一次西南低涡特大暴雨过程的中尺度特征分析

针对西南低涡诱发的2007年7月9日川南特大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和非平衡动力强迫的中尺度特征分析方法,对特大暴雨过程中西南低涡内的中尺度系统活动特征进行分析。结果得出:特大暴雨过程中西南低涡内存在着一个向西南倾斜的、深厚的中-β尺度低涡,具有低层辐合、高层辐散的暴雨典型垂直结构。在特大暴雨天气过程中对流层中低层中尺度辐合和高层中尺度辐散呈现出一种先逐渐加强然后逐渐减弱的演变规律,并且特大暴雨区逐渐向中尺度低涡中心靠近。在特大暴雨发生的初始阶段,西南低涡内的大气运动已处于较强的非平衡状态,且越临近特大暴雨发生,低层U<0的非平衡性越强,促进了西南低涡内中-β尺度低涡的发展,而在特大暴雨最强时刻,大气运动即由U<0的非平衡态转为U≈0的准平衡态。

一次西南低涡发生发展的中尺度诊断

采用常规和非常规观测资料 ,对一次西南低涡发生、发展过程进行了初步诊断分析 ,结果表明 :( 1 )与自由大气中低涡环流的变化相比 ,边界层内低涡环流的演变表现出非连续性特征 ,且涡区内的对流发展和降水也与此相一致。 ( 2 )大气边界层顶的非平衡动力强迫及 50 0hPa正涡度平流的动力作用对本例低涡的形成和发展有重要贡献。

一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析

通过对１９８９年７月８～１０日发生于四川盆地东部的西南低涡的诊断分析，揭示了西南低涡成熟期的三维结构．结果表明，成熟阶段的西南低涡正涡度可伸展到１００ｈＰａ以上，中心轴线垂直；其流场和高度场表现为贯穿对流层的中尺度气旋和低压；涡区内动量、层结、垂直运动等呈非对称分布，是一个准圆形而非对称的中尺度系统．

高原涡和西南涡影响的两次四川暴雨过程的对比分析

为了进一步研究高原涡、西南涡对西南地区暴雨的影响,本文用中国气象局自动站与CMORPH降水数据融合的逐时降水资料、国家卫星气象中心的逐时FY-2E卫星的云顶亮温(TBB)资料、欧洲气象资料中心(ERA-interim)的再分析资料,通过天气学诊断分析方法以及拉格朗日轨迹模式HYSPLITv4.9,对发生在四川盆地的有高原涡东移影响西南涡发展引发暴雨的两次过程进行对比分析,发现:(1)两次暴雨过程的降水强度和分布有明显区别,并且TBB活动特征显示在过程一中有MCC(Mesoscale Convective Complex)的产生和发展,过程二则没有。(2)对于过程一,500 hPa上,高原涡逐渐减弱为高原槽并伸展到四川盆地上空,850 hPa上,在鞍型场附近有MCC的产生和发展,200 hPa上,高原涡在南亚高压北部偏西风急流下方的强辐散区内,位于南亚高压东南侧急流区下方稳定少动,偏东风急流北部有辐散中心,有利于西南涡的加强。对于过程二,500 hPa高原涡东移在四川盆地上空与西南涡耦合,形成一个稳定且深厚的系统,这也是过程二的暴雨强度比过程一强的最主要原因。200 hPa上,四川盆地始终位于南亚高压东侧的西北气流中,"抽吸作用"明显。(3)在过程一中,位涡逐渐东传且位涡增加的地方对应强降水区与MCC发展区,反映了暴雨和位涡的发展基本一致。在过程二中,中层位涡高值区从高原上东移并下传至盆地上空,两涡耦合使得上下层打通,位涡值比耦合之前单独的两涡强度更强。MCC产生的必要条件是中层大气要有强正涡度、强辐合和强上升运动,在未产生MCC前,过程一与过程二在盆地上空的动力条件甚至是相反的;从热力条件看,过程一中有明显的干冷空气入侵,增强不稳定条件,有利于MCC的产生并引发强降水;另一方面,本文也应证了二阶位涡的水平分布与暴雨落区有较好的对应关系。(4)通过拉格朗日方法的水汽轨迹追踪模式和聚类分析方法分析可得两次暴雨过程的水汽输送源地和通道也有明显区别,过程一主要有两条水汽通道,通道一来自阿拉伯海和孟加拉湾洋面的底层,通道二来自四川南部750 m以下高度;而过程二的主要水汽输送通道有三条,通道一来自西方地中海、黑海和里海上空1500~2500 m高度附近,通道二来自阿拉伯海和印度洋的底层,通道三的水汽从孟加拉湾低层绕过云贵高原直接输送到四川盆地。

一次华南暴雨过程的数值模拟——中尺度对流系统形成发展机制

2008年6月11—13日在华南地区出现了特大暴雨,这主要是由一系列中尺度对流系统(MCS)的相继生成,合并和强烈发展导致的。该研究利用新一代中尺度数值模式WRF对此次暴雨过程进行数值模拟,重点研究此次强降水过程中MCS发生、发展和演变过程及其相关物理机制。在MCS的生成过程中,由于西南涡的存在导致MCS始终处于正涡度环境中,正涡度导致的低层辐合与大气静力不稳定都是重要的MCS启动机制,这两者的共同作用有利于MCS的生成与加强。MCS形成后,在强垂直切变的环境中,倾斜抬升机制发生作用,更进一步加强了环境涡度,形成有利的正反馈过程,造成MCS迅速发展。这些加强的MCS和大尺度环境流场相互作用,造成了它们的合并。在MCS的分裂过程中,马氏力起着重要作用。

一次东移型西南低涡引发的强降水诊断分析

为研究由西南涡东移引发暴雨的中尺度特征,利用NCEP逐日4次1°×1°格点FNL再分析资料和中国自动气象站与CMORPH融合0.1°×0.1°格点逐时降水资料,采用非地转湿Q和湿位涡诊断方法,对2015年7月14~17日中国中部一次由西南涡引发的自西向东强降水过程进行了诊断分析。结果表明:受中高纬500 hPa低槽、低纬副高西伸北抬、沿低槽南下的冷空气以及来自孟湾暖湿空气的影响,为此次降水提供了非常有利的条件。非地转湿Q散度较好地反映了低涡降水的落区和强度变化,对未来6 h降水落区和强度的预报具有较好的指示意义;湿Q辐合区与未来6 h降水落区大致相符,且暴雨中心与辐合中心相对应,对应上空上升运动明显,对激发对流运动有重要作用。西南涡降水的发生、发展与湿位涡的时空演变呈现良好的对应关系;其中,对流层中低层MPV1上正下负叠加配置促进了不稳定能量的释放,有利于的暴雨发生和发展,而MPV1和MPV2的重叠区域有利于垂直涡度的增长,是降水落区预报的警戒区。