Study on Prediction of Summer Rainstorm Induced by Southwest Vortex in Guizhou Province

[Objective] The aim was to study the prediction of summer rainstorm induced by southwest vortex.[Method] Based on 2.5°×2.5° re-analysis data in four time points a day from June to August during 1971-2008 at 700 hPa in northern hemisphere provided by NECP,rainstorm and southwest vortex from June to August in Guizhou Province were studied systematically,and the forecast data of rainstorm induced by southest vortex was obtained.[Result] Southwest vortex was one of major systems influencing rainstorm in flood season(from June to August),especially in June and July;the occurrence of this kind of rainstorm was closely related to the moving path of southwest vortex,activity of cold air,environmental flow field at 500 hPa,shear line at 850 hPa,southwest jet,position of subtropical high ridge,water vapour conditions,vorticity field,etc.On the basis of factual data,objective forecast system was established and verified by means of similar method and physical diagnosis.The results showed that it was rational to choose upper trough,southwest vortex,conditions of vertical movement,southwest jet,water vapour conditions,etc.as forecast factors;when the center of southwest vortex was located in major key area(100°-105° E,25°-35° N),and secondary key area(105°-108° E,25°-35° N),regional rainstorm occurred most easily,especially in major key area with high frequency of rainstorm.[Conclusion] The study could provide references for the improvement of prediction level of rainstorm induced by southwest vortex,disaster prevention and reduction.

不同天气尺度强迫下陕西暴雨的成因对比

选取常规高空观测资料、地面加密观测资料和ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料,对2020年8月4—7日陕西持续性暴雨过程进行诊断分析,并探讨了暴雨发生发展的物理机制。结果表明:暴雨过程分为两个阶段,分别是5日陕北区域暴雨和7日陕西中南部暴雨,二者的环流背景差异显著;5日暴雨的主要影响天气系统是高空槽、低空急流和低涡,中低层急流强且维持时间长,系统涡度大、辐合强,天气尺度强迫强;7日暴雨的主要影响天气系统是短波槽和低层切变,中低层大气风速小,系统涡度小,辐合相对弱,天气尺度强迫较弱。4—5日中低层大气水汽输送强,水汽输送较气候态偏大3~4σ;700 hPa西南急流和850 hPa东南急流给陕北带来充沛的水汽,中低层大气存在明显低涡,大气湿斜压性强,同时低涡南侧有明显锋生,次级环流增强上升运动,水汽在低涡中心及右侧强烈辐合抬升,强降水得以维持;800~700 hPa存在条件对称不稳定,进一步增强上升运动,异常充沛的水汽供应和偏强的低涡造成持续的上升运动是本阶段产生极端大暴雨的主要原因。6—7日陕西中南部水汽输送较弱,水汽辐合强度较小,但本地可降水量大;暴雨区为暖湿大气控制,对流不稳定较强,对流有效位能大,切变线辐合抬升触发对流,降水对流性更强;本阶段强降水较为分散,但雨强大且持续时间短,与地形关系密切。

一次江淮气旋引起的区域大暴雨可预报性分析及模式检验

利用常规观测资料和逐6 h的ERA5空间分辨率为0.25°×0.25°的再分析资料及数值产品,采用天气学分析和物理量诊断等方法,对河南2020年6月一次江淮气旋区域大暴雨的可预报性进行分析.结果表明:(1)强降水主要出现在850 hPa低涡前部西南急流出口区顶部和切变线两侧50~100 km的重叠区域内、地面气旋辐合线附近及左侧冷暖空气交汇处,以冷区降水为主.(2)水汽和动力条件均具有极端性,PWAT、Q850、Qu850、垂直上升运动速度值均超过了河南各类型100 mm以上强降水统计阈值.(3)850 hPa低涡的移动方向和地面3 h负变压中心移动方向对地面气旋的移动有引导作用,负变压中心较气旋中心出现时间早12 h左右.(4)数值模式EC在24~240 h内、CMA-GFS在24~168 h内晴雨准确率和小雨量级TS评分>0.8,暴雨及以下量级的降水TS评分24~72 h内CMA-GFS优于EC,96 h后CMA-GFS低于EC.(5)EC和CMA-GFS强降水落区较实况偏北0.7~0.8个纬度.

2021年6月东北冷涡暴雨降水物理过程观测与模拟研究

本文针对2021年6月2~3日发生在辽宁和吉林两省的东北冷涡暴雨过程,利用多源观测和再分析数据,首先开展综合观测分析,进而利用WRF模式对此次暴雨过程的主降水时段开展高分辨率数值模拟,并结合三维降水诊断方程,开展宏、微观物理过程和暴雨形成机理模拟诊断研究。结果表明,此次暴雨过程降水范围广、局地雨强大、对流性突出;暴雨过程期间,东亚大气环流相对稳定,东北冷涡缓慢东移,携带冷空气南下,与偏南暖湿气流汇合,触发涡旋云系发展;两省位于高空急流核出口区左前方和偏南低空急流前侧,低层辐合—高层辐散的动力结构有助于强降水系统发展。伴随水汽辐合加强,云物理过程旺盛发展,水凝物含量显著升高,其中霰粒子通过融化成雨滴等云物理过程,对强降水起到重要贡献。云滴通过水汽凝结过程迅速增长,但同时由于云微物理转化过程而被大量消耗,用于云系发展和降水发生。降水强度受水汽收支和云收支过程共同影响,强降水前期,伴随强盛水汽输送与辐合,区域上空水汽含量显著增加,降水系统发展;强降水后期,伴随冷涡云系逐步东移,区域内辐合减弱,局地大气内水汽明显消耗,以继续支撑较强降水。伴随水汽局地辐合,水凝物旺盛发展(尤其是冰相水凝物)。过程初期,液相水凝物动力辐合与微物理转化过程共同支撑降水云系快速发展;降水峰值时段,上述两过程仍然活跃,但由于强降水显著消耗,水凝物含量局地变化不明显。整个暴雨过程期间,液相水凝物持续辐合,而冰相水凝物于初期短暂辐合之后,逐渐减弱为弱辐散,这一演变特征与局地热、动力结构及其演变有关。

2021年6月东北冷涡暴雨水汽来源和源区贡献分析

本文针对2021年6月2~3日发生在东北地区的冷涡暴雨过程,首先利用传统欧拉方法,初步分析了此次初夏东北冷涡暴雨过程的水汽输送与辐合特征,进而利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART和水汽来源与源区定量贡献分析方法,揭示出此次暴雨过程的水汽源地和源区定量贡献。结果表明:此次初夏冷涡暴雨过程期间,副热带高压偏南,东北地区主要受东北冷涡和其下游日本海弱高压脊影响,但对流层低层,副高主体与日本海弱高压脊之间存在气旋性切变流场,促成一支低空急流沿我国沿海地区北上,有利于东北地区南侧水汽向北输送,与东北冷涡后部干冷空气在辽宁和吉林省交汇,触发强降水。拉格朗日轨迹追踪显示,60%以上的目标气块来自降水区西侧和西北侧的亚欧大陆地区,这些气块初始位置高度较高,途径我国东海、黄海一带时,高度显著降低,并汇入偏南暖湿气流,进而流入目标降水区;还有部分气块来自贝加尔湖及其以东地区以及我国南海和中南部大陆地区,气块初始位置及行进过程中高度均较低。水汽源区对目标降水区的水汽定量贡献显示,东海—黄海至西北太平洋地区贡献最大(贡献率37.04%),中国大陆中东部紧随其后(贡献率30.05%),显著的水汽摄取和较低的沿途损失,使得上述两区域水汽贡献显著,而降水区局地摄取水汽的贡献排在第三位;此外,贝加尔湖及其以东地区和亚欧大陆中西部亦有一定贡献(尽管亚欧大陆中西部的水汽摄取总量亦较大,但绝大部分水汽在远距离输送过程中损耗),而印度半岛至中国南海地区水汽贡献最小。相对于传统的欧拉方法,拉格朗日方法可以更清晰地给出暴雨过程主要的水汽源地及其贡献。

珠江三角洲“9·7”极端暴雨精细观测特征及成因

2023年9月7—8日珠江三角洲出现极端特大暴雨(简称“9·7”极端暴雨)。应用多源资料分析该过程的精细化观测特征及成因,结果表明:“9·7”极端暴雨由高层辐散、中层弱引导气流、低层西南季风和台风海葵(2311)残涡共同造成,水平尺度约为100 km的带状中尺度对流复合体长时间维持,列车效应和暖云降水特征显著,雷达回波质心低,最强降水阶段不低于45 dBZ的强回波质心位于4 km高度以下,不低于30 dBZ的强回波在深圳持续时间长达21 h。该天气过程以中小雨滴为主且数浓度较大,当降水强度大于20 mm·h^(-1)时,雨滴粒径增大但数浓度明显降低。“9·7”极端暴雨持续时间、强度和落区与边界层低空急流脉动、急流核区位置对应很好,强降水出现在低空急流指数迅速加强后的1~2 h内,低空急流和低空急流指数变化对强降水具有重要指示意义。台风海葵(2311)残涡在珠江三角洲的长时间滞留是此次极端暴雨的天气尺度原因,深厚的边界层低空急流提供了良好的动力和水汽条件,对流风暴的持续生成和维持是此次极端暴雨的直接原因。

台风“美莎克”对黑龙江的影响及其非对称结构特征

使用常规观测资料及ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料,对2009号台风“美莎克”进行分析。结果表明:此次过程,副热带高压异常强大,位置偏北,并与北侧阻高合并形成高压坝阻挡;“美莎克”沿副高外围北上与中纬度低涡及冷空气相互作用,变性后斜压性明显加大,低涡增强;“美莎克”携带大量水汽,同时中低空急流将海上水汽持续向黑龙江输送,并在黑龙江强烈辐合,形成强的水汽辐合区和水汽辐合带;高低空急流耦合构成强的垂直环流,对应非常强的垂直上升速度;副热带高压向西北伸展,高空引导气流和热成风方向转为西北-东南向,促使“美莎克”登陆后向西北移动,穿过黑龙江,是黑龙江出现大暴雨的主要原因。分析台风中心涡度、散度、垂直速度、位温、湿位涡等物理量的三维结构变化,认识台风在北上登陆中的变性过程以及降水出现非对称结构的原因。

一次西南涡影响下四川盆地夏季暴雨过程昼夜降水的对比分析

本文利用四川省国家气象站观测数据、地面加密观测数据和国家气象信息中心格点降水资料,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析资料、美国国家环境预报中心(NCEP)的FNL再分析资料,对四川盆地2020年8月15—16日一次西南涡影响下暴雨的昼夜特征进行对比分析,研究西南涡控制下昼夜降水特征的异同。结果表明:(1)西南涡在整个过程中表现为夜间增强而日间减弱,夜间暴雨和日间暴雨在西南涡影响下存在明显差异。夜间暴雨和日间暴雨6 h累计降水量分别为174.7 mm、104.6 mm,且夜间的降水强度和区域明显大于日间。(2)西南涡影响下昼夜暴雨的垂直上升运动场也存在明显差异,夜间暴雨的上升运动强烈,上升气流最高可达150 hPa(对流层顶)且范围明显大于日间降水。(3)西南涡影响下夜间降水和日间降水均有明显的高湿区且范围随时间变化不断扩大。夜间时段比湿强度、气柱可降水量均明显强于日间时段,且存在较强的水汽通量辐合。夜间水汽输送偏强是导致其降水量显著高于日间的主要因素之一。

怀化市一次大暴雨过程分析

利用NCEP再分析资料(分辨率:1°×1°)、常规观测资料及区域自动站降水资料,对2015年7月22日至23日出现在怀化的一次大暴雨天气过程进行分析。结果表明:这次过程是由高空低槽带动中低层低涡切变东移所引发的,强降雨区850 hPa水汽通量大、水汽辐合剧烈,且比湿在15 g/kg以上;低层正涡度、高层负涡度及低层辐合、高层辐散的形势利于强降雨的发生,强降雨出现在850 hPa能量锋区前缘假相当位温大值区与700 hPa强垂直上升速度重叠的区域;另外,地形动力作用对这次大暴雨过程有一定的影响。

昆仑山北坡“6·14”极端暴雨过程的中尺度对流系统特征分析

在全球变暖的背景下,昆仑山北坡极端暴雨频发且影响巨大,由于对其的观测和研究相对匮乏,使得该区域暴雨监测和预报难度大。理解其发生机理和关键影响系统是提高其监测预报的有效途径,对该区域防灾减灾意义重大。利用高时空分辨率的气象观测资料、GPS/Met大气可降水量(PWV)资料、风云卫星资料(FY-2H)和ERA5再分析资料,对2021年6月14—17日昆仑山北坡一次极端暴雨过程进行大尺度环流背景场和中尺度对流系统特征分析。结果表明:(1)此次暴雨过程,暴雨站数多、累积降水量大、局地性强并且极端性强,在和田地区出现3个极端暴雨中心,分别发生了短时强降水和连续性降水。其中短时强降水过程持续时间短,最大小时雨强达29.4 mm;连续性降水持续时间达3 d,小时雨强小于5 mm。本次极端暴雨发生的有利环流背景是双体型南亚高压在对流层高层维持,中亚低涡形成发展。在高低空急流共同作用下,高层强辐散、低层辐合促进大气垂直运动发展,500 hPa偏南气流、700 hPa切变线以及850 hPa偏东气流相互配合为暴雨提供有利动力配置。(2)对流层中层以西南路径和西南+南方路径水汽输送为主,低层主要以低空偏东急流携带水汽输送为主,中低层水汽输送路径形成耦合,促进本次极端暴雨的发展加强。极端暴雨发生前持续的水汽输送和强的水汽通量辐合中心,使得暴雨区大气可降水量(PWV)在降水前出现显著增湿聚集过程,PWV达30 mm。(3)列车效应型+合并加强型中尺度对流云团不断在暴雨站点上空生成发展并移过,是触发短时强降水的直接影响系统,站点位于对流云团黑体亮温(TBB)梯度最大处。中-β和中-α尺度对流云团发展维持以及涡旋状中尺度对流云带的持续覆盖,是导致暴雨站点发生连续性降水的关键系统。

西行低涡特征及其对“21.7”河南暴雨影响分析

2021年7月河南出现极端暴雨,黄淮地区存在一个自东向西移动的低涡,是降水过程发展增强的主要影响系统。针对低涡的研究主要集中于自西向东的移动路径,很少考虑西行低涡的机制及特征。利用地面常规气象资料、区域气象站及雷达等非常规观测资料、ERA5再分析资料,对“21.7”暴雨的大气环流形势、西行低涡移动路径、各层系统配置及低涡西行原因进行特征分析,并从水汽、热力、动力及对流触发等方面分析西行低涡对“21.7”暴雨的影响,结果表明:(1)“21.7”河南暴雨期间大气环流形势稳定,黄淮地区为典型的“鞍型场”,西行低涡移动路径为先向西南后向西北。(2)西行低涡各层系统配置复杂,低涡东侧副高及台风“烟花”西进使低涡附近偏东急流加强,低涡自东向西移动。(3)西行低涡水汽条件充沛、动力条件旺盛、热力条件充足,低涡与低层切变线、地面辐合线共同作用,使对流触发条件增强。

川渝盆地东部一次典型区域性暴雨特征及其西南涡发展机制

利用多源观测、FY4卫星资料和ERA5再分析资料,对2022年6月26—27日川渝盆地东部一次西南涡暴雨天气过程的环流形势、中尺度对流系统发生发展以及卫星云图的演变特征进行诊断分析,并应用涡度方程探究造成此次暴雨过程的西南涡发展维持机制。结果表明:(1)此次西南涡暴雨天气过程是在多尺度天气系统有利配合下,冷锋裹挟近地面冷空气与低层偏南暖湿气流对峙交锋所导致的;(2)大尺度环流系统为西南涡的发展加深提供了动力条件,对流云团及强降水落区主要分布在低涡东侧及低层切变线附近的强动力抬升区,夜间西南气流的暖湿输送促使降水范围逐渐扩大且持续;(3)西南涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响,其中地转分量使局地涡度不断减小,而非地转风分量则使局地涡度不断增加。

2012—2020年西南低涡气候特征及对重庆暴雨的影响

基于2012—2020年西南低涡年鉴资料,统计分析了西南低涡的时空演变及涡源、移动路径、生命史等气候特征,再结合雨量数据分析了西南低涡对重庆暴雨的影响。结果表明:(1)西南低涡一年四季都有生成,其中3—6月频发,尤其是在6月最多,7月和8月最少;白天和夜间生成几率大致相当,但盆地涡主要在夜间生成,而小金涡以白天生成为主。(2)西南低涡中,九龙涡最多,盆地涡次之,小金涡最少;大部分西南低涡生成后会在源地消亡,其中小金涡更易移出生成地,盆地涡较九龙涡和小金涡的移出率低。(3)西南低涡移动总体上可分为东北、正东、东南和西南共4个方向,以偏东方向移动为主,最远可达我国东北和华东地区。(4)超过80%西南低涡的生命史小于48 h,个别生命史长达120 h以上,最长可达180 h。(5)76%的重庆区域性暴雨与西南低涡有关,主要以盆地涡影响为主,其对长江以北的重庆各区县影响尤为明显。

基于逻辑回归法的浙江省低涡型暴雨落区预报研究

大气低涡是造成我国南方地区暴雨洪涝的重要天气系统,大气低涡背景下的暴雨突发性、局地性强,其发生时间、强度和落区一直是气象预报业务的难点。为提高浙江省暴雨预报准确率,本文利用1979—2020年浙江省逐日格点降水观测数据和美国国家环境预测中心气候预测系统再分析数据集,首先分析了浙江省内近42 a由大气低涡造成的区域性暴雨事件(以下简称低涡型暴雨)的气候特征;然后将850 hPa垂直速度、水汽通量散度、速度散度、低空急流、切变线以及700 hPa垂直速度作为预报因子,基于“配料法”并结合逻辑回归方法构建了低涡型暴雨落区预报模型;最后基于该模型利用2021年欧洲中期天气预报中心预报产品进行暴雨落区预报,并使用同期实况降水进行了系统性检验和天气过程检验。结果表明,该模型总体性能较好,提前24 h和12 h时效的暴雨预报能力均有提升,可将12%的准确率和20%左右的命中率分别提升至14%和40%附近,漏报率从75%以上降至60%附近,但存在着一定程度的空报。

陕北两次不同强度的区域性暴雨过程特征对比

利用ERA-5逐小时再分析资料、雷达资料、地面加密站和常规探空资料,对2019年7月21日和2020年8月4日陕北地区两次不同强度的暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)强降水的持续性是造成“0804”过程累计降水量大于“0721”过程的直接原因。(2)“0804”过程中,陕北上空层-积混合云回波在夜间的走向和移动方向一致,“列车效应”使低质心暖云降水长时间维持。(3)两次过程降水强度的区别与高低空急流、低涡路径和水汽有密切联系。与“0721”过程相比,“0804”过程中200 hPa高空急流更为稳定,700 hPa西南急流强度更大,强雨带更靠近低涡中心,动力抬升和水汽辐合均偏强。(4)两次过程对流触发机制存在差异,“0804”过程前期地面较强的偏东风更有利于地形抬升。

凉山州区域性暖区暴雨特征及环流分型研究

选取2013—2022年4—10月凉山州降水数据,结合常规地面观测、高空观测和NCEP再分析资料,制定了凉山州区域性暖区暴雨的统计标准,并对筛选出的42例区域性暖区暴雨进行统计分析和天气学诊断。结果表明:根据天气形势和主要影响系统,凉山州区域性暖区暴雨可分为西南低涡型、冷切变型、暖切变型、西南风型、东南风型5类,其中西南低涡型最多,东南风型最少。各类区域性暖区暴雨都具有短时强降水特征,强降水均出现在傍晚到夜间,白天降水强度减弱。西南低涡型常出现在低涡中心或外围东南侧,降水成片集中,易出现小时雨量≥50 mm的极端强降水。冷切变型常出现在冷切变线东南侧。暖切变型常出现在暖切变线东北侧。西南风型降水成片集中且范围广,多出现在低层一致的西南气流带中,在风速辐合区及脉动区尤为常见。东南风型降水较分散,易出现在山脉迎风坡。东南风型的水汽主要来源于南海和热带西太平洋,其余4类的水汽主要来源于孟加拉湾。5类区域性暖区暴雨均发生在高能高湿的不稳定层结中,配合有较强的垂直上升运动。西南风型、西南低涡型及东南风型的各物理量平均值均优于冷切变型和暖切变型,以西南风型各物理量整体配置更优。

一次有台风影响的广元市中东部暴雨过程分析

利用地面自动站降水资料、MICAPS高空实况资料、雷达资料和数值预报资料,对2019年7月19日广元市中东部出现的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明,暴雨过程期间,受高空低值系统和低层暖湿气流的共同影响,同时伴随有台风活动,低层水汽条件和能量条件充沛。台风在此次过程中的作用,一是阻挡高空低值系统的东移,使影响系统较长时间维持在暴雨区;二是台风北侧偏东风气流将大量水汽源源不断向暴雨区输送。低涡切变线有利于水汽的辐合上升,在不稳定的暖湿大气层结中,地面弱冷空气入侵触发不稳定能量的释放。雷达特征显示广元市中东部为明显的片状混合云回波,中心回波强度超过45 dBZ,与强降雨中心落区一致。此次过程数值预报对形势的预报较为准确,对量级预报也有较好把握,但对落区预报较实况存在一定偏差,仅具有一定的参考价值。

Analysis of Heavy Precipitation Process in Eastern China from July 26 to 29, 2022

Based on the data of the National Climate Center of China and the NCEP of the United States, a heavy precipitation process in eastern China during July 26-29, 2022 was analyzed. The results show that: The precipitation process was formed under the influence of the low level southwest jet stream at the edge of the subtropical high. The eastward development of the low vortex and trough and the continuous strengthening of the upper level jet stream, combined with the influence of topographic convergence, provided extremely favorable conditions for the occurrence of the rainstorm.

贵州一次短历时极端暴雨的形成过程及机理分析

利用地面常规观测及加密自动站观测资料、FY-4A卫星云图、多普勒天气雷达和风廓线雷达产品、ERA5再分析资料,对2022年5月29日贵州中南部的一次打破历史记录的短历时极端暴雨过程,从其形成过程和形成机理等方面进行了分析。结果表明:(1)此次短历时极端暴雨是在典型的低槽冷锋形势下,由中-β尺度低涡和地形的共同作用造成;对流发生前,异常高的整层可降水量、低层强烈的水汽辐合、显著的水汽垂直递减率为短历时强降水提供了有利的水汽条件。(2)最强降水发生在MCC的形成和维持阶段,TBB的强度变化与降水强度变化一致,TBB最低值和10 min最强降水在同一时段发生;暴雨中心区受“人”字形回波和多个低质心的强回波单体重复影响,形成短历时极端强降水。(3)对流单体沿锋面及锋生区生成发展,锋前静力不稳定层结、低层辐合、高层辐散的有利配置使得对流移经时得到维持和增强,中-β尺度低涡、冷池和地形的共同影响也提供了维持条件,而对低涡、冷池和地形作用的把握不足是造成预报偏差的主要原因。

Analysis of the Regional Heavy Rainstorm Caused by A Cooling Shear Line

By using the conventional data,the rainfall data in the automatic weather station and so on,a regional heavy rainstorm which happened in the northwest and north central region of Shandong Province during May 9-10,2009 was analyzed.The results showed that the cooling shear line in low altitude was the main system which caused the heavy rainstorm.The rainstorm mainly happened on the left front of jet stream in low altitude,the right of cooling shear line in low altitude and the northeast quadrant of vortex.The southwest jet stream in the west of subtropical high established a water vapor passage from the South China Sea to the center of North China.It not only provided warm and wet air and energy for the development of heavy rainstorm,but also was the necessary condition which shear line in low altitude stagnated for a long time.Ground frontal cyclone was the trigger mechanism of rainstorm.The northeast wet and cold air joined with the southwest warm and wet air in Shandong after the front,which prompted the development of convection and the release of instable energy to form the rainstorm.