽和不稳定条件；低层不稳定区域上强垂直上升运动则提供了不可缺少的动力条件；中尺度辐合系统的形成是此次强对流产生的直接原因。

黑龙江省一次暴雨过程的中尺度特征与物理机制分析

使用常规观测资料、物理量场、以及地面自动站资料,对2014年7月20-21日发生在黑龙江省的一次暴雨过程进行了诊断分析,得到:此次过程主要是由高空低涡、副热带高压和蒙古低压共同影响,暖锋触发的暴雨天气;低空西南急流输送暖湿空气,为暴雨提供充足水汽和动力条件,同时,中空急流与干舌配合输送干冷空气,两者叠加增强了大气的不稳定,暖锋锋生触发了对流性天气;渤海湾是此次暴雨主要的水汽源地,低层强烈的水汽输送和水汽辐合使大气湿度层迅速增厚,为暴雨的发生发展提供了有利的水汽条件。整层正涡度区有利于产生气旋性辐合上升运动,为暴雨提供了充足的动力条件。K指数、对流有效位能和假相当位温都指示了发生强对流天气的可能性。

9608号台风低压外围暴雨中尺度云团的发生发展

1996年8月3～5日发生在河北省西南部的特大暴雨是在没有西风槽直接作用下由台风外围的3个中尺度对流云团造成的。云团发生在高能不稳定的弱斜压环境条件下,由台风外围的低空东南急流非地转重力波不稳定触发发展。暴雨区上空与东北地区西风槽之间有一水平尺度近1000km的垂直环流圈。Q矢量锋生函数计算分析表明,该环流圈形成了暴雨区与东北远距离的西风带系统之间的能量转换机制。水汽图分析表明,东北部的高纬小槽向东南转移,增强暴雨区上空对流高层反气旋辐散,使原生命史较短的暴雨云团再度发展,这对本次特强暴雨过程有一定的增幅作用。

一次重庆特大暴雨过程的中尺度分析

利用NCEP格点再分析资料、地面实况资料、TBB资料以及雷达资料对2011年7月6 7日重庆大暴雨过程进行了分析研究。结果表明,此次暴雨过程中切变线附近发展起来的中尺度对流系统是暴雨产生的直接原因,且从动力、热力、水汽条件以及能量等方面分析表明重庆东北部已具备暴雨发生的有利条件。通过雷达产品的分析可知,两个阶段降水的中尺度特征不同:第一阶段降水,径向速度场上出现逆风区,对应逆风区的回波较强,雨强较大,且垂直风廓线VWP显示高空有偏西偏南的强风速带下传,从而形成较深厚的西南气流风场;第二阶段降水,径向速度场上出现强度不对称的"牛眼"结构,存在风速辐合,同时VWP显示中低层有深厚的冷空气楔入,使暖湿空气抬升,降水在经过短暂的减弱后再次加强。

一次中尺度辐合线引起的短时强降水天气

利用常规观测资料、自动加密站数据、卫星云图等资料对锦州地区7月1日短时强降水过程的天气形势、物理量条件、卫星云图等进行分析研究,结果表明:该次降水过程是由于低层冷空气入侵同时又有地面中尺度系统相配合产生的;低层充足的水汽与辐合上升运动有利于强降水的产生,不稳定能量较强有利于强对流天气的产生;中尺度对流云团的位置和持续时间与地面中尺度系统基本吻合,并与强降水落区和持续时间基本一致。

辽宁中部地区一次特大暴雨中尺度特征分析

选取2010年7月发生在辽宁中部地区的一次典型特大暴雨天气过程,利用常规观测资料、FY-2C卫星云图、多普勒天气雷达、自动气象站以及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,分析了降水实况、天气形势背景、卫星云图、雷达回波结构和强度等特征。结果表明:这次特大暴雨是在异常的大气环流形势背景下冷暖空气在辽宁中部地区长时间持续相互作用,并由强烈发展的中尺度对流系统直接造成的。特大暴雨中心水平尺度小于200km,强降水持续时间约为6~8h,地面降水在时空分布上具有典型的中尺度特征。卫星云图显示此次特大暴雨是先后受3个中尺度对流云团影响产生的。从雷达图像上看,此次特大暴雨主要是由强回波带中不断发展的对流单体引起的,具体表现为上游降水回波不断生成、加强并连续移入本地而形成"列车效应"。引发此次特大暴雨的中尺度对流系统具有深厚的垂直环流结构,低层涡度柱在暴雨发生过程中明显抬升,低层水汽辐合增强,锋区动力强迫抬升作用加强了低层能量和水汽向上输送,高层辐散气流的"抽吸作用"又进一步增强了中尺度对流系统的发展。

一次强对流暴雨天气的卫星云图特征分析

强对流暴雨天气是在一定的大尺度环流背景中产生的,是各种物理条件相互作用形成的中、小尺度天气现象。这种现象有它自己明显的特征,即生命史短,空间范围小,天气变化剧烈。本文对武汉地区1998年7月21日所遭受的百年罕见特大暴雨的环流背景、红外云图、水汽云图,地面、高空各高度场的天气图,以及降水量进行分析,结果表明:MCS,MCC所造成的大范围暴雨可以长时间维持在同一地区。

2013年8月内蒙古一次强对流天气过程分析

2013年8月4日,内蒙古中东部地区受高空槽影响,出现了大范围的强对流天气,其中呼和浩特市等地出现局部冰雹。通过天气形势、中尺度及探空图等方面分析,鄂霍次克海阻塞高压及其后部槽稳定发展、冷平流入侵是强对流天气的环流背景,高空槽的持续维持发展是主要影响系统,水汽、动力和热力等条件都与天气过程有很好的对应关系。