甘肃陇东南一次大暴雨的中尺度特征分析

2013年6月19-20日在甘肃陇东南出现一次罕见的暖区降水和切变线降水共同造成的区域性大暴雨过程,暖区降水强度大、持续时间长、强降水范围集中、中尺度特征明显。利用常规和非常规观测资料、NCEP再分析资料等对此次大暴雨天气过程的成因和中尺度特征进行了分析。结果表明,暖区降水时段:对流层低层高湿有利于降低暖区降水对抬升条件的要求,并与中层温度冷槽配合形成不稳定层结,前期低层的逆温层也有利于不稳定能量的堆积;低层垂直风切变、低空急流和地形抬升在对流触发和维持中具有重要作用,徽成盆地是生成对流单体的主要源地;中尺度对流系统具有暖云降水特点,质心低,降水效率高,且具有明显的后向传播和"列车效应"特征。切变线降水时段:受对流层中层暖平流、正涡度平流和低层冷空气侵入影响,武都涡不断发展加强;对流层湿层厚度增加,热力不稳定条件明显减弱,在低空切变线、武都涡和地面辐合线附近形成大范围的稳定性降水。

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_(BB))资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_(BB)资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_(BB)梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。

2004年9月川渝大暴雨期间西南低涡结构及其环境场的分析

采用NCEP再分析资料、常规观测资料、卫星云图资料及地面降水资料，对2004年9月2日～8日发生在川东和重庆的大暴雨的影响系统及其环境场作了分析研究。结果表明，此次暴雨分为三个阶段，降水系统主要有两个：第一、三阶段的主要降水系统是低空切变线；第二阶段的主要降水系统是西南低涡，而西南低涡影响期内的雨量最强、范围最大。西南低涡开始时为一口中尺度系统，最后发展达α中尺度系统。其影响时间从4日00时到6日06时（国际协调时），持续了54小时。本文对此次暴雨过程所做的研究表明，川东地区的特殊地形，500hPa高空小槽以及700hPa、850hPa低层鞍型流场均是西南低涡产生和维持的重要条件；西南低涡上层为暖性结构；在暴雨过程中有20个雨团接连发生，中尺度系统是这次暴雨的直接影响系统；对水汽收支的计算表明，水汽可能来自于低纬度热带地区。本文还对西南低涡与东北低涡的异同作了比较。

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEO/NCAR(1°×1°)再分析资料,对由东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定同,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展,辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。

海河流域切变线类暴雨成因分析

应用常规观测资料、FY-2C卫星TBB资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达、加密自动站及NCEP 1°×1°再分析资料分析海河流域切变线类暴雨成因。结果表明:暴雨过程是在低空切变线与高低空急流构成有利配置条件下发生的,系统空间结构和冷空气移动路径的不同,造成暴雨落区和强度的不同;沿切变线有带状中-α尺度对流云团形成和发展,并有中-β尺度MCS沿带状有组织的发展、移动、合并和加强,沿低空切变线如有低涡形成,带状对流云系内将有MCC形成,强降雨在MCS或MCC移动方向的前侧和TBB等值线梯度最大处;强降雨之前均有水汽辐合从地面向高层伸展,伸展高度越高,降雨强度越大,强降雨中心对应西南与偏东两个大水汽通量造成的辐合且等值线密集处;VAD风廓线和风廓线雷达资料均显示出对流层低空急流和超低空急流的先后形成,造成雨强也两度加强。

华北中部一次切变线暴雨诊断分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2009年7月16～17日发生在华北中部的切变线暴雨过程进行诊断分析。结果表明:北方冷空气和西南暖湿气流在华北中部交汇,为暴雨的发生提供了有利的天气背景条件。暴雨落区出现在低空急流的前方和左前方,切变线附近。锋生函数表明冷暖空气聚集的程度,对诊断强降雨发生的时段和落区有一定的指示意义。温度平流分析显示暴雨过程中存在干侵入现象,强降水发生在低层暖平流向上倾斜抬升、高空冷平流柱向下侵入的时段,北方低层冷空气起"冷垫"的作用。

一次南方特大暴雪灾害过程诊断分析

采用NCEP逐日0.5°×0.5°再分析资料对2008年1月发生在中国南方地区的暴雪过程进行诊断分析,通过对水汽分布、低空西南急流、切变线和垂直大气运动等气象要素分析表明:副热带高压异常偏北,低空西南急流活跃,为南方地区输送了充沛的水汽;中高纬度欧亚地区大气环流经向度偏大,冬季风偏强,导致冷空气势力较强;强冷空气与暖湿气流汇合,加上汇合带的强抬升作用,共同造成了此次南方地区的大范围降雪天气过程。

低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。

二维多单体雷暴系统中对流单体生成和发展的新机制

在多单体雷暴系统的发展和演变过程中,系统内新对流单体的生成和发展是系统维持最为重要的因素。文中利用中尺度数值模式,研究了环境风场存在低层反向切变(U_z<0)情况下,一种新对流单体的生成和发展机制——处于"亚最优切变态"的多单体雷暴系统的维持和发展机制。与以往处于"最优切变态"条件下新对流单体的生成和发展机制不同,由于环境风场存在低层反向切变,此时密度流产生的水平涡度要大于环境风切变产生的水平涡度,密度流向外扩展较快,使两者处于"亚最优切变态",此时多单体雷暴系统中的新对流单体不再是从密度流前沿的阵风锋前上升气流分离出,而是由发展旺盛的主体对流体在其前部中低层激发的垂直上升运动引起。新生成的对流单体因其前部低层湿空气的流入得到快速发展,而其西侧原有的主体对流体因湿空气的流入被切断而开始减弱、消亡并最终被新对流单体所替代。这种新机制的出现与低层环境风反向切变的强度及地表风速有关。在一定的低层反向风切变条件下,这种新机制可与"最优切变态"机制交替作用:当密度流较强时,多单体雷暴系统中新对流单体的生成主要是以"亚最优切变态"机制为主,且新生成的对流单体强度也较弱;当密度流较弱时,多单体雷暴系统中新对流单体的生成主要以"最优切变态"机制为主,此时阵风锋前上升气流得到快速发展,当发展到一定程度时,新对流单体从阵风锋前上升气流中分离出。

山西省北中部初冬一次暴雪天气诊断分析

为了探讨暴雪天气的成因和机理,为暴雪预报提炼技术指标,利用常规气象观测资料和MICAPS资料,对2015年11月5—7日出现在山西北中部的暴雪天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)暴雪产生在高低纬冷暖气流相互作用的有利背景下,地面倒槽与回流共同作用的形势中,冷空气从高压中分裂南下在东北平原堆积是回流形成的机制;(2)低空、超低空急流的维持和叠置,为暴雪的出现提供了充沛的水汽。水汽通量大值区与低空急流的位置很吻合,水汽通量散度辐合区与暴雪区很吻合,对暴雪落区预报有明显指示意义;(3)回流降雪的开始与辐合上升关系密切,当回流干冷东北风到达山西北部,与低空偏南暖湿急流汇合形成切变线和干线时,降雪开始,此后随着切变线和干线的南下,降雪也逐渐向南扩展。切变线和干线是此次暴雪的抬升触发系统,切变线和干线北侧的东北气流起着冷垫作用,使暖湿气流沿冷垫爬升,促使上升运动加强,促使暴雪产生。

山东“7.18”致灾暴雨成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料和NCEP再分析资料,对2007年7月18日山东省大暴雨过程进行了诊断分析,同时还分析了暴雨致灾原因。结果表明,本次大暴雨是由高空冷涡南部的低槽、底层准东西向切变线、副热带高压西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了极好的热力条件,强盛的低空西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时山东上空低层高温高湿、能量增大,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结。沿850 hPa切变线北侧东北气流迂回南下的冷空气与低空西南急流携带的暖湿空气在山东交汇,冷暖空气在对流层低层相互作用,具有明显的暖锋锋生特征,弱冷空气的低层侵入对暖湿空气具有抬升作用,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。地面存在中尺度辐合中心或辐合线的生成和发展,是这次大暴雨产生的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。降水历时短强度大,特殊的地势地貌是本次暴雨致灾的重要原因。

2009年阿克苏两次冰雹天气的对比分析

应用常规观测资料和雷达回波资料,对比分析了2009年发生在阿克苏地区的两次冰雹天气过程。结果表明,9月5日的槽脊位置、探空物理量等环境场以及水汽和抬升条件更有利于强雹暴的发生。"9.5"降雹时出现的低层辐合层和冷式切变线更低,辐合作用更强,更有利于冰雹的出现和维持。"7.27"的对流系统属于中-β尺度,"9.5"为中-γ尺度。

2009年6月28—30日湖北区域性大暴雨诊断分析

利用NCEP资料、LAPS产品、地面自动站资料及卫星资料和多普勒雷达拼图资料,对2009年6月28—30日湖北区域性大暴雨过程的环流背景与动力、热力、水汽条件等进行了诊断分析。结果表明:此次过程是在贝加尔湖低槽东移、副热带高压加强西伸北抬、西南急流发展、低层切变线南压和低涡东移的条件下发生的;低空急流的发展使大气强烈转暖,低层辐合与正涡度、高层辐散与负涡度及其相互配合,为暴雨发生发展提供了有利的热力和动力条件;冷空气南下在高温高湿的长江流域形成锋区以及西南急流加强,不仅向暴雨区提供了充沛水汽,还与切变加强、低涡东移共同造成能量锋区锋生,沿低层θse能量锋区及切变线有多个对流云团和强回波生成引发区域性强降水。

台风“麦莎”的强度对台风前部飑线发展过程影响的研究

对2005年8月5日16时(UTC,下同)至6日00时发生的一次台风前部飑线过程进行了数值模拟,分析表明:台前飑线在母体台风和副高之间的湿区生成。台风为这次台前飑线过程提供了有利的条件,包括强的低空急流输送充沛的水汽,强的不稳定环境产生大的对流有效位能以及强的地表辐合,使得初始的离散的对流单体组织发展形成台前飑线。成熟时期的台前飑线虽然比中纬度和热带飑线的变压强度小,但是具有更强的低层暖湿空气入流,中层的入流范围也更加宽广。敏感性试验结果表明:台风强度越强,其台前飑线的回波强度越强,移动速度更快,生命史也更长。强台风使得低空垂直风切变更大,有利于台前飑线的生成和发展,在台前飑线发展成熟后,低空垂直风切变强度减小,不利于台前飑线的维持,加之低空水汽输送的减少,使其逐渐趋向衰亡。

超强不稳定和弱切变环境下一次飑线过程的雷达资料同化与分析

利用中尺度模式WRF及其3DVar同化系统,对武汉附近多普勒雷达资料进行循环同化,并结合NCEP FNL分析资料、自动站降水资料、雷达回波和探空资料,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境条件分析和同化研究。探空显示:此次飑线发生在超强不稳定和弱的风垂直切变环境中。雷达回波表明:系统内存在东北-西南向和西北-东南向的两条回波带,前一条为飑线主体,在发展和成熟过程中缓慢移动;后一条的西北段快速减弱,而东南段逐渐与前一条合并。利用同化雷达资料后的模式预报场诊断分析表明:初期,虽然动力抬升条件不利于单体的新生和发展,但强不稳定能量却为其提供了强热力抬升条件;在发展期,低层风垂直切变和冷池虽然向有利于飑线发展的方向演变,但强度仍然较弱,而不稳定能量仍起主要作用,飑线是在不断增强的动力抬升和强热力抬升共同作用下逐渐成熟;后期,环境中不稳定能量大减,冷池强度也明显强于低层风垂直切变,动力和热力条件均不利于飑线进一步维持,飑线衰亡。

一次切变线暴雨的综合诊断分析

对2009年5月9—10日山东切变线暴雨过程进行诊断分析,结果发现:该暴雨过程是在比较有利的天气背景条件下发生的,副热带高压强盛稳定,高空西风槽、低层切变线和地面倒槽是此次暴雨的影响系统;低空急流和地面冷锋是不稳定能量的触发机制;中尺度对流云团活动频繁,是造成暴雨的直接影响系统;暴雨落区与水汽、涡度、层结稳定度指数等环境物理量有较好的对应关系。

一次飑线过程的雷达观测和数值模拟分析

利用NCEP再分析资料、国家级自动气象站降水资料、武汉探空和多普勒雷达回波资料,借助WRF模式,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境场分析和数值模拟研究。结果表明:此次飑线发生在弱的垂直风切变和强对流不稳定环境下。飑线形成阶段,系统内存在左、右2条强对流回波带。对不断发展增强的左支回波带进一步模拟发现:初期,环境风垂直切变较弱,飑线前部强不稳定能量是飑线新生单体不断发展加强的主要原因;此后,不稳定能量逐渐释放,垂直于飑线系统水平动量的垂直逆梯度输送使得与飑线发展方向平行的对流层低层风垂直切变增强,为飑线发展提供动力条件。在飑线发展过程中,新生单体不断在对流区前沿触发加强以及对流单体合并与增长使得飑线系统得以长时间维持,而成熟单体减弱为后方的层状云降水区,正是单体的生消交替保证飑线系统向前传播。

梅汛期江淮切变线暴雨与非暴雨演变过程的合成对比分析研究

利用气象观测资料和NCEP再分析资料对梅汛期江淮切变线暴雨类个例与切变线非暴雨类个例演变过程进行了合成对比分析。结果表明,形成暴雨切变线的演变历程中,存在南北风加强,切变线发展,且西南风急流引起的风速辐合加强了低空辐合。同时江苏处于高空急流入口区的右侧,高低空急流相耦合,形成了高空辐散、低空辐合的动力机制,降水过程中动力结构配置的演变特征十分鲜明。切变线南侧热力不稳定条件较好,水汽输送丰富,水汽辐合强烈,这些都有利于暴雨中尺度系统的发生、发展。因为动力、热力条件强度的不同对应不同强度的降水,区域性大暴雨的动力系统比一般暴雨更深厚,不稳定条件更强,水汽输送也更充沛。而切变线非暴雨类中,高低空风场的配置不利于降水的增强。南北风增强不明显,切变线不能得到发展,同时其南侧西南风急流没有建立,风速辐合较弱。高空急流核远离江苏,江苏上空的辐散场很弱,高空辐散、低空辐合的动力机制未能建立,动力结构的配置演变特征不明显。切变线南侧的热力不稳定度也不如暴雨类强,水汽的辐合较弱,不利于中尺度系统的发生、发展。

大气环境条件对夜间飑线影响的敏感性试验

利用CM1数值模式,以2017年8月7日发生在长江三角洲地区的一次夜间飑线过程为例,开展弱切变背景下中层相对湿度、低层风切变和对流有效位能的敏感性试验。结果表明:中层相对湿度升高,有利于夜间飑线雷达回波面积、回波强度和地面降温幅度增大。湿度降低,虽导致夜间飑线的雷达回波宽度变窄,但有利于夜间飑线结构和强度的维持。中层相对湿度的改变对夜间飑线成熟阶段的地面最大风速的影响并不十分明显,但是中层相对湿度的降低会增大地面最大风速的波动;低层风切变的增大使夜间飑线雷达回波强度增强、面积增大、移速变慢,也使飑线冷池强度增强,而对成熟飑线的冷池厚度和地面最大风速影响不大,但是更弱的环境风垂直切变更容易出现脉冲风暴地面强风。低层风切变的减小不利于夜间飑线的发展以及成熟夜间飑线结构和强度的维持;对流有效位能越大,越有利于夜间飑线雷达回波强度和回波面积以及冷池强度和厚度的增大,也有利于夜间飑线地面降温幅度和地面最大风速的增大。中等大小的对流有效位能更有利于成熟夜间飑线强度和结构的维持。低对流有效位能不利于夜间飑线发展,但在中层湿环境条件下依然能发展成为成熟的夜间飑线。该研究揭示了中层相对湿度、低层风切变和对流有效位能等大气环境条件对夜间飑线发生、发展的影响机制,为夜间飑线的预报提供了参考依据。

山西一次连续降雪过程成因分析

利用NCEP／NCAR逐日6h分析资料和常规观测资料，分析了2011年2月25日一28日山西连续降雪天气过程（以下简称2．25降雪）。①2．25降雪过程经历了三个阶段：2月25日为回流降雪阶段，26日一27日为倒槽冷锋与回流降雪共同影响降雪阶段，28日为低空切变线影响降雪阶段。②2．25降雪过程涵盖了华北地区大到暴雪的三个类型：回流类降雪、倒槽冷锋类降雪、低空切变线类降雪。③通过温湿场分析得出，对于低空切变线类降雪，对流层中层的湿核对降雪的开始有一定的指示意义。降雪未开始之前对流层中层有湿核，随着时间的推移，湿核向低层扩展，整个对流层中低层变为高湿区，降雪开始。当对流层中层变为干区，并向低层扩展，降雪过程结束。对于回流类降雪，低层回流对回流降雪起到冷垫的作用。④通过涡度场分析得出，对流层低层的负绝对涡度中心对其东侧的降水有指示意义，如果其东侧对流层低层配合有正涡度核，降雪强度较大，维持时间较长。⑤地面层出现的负绝对涡度中心说明近地面层有小高压系统的存在，这是因为低层回流冷垫作用形成的孤立小高压体。⑥28日降雪维持机制是条件性对称不稳定。