Observational and Mechanistic Analysis of a Nighttime Warm-Sector Heavy Rainfall Event Within the Subtropical High over the Southeastern Coast of China

In August 2021,a warm-sector heavy rainfall event under the control of the western Pacific subtropical high occurred over the southeastern coast of China.Induced by a linearly shaped mesoscale convective system(MCS),this heavy rainfall event was characterized by localized heavy rainfall,high cumulative rainfall,and extreme rainfall intensity.Using various observational data,this study first analyzed the precipitation features and radar reflectivity evolution.It then examined the role of environmental conditions and the relationship between the ambient wind field and convective initiation(CI).Furthermore,the dynamic lifting mechanism within the organization of the MCS was revealed by em-ploying multi-Doppler radar retrieval methods.Results demonstrated that the linearly shaped MCS,developed under the influence of the subtropical high,was the primary cause of the extreme rainfall event.High temperatures and humidity,coupled with the convergence of low-level southerly winds,established the environmental conditions for MCS develop-ment.The superposition of the convergence zone generated by the southerly winds in the boundary layer(925-1000 hPa)and the divergence zone in the lower layer(700-925 hPa)supplied dynamic lifting conditions for CI.Additionally,a long-term shear line(southerly southwesterly)offered favorable conditions for the organization of the linearly shaped MCS.The combined effects of strengthening low-level southerly winds and secondary circulation in mid-upper levels were influential factors in the development and maintenance of the linearly shaped MCS.

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。

A Diagnostic Study of Record Heavy Rain in Twin Cities Islāmābad-Rāwalpindi

Using surface and NCEP reanalysis data along with radar and satellite images, diagnosis has been carried out to probe the reasons for the very heavy rainfall that occurred in Islāmābad-Rāwalpindi on 23 July 2001. It has been revealed that the sudden evolution of this meso-scale severe weather system was the direct result of strong surface convection in moist and unstable lower layers of the atmosphere. The subsequent rapid development was the combined effect of the presence of the mid latitude westerly’s trough in the north and moisture feeding through monsoon flow along the Himalayas and also the direct south-westerly current from the Arabian Sea. After the westward shifting of the Sub-Tropical High (STH) from the north of India, the strong divergence zone on its eastern edge contributed positively to the development of upward motion. Initially the convective systems moved towards the south and then southeastward following the steering current in the middle troposphere. Based on these analyses, the physical model of the sudden record heavy rainfall has been proposed and a comparison between the heavy rainfall in this case and one in China has been conducted.

一次大暴雨过程中急流次级环流的激发及作用

使用双向嵌套数值模式ＭＭ４ 对１９９２ 年７ 月２３ 日发生在副高北侧京津冀地区的一次大暴雨过程进行了成功的数值模拟。利用模拟得到的高时空分辨率资料，对伴随高、低空急流的次级环流进行了诊断， 结果表明： 激发次级环流的主要因子和台风、夏季江淮气旋有明显不同； 总的次级环流在降水前， 有利于天气区不稳定能量的积累， 而在降水过程中提供了持续稳定的上升运动条件； 急流和暴雨之间通过次级环流存在着正反馈相互作用。

黄河中游一次大暴雨的观测分析与数值模拟

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、地面加密自动气象站资料等,对2013年7月9日黄河中游地区(山西)暴雨过程进行了观测分析,利用WRF中尺度模式输出结果分析了低层切变线及其附近中尺度扰动的演变特征、动热力结构及水汽特征,以及低层偏东北气流的性质和作用等。结果表明:暴雨大暴雨是由700 h Pa切变线附近激发的4个中尺度对流云团直接造成的;低层稳定的切变线附近形成的中尺度扰动低涡,与地面中尺度露点锋和中尺度辐合线共同作用,触发了中尺度对流云团的发生、发展。受来自低层西路和东北路两支冷空气夹挤,暴雨区暖湿空气沿东南—西北向被迫抬升,形成一个狭窄的沿西路冷空气爬升的倾斜上升气流区,在其两侧形成两个方向相反的次级环流圈。水汽辐合中心在边界层附近,但这不是造成暴雨大暴雨的主要原因。低层辐合上升运动持续增强,偏南风入流将水汽向暴雨区集中,而次级环流的上升支将水汽向高层输送,使得暴雨区上空局地整层可降水量持续增加,以及对流不稳定和对称不稳定共存,加强了涡层不稳定,水汽在强不稳定的环境中沿倾斜上升气流抬升凝结,并高效率下降,可能是此次暴雨大暴雨的重要原因。低层偏东北气流为干冷与暖湿的一个倾斜交界面,该面上各种气象要素并不均匀,但在其中心区域低层为温度的零平流区,以及垂直速度、涡度和散度等物理量的零线区;围绕该支气流形成一个反气旋式的次级环流圈;该支气流两侧均存在较大垂直风切变,随着该支气流的南压和向河套地区的深入,低层暖湿气流的上升辐合作用不断加强,下沉支也逐渐活跃,是中尺度对流系统发生发展的重要触发机制之一。

江淮梅雨锋暴雨过程中尺度系统的演变及结构特征分析与研究

利用ＨＵＢＥＸ试验期间的ＩＯＰ资料以及合肥多普勒天气雷达的信息以及中尺度数值模式，分析研究了发生在１９９９年６月２０～３０日江淮流域的梅雨锋暴雨过程。研究发现：α中尺度辐合线主要位于 ７００ ｈＰａ以下中低层；当有强降水发生时，辐合线上有明显的β中尺度气旋波动发生。与其相配合，多普勒雷达反射率图上存在一片约 ２０ ｋｍ×２０ ｋｍ且强度在 ４０ ｄＢＺ左右，回波顶高为 ７～８ ｋｍ，液态水垂直累积含量（ Ｖｉｌ）约为 １０ ｋｇ／ ｍ２的回波区，其尺度为γ中尺度。它的出现与锋生次级环流有着十分密切的关系，且由大尺度凝结潜热和对流凝结潜热强迫的次级环流对它的发生发展起着主导作用。

地形对台风“海燕”暴雨增幅作用的观测与模拟

1330号台风"海燕"过程影响海南岛的强降水落区和强降水极值点(毛感乡)均位于南部地区,利用海南省区域加密自动站、三亚多普勒雷达以及0.25°×0.25°ERA-interim再分析资料对强降水成因进行观测分析,应用WRF Ver3.1.1模式对"海燕"进行模拟试验。结果表明:(1)"海燕"从海南岛南部近海北上阶段,其外围的偏东风或偏南风与五指山、吊罗山形成向南开口的"厂"字形地形正交,加密自动站和多普勒雷达在五指山区及"厂"字形地形南侧均探测到多个β中尺度风向辐合切变线或气旋性辐合涡旋,毛感乡附近存在明显的风向辐合,地面辐合中心与小时雨量大值区基本吻合。(2)"厂"字形地形迎风坡的强迫抬升导致气流垂直速度增大,毛感乡附近存在的水平的β中尺度辐合切变和垂直的β中尺度环流,有利于边界层辐合和中高层辐散增强,降水显著增幅。(3)数值模拟的强降水落区和降水极值点与实况基本一致,极值雨量较实况偏小;地形对山区及山脉迎风(背风)坡的雨量增(减)幅作用明显;有地形时,在五指山区及"厂"字形地形南侧容易产生β中尺度风向辐合区。

黑龙江省春季两次罕见暖锋暴雨过程诊断分析

利用常规和加密气象观测资料、美国环境预报中心(National Center of Environmental Prediction,NCEP)的再分析格点资料及FY-2E卫星云顶亮温(Temperature of Black Body,TBB)观测资料,对2010年和2016年5月初黑龙江省两次罕见的春季暖锋暴雨过程进行追踪和诊断分析,探究两次春季暴雨过程的动力、水汽和不稳定条件及暴雨期间暖锋锋生和对称不稳定特征。结果表明:黑龙江省5月初两次暴雨过程的高空影响系统均为高空槽切断成冷涡,只是新生冷涡位置不同,导致暴雨落区不同。两次暴雨过程均出现了垂直于暖锋的次级环流,次级环流的出现有利于加强上升运动,从而加强降雨强度。两次暴雨过程大气均表现为热力稳定结构,暖锋前冷区低层有冷垫,并伴有弱下沉运动,暖湿空气在冷垫之上沿着锋面爬升,是造成持续性降雨的主要原因;不同之处在于2016年暴雨过程锋面之下的冷空气中,下沉运动的范围和厚度更大,冷垫和地形的共同作用使上升运动主要出现在锋区中上层。两次暴雨过程均发生在暖锋锋生时,降雨与锋生相伴,锋生最强时段也是降雨强度最大的时段;锋生作用减弱,降雨强度亦减弱;转为锋消时,降雨结束。对流层中层的湿对称不稳定,有利于降雨的维持和发展,并出现了与暖锋相平行的中尺度雨带特征。

一次副高控制下的江西暴雨过程模拟分析

利用WRF数值模式输出的高分辨率模式资料,对2010年7月14—15日江西出现的一次副高控制下的暴雨过程进行了分析。结果表明,此次暴雨过程同样也存在充沛的水汽输送,比湿、水汽通量散度基本都达到江西暴雨的阈值;暴雨区以北能量锋区密集,梯度达到12 K/纬距,大暴雨出现在强能量锋区南缘的高能量舌中;干冷气流侵入地面暖槽,地面扰动有利于强不稳定能量的释放,激发中尺度对流系统发展;强降水发生在切变线附近的西南气流中,并且强降水发生时中低层为一致的上升运动;低层辐合、高层辐散的抽吸作用对上升运动的维持十分有利;300 hPa层以下有正涡度柱存在,在其两侧有下沉气流,并有次级环流存在。

天水地区暴雨特征、环流形势及概念模型分析

为提高天水地区暴雨预报及服务能力,利用1965—2011年天水地区地面观测资料以及Micaps实况资料,运用统计学方法、天气学原理以及中尺度分析技术,对天水地区暴雨进行分析。结果表明:天水地区暴雨近47年来年均发生频次约为2.38次,呈略减少趋势,幅度为每10年下降0.135次,但变化趋势不明显;暴雨发生时间主要分布在每年的4—10月,集中在7—8月;暴雨空间分布自渭北区—河谷区—关山区依次增多;天水地区暴雨分布与地形有一定的关系;天水暴雨的主要环流形势有4种,即:西低东高型、副高西北侧西南气流型、低涡切变型以及副高控制型;天水地区最常见的暴雨环流形势是副高西北侧西南气流型,西低东高型、低涡切变型以及副高控制型暴雨所占比例相对较少;各形势下的暴雨主要影响系统、动力以及热力条件各有不同。

2015年6月皖江东部地区一次梅雨锋暴雨过程分析

利用雷达、卫星、地面自动站和NCEP再分析资料,对2015年6月16日皖江东部地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明:1)暴雨过程是在贝加尔湖高压脊稳定维持,以及西太平洋副热带高压稳定少动、500 h Pa高空槽东移、低层低涡切变维持和新生、高低空急流耦合、地面中尺度辐合系统稳定维持等十分有利的环流背景形势下产生的。2)中低层的西南急流旺盛对暴雨过程有重要作用;K指数大值区、800—900 h Pa高度内水汽辐合中心与强降水发生区域、时间都有很好的对应关系。高层强辐散中心有利于抽吸机制增强,平均散度的辐合层越厚,强降水越易发生。3)暴雨产生于梅雨锋南侧湿中性层结。降水增强时,θse锋区增强,低层垂直涡度显著发展,600 h Pa高度层以下正涡度增长一倍,垂直涡度的耦合强迫是湿中性层结下中尺度强暴雨系统发展的动力机制。梅雨锋南侧存在经向垂直反环流,北侧为经向垂直正环流,两支次级环流上升支在暴雨区汇合加强,为大暴雨创造了有利的动力条件。4)此次暴雨受沿江地区活跃的梅雨锋云带影响,TBB中心值小于-52℃的对流云团位于地面辐合线两侧,中尺度雨团位于TBB低值中心梯度区和地面辐合线上及其右侧东南气流中,冷空气南下后雨团位于辐合线北侧东北气流中。5)发展旺盛、降水效率较高的多个对流单体依次向东移动经过皖江东部地区,形成"列车效应",造成局地大暴雨。降水强度和西南暖湿气流的强度及持续时间密切相关。

北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征

为了探讨不同天气尺度背景下,北京地区短时强降水过程的基本特征,利用2007—2014年6—8月北京地区自动气象站观测数据和ECMWF ERA-Interim(0.5°×0.5°)全球再分析数据,在对北京地区短时强降水日的大尺度环流特征进行分型的基础上,基于分型合成场和距平场分析了北京地区短时强降水天气过程的基本环流背景及相应的中尺度环流特征。结果表明:(1)造成北京地区出现短时强降水过程的天气系统,依据其出现的频次,大体可分为副热带高压(副高)与西来槽相互作用型、西风小槽型、东北冷涡型和黄淮低涡倒槽型等4类;从低层水汽来看,除东北冷涡型主要来自于渤海、黄海外,其他3型短时强降水过程的水汽主要来自中国南海或东海。(2)不同天气系统主导下的短时强降水时空分布存在较大差异:在空间分布上,黄淮低涡倒槽型短时强降水带分布从北京东南平原穿过城区至西北山前成东南—西北走向,其余3型大体上沿北京地形成西南—东北走向,其中,西南山前、城区和东北山前地区是3个短时强降水事件的多发中心;在时间分布上,东北低涡型造成的短时强降水过程主要发生在午后,副高与西来槽相互作用型主要集中在傍晚至前半夜,而西风小槽型和黄淮低涡倒槽型短时强降水表现出较强的夜雨特征。(3)从中尺度环流特征上看,副高与西来槽相互作用型短时强降水过程主要是低层冷空气从北京西部、北部进入,首先触发山区对流,与之对应的雷暴高压逐渐组织化,外侧辐散气流(冷池出流)和山前的偏南风暖湿气流辐合造成对流过程加强;西风小槽型主要是边界层内较强东南风在北京西北部山前受地形阻挡,向两边绕流,西南支气流在西部形成气旋性环流,造成城区西部的对流性天气,东北支气流在东北部山前形成地形辐合线,夜间随着东南气流中偏南分量显著加强,东北部山前地区的辐合上升运动加强,造成东北部山前对流性天气,因此在短时强降水落区上表现为两个分离的多发中心且具有夜发性;东北冷涡型主要是系统性的冷空气从北京北部或西部南下,在山前与低空偏东风形成辐合切变线,触发午后对流性天气;黄淮低涡倒槽型主要是黄淮低涡顶部的低层偏东气流在北京西部山前辐合抬升,触发对流,并逐步演变为中尺度气旋性环流,形成相对组织化的短时强降水。

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究,结果表明:该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下,其主导系统为500hPa弱低压系统和低层偏东风切变线;极端暴雨主要由水平尺度约300km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生,其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关;郑州站小时强降水(201.9mm·h^(-1))由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生,其分钟降水量持续在3~4.7mm;边界层风场的动力辐合触发强烈对流,使得强降水区上空θse锋区长时间处于中性层结,其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支;中层500hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用,以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。

夏季北京地区强地形雨中尺度结构分析

利用卫星、雷达资料,分析了2002年6月24日北京地区大暴雨的降水云团演变特征,结果表明:中α尺度对流系统减弱过程中经历了中β尺度云团的发展过程,中β尺度对流云团是北京西部局地暴雨的影响系统;在观测分析的基础上进行了数值模拟分析:低层东风气流向西移动遇太行山东坡辐合抬升,黄土高原低层偏西风向东移动,受太行山脉强迫倾斜上升,与太行山东坡的地形抬升叠加,在太行山及其东坡产生强烈的上升运动,并形成垂直次级环流圈,同时,低层的偏南气流在燕山南坡上升,而冷空气偏北气流在燕山南坡半山腰下沉,该次级环流圈是北京西部山区强降水产生和维持的主要物理机制。

弱天气强迫背景下浙江两次暖区大暴雨过程成因分析

2021年6月9日夜间和6月12日夜间,浙江绍兴出现了两次暖区大暴雨过程,主、客观预报均出现较大偏差。本文利用地面加密自动站、多普勒雷达资料以及ERA5再分析资料,对这两次过程的环流场、触发机制和中尺度对流系统演变情况进行分析,结果如下:(1)两次过程均发生在弱天气强迫背景下,“609”过程是在边界层急流的作用下发生的,“612”过程发生在副高边缘;(2)“609”过程中垂直螺旋度大值中心最高伸展至对流层中层,上游位涡扰动不断向下游输送,促使暴雨区位涡扰动持续发展;“612”过程中垂直螺旋度大值中心仅伸展至对流层低层,等熵面上存在干冷空气侵入,有利于位涡扰动迅速加强;(3)两次过程的触发机制均为β中尺度辐合线,中尺度对流系统沿着辐合线不断发展,并处于“准静止”状态,造成大暴雨,“609”过程β中尺度系统较“612”过程停滞时间更长,同时受迎风坡地形抬升作用影响,降水总量更大。

四川盆地一次暴雨过程的中尺度对流及其环境场特征

利用常规地面和探空气象观测资料、自动气象站资料、卫星和雷达拼图资料以及NCEP FNL分析资料对2013年7月3-5日四川盆地强降水过程的中尺度对流系统及其环境场特征进行了分析。结果表明:此次降水过程分为三个阶段,分别对应三次中尺度对流系统的发生、发展;700 h Pa切变线和850h Pa低涡为中尺度对流系统的产生提供了有利的动力条件,中尺度对流系统沿700 h Pa切变线以及850h Pa低涡中心附近发生、发展,三个阶段的中尺度对流活动均与低层切变系统的发展、演变相吻合。冷空气对中尺度对流系统的发生发展具有重要影响,强降水的产生时间和空间分布均与冷空气入侵密切相关。四川盆地地形对强降水的产生有两方面的作用,一是使气流在山前辐合抬升,二是使冷空气堆积造成强的冷暖空气对峙,导致锋生作用加强。

江淮气旋暖锋上小对流带的非地转湿Q矢量诊断分析

利用WRF模式对2014年7月4日20时-5日14时发生在安徽中南部由江淮气旋引起的强降水过程进行模拟,得到暖锋上一类中-β尺度小对流带的雷达回波与实况有较好的一致性,运用非地转湿Q矢量对此对流带内部次级环流、降水落区和锋生锋消进行诊断。结果表明,湿Q矢量分量的正负和湿Q矢量散度可以指示经向或纬向垂直环流,小对流带始终与湿Q矢量散度带相伴随,小对流带内部存在方向相反的次级环流,在湿Q矢量辐合区域上升,在湿Q矢量辐散区域下沉。根据湿Q矢量与温度梯度矢量乘积的正负指示的锋生,无法完全诊断江淮气旋暖锋上中-β尺度小对流带导致的降水落区。降水最终落在700 hPa高度层湿Q矢量辐合区附近,这与水汽通量辐合区受小雨带内部次级环流中下沉气流的拖曳作用有关。

2022年一次果洛北部暴雨天气过程分析

对果洛州2022年6月24—25日发生的一次强对流天气进行分析,得出:西太平洋副高东退,西南气流携带暖湿气流与西风槽槽后冷空气交汇引发不稳定能量释放,明显辐合线长时间维持触发降水,同时深厚湿层以及低层辐合、高层辐散引发强烈的上升运动成为降水有利条件,卫星云图和雷达产品发展演变与降水落区、时间都有很好的对应性。