东北暴雨的研究

系统性研究东北暴雨将提高对东北灾害性天气的认识,有利于加深对中国暴雨的全面研究。对我国气象工作者在东北暴雨研究方面的工作进行了综述,并回顾了影响东北暴雨的几类主要天气系统,分别为气旋、台风、冷涡,着重回顾了在过去几十年中东北冷涡暴雨方面研究的进展。指出目前待解决的问题是:影响东北地区台风暴雨强度、分布及转向问题;东北冷涡的内部结构特征及其发生发展的物理机制、东北冷涡下中尺度对流系统的结构特征与暴雨的关系;引发东北地区强暴雨过程的水汽源地等问题。这些问题需要通过今后深入和细致的加密观测分析研究,以及利用长时间卫星遥感观测资料和雷达资料的论证才能逐渐认识清楚。

1961-2005年东北暴雨气候特征分析

利用东北地区232站夏季（6-8月）逐日降水资料,分析了近45年（1961-2005年）东北地区暴雨的变化特征。结果表明,东北地区暴雨主要发生在辽宁东部地区,东北地区年平均大暴雨日数分布形态与暴雨日数基本一致。EOF分析表明,东北地区暴雨量大部分区域基本呈一致的变化,第二模态反映出东北地区暴雨量呈西北-东南的反向变化。暴雨主要分为4个分布形态：东北中部型、东北南部型、东北西北部型、东北东部型。东北大部分地区暴雨强度除黑龙江北部地区外均呈弱上升趋势（均没有通过0.05显著性水平检验）,在东北西北部地区暴雨强度上升趋势最为显著,为0.19 mm.（d.（10a）-1）-1;东北中部、东北南部、东北西北部在1990年代之后表现出暴雨强度增强的趋势。东北地区暴雨初日整体提前,而暴雨终日除东北中部地区延后外,其他地区均有所提前。在1987年之后东北地区暴雨发生的频率明显多于前期,其中东北西北部这种变化最为明显,其次是东北南部,东北东部变化最弱。

东北冷涡的最新研究进展

本文系统性回顾2010年以来关于东北冷涡的气候特征、暴雨特征、强对流特征、冷涡的结构和发生发展机制、冷涡与平流层相互作用等方面的最新研究成果。这些研究的范围不仅包括直接受冷涡控制的东北地区,还包括冷涡外围地区,如华北、华中、华东、华南、西北和西南地区,这有利于加深对东北冷涡天气系统的全面认识,从而提高冷涡天气的预报水平。并且展望了东北冷涡未来研究的重点方向,即采用新理论方法和较高分辨率资料,不局限于研究其内部结构、发生发展机制,以及冷涡产生的中尺度对流系统结构、运动特征、发展和触发机制,还应探讨冷涡与其他天气系统相互作用的物理机制,特别是冷涡外围地区。另外,冷涡与平流层的相互作用也值得进一步关注。

一次东北冷涡过程的结构特征与降水关系分析

利用FNL1°×1°逐6 h再分析资料、常规实况观测资料对近10年来一次最强典型东北冷涡区域性暴雨过程在东北冷涡环流演变不同阶段中的动力、热力、水汽条件及不稳定能量与降水的关系进行诊断分析。根据冷涡系统的环流特点,将冷涡过程划分为初生、发展、成熟和减弱等阶段。冷涡初生阶段,降水主要分布在垂直运动较强的位置,降水强度不大;发展阶段,斜压性较强,冷涡前部有大范围高层干冷平流、低层暖湿平流叠加,降水主要分布在冷涡前部切变辐合最强的位置,降水强度与低层辐合中心强度及垂直速度成正比;成熟阶段,冷涡演变为准正压结构,垂直上升运动的强度和范围都达最大,广泛分布在冷涡中心及前部,降水中心向冷涡中心移动,强度与发展阶段接近,该阶段降水与不稳定能量分布及中高层干冷空气入侵关系更为密切,但与动力因子相关程度下降;减弱阶段,降水变得分散,强度迅速减弱,与环流及物理量之间关系的规律不再显著。在冷涡演变的整个过程中,偏南、偏西及偏东的水汽通道对水汽的输送和集中是此次强降水得以发生发展的必要条件,其中偏南气流带来的水汽净流入是此次降水过程的主要水汽来源,降水区水汽净收入与降水强度之间存在明显的正相关关系。

辽宁省东南部一次暴雨过程动力诊断分析

[目的]对2015年8月2-4日辽宁东南部地区一次由东北冷涡引起的大范围持续性暴雨过程进行动力诊断分析。[方法]采用FNL一日4次再分析资料,分辨率为1°×1°,结合Micaps格式地面、高空观测资料,分析2015年8月2-4日辽宁东南部地区一次持续性暴雨过程的降水实况、环流背景和动力条件。[结果]东北地区上空有深厚低压系统,东侧阻塞高压和南侧副热带高压阻止其东移南压;暴雨发生地区位于强盛的低空急流出口左侧区域、高空急流入口区的右侧,低空急流促使底层风场切变辐合,高空急流使得高空存在一个明显的＂抽吸＂作用;低空辐合、高空辐散的散度场分布有利于空气的上升运动;暴雨发生地区存在广义湿位涡正异常区,且广义湿位涡正异常区域与未来6 h暴雨区域及暴雨强度有良好的对应关系。[结论]该研究为暴雨预报提供指示性因子。

中尺度对流系统与东北暴雨的关系

利用2005-2007年6～8月FY-2C卫星逐30min红外云图资料,对东北及其邻近地区中尺度对流系统(包括椭圆型(MCC型)和持续拉长型(PECS型))进行普查分析,并把中尺度对流系统(MCS)分成3种尺度:MCC(或PECS)、MαCS和MβCS,统计分析了它们的时空分布及其与暴雨的关系。结果表明,MCS主要分布在东北平原和大兴安岭山脉,主要有3个中心:东北平原中部、东北平原入口区和大兴安岭北部山脉,以PECS型居多,占总数的62.7%,MCC型占37.3%。时间分布上,在季节上主要以6月居多,其次是7、8月,一天当中有两个峰值,即在15:00～22:00和00:00～07:00。成片暴雨区与MCS关系最为密切,有71%以上的成片暴雨区由中-α(β)尺度对流系统(MαCS和MβCS)造成,其中42.8%由MαCS造成,28.5%由MβCS造成。

东北地区典型暴雨个例的水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的GDAS资料同时引入基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),选取了东北地区2009年6月27日至7月1日的冷涡暴雨个例、2010年8月19-22日切变暴雨个例、2013年8月14-17日气旋暴雨个例和2012年8月27-30日的台风暴雨个例,模拟计算了四个个例的水汽输送通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明:四个暴雨个例的水汽输送通道基本有两支:一支是南海或西太平洋的海上水汽输送,另一支是西北气流的水汽输送。不同天气系统造成的典型暴雨个例的水汽输送特征各有差异。冷涡暴雨个例中,42.1%的水汽贡献来自于西太平洋和南海附近,鄂霍次克海附近的水汽亦有一定的补充,西北气流和海上水汽各约占50%;切变暴雨个例和气旋暴雨个例水汽输送较相近,以西太平洋和南海的水汽输送为主体,西北气流水汽比重减少,另外切变暴雨有局地水汽的贡献;台风暴雨个例中,北太平洋和黄海、渤海水汽是本次台风暴雨水汽主要来源。降水量的大小和分布的密集程度与海上水汽的贡献率密切相关。

2013年7月2日东北强降水研究

为揭示2013年7月2日形成东北暴雨的降水原因,利用常规观测、加密站逐日降水资料以及NCEP/NCAR提供的FNL再分析资料等,使用天气动力学诊断方法,分析了影响2013年7月2日东北暴雨主要天气形势和影响系统。结果表明:对流层中高层稳定少变的"北低南高"形势是导致7.2东北暴雨的主要天气形势,"北低"就是从对流层中低层到对流层中高层都存在的深厚东北冷涡,此深厚的东北冷涡一方面使东北上空形成对流不稳定的大气层结结构;另一方面,使东北地区以南地区形成一个从地面延伸至对流层高层的高空锋区,伴随着高空锋区的存在,东北处于高空急流入口区的南侧,由于大气质量的调整,形成低空急流,高低空急流的耦合,使东北上空存在一支明显的次级环流,这可能是引起东北7.2日暴雨的主要动力强迫机制,暴雨主要发生在高空急流入口区右侧和低空急流出口处左前方的右侧;来自阿拉伯海和孟加拉湾、南海、西太平洋南部的偏南气流以及西风带偏西气流,为东北7.2暴雨提供了较好的水汽供应。四边水汽收支结果表明,西边界、南边界和东边界都是水汽输入边界,且南边界贡献最大,只有北边界是水汽输出边界,东北在水汽盈余的条件下,十分有利于7.2暴雨的产生。

华北南部东北冷涡型暴雨天气分析

对晋城市高平2002年8月5日暴雨天气分析后得出:华北南部东北冷涡型暴雨是在鄂霍次克海阻高、西太平洋副高相互配置叠加后,导致东北冷涡加强南伸,在华北南部形成切变线型辐合而产生的一种强对流性天气。

2019年6月江西2次强暴雨过程物理机制对比分析

为研究江西梅雨期暴雨的特点,利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料等对2019年6月9日和6月22日出现的2次区域性强暴雨天气过程进行了对比分析。结果表明:高空均处南亚高压东北侧脊线附近的反气旋环流辐散区中,500 h Pa中层中高纬均为两槽一脊的形势,东北冷涡中心引出的东亚大槽引导槽后干冷空气南下,中低纬副热带高压稳定维持,中低层均有切变、低涡和低空急流配合是2次暴雨过程共同的环流背景特征;2次过程均存在对流性不稳定层结,利于暴雨强降水天气的出现,只是热力机制强度不同;低层切变、低涡和低空西南急流的共同作用是2次暴雨过程中相同的动力触发机制,水汽和稳定度条件满足的情况下,即使只是近地层的辐合抬升,也能触发不稳定能量的释放而造成强对流天气;低层切变、低空西南急流左侧或左前方强中心辐合带的位置是预报暴雨带位置的关键因素。