The Cold Vortex Circulation over Northeastern China and Regional Rainstorm Events

In this study,regional rainstorm events (RREs) in northeastern China associated with the activity of the Northeastern China Cold Vortex (NCCV) were investigated on a medium-range time scale.The RREs occurring in northeastern China could be categorized into three groups according to the distribution of heavy rainfall.The largest cluster is characterized by the rainstorm events that occur on the northwestern side of the Changbai Mountains along a southwest-northeast axis.These events occur most frequently during the post-meiyu period.The authors place particular emphasis on the RREs that belong to the largest cluster and are closely associated with the activity of the NCCV.These RREs were preconditioned by the transportation of substantial amounts of water vapor to which the anomalous western Pacific subtropical high (WPSH) contributed.The attendant anomalous WPSH was primarily driven by the anomalous transient eddy feedback forcing the nearby East Asian jet.The development of the NCCV circulation was concurrent with the RREs and acted as their primary causative factor.A perspective based on low-frequency dynamics indicates that Rossby wave packets emanated from the blocking-type circulation over northeastern Asia led to the development of the NCCV activity.

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.

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。

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。

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。

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。

中国西南部一次东移型暴雨中涡旋发展的多尺度地形影响研究

由观测和数值模拟结果分析发现,2019年8月5~6日中国西南部的东移型致灾暴雨事件中存在三涡(南北双高原涡、西南涡)相继发展并导致暴雨加强和移动的现象。借助数值试验,研究了多尺度地形因子(青藏高原、横断山脉和四川盆地三大地形)各自对涡旋演变的作用。结果表明,横断山脉对西南涡的形成起关键作用,四川盆地影响着西南涡的位置和强度。对于高原涡(南侧高原涡)的移动,四川盆地地形只影响涡旋强度演变,但不会改变高原涡的移动路径。一旦横断山脉被移除,高原涡的东移现象随之消失。进一步分析青藏高原和四川盆地交界处的陡峭地形坡度改变对涡旋发展的影响发现,发现坡度越陡,高原涡移动速度越快,且盆地内二涡合并后的西南涡强度越强。最后借助于倾斜涡度发展理论,解释了不同坡度对涡旋强度演变的影响:随着坡度变陡,倾斜涡度发展系数沿涡旋下滑路径快速减小,对垂直涡度局地倾向的强迫作用,加剧了涡旋的快速加强。

山西晋城“7·11”暴雨过程雨滴谱特征

利用降水现象仪观测资料,对2021年7月11日山西晋城一次暴雨过程的雨滴谱特征进行分析。结果表明:雨滴数浓度、雨强和谱宽随时间变化趋势基本一致;雨滴直径等级频数百分率和质量百分率分布均呈明显的双峰或三峰结构;此次过程以直径D<1 mm的小雨滴为主,其对雨强R的贡献率仅为7.46%,而1 mm≤D<3 mm的大雨滴对R的贡献率达到了77.44%;雨滴落速主要集中在2~5 m/s。当R≥20 mm/h时,Gamma分布参数N0、μ和λ随时间的起伏变化相对平缓,平均变化率分别为6.2%、46.7%和18.0%;lg N_(W)-D_(m)分布显示,此次低涡暴雨过程既非大陆性对流降水,亦非海洋性对流降水;μ-λ之间存在较好的二项式函数关系,相关系数为0.901。幂函数对于降水动能参数关系Et-R和Ed-R的拟合性能更优,二项式函数拟合对于Ed-Dm效果更好。采用最小二乘法得到Z-R拟合关系,在R≥20 mm/h时,估测效果优于经典Z-R关系。

山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明:此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强,在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中,强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体;在弱高空辐散场下,从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子,其时空演变特征与中尺度云团变化一致,与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展,低涡南部有暖湿气流入流,北部有干冷气流流入,比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布,是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布;低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用,导致强垂直运动发展并维持,是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。

西北涡与西南涡共同作用引发秦巴区域大暴雨的成因分析

利用常规观测资料、ERA-5再分析数据、FY-4A卫星资料,对2021年9月3-4日一次西北涡与西南涡共同作用引发的秦巴区域大暴雨过程进行了研究,探讨了两涡作用导致大暴雨的中尺度环境场特征,并对西南涡的形成过程进行诊断分析。结果表明:秦巴区域的大暴雨是在西北涡与西南涡共同作用下由中尺度对流复合体(Mesoscal Convective Complex,MCC)引起的,强降水位于MCC云顶亮温冷中心及后部偏冷空气一侧的亮温梯度大值区。西南涡生成前,西北涡后部的偏北气流与西南气流形成了中尺度切变线,在秦巴区域触发对流不稳定而激发出中尺度对流云团而产生降水;西南涡生成后与西北涡共同作用,使秦巴区域水汽的输送加强,对流层低层形成强烈辐合,正涡度和垂直上升运动加强,使MCC强烈发展并具有较长生命史,同时伴随β和γ中尺度的对流云团发展,加强了该区域的强降水,从而造成大暴雨。该过程中西南涡是由500 hPa低涡产生的正涡度和高位涡向下传递强迫,使西北涡后部偏北风与西南气流气旋性运动加强从而形成涡旋环流,西南涡与500 hPa低涡的垂直耦合使其发展为强大的涡旋系统,从而加强水汽的辐合上升运动以加强降水。

2020年“6·26”冕宁致灾暴雨成因观测分析

利用多源观测数据,结合ERA5再分析资料,从环流背景、水汽条件、局地探空特征、对流系统演变以及地形影响等方面,分析了“6.26”冕宁暴雨的可能成因。结果表明:(1)暴雨期间,500 hPa环流形势相对稳定,伴随中纬度槽东移和副热带高压西进,二者间西南气流显著增强,影响四川地区;盆地低涡北部非地转风风向随时间顺时针变化,使夜间向低涡中心辐合的气流增强,促进低涡发生、发展;盆地低涡西部的偏北气流和攀西高原的西南气流同时增强,使局地环流发生变化,改变降水区低层动力和水汽条件,决定降水起止。(2)冕宁暴雨过程分为两个阶段:前期,受地形和冷池出流抬升影响,以及叠加其上的中层辐合的接力抬升作用,西南暖湿气流冲破对流抑制,在灵山寺西南侧山前形成强对流单体,强对流单体随引导气流向东北移动到灵山寺站,带来强降水;后期,受山前地形阻挡和山后源自盆地的冷空气的共同作用下,西南暖湿气流辐合上升运动的强度和伸展高度同时增加,灵山寺站附近不断有质心(回波强度超过50 dBZ)高度较低的强回波单体生消,降水强度显著增强。

一次干旱区极端暴雨天气的中尺度特征分析

干旱区内的暴雨天气发生频次很低,但影响重,深入分析其中尺度特征,对进一步理解干旱区暴雨的形成机理有重要意义。本文利用ECMWF的ERA5逐小时再分析资料、FY-4A卫星红外通道资料、嘉峪关雷达资料和实况观测等资料,分析了2019年6月20日引发河西走廊西部极端暴雨的β中尺度高空低涡的发展演变特征及暴雨局地性成因。结果表明:β中尺度高空低涡的雏形在青海海西州的西部生成,向甘肃肃北移动,从高层(400~250 hPa)向低层(700 hPa)发展,强度逐渐增强,移动过程中垂直涡度的空间结构从大范围倾斜涡柱逐渐收缩成近乎直立的深厚低涡,此阶段,200 hPa正涡度平流、正湿位涡下传等因子起主要作用,温度平流的作用较小。随后高空低涡缓慢东移,强度开始衰减,影响范围扩大,动力作用减弱,但中低层潜热反馈和低涡系统下山减缓高空低涡的衰减速度;高空低涡仍维持12 h以上,此时大气处于弱不稳定状态,水平尺度仅有40 km酒泉暴雨发生在此阶段。整体来看,湿位涡下传对高空低涡演变有较好的指示意义。酒泉站附近形成相较于周围更强的水汽辐合和上升运动,随着边界层偏强东风从鼎新-金塔垂直于祁连山脉灌入酒泉站附近,触发局地弱对流,雷达回波呈质心低,强度弱的特征,形成最大小时雨量为23.4 mm·h^(-1)的降水,大于10 mm·h^(-1)短时强降水持续3 h。

四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3~6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。

贺兰山东麓两次暴雨过程湿位涡特征分析

选用宁夏贺兰山东麓512个自动气象观测站逐小时降水量数据和ERA5再分析资料及常规气象探测资料,对比分析该地区2018年7月22日特大暴雨和2020年8月11日大暴雨过程的湿位涡特征,探讨两次暴雨发生发展机制。结果表明:两次暴雨过程均发生在“东高西低”的环流形势下,西太平洋副热带高压西侧的偏南气流、高低空急流配置以及台风为暴雨过程提供了有利的水汽和动力条件;暴雨发生前3~6 h,对流层低层700~850 hPa存在湿位涡正压项(MPV1)负值中心和湿位涡斜压项(MPV2)正负中心过渡的等值线密集带,其移动发展及持续时间同暴雨发生发展有较好的对应,对暴雨预报有一定指示作用。对流层低层MPV1负值区和MPV2正值区相叠加的位置是强降水易发区,且MPV1、MPV2强度越强、持续时间越长,降水越强,当MPV1和MPV2趋于零时,大气层结稳定,降水过程逐渐结束。

新疆南疆极端干旱区典型暴雨的水汽特征及触发机制分析

为加强对南疆暴雨过程的水汽特征和触发机理的认识,利用FNL和ERA5再分析资料、地面自动气象站观测资料、 FY-2G静止卫星的黑体亮温(TBB)资料,对2019年6月24-28日南疆极端干旱区暴雨过程进行了分析。结果表明,此次南疆地区持续性强降水天气发生在"两槽两脊"的纬向环流形势下,巴湖低涡、伊朗高压脊和辐合线是导致此次强降水过程的主要天气系统。暴雨的水汽主要来自于大西洋、黑海、里/咸海、阿拉伯海和孟加拉湾沿着西北路径、偏西路径和西南路径到达南疆盆地。低空急流引导着偏西北和偏西路径的水汽输送到南疆盆地,西南路径的水汽则在南疆西部500 hPa气旋性风场、 200 hPa高空西南急流的引导下翻越青藏高原输送到南疆地区。水汽收支计算表明:水汽的输入主要集中在南边界对流层高层和北边界对流层低层和高层;水汽的输出集中在东边界对流层低层和高层。南疆盆地南侧高大陡峭地形(昆仑山脉)的阻挡,使得从北部侵入的主导气流在山前辐合生成的中尺度辐合线,是此次强降水的主要触发系统。辐合线以北的偏西北气流带来的水汽在山前堆积,在地形抬升作用下不断辐合并抬升,不稳定能量释放,对流系统在山前不断生成发展,造成和田等地区持续的强降水天气。

一次东北冷涡过程暴雨及强对流天气分析

利用高空、地面等常规气象资料和多普勒雷达资料,对2022年6月4—7日影响吉林省辽源市的东北冷涡暴雨过程进行诊断,结果表明:此次冷涡降水主要发生在冷涡的发展与成熟阶段,类似于中间涡暴雨形势特征。冷涡降水具有日变化特征,午后极易发生强对流天气。暖锋的发展为短时强降水提供了初始扰动。干空气下摆侵入,增强不稳定层结,促使风雹天气发生。VIL值的跃增和减小与冰雹的出现和消散相对应。VIL高值不能说明大冰雹是否出现,还应与VIL高值维持时间相联系,维持时间越短,越不利于大冰雹的产生,这对冰雹直径的预报具有一定的指示意义。

蒙古气旋与西南涡协同作用下一次春季暴雨成因分析

该文利用常规气象观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对2018年4月12日08时—13日08时蒙古气旋与西南涡协同作用下,陕西省出现大范围降水,陕南局地暴雨的形成机理进行诊断分析。结果表明:(1)乌拉尔山高脊与贝加尔湖高脊之间的蒙古低槽东移发展为蒙古冷涡,地面冷锋移入低压,形成蒙古气旋。青藏高原东侧生成的西南涡与蒙古冷涡接近同位相,西南涡前侧高温高湿的偏南气流向北输送到陕西北部,蒙古冷涡底部干冷空气南下到陕西南部。蒙古冷涡与西南涡的协同作用下,蒙古冷涡南部与西南涡北部形成2条切变线及地面冷锋过境是陕西省降水的主要影响系统。(2)锋生阶段暖区一侧θ_(se)受西南涡偏南暖湿气流的输送得到增大,锋区两侧能量差变大,由于两涡输送冷暖气流的持续作用,锋区移动缓慢,上升运动加强,降水范围广、持续时间长。(3)蒙古冷涡是不对称的冷性低涡,西南涡是暖性低涡,2个不同冷暖特性低值系统同位相具有协同作用的机制,蒙古冷涡底部冷空气南下侵入西南涡,增大了西南涡的气旋性涡度。西南涡增强后,向北持续输送暖湿气流到陕北地区,蒙古冷涡底部冷空气南下影响西南涡北侧切变线稳定少动是陕南暴雨的成因。

2020年8月28日~29日青海东部一次大到暴雨天气过程分析

针对2020年8月28日~29日青海省东北部一次大到暴雨天气过程,利用常规观测站资料、加密自动站资料、雷达资料、模式预报资料等分析造成此次天气过程的主要成因,结果表明:(1)此次降水过程范围广、强度强,暴雨降水落区集中,降水对流性质明显;(2)高低层配置有利于产生大到暴雨天气,500 hPa短波槽、700 hPa低涡、200 hPa高空急流为降水提供了有利的水汽条件和动力条件,低层偏东南气流输送水汽,中层西南暖湿气流输送孟加拉湾水汽,西南暖湿气流与冷空气交汇于青海省东北部造成此次大到暴雨天气;(3)中小尺度地面辐合线持续东移,为降水提供了触发机制;(4)降水大值区位于山谷之中,地形辐合对降水增幅作用明显。分析结果对今后预报类似大降水天气过程具有重要的参考意义。

地理经纬双向过渡带和复杂地形下气候的过渡性和特异性--以宜昌市为例

宜昌处在我国地形第二、第三级阶梯的过渡地带,又位于我国南北过渡带秦巴山地南麓的中低纬度过渡带,长江中上游结合部,山地河谷平原并存,地形复杂,垂直高差大。气候资料分析和文献调研表明,宜昌天气气候因特殊地理环境具有过渡性和特异性:(1)年平均气温主要随地形高度递减,年总降水量主要随纬度升高减小。(2)年暴雨日数、连阴雨天数,在中西部随纬度升高而递减,等值线近似纬向排列;东部随地形升高而递增,等值线近似经向排列。(3)山地平原过渡带地形的阻挡滞留、辐合抬升等对极端短时强降水有明显加强作用,这种作用在秦岭与黄淮过渡带、太行山与华北平原过渡带有相似的天气气候效应。(4)宜昌位于江淮梅雨的西界、华西秋雨的东界,具有天气气候“分水岭”特征。(5)宜昌是暴雨雨团、西南涡移动的主要通道之一。

重庆2022年“6·26”暴雨天气过程成因诊断分析

【目的】探究重庆市2022年“6·26”暴雨发生发展机理,提高暴雨监测和准确预警预报能力。【方法】利用常规地面和高空观测数据、雷达回波和卫星云图数据进行诊断分析。【结果】这是一次在高空槽、西南涡和低空急流等多尺度天气系统共同配合下自西向东发展的一次强区域暴雨天气过程,具有降雨强度大、范围广、强降水时段集中等特点。【结论】前期高温晴热天气和地面热低压使不稳定能量得以积聚,而后北方冷空气的入侵和低空西南急流的发展为暴雨提供充足的水汽条件和不稳定能量条件。新生对流单体不断在带状主回波南侧的高温高湿环境中发展,使降水回波能够长时间稳定维持并且产生明显的列车效应。