河北“23·7”特大暴雨过程的多尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、FY-4G卫星的云顶亮温(Black Body Temperature,TBB)数据对河北地区2023年7月29日至8月2日出现的特大暴雨过程的大尺度环流背景及动、热力和水汽条件进行了分析。结果表明:暴雨期间副高与大陆高压打通,在河北北部形成了准东西向的“高压坝”,台风“杜苏芮”登陆后减弱为低空气旋,该气旋在副高西侧气流的引导下北上,受“高压坝”阻挡停滞于山西一带,在暴雨区上空形成东高西低的有利环流形势;中尺度对流系统在暴雨期间呈阶段性特征反复出现,先后以大范围的螺旋雨带、集中的旺盛对流、零散的对流云团对暴雨的维持产生了重要影响,降水的落区与TBB低值区对应较好;暴雨期间水汽条件充足,低空存在大范围的水汽辐合中心,低涡倒槽、暖式切变线和偏东南急流影响为暴雨提供了强盛的上升气流,太行山对水汽及气流的阻挡作用使得降水强度增强。

四川盆地东北部地区一次暴雨天气过程分析

利用常规天气观测资料、ERA5的0.25°×0.25°再分析资料、新一代多普勒天气雷达、FY-4卫星云图资料对2022年7月21—22日发生在四川盆地东北部的一次强降雨天气过程进行了诊断分析。研究表明:(1)贝加尔湖低槽和高原低槽合并增强后东移,与四川盆地700 hPa、850 hPa切变辐合系统、低空急流配合,共同构成了此次暴雨的大尺度环流形势,十分有利于暴雨的发生;(2)此次暴雨持续时间短,降雨效率高,低层高比湿、显著的上升运动、深厚的暖云以及中等偏强且呈狭长分布的对流有效位能是降雨效率高的关键原因;(3)低空急流为强降雨区域提供了充足的水汽和能量,以及显著的上升运动;(4)物理量指标变化能很好地反映各个阶段降雨强度变化,对预报有指示意义;(5)过程中云团的初生、发展、移出与降雨实况对应良好,强降雨期间雷达回波具有明显的后向传播和列车效应。

一次春季暴雨不稳定条件和对流触发机制的数值模拟研究

2003年4月中旬发生在山东一带的中尺度对流系统引发了一次罕见的春季大暴雨。在不稳定的大尺度环境中,触发条件决定了对流系统在何时、何地发生。触发条件通常位于近地面层中,水平尺度也很小,常规资料无法揭示出来。为此,采用数值模拟和数值模拟敏感性试验并结合客观分析对它的发生机理进行了诊断。结果表明,此次暴雨是由MCS(中尺度对流系统)的两次发展造成的。第1次是比较典型的华北MCC(中尺度对流复合体)过程,它是由地形强迫抬升触发了初始对流。第2次初始对流是由午后的边界层辐合线触发的,从华北平原南下的浅薄冷空气也起了重要作用。另外,最大对流有效位能(MCAPE)对初始对流的发生位置有很好的指示意义。

一次北京暴雨的环流成因分析

对 2 0 0 1年 8月 1 9日发生在北京的暴雨通过诊断分析解释了其环流成因。结果表明 ,这是一次典型的由中纬度斜压系统引起的大尺度暴雨过程 。

2006年6月6—7日福建特大暴雨数值模拟和诊断分析

采用PSU/NCAR等共同研制的新一代细网格WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度数值模式,对2006年6月6—7日福建地区出现的一次特大暴雨过程进行了数值模拟,并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析。结果表明,中尺度低涡是本次暴雨过程的主要影响系统之一,低涡的时空演变特征与暴雨中心的移动和雨强的变化相一致。暴雨中心的强上升运动及低层辐合、高层辐散的配置有利于中尺度对流系统的发生发展,高低空急流耦合是此次强降雨爆发的重要机制。暴雨区域850hPaθse场呈现典型的"Ω"型,高湿能条件的维持,保证了强降雨过程的能量供给,是强降雨持续的重要条件。暴雨中心位于最大垂直速度中心附近,暴雨区两侧存在垂直的次级环流,对流层中低层负湿位涡区、高层正湿位涡区的配置有利于造成较强烈的中尺度上升运动。

基于“配料”的梅雨锋强降水预报方法

在梅雨锋暴雨预报中应用“配料法”,通过降水量的基本公式解释了强降水形成的基本配料,给出了建立配料的基本步骤,同时,通过一次暴雨个例分析,具体阐述了“配料法”在梅雨锋暴雨预报中的应用。结果表明,基于暴雨等强对流天气形成物理机理认识的基础上,所选取的可降水量等动力、热力因子与暴雨有着较好的对应关系,通过分析以上关键物理因子建立的过程,可以给出暴雨潜势预报。

淮河流域暴雨过程的数值模拟和诊断分析

利用中尺度数值模式WRF输出结果,对2003年7月4—6日淮河流域出现的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明,WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟,但暴雨中心位置偏移。这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展、加强及衰减均在模拟结果中有所显现。

高原东侧突发性大暴雨过程中螺旋度的诊断分析

利用MM5模式模拟输出结果,对2002年6月8—9日发生在陕西省和四川北部的一次突发性大暴雨过程进行了螺旋度诊断分析。结果表明:暴雨区附近总存在一对紧邻的大小(低层)或正负(中层)螺旋度中心,低层螺旋度正值区强度远大于中高层螺旋度正负值区,对流层中层正负中心的轴线随高度呈逆时针旋转,相应的垂直结构是一对正负相伴的螺旋度柱。当暴雨区东侧正螺旋度突然向高层伸展,西侧伴有负螺旋度发展,且两中心间等值线变密集时,暴雨开始,大小(正负)螺旋度最强及其间等值线最紧密时,暴雨达到最强盛时期,而且暴雨就发生在两螺旋度之间偏大值中心的等值线密集区。进一步分析表明:螺旋度发生发展的主要贡献者是水平速度和水平速度的垂直切变。

2002年6月14—15日暴雨的诊断分析和数值试验

利用NCEP/NCAR再分析资料对2002年6月14—15日的暴雨过程进行了诊断分析,并利用中尺度模式MM5对暴雨过程进行云迹风资料的同化模拟。诊断分析表明:高空急流的动量下传、高低空急流的适宜配置所产生的动力场的耦合作用,为此次大范围暴雨的发生、发展提供了动力条件;此次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋。对同化效果进行检验说明:两个时次的云迹风资料同化模拟与一个时次的云迹风资料同化模拟相比,前者更进一步地改善风场、温度场和高度场,使得物理量场和降水场的预报更加接近实况。

一次大范围对流大风及局地短时强降水多尺度分析

本文利用常规资料、NECP1°×1°再分析资料、EC细网格、FY-2静止气象卫星云图、新一代天气雷达、区域自动站资料对2017年7月18-19日发生在黑龙江省北部至东南部大范围大风天气以及南部、东南部局地强降水过程进行详细的多尺度分析。这次过程中,18日对流云团前沿的飑线发展移动过程中在黑龙江北部和中部地区出现对流大风,飑线成熟后期在黑龙江南部、东南部产生大风同时伴有局地强降水,19日中午前后黑龙江南部又出现新的对流云团产生局地极端强降水。分析结果表明:高空弱槽东移加强并推动副热带高压南撤,同时配合地面气旋底部多次分裂出尺度和强度相对较小的闭合低压是强天气产生的环境背景;副高南撤使得水汽通道畅、水汽集中程度加强,上冷下暖,干侵入、大的对流有效位能、逆温层的存在使高的能量得到短时间存储,最后在阵风锋、地形、中尺度辐合线、热力抬升等触发下集中释放是强对流天气产生和类型变化的根本原因;典型飑线和热带飑线均有出现,并观测到有界弱回波区、穹窿和前侧入流、风暴顶辐散等超级单体结构,这些超级单体之间出现断裂,引发强天气,并由于移速不同导致飑线走向的变化;超级单体的出现和出流边界的消失使得强降水开始产生或加强;强降水超级单体、列车效应、回波缓慢移动是产生强降水直接原因;冷区面积突然增大、云顶亮温陡降至低值后维持稳定、云顶亮温梯度增长速度变缓、多个小云团和大云团合并是强对流产生的初始时间。

2005年一次持续性梅雨锋暴雨的分析

利用NCEP1°×1°的6小时分析资料、自动站加密雨量和常规观测等资料，对2005年6月17～21日江西省梅汛期发生的持续性暴雨过程进行天气动力学诊断分析。结果表明：这次暴雨过程是由9个中β尺度云团和12个中尺度雨团东移发展造成的。中低层辐合、高层辐散及上升运动的加强对中尺度对流云团和雨团加强发展有重要作用，与暴雨强度有很好的对应关系。在850hPa的西南急流中不断有急流核生成并发展东移，中尺度暴雨云团和雨团出现在急流核北侧约200km处。

北京地区深秋季节一次对流性暴雨天气中尺度分析

使用加密自动站、微波辐射计和风廓线仪等探测资料,详细分析了深秋季节(2007年10月27日)发生在北京地区的一次强对流局地暴雨过程的天气系统结构特征,探讨系统的发生发展机制。分析表明,此次局地暴雨天气是在高空冷槽和地面冷锋系统相配合的有利的大尺度环流背景下,地形和热岛效应共同作用产生的中尺度系统造成的。前人对夏季暴雨的研究结果可以很好地解释此次秋季强对流天气的发生发展机理,低层偏东气流与北京西部山脉的相互作用使得气旋式涡度增加,产生中低层垂直风切变,使山脉迎风坡的降水增强。城市热岛形成的城区与郊区之间的水平温度梯度在迎风坡强迫产生的中尺度垂直切变是对流性局地强降水发生发展的重要条件。吹向迎风坡的风速与降水强度之间存在正反馈过程,这也是局地降水增强的可能因素。此次秋季过程主要是较强冷空气与较好的水汽条件配合造成,而夏季强对流过程则多是在高温高湿条件下弱冷空气入侵造成。

2005年7月1—2日山西大暴雨中排熵指数的诊断分析

利用美国新一代中尺度WRF(weather research and forecasting)模式,采用双向二重嵌套网格技术,对2005年7月1—2日山西的大暴雨天气过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率动力协调资料进行了初步诊断分析,着重分析了排熵指数与暴雨区的关系。结果表明:活跃的副高是造成此次强降水的主要影响系统,低空西南风急流为暴雨提供了充足的水汽及动力条件;大气排熵指数由高值向低值的演变有利于对流的发展,从而导致对流暴雨形成;负熵变区(IRE<0)对应着暴雨区,负熵变区的汇合反映了暴雨的落区;排熵指数与暴雨区有较好的对应关系。

区域性暴雨的数值模拟和诊断分析的对比研究——以北京2012年7月21日暴雨为例

2012年7月21-22日,北京地区出现了有气象记录以来一次罕见的特大暴雨天气过程,对当地人民的生命财产造成了严重损失。该文采用新一代中尺度数值预报模式WRFV3.7,对这次极端降水天气过程进行了数值模拟研究,通过模式输出结果对其发生、发展机制进行了对比研究。研究结果表明WRF模式能够较好地模拟出这次暴雨的落区、暴雨演变过程和24h累积降水;本次暴雨过程的大尺度环流背景是典型的华北暴雨环流形势,暴雨过程主要由低空中尺度系统造成,暴雨的落区和强度是由中尺度系统随时间的移动而决定。

2015年6月1日江汉平原大暴雨过程诊断分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及湖北省地基GPS数据对2015年6月1日江汉平原一次大暴雨过程进行诊断分析,结果表明:稳定强盛的水汽输送通道建立是大暴雨形成的基础,降水强度和范围则与水汽通量辐合中心和大气可降水量增量中心关系密切。强降水开始前对流层低层出现能量锋区,监利和洪湖地区位于暖平流控制下的高能舌中,气旋性环流显著。对流层低层正螺旋度的加强与气旋性暖式切变的增强相一致,高层强辐散、低层强辐合并配合正涡度,且整层均为强上升运动的形势为低层中尺度涡旋的新生和发展提供了有利的动力条件。在有利的环境条件下,暖切变线上发生发展的α中尺度低涡及地面暖低压倒槽中对应的β中尺度低压和涡旋最终导致了此次强降水过程。

北京城区“7.10”灾害性强降水分析

对2004年7月10日发生在北京城区的灾害性强降水过程进行了分析。结果发现,造成本次城区暴雨的天气系统为一中β尺度对流云团,它生成于河北西北部的偏南暖湿气流中,在移到北京城区发展并停留的1～2h内,造成了本次强降水过程。大尺度背景场分析表明,暴雨发生前北京即处于有利降水的形势场中,地面中尺度辐合线可能是强对流的触发系统。此外还初步分析了城市环境对强降水的增幅作用。

重庆市“5·29”暴雨天气过程诊断分析与数值模拟

在天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值预报模式MM5和双向二重嵌套网格技术,对2004年5月29～30日重庆市暴雨天气过程进行数值模拟.诊断分析表明,高空低槽产生的冷锋云系发展东移是产生此次暴雨天气过程的主要大尺度天气系统,由高空槽诱发产生的中尺度涡旋是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统.模拟结果与观测结果的对比显示表明,MM5中尺度数值预报模式能够成功模拟四川盆地东部的暴雨天气过程,同时揭示了高空槽东移过程中在重庆地区范围内产生的较强中尺度气旋性辐合和强烈上升运动促使了暴雨的产生.

西北地区东部夏季一次典型暴雨的分析和数值模拟

利用地面区域站降水量资料、NCEP FNL再分析资料、风云卫星数据产品以及WRF数值模拟结果，对2013年7月7~9日发生在西北地区东部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次暴雨是一次典型的副热带高压（简称副高）西北侧西南气流型暴雨，西风槽和高原槽发展东移，配合副高外围的西南气流及低层低涡切变是造成此次暴雨的主要影响系统。高低空急流的耦合、充沛的水汽聚集、较强的动力作用以及大气层结的不稳定等对此次强降水的发展起到促进作用。WRF模式对此次复杂地形下的暴雨有较好的模拟能力，模拟的降水与实况相吻合，风场、比湿、涡度、CAPE、垂直速度等物理量对此次降水过程有较好的反映。低层气流经喇叭口地形时被抬升并辐合，再配合丰富的水汽场，使得降雨过程得以维持和发展。

应用新型散度方程诊断暴雨的触发和增幅机理

分析散度及其变化是进行暴雨研究的途径之,而传统的散度方程不能显示包含热力场分布影响散度演变的问题。因此,利用陈忠明等导出的新型散度方程和NCEP/NCAR(1°×1°经纬度)再分析资料,针对贵州省2007年7月25—26日持续性大暴雨天气过程,通过计算新型散度方程中的各项,定量诊断分析大气运动的正压非平衡强迫、湿斜压非地转与风垂直切变耦合强迫在暴雨发生发展过程中的作用,并与地面1、6h降水观测资料和卫星云图资料进行对比分析。探讨正压非平衡强迫、湿Q矢量与垂直风切变的湿斜压热动力耦合强迫导致辐合增加与暴雨发生、发展的动力机制。结果表明:强降水主要发生在近中性或弱不稳定层结条件下。大气运动的正压非平衡强迫导致辐合增加是强降水过程的触发机制;在暴雨维持和增幅过程中,湿斜压热动力耦合强迫在强降水的维持方面扮演了重要角色。当强降水过程发生后,才存在湿斜压热动力耦合强迫作用,湿斜压热动力耦合强迫作用是暴雨增幅的动力机制。未来6小时强降水发生的区域、降水强度、中心位置与散度演变的强负值区变化一致。新型散度方程对强降水预报有指导意义,可以作为诊断散度场演变的一种有效的数学工具。

利用局地经向环流对河南一次连阴雨过程的定量诊断

利用2.5°×2.5°NCEP/NCAR再分析资料和改进的局地经向环流线性模式,定量诊断了2011年9月5—19日河南省秋季连阴雨天气的形成机理,并利用局地经向环流的垂直分量与降水量滞后相关的分析,研究了这次连阴雨过程主要物理因子的演变特征。结果表明:(1)潜热加热、平均经向温度平流、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是导致2011年9月河南省秋季连阴雨天气形成的主要物理因子。(2)潜热加热和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨发生的主要物理因子;平均纬向温度平流、平均经向温度平流和平均西风动量的纬向平流是造成此次连阴雨发展或持续的主要物理因子;潜热加热、平均西风动量的纬向平流和平均纬向温度平流是造成此次连阴雨结束的主要物理因子。