A COMPREHENSIVE ANALYSIS OF INTERACTIONS BETWEEN MESO-SCALE CONVECTIVE CLOUD CLUSTERS IN TYPHOONS AND MESOSCALE HEAVY RAINS

In this paper, time and space distribution regularity of meso-scale heavy rains in five selected typhoons which landed at Fujian from 1996 to 1998 has been analyzed. Besides, with hourly digitized satellite infrared imagery, the features of the mesoscale are revealed for the genesis and evolution of mesoscale convective systems in typhoons. It indicates that the intensity of mesoscale storms is closely connected with the temperature and the area of the coldest cloud cluster. The heavy rainfall usually emerges on the eastern side of the mesoscale convective cloud clusters, where the cloud mass is developing and with a dense gradient and big curvature of isoline of the cloud top temperature.

1998年6月28日～7月2日淮河流域暴雨分析

文中对比分析了 1998年 6月 2 8～ 2 9日和 7月 1～ 2日淮河水循环试验期间两次特大暴雨过程的天气形势、红外卫星云图上降水云系的特征及其水汽来源。结果表明 :(1) 6月底的暴雨是一次东移的西南低涡引发的暖性切变线降水 ,β中尺度对流系统起主要作用。 7月初的暴雨过程是一次移动缓慢的锋面降水 ,锋面上有中尺度的云团活动 ,这是一次大中尺度系统相互作用的结果。 (2 )两场特大暴雨的水汽源地都为中国南海北部地区 ,而强度达到18～ 2 2m/s的西南低空急流是水汽的输送带。

上海“010805”特大暴雨与“080825”大暴雨对比分析

通过对"010805"特大暴雨和"080825"大暴雨两次过程的天气环流背景、产生强降水的热力、水汽和动力条件以及卫星云图对比分析,得到一些异同点:"010805"特大暴雨是热带低压(简称010805TD)影响产生的,"080825"大暴雨是由中纬度低涡切变引起的,但是登陆减弱的2008年第12号热带风暴"鹦鹉"为"080825"大暴雨提供了大量的水汽和能量。两次过程都有来自北方的弱冷空气影响,中低纬度不同气团的相互作用对暴雨的产生有十分重要的作用。移动缓慢的010805TD东侧的偏南、东南急流不断为"010805"特大暴雨提供水汽和能量,维持了010805TD强度。西太平洋副热带高压西北侧与低空切变之间存在强的西南低空急流,给下游的上海输送了水汽和能量。"010805"过程开始前24h对流不稳定能量开始积聚,而"080825"过程则是在产生前12h才快速增加,其大气的对流不稳定发展更为强烈。上海在两次降水过程开始前都变得不稳定,K指数增加到36℃以上。两次过程开始前12～24h的水汽输送就开始了。"010805"特大暴雨由偏南、东南急流输送来自东海的水汽;"080825"大暴雨由西南急流输送来自南海及西南地区的水汽,而且也有低空偏东气流输送来自东海的水汽和能量。两次过程上海上空的大气可降水量都在60mm以上,正涡度和上升气流都集中在上海上空非常窄的地区,这从一个侧面说明了仅在上海产生特强降水的原因。对流云团有向后传递的特点,在减弱的对流云团后部再生新的云亮核与其合并是中尺度云团迅速发展、加强的原因之一,多个云团合并同样是中尺度云团迅速、发展加强的原因,有很强的突发性。

山西一次大暴雨过程云图及环境场的特征分析

利用卫星资料、自动站资料、L波段探空秒数据和常规探测资料,对2011年7月2-3日发生在山西中南部的一次大暴雨过程的云图及环境场特征进行了分析。结果表明:(1)此次大暴雨过程发生在500hPa两槽一脊、副热带高压稳定,200hPa反气旋的大尺度环流背景下;高能高湿、高层辐散、低层辐合以及较强的上升运动是云团初生的基本环境场特征,但其动热力结构和强度的差异以及中尺度环境的不同,决定了云团后期的发展;4个区域的大暴雨是由不同性质的云团造成的,其降水性质和特征差异明显。(2)L波段探空秒数据分析显示,云系分层现象消失,云顶高度降低,湿层厚度加大,凝结高度降低,0℃层降低,逆温层消失,均有可能是MCC形成的先兆信息。(3)此次大暴雨过程中,低空急流变窄、急流分支消失,同时高空西北风急流减弱、低层偏北风加强,干冷空气下传,大气不稳定度增大;地面锋面南侧暖区里,水汽的突然增大和气压的持续增强,均有可能是MCC发展的重要信号。(4)低层比湿和南北风分量诊断分析表明,MCC是在湿度锋的强迫抬升下,由于干冷空气的侵入而在湿中心附近生成的对流云团发展加强而成的。

“6.18”湖北省大暴雨卫星云图分析

使用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图资料以及地面自动站资料,针对2011年6月17-18日发生在湖北中东部地区的一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断和卫星云图分析,得到:①暴雨是在有利的大尺度背景场条件下,在特定的地域触发产生的;②中尺度对流云团出现在中低层低涡、切变线附近及低空急流左侧,有单一云团型、合并型和急剧发展型三种发展方式,尺度越大,生命史越长,在多个中-α尺度对流云团之间的新生云团发展最为迅速,其降水强度也最大;③低层辐合、高层辐散以及低层干线从北部侵入,干冷、暖湿空气在江汉平原和鄂东剧烈交汇触发产生这次大暴雨过程。

台风与高原东北侧冷锋暴雨的环境场及云图特征

运用天气学、卫星云图和物理诊断方法,分析20°N以北、130°E以西有台风活动,陕西有地面冷锋东移过境并出现大暴雨的3次典型天气过程,以揭示近海台风活动对青藏高原东北侧冷锋暴雨增幅的特征和规律.结果显示此类暴雨的中尺度对流云团位于冷锋云系的前部,其水平尺度在几十公里到300 km左右,生命史约6～8 h,中尺度系统常具有夜间发展、增强的特征.冷锋暴雨的水汽输送主要依靠台风低压外围的偏东急流来传递,水汽输送以850 hPa层附近最为显著. 当台风西行移至台湾岛附近活动,而青藏高原东北侧的陕西有冷锋过境东移时,此时出现冷锋暴雨的降水增幅明显.

辽宁一次区域性暴雨的特征条件与成因分析

利用ERA5再分析资料、FY-4A卫星反演云特征参量、地面自动站风和雨量资料,对2020年5月17-19日辽宁东南部一次区域性暴雨、局地大暴雨、伴有短时强降水过程进行详细分析。研究表明:东北冷涡叠加北上强烈发展的气旋是此次过程的天气形势特征,短时强降水出现在冷涡发展接近成熟、气旋强烈发展加深阶段,局地地面辐合型切变线是导致短时强降水的中尺度条件。冷涡东南侧水汽输送通道与来自孟加拉湾热带低压东侧经南海海域由西南低空急流向北输送的水汽通道合并,成为了暴雨产生和维持的必要条件。辽宁中东部的降水产生在冷涡系统的东北部-北部-西北部区域,降水落区与850 hPa风场的相关性最高,降水产生及维持阶段700 hPa以下为辐合区,辐散出现在600~200 hPa,降水强度大于5 mm·h-1的区域上升运动区近似直立地贯穿整个湿层,降水区域上空假相当位温密集区向西北方向倾斜,400 hPa高度之下存在热力不稳定。冷涡发展强盛到成熟阶段,干冷空气的入侵使冷涡云系内部边缘逐渐清晰,形成“逗点状”云系。强降水区呈条带状分布,云顶高度普遍大于9 km,云光学厚度大于60,属于水凝物含量丰富的冷暖混合云;远离冷涡中心区域的云系光学厚度小于20,云层松散属于高层冷云,地面基本无降水。

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。

山东省2009年5月9-10日大暴雨成因分析

利用常规天气图、卫星云图、区域自动气象站、新一代天气雷达等资料对2009年5月9-10日发生在山东省中北部大范围强降水过程进行了综合分析。分析发现:本次山东大暴雨天气过程主要是在稳定大尺度环流下,低层中尺度切变线在华北南部稳定少动造成的,低空西南急流在山东中北部的强风速风向辐合为大暴雨的产生输送了充足的水汽。从流场分析这次大暴雨的水汽主要来自南海;地面冷锋是本次大暴雨不稳定能量释放的启动机制;高低空急流的耦合加强了对流的发展;持续时间长是形成大暴雨的一个主要原因。

广西大范围暴雨期间孟加拉湾强对流演变及东移特征

分析1980～2002年主汛期（5～7月）广西锋面型大范围暴雨期间孟加拉湾对流云团演变及与之相应高低空环流变化,结果表明：孟加拉湾强对流在广西暴雨发生前3天发展最为旺盛,受孟加拉湾低槽引导,对流云团爬上中南半岛进入广西,当其与高原东移的云团相结合时再次发展,造成广西大范围暴雨.分析200hPa高度场和流场结果表明：当广西暴雨发生时,孟加拉湾、中南半岛及广西受200hPa南亚高压控制.分析850hPa水汽通量矢量场结果表明：广西锋面型暴雨发生时,从孟加拉湾到广西上空有一西南气流的水汽输送带,广西暴雨水汽主要来源于孟加拉湾.

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。

“温比亚”引发河南特大暴雨的中尺度系统特征分析

利用常规气象观测、区域自动站加密观测、中央气象台台风定位报、FY-2F卫星逐时TBB、多普勒雷达探测及NCEP 1°×1°逐6 h再分析等资料,分析了2018年18号台风“温比亚”引发河南特大暴雨过程的中尺度系统特征,结果表明:此次特大暴雨过程是台风低压环流与中纬度西风槽、副热带高压、高低空急流等天气系统共同作用的结果;925-850 hPa高度上冷空气从台风西北方侵入台风系统与暖湿空气形成能量锋,有利暖湿空气抬升;400-500 hPa高度上冷空气从西北侵入台风环流,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结;400 hPa附近的高位涡中心下传至近地面,激发中尺度系统发展,是引发极端降水的重要机制;在台风中心东北侧低空东南风急流轴上形成的强回波带及垂直积分液态水含量高值带维持时间长,中尺度对流系统形成“列车效应”;强降水落区位于水汽通量辐合高值区与能量锋重叠的地区,集中于倒槽底部的地面辐合线附近;导致强降水的云团有1个中α云团和4个中β云团,其中中α云团对降水的贡献最大。

一次强热带风暴引发的阶段性强降水分析

2006年强热带风暴"碧利斯"引发了莆田市7月14-17日的持续强降水过程,这次强降水过程虽持续时间较长,但其发生的阶段性很明显。从不同阶段的强降水引发机制出发,利用湿焓平流、总能量、假相当位温等进行了详细分析,结果表明,强降水第一阶段是由热带风暴外围螺旋云系带来的,第二阶段是西南低空急流促发的结果,第三阶段主要是位势不稳定引发的局地强降水。

1988年闽北地区“5.21”暴雨的中、小尺度特征

本文利用“5.21”福建闽北特大暴雨过程中获得大量加密资料,较深入地分析了暴雨过程中、小尺度特征.给出不同尺度、不同物理特性的中小尺度系统(云团)相互作用,生消、发展、组合过程,以及武夷山脉的复杂地形在该过程中所起的重要作用.显示出在一定环境流场下,由中小尺度天气系统活动导致出现的天气变化密集的低纬山区形成持续性特大暴雨的重要特色.

上海“0185”热带低压特大暴雨维持机理研究

发生在上海地区的2001年8月5～6日热带低压特大暴雨过程(简称"0185"过程)是一次高影响性、灾害性天气.对于此次事件的预报失败,凸现了该过程的动力复杂性,并引起台风研究学者的高度关注.采取天气学诊断、动力学分析和数值模拟相结合的方法,综合应用日本20km高分辨率RSM-RANAL再分析资料、卫星云图资料和中尺度数值模拟产品对于暴雨动力学机理进行了研究.结果表明:引起上海"0185"特大暴雨过程并不是热带低压本体降水;"0185"过程的独特之处在于,在夏季强大的西北太平洋副高控制区域,同样可以维持强盛的中尺度低涡环流中心;而上述两点恰恰是导致预报人员误判并导致预报失败的两个重要原因."0185"过程中北方冷涡南压和热带暖心低压北上产生的强烈冲击导致高压带断裂或减弱,使得中尺度低压环流中心得以发展和维持.冷槽南压和热带暖心低压北上所激发的中尺度对流辐合体(MCC)在卫星云图上清晰可辨.在此分析基础上,引入第二类热成风螺旋度,它能很好地反映温度场水平分布不均匀所导致的水平环境风场垂直切变,而此垂直切变与低涡系统经向移动风矢所构成的水平螺旋度,进一步和上升对流通过涡管倾斜作用相纽结,表征了导致特大暴雨强盛涡旋上升对流的维持机理.事实上,第二类热成风螺旋度确能较好地反映降水落区和降水随时间的演变.

2011年7月31日黑龙江省暴雨天气诊断分析

应用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2011年7月31日黑龙江省西部暴雨天气成因进行诊断分析。讨论了产生暴雨的天气系统特征,大气不稳定条件及产生暴雨的水汽条件和动力触发机制。结果表明:暴雨是由低涡、低涡槽前暖湿气流与冷空气的共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,将水汽源源不断地向暴雨区输送。低层增温增湿使得大气层结不稳定。低层较强的西北气流与强盛的东南暖湿气流汇合,产生强切变,辐合上升运动增强,为暴雨的产生提供了动力条件,有利于不稳定能量释放。高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持。地面中尺度低压和中尺度辐合线为中尺度云团的发展和维持提供了条件;中尺度云团在暴雨区旋转停留近21 h,这是暴雨发生的主要原因。

重庆一次暴雨天气过程诊断

利用雷达资料、每小时实况降水资料、TBB资料以及NCEP格点再分析资料对2011年7月26日发生在重庆东北部的大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:(1)此次降水主要是低层切变线激发重庆中尺度对流系统的发生发展从而带来强降水,并且低层切变线与此次MCS的发生有着很好的对应关系。垂直风切变最大时,强降水的区域辐合达到最大,垂直上升运动最强;(2)低层来自南海的水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经过云贵高原进入重庆,并在重庆东北部强烈辐合上升,为重庆强降水的发生提供充足的水汽;(3)TBB资料分析显示,强降水发生时重庆上空存在2个中尺度对流云团,其中一个中尺度对流系统由中γ尺度逐渐发展到中β尺度,另一个中尺度对流云团则在移动过程中分裂发展;(4)从雷达资料来看,暴雨发生过程中各仰角上有逆风区出现,说明了垂直环流的强度较强,有利于低层水汽向上输送。同时,中气旋的生成也有利于低层暖湿空气不断向上输送,促进暴雨的发展。

一次特大暴雨水汽输送与中尺度分析

从天气背景、水汽输送、中尺度对流系统等几个方面对宿迁2010年9月7—8日出现的特大暴雨过程进行分析。结果表明,偏东风与西南风的切变风场使得水汽在淮北汇合,对特大暴雨的产生非常有利;高低空急流及其耦合作用、不稳定大气层结和冷空气的锲入,能产生深厚的上升运动和快速的水汽垂直输送;中尺度涡旋、低压、流场辐合线或辐合中心对特大暴雨的落区、强度和维持时间有很好的预报意义。

鄂东一次大暴雨过程的成因分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图TBB资料和逐小时地面降水资料对2012年7月12~13日发生在湖北东部地区一次大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)在华北横槽转竖带动冷空气南下的过程中,中低层有中尺度低涡的发生发展,中尺度低涡的稳定维持与副高外围西南暖湿气流共同作用,导致了这次强降雨的发生。(2)鄂东强降水主要由两个中尺度暴雨云团影响,前一个暴雨云团为MCC,受副高外围西南气流向偏东方向移动,后一个暴雨云团受冷空气影响向东南方向移动。(3)低层露点锋与本次强降水天气过程的发生发展有较好的对应,锋区北侧偏北气流穿越露点锋,使得低层气旋式涡度增大、辐合加强。(4)本次过程干湿空气的相互作用形成能量锋区,锋区的维持和加强导致了强降水的发生。

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。