双低空急流对“21·7”河南极端暴雨的影响

利用全国自动气象站降水观测资料和欧洲中期预报中心(ECMWF)的ERA-5再分析资料,分析了2021年7月19~22日河南极端暴雨过程中双低空急流对降水的影响。结果表明,此次降水过程中,天气尺度低空急流(SLLJ)随低涡的发展自西南向东北移动,风向由东南风转为偏南风;边界层急流(BLJ)存在偏东向东南风的偏转,且其强度具有夜间强白天弱的日变化特征。降水过程存在两类耦合方式,第一阶段[19日20时(北京时,下同)至20日18时]为偏东风BLJ(E-BLJ)与东南风SLLJ(SE-SLLJ)的耦合形势,第二阶段(20日18时至22日08时)为东南风BLJ(SE-BLJ)与偏南风SLLJ(S-SLLJ)的耦合形势,降水均发生在BLJ的出口区和SLLJ的入口区。E-BLJ与SE-SLLJ耦合时,E-BLJ出口处的强辐合叠加山脉的动力抬升作用使降水区域对流层低层大气辐合,SLLJ入口区和天气尺度低涡系统使对流层中层大气辐散,为中尺度对流的发展提供了强有力的抬升触发机制。由于E-BLJ的范围较小、强度较弱,因此E-BLJ和SE-SLLJ的耦合作用相对较弱,降水主要受SLLJ的显著影响。SE-BLJ与S-SLLJ耦合时,SE-BLJ出口区的辐合与SLLJ入口区的辐散增强了对流层低层的上升运动,对流层中层的中尺度辐合与高空急流入口区右侧的辐散进一步增强了对流层中高层的上升运动。受双低空急流的共同影响,中尺度对流系统的强度和高度强烈发展,促进了强降水的发生。两种耦合方式下,双低空急流的水汽输送对强降水均具有重要作用,第一阶段SLLJ的水汽输送作用明显,而第二阶段BLJ的作用更加显著。

秦岭近邻地区秋季暴雨的天气动力学分析

对2005年10月1～2日秦岭近邻地区连阴雨中的暴雨天气的成因进行分析,结果表明:暴雨发生在500 hPa东亚稳定的东高低环流形势下;低空西南急流为雨区提供了大量热量、动量及水汽,而高、低空急流的次级环流以及锋面次级环流之间的耦合加大了低层辐合和高层辐散,使暴雨区产生了强烈上升运动,为产生暴雨的中-α尺度系统形成提供了有利的大尺度环流背景场,秦巴山区复杂地形对产生暴雨中-α尺度的形成和发展也有一定的激发作用;螺旋度强度变化对暴雨发生发展有一定的指示意义,暴雨发生前对流中底层有较大螺旋度值,且呈下正上负的垂直结构,暴雨一般发生在对流层低层螺旋度正值中心的前方.

对流、湿度锋与低空急流的耦合——持续性暴雨维持的一种可能机制

根据暴雨发生和持续依赖于对流层低层水汽辐合的事实,重点针对持续性暴雨维持机制这一重要问题,从天气学和动力学方面分析了1989年7月9～10日四川盆地东部持续性暴雨维持机制。分析结果发现,大气运动非平衡强迫、凝结降水的非均匀分布与强烈垂直风切变的耦合作用、“湿度锋”与低空急流的耦合相互作用通过促进低空辐合流的维持,导致了对流云团和暴雨天气的持续。

“21·7”河南特大暴雨水汽和急流特征诊断分析

2021年7月中下旬在河南省发生了一场极端强降水过程,暴雨持续时间长,累计降水量大,落区集中,造成了严重的人员伤亡。基于自动站雨量数据和ERA5再分析数据探讨了多尺度系统、急流和地形对水汽的输送和辐合及降水形成的重要作用和影响机制。结果发现:暴雨发生在远距离台风影响的有利环流背景之下,大量来自西太平洋的水汽从边界层和对流层低层进入河南东侧,来自南海的水汽从南侧对流层中低层进入降水区,在低涡、切变线和辐合线的共同作用下,引发强降水。低空急流与边界层急流的耦合形成低层水汽辐合上升中心,地形起到了动力阻挡抬升和热力抬升作用,并与急流综合作用,使强降水呈带状出现在山前,且20日位于豫中,21日在豫北。

喷射-搅拌耦合式浮选装置吸气机理研究

根据喷射吸气和搅拌吸气的特点,设计一种喷射-搅拌耦合式浮选装置。为研究该装置的吸气方式,对其吸气机理进行理论分析,并采用控制循环泵电机输入频率以调节喷射流量及控制液位的方法,分别对浮选装置的耦合吸气量与喷射流量的关系以及搅拌吸气量与叶轮转速的关系进行了试验研究。结果表明:搅拌吸气量随叶轮转速的增大呈二次函数关系增加,耦合吸气量随喷射流量的增加呈近似线性递增;受叶轮旋转和液位的影响,浅液位(hy≤140 mm)时,耦合及搅拌吸气区共同吸气;深液位(hy>140 mm)时,搅拌吸气量很小甚至为零,主要为耦合吸气区吸气;低喷射流量(电机频率小于35 Hz)时,耦合吸气量随液位的升高先增大后减小,高喷射流量(电机频率大于30 Hz)时,随液位的升高而增大;而搅拌吸气量随液位的升高均急剧减小。最大频率50 Hz、最深液位230 mm时的最大总吸气量约为4.03 L/min,基本满足浮选吸气要求。吸气机理的研究为该装置的进一步分选研究提供理论参考。

冀中南一次强对流暴雨的数值模拟

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料对2009年5月发生在河北中南部的强对流暴雨天气过程进行了数值模拟。低空700 hPa流场的中尺度扰动和涡度场的加强说明:发生在河北中南部的短时强对流暴雨与东北回流密切相关,低空东北风的辐合,使地转平衡遭到破坏,从而引发水平辐合和辐散及铅直运动,在地转适应过程中,700 hPa中尺度环流偶在河北中南部形成并加强,对应的正负涡度对也出现并增大,使辐合上升运动增强,强对流暴雨出现在辐合场和辐散场之间区域。高空急流中心右前侧辐合导致气流下沉,向南的一支引起低空北风加大。加强的东北回流与低空较强偏南气流在河北南部相遇,耦合上升。可见,垂直环流的形成及东北回流的加强是此次强对流暴雨产生的重要原因。

关中北部一次暴雨水汽条件及不稳定分析

2019年9月13-14日关中北部出现暴雨天气,这次暴雨开始时关中北部地区位于冷锋后地面冷高压中和700 hPa横切变线的北侧,探空图上中低层是锋面逆温稳定层结,中低层以下是深厚的冷垫,地面能量较低,没有对流不稳定,低层水汽不足,短期时效内暴雨漏报。为了研究此次过程中的水汽条件和不稳定机制,为今后此类暴雨预报提供有价值的预报思路,利用常规地面高空观测、欧洲中心细网格模式预报等资料对其水汽条件和不稳定进行诊断分析,结果表明:较强降水期间关中北部水汽的大值区集中在700 hPa,700 hPa随时间而增强的偏南风为其提供了充沛的水汽,700 hPa比湿大值区、切变线随着增强的偏南风北移至关中北部,这为关中北部暴雨提供了较强的水汽辐合条件,因此,为关中北部提供充沛水汽的偏南风能否随时间而增强是其暴雨能否发生的关键。而偏南风增强与高低空急流的耦合和凝结潜热释放有关,暴雨区高低空急流耦合形成的次级环流上升支有利于暴雨区中低层减压,西太平洋副热带高压和暴雨区之间的气压梯度加大,这将使西南低空急流加强并向东北方向移动,移动后的低空急流在其前方辐合上升造成新的暴雨区,这将形成低空急流和暴雨的正反馈,西南低空急流随着时间向东北方向移动,造成关中南部地区出现低空急流和关中北部偏南风增强;暴雨区凝结潜热释放有利于上升运动,使得中低层减压,这同样造成关中南部形成偏南风急流、关中北部偏南风增强。可见,高低空急流耦合和凝结潜热释放通过影响偏南风而间接影响关中北部暴雨区水汽条件。关中北部暴雨的不稳定机制是条件性对称不稳定。700~600 hPa关中北部暴雨区有着较强的垂直地转风切变和向北的水平地转风切变使得等地转绝对动量倾角较小,偏南暖湿气流输送水汽和能量使得等饱和相当位温面倾角较大,这一区域存在条件性对称不稳定即等饱和相当位温面的坡度大于等地转绝对动量坡度的区域。当冷锋上空偏南气流沿着锋面爬升至关中北部暴雨区辐合上升至700~600 hPa条件性对称不稳定区域,产生倾斜对流,使得降水强度增大,这也是造成关中北部暴雨天气的原因之一。在西太平洋副热带高压南撤东退及地面冷高压的形势下,暴雨预报需考虑西太平洋副热带高压的走向,高低空急流耦合、凝结潜热释放对低空急流及偏南风的影响,有可能出现的条件性对称不稳定机制,结合数值模式,综合考虑暴雨的可能性。

黄河中游一次致洪暴雨过程的天气学诊断

利用美国气象环境预报中心制作的NCEP 1°×1°再分析资料和黄河流域国家气象站(国家基准、基本和一般气象站)、区域站(地面加密观测站)逐小时降水资料,对2018年7月10—11日黄河流域中游出现的致洪暴雨过程进行诊断分析,结果表明:受台风“玛丽亚”西北移动影响,副高稳定少动,低槽移动缓慢,导致降水维持时间长,降水落区呈东北西南向;暴雨区主要的水汽来源为台风“玛利亚”,受黄河中游地形和中高纬度西北气流的影响,水汽通量辐合区域走向和暴雨落区一致,850—700 hPa为暴雨主要水汽输送层;暴雨区出现在中低层θse等值线密集区右侧暖区一侧,且中层存在■θse/■p>0的大值区域;高低空急流存在明显的耦合机制,中低层辐合区、高层辐散区重叠是降水强度增强和乔沟湾站大暴雨产生的主要原因,200 hPa散度正值区的移动早于低层散度负值区的移动,对降水落区移动有指示意义。700 hPa锋生函数水平分布和降水分布较为一致,锋生函数数值南小北大的水平分布和降水分布一致,锋生函数的大值中心和降水量超过100 mm的中心吻合。

山东半岛一次强冷流降雪的观测与数值模拟研究

利用NCAR/PSU的中尺度大气非静力模式MM5对2005年12月20～21日发生在山东半岛的强冷流降雪进行了数值模拟分析,并结合Doppler雷达资料着重分析了产生此次暴雪的热力、动力机制。结果表明:高空槽后持续侵入的冷空气在渤海暖湿海面增温增湿,在上冷下暖的层结条件下形成水汽和不稳定能量的大量堆积,高、低空急流耦合产生的次级环流的上升支触发了潜在不稳定能量的释放,为暴雪的发生提供了良好的动力条件;中-β垂直涡旋的不断增长为对流的发展起到了增强作用;山东半岛东部的低风速区的少动对暴雪区的水汽与能量的辐合堆积及对流云带的形成创造了有利条件;海岸锋锋生是山东半岛北岸降雪云团的移动的原因,且海岸锋在冷流降雪的中尺度结构的形成中起了重要的组织作用。

08.6广西连续暴雨的大尺度环流和物理条件分析

利用常规观测资料、自动站资料和每6h一次的NCEP1×1分析资料,对2008年6月8日～18日广西连续暴雨过程的大尺度环流和物理条件进行了分析。结果表明:副热带高空急流右侧维持强辐散场,500hPa中、低纬广西维持低压槽区,中、高纬东亚大槽和其后部阻塞高压形势维持,贝加尔湖以西宽广的槽区不断有小槽分裂东移,低空西南急流不断为暴雨区提供了大量的水汽和不稳定能量,是本次连续性暴雨过程产生的有利大尺度环境背景;连续暴雨由3次连续高空槽引导低层低涡切变东移产生,由3个加强期和2个减弱期组成,暴雨的增强和减弱受暴雨区大气动力、热力、水汽条件变化的影响,高空辐散和低空辐合耦合增强、垂直上升速度增大、低层水汽的辐合、不稳定能量累积,强降水发展加强,反之,强降水减弱。

安徽沿江一次连续性暴雨过程中急流特征分析

利用国家自动气象站和ECMWF-interim再分析资料,从高低空急流的角度对2016年7月1—4日安徽沿江地区的连续性暴雨的成因进行了探讨。研究表明,7月1—4日,高空急流出现明显的北跳、强度增强,低层西南急流强度则达到2016年最大值。伴随着高低空急流的异常变化,在安徽沿江地区上空形成了强烈的高空辐散和低空辐合,同时高低空急流耦合激发形成次级环流,使得旺盛的上升运动一直延伸至对流层上层。高低空急流耦合在1—2日比较强烈,3日起耦合强度逐渐减弱,导致小时雨强进一步减弱。另一方面,低空急流的增强也使得孟加拉湾的水汽源源不断的输送至安徽沿江地区,近地面至3 000 m高度上南风输送为沿江地区连续性暴雨提供了充沛的水汽。

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件,暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。

高低空急流的配置对2015年8月3日辽宁暴雨的影响机制

2015年8月3-4日,辽宁东部地区发生了一次暴雨-大暴雨天气过程,为研究高低空急流对此次天气过程的影响机制,利用FNL再分析资料及中国自动站与CMORPH降水融合产品对这一天气过程进行了诊断分析。重点从高低空急流的配置、演变及其次级环流的垂直结构特征角度出发,分析了高低空急流在本次暴雨过程中的作用。结果表明,高低空急流上升支耦合是本次暴雨过程的重要抬升机制,高空急流次级环流的锋生作用为暴雨过程提供了触发条件和能量供应,低空急流的强烈水汽输送作用是强降水产生的重要原因。另外,长白山地形对水汽自南向北输送时的抬升作用也对降水增强起到了一定作用。

不同高度急流耦合在2007年7月中旬河南省区域暴雨中的作用

利用NCEP全球对流层分析资料和地面探空资料,对2007年7月中旬发生在河南省中部、南部的暴雨天气的机理进行了研究,发现此次暴雨过程是在多尺度系统相互作用下产生的,不同高度急流对暴雨天气有不同的作用。超低空东风急流是暴雨区所需水汽的最大提供者;低空东风急流建立和维持了暴雨区中低空的对流不稳定,为强对流的发展提供了条件;高空西风急流建立和维持了高空的对称不稳定,为对流向高空发展和加强提供了重要条件。高空西风急流、低空东风急流和超低空东风急流上下耦合,是暴雨天气得以形成和维持的原因。

“05.6”华南暴雨中低纬度系统活动及相互作用

利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星逐时云顶亮温资料(分辨率为0.05°×0.05°)及射出长波辐射资料(分辨率为0.5°×0.5°)、实时地面加密观测和实况探空资料等,对"05.6"华南持续性暴雨过程期间南海季风活动、副热带高压演变、冷空气影响、高低空急流耦合等进行深入分析,探讨中低纬度不同尺度系统的活动特征及相互作用。结果表明:"05.6"华南暴雨是在中纬度地区位势高度场稳定的北高南低背景下,由东亚沿岸槽和青藏高原短波系统引导中纬度冷空气与低纬度地区季风系统相互作用下产生的;南海副热带季风的活跃与100°～120°E处越赤道气流通道的消失密切相关,其两次大规模向北推进是过程开始和结束的重要标志;副热带高压较多年平均明显偏南且强度达到最强,700 hPa中纬度冷空气的明显南侵对暴雨过程有重要贡献;高空急流入口区右后方与低空急流左侧由于强烈的高空辐散和非地转平衡强迫,构成一支横跨低空急流的经向次级环流,高低空急流耦合的正反馈机制是华南暴雨异常的重要原因之一。

“05.07.02”临汾局部大暴雨中尺度分析

本文论述了2005年7月2日临汾局部大暴雨降水过程特征,并对暴雨发生时的天气背景、主要影响系统、云图和雷达资料进行了分析,结果表明:这次大暴雨是在有利的天气背景下、副高北抬与西风槽结合、高低空急流耦合、700hPa主导系统低涡串西南东北上的条件下产生的;时效性强的卫星云图和雷达图是对天气图很好的补充.

台风麦莎影响期间山东半岛大暴雨成因的分析

2005年8月7—8日,在0509号台风麦莎登陆后北上影响山东的过程中,对流的发展在台风外围具有明显的不对称性,积云对流在台风中心的东北侧得到强烈发展,强降水集中出现在山东半岛东部。利用常规观测资料、卫星云图和NCEP1o×1o再分析资料,对这次台风大暴雨天气过程作了分析,并进一步对强降水发生时的物理量场与流场进行诊断分析。结果表明:低空急流输送充足的水汽和强烈的水汽辐合为暴雨发生提供了有利的水汽条件,大暴雨落区出现在低层辐合、高层辐散及强烈的上升运动区内,与高能量锋区有很好的对应关系;较强正涡度平流与暖平流沿低空急流向山东半岛输送是造成对流不对称发展的主要原因,高空急流与低空急流在山东半岛的耦合为大暴雨的发生提供了动力条件。

2011年6月江西省北部一次大暴雨天气过程成因分析

利用常规气象观测资料、高时空分辨率TBB资料以及NCEP/FNL再分析资料,对2011年6月14—15日江西省北部梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。同时,利用中尺度数值模式WRF对此次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,分析暴雨的中尺度系统结构特征。结果表明:稳定的环流形势下,500 h Pa低槽后部冷空气与强盛的西南暖湿气流在江南北部持续对峙,使得暴雨区稳定维持在江西省北部。低层充沛的水汽供应、强的热力不稳定及强烈的天气尺度、中尺度辐合和地形抬升是此次暴雨产生的有利环境场和触发条件。锋区及其附近的锋生过程与强降水密切相关,冷暖气流在地面至对流层中低层的交馁,激发正涡度柱沿锋区倾斜爬升,强烈的上升气流穿越锋区激发大量不稳定能量释放。超低空急流的脉动和稳定维持为暴雨发生的有利水汽输送机制,高低空水平距离的缩短有利于高低空急流的耦合、垂直运动的发展和降水强度的加强。强降水区上空β中尺度对流扰动在冷、暖气流对峙区内不断生成、发展、东移,加之局地地形等作用致使大暴雨的发生。

桂北后汛期一次持续性暴雨天气过程分析

运用常规资料、区域自动站资料以及NECP再分析资料,对2017年8月9—15日发生在桂北地区的持续暴雨过程进行了深入分析。结果表明:此次持续暴雨过程发生在500 hPa中高纬两槽一脊的形势下,副热带高压脊线稳定维持在15°N附近、西脊点稳定在110°E以西,副高的阻挡使西风槽前与副高西北侧的西南暖湿气流形势得以长时间维持,为桂北持续暴雨的发生提供了不稳定条件。季风涌增强北推,与南半球冷空气爆发造成的索马里越赤道气流增强,共同为此次持续暴雨提供了源源不断的水汽供应。南亚高压强大、稳定地维持在青藏高原上空,桂北地区位于南亚高压东部脊线上的强辐散区,低层位于低空西南风急流左侧强辐合区,形成很好的低层辐合上升、高层辐散下沉的垂直环流形势,与高低空急流耦合共同为此次持续暴雨提供了较好的动力机制。

惠来一次连续大暴雨过程分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和地面常规气象观测资料,对惠来县2016年6月11日08:00—13日08:00的连续性大暴雨过程,从环流形势、影响系统及物理量场等方面进行分析,探讨暴雨的成因。分析表明:"两槽一脊"、稳定的南支槽是大暴雨发生的大形势环流条件;高低空急流耦合、弱冷空气渗透是主要触发机制;过程前期粤东始终位于高能高湿区内,整层大气增温增湿明显,强盛的西南气流提供的充沛水汽以及两次降水主过程发生前惠来县上空强辐合或者由辐散转为弱辐合是该次过程有力的水汽和动力条件。另外,过程前地面中尺度辐合系统增强该区水汽和不稳定能量的积聚,揭示地面自动观测资料在强降水发生前的指示意义。