中国东南沿海冬季渐近线型锋生辐合线及其强降水的发展机制

基于中国东南沿海冬季强降水的统计分析,采用EOF、REOF、North检验等方法对2011-2016年冬季(12、1、2月)欧洲中期天气预报中心降水资料进行分类,选取位于内陆的第1、第4 REOF模态,对该两模态的降水样本进行合成分析,合成的降水中心与东南沿海福建的多年统计暴雨中心吻合。与强降水相配合,1000 hPa上有自北向南的渐近线型辐合气流,并伴有锋区,从而形成天气尺度渐近线型锋生辐合线,强降水位于辐合轴线左侧气旋式风切变处。这是一类以前未曾受到关注和讨论的东南沿海地区冬季暴雨系统。利用客观判定方法和建立系统坐标系,以确认并诊断该系统的结构。在冷干少雨、低层盛行偏北风的冬季,此类系统兼有锋区热力抬升与辐合气流动力抬升,在雨区形成旺盛的上升运动;同时,通过辐合线正交风分量将邻近的海面水汽汇集到降水区,与中高层副高边缘偏南气流相向而行,构成较为深厚的交汇式水汽输送层;通过非绝热加热,形成深厚的热力对流不稳定,并通过干区向湿气团下楔入,形成下干上湿的湿动力不稳定,以及假相当位温随高度增加而递减,形成上暖湿、下冷干的对流不稳定层。因此,该系统对冬季强降水的发生发展及落区具有重要影响。通过WRF模式的模拟结果探讨环境热力机制的影响,结果显示,凝结潜热加热可影响辐合线的辐合位置和强度、锋生区的位置及强度,进而影响系统的活跃程度。中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水强度。渐近线型锋生辐合线有利于东南沿海冬季大范围降水出现暴雨,其中凝结潜热释放具有重要贡献。

低纬地区渐近线型锋生辐合线系统及其对暴雨的湿热动力作用研究

本文主要深入分析低纬度地区一类非台风、非热带气旋强降水的关键系统——渐近线型锋生辐合线,该系统在以往的气象教科书中未曾介绍过。该系统常与低纬度局地多年强降水中心相伴,是一类浅薄环流系统,主要发生在沿海地区,从海上向岸登陆。系统的辐合上升运动,伴随有显著的锋区和湿热动力不稳定,受季节性环流背景与下垫面地形相互结合的影响,对强降水落区具有明显指示。其中温度锋区造成热动力抬升,湿度锋与上层水汽输送带形成湿动力不稳定层结,垂直上升层与中层潜热中心配合,构成深厚的湿热动力不稳定,并与渐近线型辐合线轴左侧强降水区形成对应。对渐近线型锋生辐合线的客观追踪与系统坐标系建立,有助于对系统结构和要素分布特点的有效提取,以及对强降水中心的预判。WRF数值模式对比试验显示,非绝热加热可显示水汽输送及湿热作用,并增强降雨区的温度层结不稳定和对流性不稳定;并且非绝热加热在增强垂直上升运动层的强度与厚度时,还维持了低层低值系统强度。平流感热可增强锋区及其动力抬升,凝结潜热加热可影响渐近线型锋生辐合线的辐合位置和强度,进而影响系统的活跃程度。而中层潜热加热抑制平流感热冷却进入暖气团,维持降雨区的热力不稳定和降水雨强及雨量。这是此类渐近线型锋生辐合线系统的强降水湿热动力机制,地形动力机制另文讨论。

台风“海葵”残涡长久维持及引发广西极端强降水成因分析

基于实况观测数据、欧洲中期天气预报中心全球气候第五代大气再分析数据集(ERA5)、风云气象卫星四号A星(FY4A)红外云图以及玉林双偏振雷达等资料,对2023年台风“海葵”残涡复杂路径、长久维持原因及引发广西极端强降水的成因进行分析。结果表明:(1)残涡前期为三面高压坝阻拦,主要受大陆高压南侧弱偏东气流的引导缓慢西行。后期夹在两个高压之间的鞍型场中,随着大陆高压的减弱以及西南季风的增强,引导气流随之发生转换。这是“海葵”长久维持、一度在桂东南回旋的环流背景。(2)纬向带状弱的垂直风切变,“海葵”涡旋系统结构在中低层保持相对完整,残涡东侧始终与西南季风相连及下游暖区为残涡提供的能量补给,是有利残涡长时间维持的重要因素。(3)多种动力影响因子呈现不对称分布,且随着残涡移动而发生变化,导致残涡强降水落区位置发生相应变化。随着残涡进入广西,其东南侧的辐合渐近线趋于靠近残涡中心,残涡在桂东南长时间的回旋停留,卷入的西南季风与东南风的辐合形成螺旋雨带,“列车效应”长时间影响桂东南是造成该地区极端强降水的主要原因。

双雨带过程中的回流暖区暴雨个例对比研究

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°FNL资料、自动站降水资料,对华南两次双雨带过程中的回流暖区暴雨个例进行了对比分析,结果表明:(1)与暖湿的南到西南气流相比,变性高压脊后部回流的东到东南气流具有一定干冷属性,边界层两支不同性质的气流汇合形成辐合渐近线和边界层锋区。回流暖区暴雨实际是先有回流、预先在东侧形成浅薄的冷池,后有高空槽加深东移、带来边界层西南风,与东南风辐合,形成低层辐合抬升条件,西南风暖平流使边界层锋区加强并缓慢东移,产生的暴雨。回流和高空槽均起到关键的作用;(2)回流暖区暴雨区域在边界层内具有弱对流性不稳定或湿中性层结、而在中低层具有明显对流性不稳定,其发生发展机制有别于锋前暖区暴雨和典型锋面暴雨;(3)边界层较大水平螺旋度与回流暖区暴雨有良好对应关系,对回流暖区暴雨预报有指示意义,是回流暖区暴雨区别于锋面暴雨的重要动力学特征;(4)回流暖区的水汽输送主要集中在850 hPa以下,以925 hPa最显著,北侧锋区的水汽输送主要集中在850~700 hPa;南北两支雨带低层的水汽输送通道可能存在部分重合,当南侧暖区雨带的对流发展起来后,部分水汽可能被南侧辐合系统截留,从而影响北侧的水汽输送强度。这可能是导致北雨带降雨强度不如南雨带的一个原因。