江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的位涡比较分析

基于我国气象台站观测降水数据和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代大气再分析资料(ERA5),从位势涡度(位涡)强迫垂直运动的角度,揭示了江淮梅雨期持续性暴雨和极端强降水事件的动力学机制及差异。基于改进的两种事件定义方法,识别出1979—2020年梅雨区共发生了24次持续性暴雨事件及24次极端强降水事件。事件合成分析表明,持续性暴雨事件最强雨带主要位于长江及其以南地区,而极端强降水事件最强雨带则位于长江及其以北地区。持续性暴雨事件与热带大气低频振荡密切相关,其中南亚高压偏东、西北太平洋副热带高压偏西,因而高空偏南的西风急流附近具有高值位涡的干冷空气向南和向低空入侵,在中低层与西南暖湿气流辐合并形成梅雨锋区。极端强降水事件更大程度地取决于偏北的西风急流南侧的高空辐散及位涡强迫的强冷空气。对于极端强降水事件位涡收支的定量诊断表明,在强降水达到峰值及之前,高层负的位涡倾向主要由负的垂直位涡平流所导致,而中低层正的位涡倾向则主要取决于垂直非绝热加热的位涡制造和垂直位涡平流。结合典型个例的垂直速度分解,进一步证实梅雨区上空水平位涡平流随高度增加的垂直分布激发的上升运动分量在极端强降水事件起着重要作用。

2023年里下河地区暴雨洪水分析

里下河地区地势平缓,河网错综复杂,水势传播较慢,易发生超警戒洪水过程。为研究里下河地区梅雨期降雨特点,采用皮尔逊Ⅲ型频率曲线法、距平分析法和降雨水位逐时过程图法,针对里下河地区2023年梅雨期暴雨洪水过程,通过与历史梅雨期降雨进行对比,全面分析了里下河地区梅雨期暴雨洪水特征。结果表明,里下河局部地区无降雨与极端降雨情况并存,在最大1天降雨中存在特大暴雨,最大3天降雨中出现特大暴雨的地方占8.4%。短时间强降雨加上里下河地区河网地势特征是发生超警戒洪水过程的主要原因。洪水过程下沿江抽排及五大港抢排对里下河地区水位变化有较明显影响。

不同数值模式对江淮地区梅汛期暴雨模拟的对比分析

从降水偏差特征、预报技巧和对象诊断分析3个角度评估了欧洲中期天气预报中心模式(EC)、华东区域中心区域数值模式(WARMS)和江苏区域模式(PWAFS)对2020年江淮地区梅汛期11次典型暴雨过程的预报性能,并分析了各模式的优点及不足。结果表明:(1)24 h观测日平均累计降水主要分布在大别山—江苏淮北以及大别山—皖南山区,相应的模式降水偏差大值区与主要雨带位置有较好的对应关系,其中,EC在大别山和皖南山区存在明显干偏差,在江苏淮北地区则出现系统性北偏。WARMS和PWAFS两种区域模式均在大别山和皖南山区上游地区和下游浙江地区出现大范围湿偏差,而在江苏淮北地区出现干偏差;(2)24 h预报技巧评分结果表明,EC对暴雨及以下量级的TS评分最高,但大暴雨量级PWAFS最优,原因是EC对大暴雨量级出现较高漏报。对比WARMS和PWAFS两家区域模式可见,PWAFS在几乎各量级的空报和漏报率都低于WARMS,因此TS评分也高于WARMS;(3)通过MODE对象诊断分析发现,EC对降水位置预报最稳定,PWAFS对降水强度和范围的预报效果最优,但对雨带位置的预报不够稳定。总得来说,PWAFS的预报性能略优于WARMS,与EC相比在对降水强度和雨带范围的刻画上也具有优势,但预报稳定性尚有待提高。

2020年我国梅雨期暴雨特征及ECMWF暴雨落区订正分析

利用常规地面和高空资料对2020年我国梅雨期暴雨特征进行初步分析,按照925hPa锋区性质对暴雨过程进行分型,最后通过两个典型暴雨个例讨论ECMWF数值预报的订正思路.结果表明:①在27次梅雨期区域性暴雨中,有26次暴雨与925hPa切变线位置吻合,只有18次与850hPa切变线位置吻合.②按照925hPa锋区位置和强弱,可将梅雨期暴雨分为无锋区暴雨、强锋区暴雨、弱锋区暴雨和混合型暴雨;按照锋区移动方向可将强锋区暴雨分为南压型、静止型和北抬型暴雨;按照暴雨落区与锋区位置关系可将弱锋区暴雨分为弱强迫暴雨和冷区暴雨.③EC对无锋区型暴雨预报较差,对强锋区暴雨预报有偏北趋势(20次中有14次偏北,2次正确,4次偏南),对弱锋区暴雨预报有偏南趋势(11次中有8次偏南,1次正确,2次偏北).④从典型暴雨个例上也能看到,925hPa切变线和温度锋区位置与暴雨落区相吻合;中尺度数值模式有时候能较好地弥补EC全球数值模式对锋区降水的不足.

湖州“2022-06-24”梅雨期暴雨过程分析

文章采用中尺度自动气象站资料、双偏振雷达资料、ERA5再分析资料及数值预报资料,对2022非典型梅雨年湖州一次较典型的梅雨期暴雨过程进行了分析。结果表明:此次过程对流性雷雨大风阶段雷达表现为飑线和大雨滴、高浓度特征,稳定性降水阶段雷达表现为小雨滴和低浓度特征;副高的强度减弱缓慢,切变线和700 hPa急流长时间在区域内维持是导致强降水的主要原因;强降水数值模式预报强降水落区向南偏移。需要关注最新预报调整及物理量的变化并合理订正,加强多种数值预报产品的对比分析,有助于提高暴雨预报的准确性。

江淮梅雨期不同类型暴雨过程锋生特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水量资料,根据运动学锋生原理,分析了2020年江淮梅雨期锋生特征和两类不同性质暴雨锋生的差异,揭示了不同层次锋生与降水的对应关系。研究结果表明:1)2020年梅雨期锋生特征显著,强降水与中低层锋生有较好对应关系,其中形变项占主要贡献,散度项次之,倾斜项最弱。强降水时段总锋生、散度和形变锋生作用叠加。2)江苏地区自北向南锋生特征有差异,强度逐渐减弱,锋生发展高度逐渐降低。不同类型降水锋生特征不同,对流性降水锋生范围偏大、发展层次高、锋生中心偏强,总锋生和各分解项叠加作用显著,稳定性降水锋生特征反之。3)典型过程对流降水“6.28”和稳定性降水“7.11”对比表明:锋区位置相近,锋生作用均出现在江淮切变线附近,锋区、切变线和θse密集带三者对应较好。降水落区有差异,对流性降水过程中,由于干冷空气的显著南压,使得主要降水发生在锋面南侧暖区,与多个次锋生中心相对应;稳定性降水过程中冷暖空气势力相当,降水主要集中在主锋区附近,触发机制和降水性质不同导致降水分布差异。4)两次过程垂直锋区由低到高均有向北倾斜的特征,“6.28”过程锋区南侧有显著暖湿气流输送,锋区内为强烈上升运动,低层辐合高层辐散的环流场使得锋区维持。“7.11”过程垂直上升运动高度偏低,高空没有显著辐散场,对流性较弱。对两类降水垂直锋区的合成分析表明,对流性降水的低层锋生明显强于稳定性降水,由低层锋区造成的抬升触发作用对强降水形成更加有利,同时垂直风场的合成中上升运动也更加强烈。两类降水中,中低层散度和形变锋生由低到高均为先增大后减小,强降水主要由700 hPa以下锋生增强导致,中高层大气基本为锋消作用。

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性--以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性:(1)年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。(2)年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。(3)山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。(4)宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。(5)宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。

一次梅雨锋特大暴雨过程的预报误差分析

文章利用常规气象观测资料、业务数值预报模式和FNL再分析资料等,从大气环流背景、水汽条件、动力场和热力场特征等多个方面分析了2020-07-09发生在江西中部的一次梅雨锋特大暴雨过程,给出了数值模式预报在此次暴雨过程中预报偏差较大的可能原因,指出预报中应重点关注全球模式调整趋势及中尺度区域模式中对流区域的预报,为天气预报员对此类特大暴雨过程的预报和订正提供了科学参考。

长江下游梅汛期中尺度涡旋特征分析

利用2006～2009年日本再分析资料对长江下游地区梅汛期间(5～7月)边界层内中尺度涡旋进行普查,并分类统计分析了边界层内中尺度涡旋与暴雨、低空急流的关系。研究结果表明:每年的5～7月该地区经常在对流层低层或(和)边界层内出现中尺度扰动涡旋,根据中尺度涡旋最初生成的高度不同,可划分为边界层中尺度涡旋、对流层低层中尺度涡旋和对流层低层—边界层中尺度涡旋三类。边界层中尺度涡旋中与暴雨有密切关系的中尺度涡旋称为边界层中尺度扰动涡旋(PMDV),根据涡旋前或后6小时累积雨量,可以进一步将其分成两类:第一类是暴雨的直接制造者中尺度对流系统(MCS)先于边界层中尺度扰动涡旋发生(MCS-PMDV);第二类是边界层中尺度涡旋产生后,激发了中尺度对流,造成了暴雨过程(PMDV-MCS)。PMDV-MCS类涡旋暴雨的特点是在对流层低层850hPa是一条切变线,其南侧有一支西南低空急流,边界层925hPa则是一个闭合的涡旋,暴雨区主要落在涡旋的东北面和东南面。

锋生作用对2011年梅汛期湖北暴雨的影响

利用常规气象资料、湖北人工气象站和自动气象监测站雨量资料、NCEP再分析0.5°×0.5°等资料,对锋生函数在2011年6月中上旬梅雨期三次暴雨过程中的作用进行了诊断分析。结果表明:(1)2011年湖北梅雨在单阻型环流场形成和维持的过程中,先后出现了三种不同特征的暴雨过程。三次过程均在中层出现锋生。(2)中层锋生主要由垂直锋生造成,有利于对流不稳定的发生。低层锋生主要由水平锋生造成,有利于水汽输送和辐合抬升。当中层和低层均有锋生,且中层为垂直锋生、低层为水平锋生时,有利于降雨强度的加强。(3)先出现中层锋生后出现低层锋生可能为短时降雨,先出现低层锋生后出现中层锋生可能为长历时降雨。(4)低层的垂直锋消与水平锋生完全抵消说明低层水平辐合不够强,且对流稳定,不利于强降雨的发生。

2011年6月江淮梅雨暴雨主要影响系统特征

利用江淮梅雨期逐日降水资料与NCEP/NCAR的FNL分析资料,对2011年夏季江淮梅雨主要影响系统及环流特征进行了分析。结果发现,与典型梅雨期阻塞形势不同,2011年梅雨期中高纬阻塞形势有移动性特征,冷空气由于中高纬环流的发展导致极涡分裂南下而至;中高纬弱阻塞形势引起的切断槽提供了梅雨暴雨的动力条件;西北太平洋副热带高压脊线的变动是梅雨暴雨发展的决定性因素。同时分析了梅雨锋面系统、急流及其引发的高低空次级环流和干冷空气的侵入对暴雨的影响机制。

梅雨锋上的三类暴雨

根据观测分析研究 ,概括出长江流域梅雨锋上主要有三类暴雨 :梅雨锋上 β中尺度的对流性暴雨、梅雨锋东部 ( 1 1 5°E以东 )的初生气旋暴雨、梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性强暴雨。第一类暴雨局地性特征明显 ,其范围一般小于 30 0km ,暴雨的瞬时强度大 ,暴雨发生所需的强上升运动由局地强的对流有效位能 (CAPE)释放的浮力抬升引起。第二类和第三类暴雨的共同点在于都有明显的大尺度强迫过程 ,大尺度的动力强迫使持续暴雨所需的垂直上升运动得以维持。后两类暴雨的数值预报效果较第一类的好 。

一次长江中下游梅雨锋暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2C卫星云顶亮温(TBB)和中尺度模式WRF输出的15km高分辨率资料,对2008年影响浙皖赣地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,青藏高原东侧西风槽和副热带高压之间的相互作用、对流层中低层切变线的维持以及低涡东移、发展是暴雨发生的天气尺度背景。TBB数据显示,在切变线附近不断有中尺度对流云团生成并东移、发展。与暴雨区相对应,在低空西南急流左侧存在多个β中尺度强水汽通量辐合中心,高空西风急流入口区右侧排列着一系列的辐散中心,表明该地区存在较强的水汽辐合上升运动。对流层低层高温高湿、中高层冷空气侵入,导致大气层结处于极不稳定状态。湿位涡的分布与中心位置对暴雨落区及强度具有较好地指示意义。暴雨区附近对流层高、低层都存在较明显的位涡水平平流,导致位涡扰动不断地自上游向下游地区移动。锋区前暖区的对流层中低层存在强垂直位涡柱,引发气旋性环流的发展,从而促进了辐合上升运动。

中尺度地形对梅雨锋暴雨影响的个例研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年7月9—10日皖南特大暴雨过程中尺度对流系统(MCSs)的活动特征及其引发暴雨的天气背景和环境场特征,探讨了大别山和皖南山区中尺度地形对MCSs活动和暴雨形成的影响,并通过高分辨率的数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,进一步研究了中尺度地形对MCSs活动及其降水的影响。结果表明,此次强降水过程形成的2个暴雨中心分别位于大别山东北侧和皖南山区北部,期间有4个MCSs活动,皖南特大暴雨是由2个准静止MCSs活动造成的。MCSs具有明显的日变化特征,在清晨出现日峰值,梅雨锋中低层辐合和高层辐散是MCSs形成和发展的主要原因之一。在梅雨锋东移南压的过程中,MCSs相对于中尺度地形的位置在不断地发生变化,地形上空盛行气流方向以及地形Fw数也在不断变化,地形通过不同的动力机制影响MCSs。高地形Fw数下,大别山主要通过山脉波影响下游的MCSs;低地形Fw数下,地形绕流和山脉波共同影响下游的MCSs活动。当MCSs移近皖南山区北坡时,地形有利于MCSs的形成和维持,其阻滞效应可减缓MCSs的移动,有利于皖南特大暴雨的形成。大别山和皖南山区中尺度地形对暴雨强度和分布有明显的影响,其构成的中尺度组合地形效应是皖南特大暴雨形成的重要原因。

1999年6月长江中下游梅雨暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和加强观测期资料,对1999年6月发生在我国长江流域的持续性梅雨期降水过程的大尺度环流特征进行了分析,结果表明:(1)1999年梅雨期,我国长江中下游强降水带状分布非常明显,强降水主要发生在长江中下游地区,强降水带呈东西向分布,并且雨带的南北边界非常清楚。(2)在对流层低层,从孟加拉湾来的西风气流和西太平洋副热带高压前缘的东南气流在长江流域维持,为此次强暴雨过程产生和发展提供了有利的大尺度条件。高空急流和低空急流的存在和维持为此次梅雨锋暴雨过程的发生提供了有利的抬升机制,而对流层中低层的中性对流不稳定特征则为持续性暴雨过程的发生提供了有利的不稳定机制。(3)梅雨锋区对流层低层的水汽辐合非常明显,水汽输送主要来自孟加拉湾和西太平洋,同时南海季风槽在向梅雨锋区输送水汽的过程中起到了非常重要的作用,它是热带海洋地区向我国内陆输送水汽的通道。(4)平均纬向风速u对流层高层出现了与高空西风急流与高空东风急流相对应的两个强风速核;径向平均风速v在400 hPa以下层次盛行南风,而在400 hPa以上的高层盛行北风;受两侧下沉气流的制约,梅雨锋降水带南北两侧存在位势不稳定层结中的不稳定能量无法释放,因此没有出现明显的降水。

2003年江淮梅雨暴雨与湿位涡的关系

统计了2003年发生在江淮地区的梅雨暴雨,根据暴雨中心对流稳定度及降雨性质将暴雨分为4种类型。分析湿位涡与梅雨暴雨中的惯性不稳定、对称不稳定、对流不稳定的关系发现:第1类暴雨往往与对称不稳定有关,第2类暴雨与对流不稳定有关,且这两类暴雨高层多具有强惯性不稳定,降水相对较大;第3、第4类暴雨是稳定性降雨,高层一般不具备惯性不稳定,雨量一般较小。高层的惯性不稳定对降水的加强作用明显。

2003年和2006年梅汛期暴雨的梅雨锋特征分析

本文针对2003年和2006年梅汛期暴雨量集中在淮河流域而总雨量不同的特点,利用平均场的方法,较深入地研究了暴雨时梅雨锋的结构。研究得到:暴雨发生时有明显的梅雨锋区;暴雨量与锋区的强度成正比;暴雨区位于锋区中即在对流层中低层的高温高湿区的偏北区域中,也就是低空急流的北部;锋生函数的切变变形场与暴雨的落区重叠;经向锋生函数的正值区呈直柱状,与南风等风速线的密集区相重叠,纬向分布的锋生函数指示了暴雨区的范围。

强对流活动对对流发展条件影响的数值试验

利用观测资料对2003年7月4日至5日的江淮大暴雨过程进行了天气诊断分析,并运用中尺度模式MM5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。结果表明:导致本次降水活动停止的根本原因不是上升运动条件的变化,而是在中低层水平环流及梅雨锋上次级环流影响下,暴雨区低层湿空气逐渐被干空气替代。

梅雨锋上三类暴雨特征的数值模拟比较研究

中国暴雨的地域性、时间性特征明显 ,尤其是暴雨多发区———长江流域 ,沿江不同地段暴雨成因各异。为综合研究长江不同地域暴雨特征和形成规律 ,利用我国新一代暴雨数值模式AREM对梅雨锋东端 (116°E以东 )初生气旋类暴雨、β中尺度深对流类暴雨和梅雨锋西端“北槽南涡”类暴雨的典型个例进行了数值模拟。通过诊断分析和比较研究 ,初步揭示了三类暴雨在结构和形成机制等方面的主要差异。结果表明 :(1)梅雨锋上生成并发展的α中尺度气旋是造成梅雨锋东端初生气旋类暴雨的系统。强盛时 ,系统的垂直上升运动伸展不高 ,正涡度柱、辐合层以及最大加热和增湿均位于中低层。 (2 ) β中尺度深对流类暴雨发生时梅雨锋区的南北温差很小。在低空辐合风场作用下 ,强位势不稳定能量的释放导致了 β中尺度深对流系统的发生与发展。强盛时 ,系统的正涡度柱和上升运动柱贯穿对流层 ,深厚的辐合层达到了中层 ,最大加热出现在中高层。 (3)“北槽南涡”类暴雨是在青藏高原大地形作用下高低空系统有利配置的结果。“北槽南涡”的天气系统配置有利于低层辐合的加强和位势不稳定能量的释放 ,使低层涡旋向中高层强烈发展。强盛时 ,系统的正涡度柱贯穿对流层 ,积云对流发展强烈 ,最强上升运动和最大加热层都位于中层。