甘肃河东夏季区域性短时强降水环流形势分类特征

甘肃河东地区短时强降水易致灾,预报预警难度大。利用2010-2021年夏季加密观测站逐小时降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,筛选出甘肃河东50次区域性短时强降水天气过程,基于这些天气过程的500 hPa位势高度距平场,使用K均值客观聚类分析和主观天气学检验相结合的方法进行天气尺度环流形势分类,并通过合成分析和中尺度对流天气环境场条件分析方法构建不同类型的天气尺度系统配置概念模型。结果表明:(1)甘肃河东区域性短时强降水的天气尺度环流形势可分为高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型和西北气流型四类。(2)副高边缘西南气流型引发的区域性短时强降水次数最多,两高切变型和高原槽东移型发生频率相当,西北气流型发生次数最少。(3)四种类型的环流形势在天气系统配置、抬升条件、水汽条件和不稳定条件等方面存在显著差异。高原槽东移型、副高边缘西南气流型、两高切变型三种类型发生时西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)所处的位置逐渐向西向北推进,水汽条件和不稳定条件逐渐趋好,当高空槽引导冷空气东移南下,斜压锋生形成大范围短时强降水。高原槽东移型抬升条件最好,短时强降水落区偏南;两高切变型冷空气偏北且主要由对流层低层侵入,短时强降水落区偏北;副高边缘西南气流型冷暖气团交汇最剧烈,斜压锋生最强,短时强降水范围及强度也更大。西北气流型的动力条件和水汽条件是四类中最差的,但强烈的中高层干冷平流叠加低层暖湿气流或温度暖脊形成了四类中最好的不稳定条件,短时强降水落区较分散。

韶关地区强降水概率分布特征及环流背景分析研究

文章利用勒帕热检验法和广义极值分布对韶关地区的强降水概率分布特征进行了分析,并对其环流背景进行了研究。研究结果表明:韶关地区的强降水趋势在1992年发生由减小到增加的突然变化,前汛期的强降水量和强降水强度降低,后汛期明显增加;韶关地区从南到北的平均日最大降水量、暴雨天数等空间分布,前汛期呈现“南多北少”、后汛期呈现“东多中少”的特征;强降水的环流背景主要是澳大利亚高压和马斯克林高压的强度变化,两高压同时增强时,韶关地区前汛期强降水偏少,后汛期强降水偏多。希望研究结果能为韶关地区的强降水预报和防灾减灾工作提供参考价值。

滇中地区不同影响系统下3次短时强降水过程的大气环境特征和雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、逐时和逐5 min自动站降水资料以及昆明CINRAD/CC多普勒雷达资料,针对滇中地区2021年主汛期不同影响系统下的3次短时强降水过程,对比分析了降水特征、环流形势、大气环境特征以及雷达回波的结构、形状、演变的基本特征。结果表明:3次短时强降水过程影响系统差异主要在于500 hPa天气系统不同,700 hPa都有切变线影响,但是形成原因各异,地面均有辐合线或弱冷锋配合。3次过程的环境条件在不稳定层结、近地层水汽、垂直风切变方面与中国其他地区短时强降水发生的环境条件具有一致性,但是在大气整层可降水量、对流有效位能、SWEAT指数等方面存在明显差异。对流回波的形状有点状回波、块状回波、带状回波、絮状回波等。对流风暴分为高质心型、低质心型以及混合型;短时强降水有单独出现某种对流风暴类型的阶段,也有多种对流风暴类型同时出现的阶段;CAPE值和SWEAT指数与对流风暴类型具有一定的相关关系。强回波剖面呈柱状结构或者塔状结构,35 dBz强回波接地,而没有悬垂特征。短时强降水多产生于长时间停滞型或移动缓慢型的对流回波,还有部分短时强降水产生于“列车效应”中。短生命周期的单体生消形成的短时强降水持续时间绝大部分在1 h以内,但是单体合并组织和反复生消或者“列车效应”形成的短时强降水持续时间常在1~3 h。高质心型对流风暴产生的瞬时雨强可达10 mm·(5min)-1以上,低质心型和混合型对流风暴可产生的雨强范围较大,大多在3~10 mm·(5min)-1,少数也可达到10 mm·(5min)-1以上。

阿荣旗短时强降水的环流背景和物理量场特征分析

产生短时强降水主要环流背景为高空冷涡和槽,分析短时强降水物理量场得出:发生短时强降水时850 hPa和700 hPa平均比湿分别6.00和9.50 g/kg,平均整层可降水量为20.50mm,K指数平均值为30.60℃,变异系数较小,离散程度小,对产生短时强降水有相对较好的指示意义。

产生青海“22·8”极端强降水的三维环流结构分析

利用探空资料、台站逐时观测资料和ERA5逐时再分析资料,以包含对流层高层气温特征的三维环流结构为切入点,系统分析了2022年8月17—18日引发青海省西宁市大通县山洪灾害的短时极端强降水的精细化特征。结果表明,强降水发生前,中国西北地区上空300 hPa存在明显暖异常,随着时间推移暖异常略向东南方向移动且强度逐渐增强,并在降水峰值时刻达到最强。在静力平衡的调控作用下,对流层高层暖异常上层出现位势高度正异常,下层出现位势高度负异常。与这种配置相对应,对流层高层出现反气旋式环流异常,为高层辐散创造了有利条件。随着暖异常移动增强,高空西风急流异常向东南移动增强。另外,对流层中、低层出现气旋式切变,低层偏东气流转变为气旋前部偏南气流,为降水地区低层暖湿条件增强、大气不稳定度增大创造了有利条件。这种三维环流结构不仅为强降水形成提供了有利的高、低层环流条件与水汽条件,还为不稳定能量的积蓄奠定了基础。同时,在大通县西北高、东南低的喇叭口地形影响下,低层偏南气流携带的丰富水汽在此处聚集,配合较强的不稳定能量,共同促成了此次短时极端强降水过程。

江西局地短时强降水的天气学分型研究

利用1998—2019年4—9月常规高空地面观测和江西省93个国家气象观测站1 h雨量资料,对筛选出的江西204次局地短时强降水过程,研究其天气学类型、各类型的探空平均和物理量特征,并建立了短时强降水概念模型。结果表明:江西局地短时强降水可分为槽前型、槽后型、热带系统型、副高边缘型和副高控制型五种类型。其中槽前型最多,占总数的48%,常发生在高空槽前、中低层切变线附近,地面冷锋、静止锋或低压倒槽中。热带系统型发生次多,占总数的19.1%,又可分为热带气旋类和东风波类,热带系统的结构、移动路径等对短时强降水落区影响大。副高边缘型分为副高西、南、北边缘型,短时强降水常发生在副高588 dagpm线边缘、低层切变线、辐合线附近。副高控制型占总数的5.5%,强降水发生在副高控制江西全省,500 hPa江南北部或东部有中心温度低于-4℃的冷槽影响的背景下,强降水多产生于地面地形辐合线上、高温区内或山脉迎风坡。槽后型最少,占总数4.4%,发生在槽后西北气流下、低空急流出口区及辐合区及地面辐合线上。

浙北地区一次局地短时强降水天气过程成因分析

针对2023年8月28日浙江北部舟山地区强对流过程中短时强降水成因,利用自动站资料、雷达资料、风廓线资料、ERA5再分析数据及多普勒天气雷达资料,对比分析了此次过程中2个阶段的短时强降水实况、环流形势、水汽条件、热力动力条件,为今后预报该类短时强降水提供参考。

上海地区不同类型短时强降水的大尺度环流背景特征分析

作为一种强对流天气,短时强降水的监测诊断和预报预警已成为气象预报部门的业务重点,也是当今社会各界的关注重点。为此,以上海短时强降水为例,利用上海地区2004—2012年11个基本气象站的逐时观测资料、NCEP/NCAR第二套逐日再分析资料及实况天气图等资料,基于对所有短时强降水的影响系统进行分类,重点分析了不同影响系统下短时强降水的大尺度环流背景。研究结果表明:1)上海汛期(6—9月)平均每年发生8次短时强降水,其中,8月份发生次数最多,占总次数的近一半。降水强度的空间分布呈现城市雨岛特征,大值区位于中心城区及其下风向的近郊。2)产生短时强降水的主要影响系统有准静止锋、热带气旋、低压倒槽、冷锋及中尺度对流系统。其中,准静止锋导致的短时强降水发生次数最多,发生比例达67%,且多出现在6—8月;热带气旋影响下的短时强降水发生比例占17%,多出现在8—9月;其他影响系统导致的短时强降水发生次数较少。3)各类影响系统为短时强降水提供了不同的大尺度背景及作用:准静止锋类型有利于形成上冷下暖的不稳定层结;热带气旋与高空急流辐散场相配合导致强烈的水汽辐合和垂直上升运动;暖性低压倒槽使地面增湿减压,高空冷平流有利于高空辐散;冷锋有利于形成北侧下沉、南侧上升的经向垂直环流圈;中尺度对流系统则主要与非均匀加热导致的局地垂直环流及其伴随的冷空气卷入相联系。

2012—2021年海南岛极端短时强降水特征及其成因分析

利用2012—2021年海南岛323个地面气象观测站逐小时降水资料及ERA5高分辨率资料,统计分析了海南岛近10 a的极端短时强降水时空分布特征,利用合成分析法探讨了产生极端短时强降水的环流背景。结果表明:海南岛极端短时强降水每年约为422.3次,占短时强降水的8%。极端短时强降水的季节和日变化明显,多发生在4—10月的午后(14:00—19:00),8月站次最多,近10 a发生极端短时强降水的站次最多为11次,出现在海南岛西北部。极端短时强降水日变化呈单峰型,峰值出现在17:00,为每年62.1次。午后发生极端短时强降水的平均降水强度较大,均值为67.8 mm·h^(-1),峰值为111.5 mm·h^(-1)。海南岛极端短时强降水年、暖季(4—9月)的空间分布有两个高发地区,为海南岛西北部和东部沿海地区,暖季的天气系统是影响海南岛极端短时强降水的主要天气系统。海南岛极端短时强降水逐月空间分布差异与海陆风、地形均有密切关系,各月触发条件不同,7—8月极端短时强降水相对较多。

福建省5～8月短时强降水时空分布特征和环流背景分析

利用福建省自动站逐时降水资料和高分辨率的ERA interim 再分析资料，分析了福建省5~8月短时强降水的时空分布特征和环流背景,得出如下结论：福建省短时强降水5~6 月和7~8 月的时空分布特征有所不同。5~6 月，短时强降水多发地带在福建内陆地区，日变化表现为双峰结构，最大峰值出现在17 时，次峰值出现在4 时；7~8 月，短时强降水多发地带主要在闽东北沿海和闽中沿海两个区域，日变化表现为单峰结构，峰值出现在16 时。5~6 月短时强降水影响系统主要是受切和西南急流；7~8 月短时强降水多为热带气旋环流影响。闽西北内陆和闽东北沿海短时强降水受地形因素影响大，迎风坡有利于降水增幅。

太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。

中亚低涡背景下新疆连续短时强降水特征分析

利用新疆2005-2014年5-9月经过整编的105个气象站逐小时地面降水资料、美国国家环境预测中心和大气研究中心 NECP/NCAR的空间分辨率为2.5毅伊2.5毅逐日再分析资料,提出了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水定义, 分析了中亚低涡背景下新疆连续短时强降水的时空分布特征,中亚低涡不同发展阶段新疆连续短时强降水的环流特征.结果表明： （1）中亚低涡背景下新疆连续短时强降水呈现北部多于南部、 西部多于东部、 山区多于平原和盆地的分布特征, 4个高频中心分别位于塔城北部、 伊犁河谷、 中天山、 南疆西部山区, 海拔在 1800耀2000m的站点出现次数最多. （2） 近 10 a5-9 月,中亚低涡背景下新疆连续短时强降水具有明显的日变化, 呈单峰分布型, 主要发生在14-04时, 约占76豫, 峰值在18-22时. 连续短时强降水有明显的年变化, 7月最多, 达 0.9次/a, 8月次之, 为 0.8 次/a, 5 月最少, 只有 0.1次/a. （3） 中亚低涡发展期低涡西南部强锋区造成短时强降水, 成熟期分为长时间和短时间持续短时强降水环流型.长时间环流型低涡前部强西南气流造成短时强降水, 短时间型分低涡前强西南气流和低涡底部强锋区造成短时强降水, 消亡期低槽后部西北气流和低槽前部西南气流均可造成短时强降水.

暖脊背景下黑龙江极端短时强降水天气成因分析

利用常规气象观测资料及卫星和雷达资料,分析了2018年7月16-17日,暖脊背景下的黑龙江省极端短时强降水天气。最大雨强出现在齐齐哈尔泰来塔子城为80.5mm/h。暖脊控制下,副高外围的风速风向辐合造成的强降水。高层干冷、底层暖湿配置较好,风切变比较好,也有急流配合。云团发展较高,TBB值较低,降水指数产品具有一个的指示作用。降水回波持续时间长,累计强回波持续时间也较长,但最大降水时段的回波并不是很强。

2019年盛夏最大降水环流成因分析

利用1961-2020年黑龙江省盛夏(7-8月)降水量、NCAR/NCEP大气再分析和Nino34 SST资料,分析2019年盛夏黑龙江降水异常与ENSO事件背景下大尺度环流特征。结果表明:2019年盛夏黑龙江省降水处于多水时段,ENSO暖事件多发期降水偏多发生的概率增加。指出了2019年降水特点主要受东北冷涡与3次台风北上相互作用,发生6次重大降水过程;500 hPa高度距平场为西北-东南向呈“+、-、+”形势;西太平洋副热带高压明显偏东,脊区向北伸展有利台风北上;低纬主要有3支强南风距平气流北上进入气旋环流,为维持台风暴雨提供充足水汽;黑龙江中部和东部地区最大上升气流速度出现在600-300 hPa高度,也是台风活跃区,辐合明显,黑龙江省强降水出现在东部最大降水中心,落区位于三江平原北部鹤岗至萝北。

甘肃河东地区不同环流形势下短时强降水的雷达回波特征分析

为了尝试建立天气尺度环流分型与中小尺度雷达特征的衔接,本文基于2010-2015年15次区域性短时强降水天气过程,提炼总结了甘肃河东地区高原槽东移型、副高边缘型、西北气流型3种主要的短时强降水环流形势配置,并分析了不同环流形势下中小尺度系统雷达回波结构、演变的共性特征。结果表明:(1)高原槽东移型的雷达回波常为NNE~SSW走向的中β尺度层积混合带状回波,与700 hPa冷式切变线右侧的低空急流轴走向和位置较为一致。带状回波多在陇东南地区形成,偏南风低空急流对其传播方向产生重要影响,使其在陇东南维持3~4 h,多则5~6 h,常伴有“列车效应”。回波质心低,暖云降水为主,降水效率高。(2)副高边缘型的雷达回波常为NE~SW走向的中β尺度窄带状回波,位于略比700 hPa冷式切变线超前的地面锋线附近。往往在冷空气侵入到甘肃中部地区时生成,随着冷锋快速的由西北向东南方向移动,移至陇东南附近时,逐渐演变为具有高原槽东移型的雷达回波特征,但其向东南方向的移动速度相比高原槽东移型快。(3)西北气流型的雷达回波较为分散,局地性很强,主要是中γ尺度块状回波,主要有短生命周期的单体生消和多个单体组织、合并、加强两种形式,对流单体的发展较前两类更旺盛,属于深对流型。

副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析

为了研究副热带高压(副高)背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:(1)这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。(2)对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升(下沉)气流的配置使得大粒子的下泻不会影响上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。(3)在弱天气尺度系统背景下,局地地形对于降水系统的影响得以凸显。地形造成的低层辐合使得差分反射率因子(Z_(DR))、差分传播相移率(K_(DP))等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。(4)暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主导作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。(5)强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的升高。因此,K_(DP)可作为判断雨强是否增大的指标。(6)Z_(DR)柱与K_(DP)柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,Z_(DR)(K_(DP))柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。

近10年5—9月通辽市短时强降水时空分布特征

利用2012—2021年内蒙古通辽市36个自动气象站5—9月的逐小时降水量资料,运用常规统计分析、合成分析等方法分析了通辽市短时强降水时空分布特征和短时强降水的主要类型。结果表明:通辽市短时强降水的空间分布有明显区域性,主要集中在扎鲁特旗中部、科左中旗东北部和奈曼旗南部;时间分布上看,短时强降水发生频次的年际变化大,最多达141次,最少为34次;雨强极大值达101.6 mm·h^(-1);雨强发生频次最高的量级是15~30 mm·h^(-1),而大于50 mm·h^(-1)的年均频次占总发生次数的0.03%,属于小概率事件;频次月、旬分布均呈双峰型,7、8月发生次数最多,尤其集中在7月下旬至8月上旬,此两旬前后平均频次呈现骤增和骤减分布;短时强降水有明显日变化,主要发生在12—23时,00时至次日08时出现较少,峰值出现在17时;各站短时强降水持续时间在1~6 h,其中持续时间为1 h的降水发生频次最高,最长持续时间为6 h。筛选通辽市51次短时强降水天气过程,通过合成分析得出通辽市短时强降水天气过程主要发生在东北冷涡、低槽(涡)、偏西气流3种环流背景下。

北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007—2014年6—8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim(0.5°×0.5°)全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明:(1)造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压(副高)与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。(2)不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异:在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南—西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南—东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。(3)从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流(冷池出流)和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。

河套地区一次短时强降水过程诊断分析

本文利用自动站实况降水观测资料、风云2号卫星资料及美国气象环境预报中心(NCEP)提供的FNL再分析资料,对2013年7月7日河套地区短时强降水的形成、发展过程进行了分析,结果表明:此次过程中,环流形势场上,本次过程是西风带槽脊与副热带系统相互作用导致。副高偏北,贝加尔湖南部至河套南部为宽广槽区,南部阶梯槽为前倾结构,低层存在风场切变线,且700 hPa上的西南低空急流为降水区输送大量的暖湿气流。副高西伸北抬,南北方形成阶梯槽,配合弱冷空气南下,低层风场出现辐合,是造成本次强对流过程的主要影响系统。水汽通量输送中心和水汽通量散度辐合中心几乎叠置,动量下传促使低空急流形成,显著的差动平流,不稳定能量的大量积聚、地形和地面中尺度辐合线对能量的出发作用为本次短时强降水过程提供了水汽、动力、热力和不稳定条件。