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。

Analysis of An Infrequent Regional Heavy Rainfall Weather Process in Heilongjiang Province in June of 2009

From June 18th to June 19th of 2009,Heilongjiang Province was hit by the regional rainstorm rarely paralleled in history.According to the findings based upon the conventional observation data,the precipitation occurred under the double-blocking situation of Ural Mountains and the Sea of Okhotsk.The main influencing systems were the upper vortex and northward low-pressure that came from Hetao area,accompanied by the delivery of high and low level jet stream.The results showed that the evolvement of blocking high,transfer of water vapor and configuration of high and low level jet stream were the key factors resulting in the rainfall process.

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值,该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送,廓线呈逆湿特征,这个高度以下水汽向上输送,廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量,在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。

GPS遥感大气可降水量在暴雨天气过程分析中的应用

利用北京市气象局地基GPS监测试验网遥感大气可降水量（PWV）数据，分析2004年汛期暴雨天气过程PWV的变化特征及其与降雨量、降雨强度的关系；通过分析地面、高空的位势高度场、风场，以及比湿外水汽通量Q及水汽通量散度AQ等物理量诊断场分布，研究天气系统与大尺度水汽输送、辐合的关系，大尺度水汽输送、辐合与PWV变化的关系；探讨GPS遥感大气水汽资料在预报强降雨天气过程中的应用。得出：PWV的增长方式受当地天气系统的支配和制约，对于明显降雨过程，当地面、高空天气系统有利于暖湿空气的输送时，在北京附近形成等湿度线密集区，PWV逐渐增长（降雨开始前的13-24h）的趋势；当地面、高空有辐合系统东移或生成，或有中小尺度天气系统影响时，PWV显著增长（降雨开始前的3～4h）；当PWV大于某阈值后出现较强降雨，PWV值及增量的大小与降雨量的大小没有明显的关系。

基于GPS/Pwv资料的上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送分析

本文应用GPS探测的可降水水汽资料Pwv对上海地区2004年一次夏末暴雨的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程的水汽输送路径有两条,一条是西南水汽输送路径,一条是东南水汽输送路径。指出边界层的偏东急流是此次暴雨过程的主要增雨机制。分析还表明:每30 min一次的GPS/Pwv资料能直观地、及时地反映大气中水汽的时间变化和空间变化;GPS/Pwv资料随时间的演变特征与降水有较好的对应关系;GPS/Pwv的散度资料可以反映大气中水汽的辐合、辐散分布情况。

1991年6月江淮持续暴雨的云系特征分析

通过对 GMS 静止卫星的红外数据处理,获得了1991年夏季江淮梅雨期暴雨大范围的平均云分布。对1991年6月6次江淮暴雨过程逐时和3小时的 GMS 红外云图动画和照片的分析,得到了该地区梅雨期暴雨的三种中低纬云系相互作用的云型演变模型图,并利用由卫星气象中心处理的 NOAA 卫星的 TOVS 水汽反演资料,结合低层的θ_x 和急流分析,给出了1991年6月江淮暴雨的水汽输送的一些特征。

1997、1998年长江上游地区水汽输送及其与径流量之间关系的对比分析

该文利用 1 997、1 998年 7～ 8月的探空资料 ,计算了围绕长江上游地区四周 92 5～ 2 0 0 h Pa之间的水汽通量及每日的水汽输送净量 .通过水汽输送净量的候、旬资料 ,讨论了长江上游地区水汽输送净量与径流量之间的关系 ,发现这两者之间有显著的相关性 ,其平均相关系数为0 .871 .另外 ,对比分析了这一地区 1 997与 1 998年水汽输送与大气环流形势的关系 .其结果表明 :由于特殊的大气环流背景 。

长江流域旱涝典型年大气水汽输送

利用我国125个探空站一日两次自地面至100hpa共11个层次上的观测资料,对长江流域典型夏涝年(1980年)和夏旱年(1985年)我国大气中水汽总输送场、涡动输送场及散度场进行了计算分析。结果表明:当水汽总输送场从西北、西南和东南三支气流携带的水汽交汇于长江流域,且整个水汽输送场稳定持久,则在水汽辐合带附近导致大量降水,形成洪涝;反之,当三支气流微弱不稳定,不能形成水汽辐合带条件,则形成干旱。涡动输送亦反映出类似的特征。稳定且强盛的西南气流水汽输送是形成降水的主要条件和原因。

河西地区非均匀下垫面的大气变性过程

利用ＨＥＩＦＥ野外观测资料，分析了河西地区黑河流域夏半年下垫面动力和热力特性的不均匀性；并以个别具有一定代表性的晴天观测资料为例，客观地分析了绿洲与沙漠或戈壁下垫面突变所产生的近地层大气变性过程；初步解释了绿洲近地层逆温和沙漠或戈壁近地层逆湿的形成机制。

1983年梅雨期前后亚洲季风区水汽输送的分析

分析了1983年江淮流域入梅前、梅雨期以及出梅后垂直积分的水汽输送和水汽通量散度分布,计算了南海和中国东部地区的水汽收支。结果指出:江淮流域入梅前,华南地区降水的水汽主要来自印度西南季风和东南季风气流;梅雨期降水的水汽主要来自印度西南季风气流;出梅后华北雨季则主要受中低纬水汽输送气流汇合的影响。分析表明,江淮流域梅雨期是印度西南季风气流加强并东进北上,西太平洋高压东撤所造成的;而梅雨结束则是由于西南季风气流减弱西退和西太平洋高压西进北上所造成的;此外,还讨论了水汽输送、水汽通量辐合与云量及我国东部降水的关系。

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共８个探空站的实测资料，计算了山西省上空１９５９年～１９９２年的水汽含量和１９９０年的水汽收支与水汽输送通量，包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明，山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况，多年变化存在一定的丰枯阶段性；年水汽净输入量约６９０亿ｍ’，主要从西边界和南边界输入，从东边界输出，涡动输送量是主要输入机制，平均输送是主要输出机制，受强西风环流控制；山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为３０％，低于全国平均利用率；山西水分内循环较全国平均情况强盛，由于水分内循环的作用，可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的１５％；地下水开采已对大气水分循环要素产生影响，进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。

西北内陆上空水汽输送及其源地

本文根据西北地区自然边界基本走向，采用不规则９边形作为水汽输送量计算边界，计算了１９８１—１９８６年暖季、寒季经由各边界的水汽输入与输出量．得出全年均有水汽净输入，暖季是＋１０１１．０１亿ｍ３、寒季是＋３９９．１９亿ｍ３．夏（６－８月）是水汽净输入的最大季节，年平均＋１５６０．５６亿ｍ３；秋（９—１０月）是水汽净输出季节，年平均－８５８．４５亿ｍ３．全年近６０％的水汽量经一、六、三边界入境，一边界占３０％，是水汽入境主边界；５０％的水汽量经五、四、六边界出境，五边界占２３－７％，是水汽出境主边界．结合天气形势分析，西北地区上空水汽主源地是北冰洋陆缘海域、大西洋及欧洲南方大陆．来自这些源地的水汽量占总量百分比：寒季（１１—３月），４１．２％；暖季（４－１０月），３９．３％；其次是西南方或东南方诸海域，寒、暖季分别为３２．７％、３０％．

中国大陆上空水汽资源

根据１９８１～１９８６年计算结果，指出我国大陆上空拥有水汽资源年总量＋３３１８４．４亿３。暖季（４～１０月）＋３０４９４．１２亿ｍ３，寒季（１１～次年３月）＋２６９０．２８亿ｍ３。全年唯有气温最低的隆冬（１２～次年２月）是水汽资源亏耗（－７７３．６３亿ｍ３）季节，而夏季（６～８月）则是我国大陆上空水汽资源最关键的汇聚时期，资源量＋１８１９７．５６亿ｍ３。１６号、１４号边界分别是１１～５月水汽输入最大或次大边界；而６～１０月则是１３号与１６号边界。按进入我国大陆水汽量百分比分析，南海为第一水汽源地（暖季２５％、寒季４２％）；孟加拉湾、阿拉伯海为第二水汽源地（暖季２１％、寒季２９％）；亚洲北方大陆、欧洲大陆或海域分别为暖季（１６％）、寒季（１２％）第三水汽源地。

FGOALS模式对中国西南地区干旱气候的模拟研究

本文利用台站资料、NCEP资料及FGOALS模式结果对全球变暖背景下西南地区的干旱及其成因进行比较分析,结果表明:西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东,中高纬环流场比较平直;由南向北的水汽输送较常年偏弱,中低层水汽通量和湿润年相比表现为辐散;而西南地区上游的青藏高原地区对流活动减弱,低涡活动减弱,都是导致该地区降水偏少,从而形成高温干旱的主要原因。与NCEP资料相比,FGOALS模式模拟的中高层位势高度偏低,越往高层,偏差越大;FGOALS模拟的暖湿水汽输送位置较为偏南;垂直运动大值区偏西。

华北地区上空水汽输送与其源地

根据华北地区自然边界基本走向，用不规则六边形为其模拟边界，计算了１９８１－１９８６年通过各边界的水汽量。得出该区历年均有一定数量的气态水蓄留于空中，此即空中气态水对地表水资源可能最大总补给量，年平均＋２３９０．９７亿ｍ￣３；此水量是该区多年平均水资源总量（１６２４亿ｍ￣３）的１．４７倍；若均匀铺至地面，可构成２７６ｍｍ深的水层。夏季（６－８月）既是该区水汽入流量最大时节，也是该区水汽输出的最大时期。暖季（４－１０月），为该区上空水汽蓄留（输入量＞输出量）季节；寒季（１１～次年３月）则是水汽外流（输入量＜输出量）时期。根据各水汽源地与该区相对位置，给出了水汽经由各边界入流的天气形势。该区历年向黄海水域净输送水汽，平均年总量为１２３５５．１４亿ｍ￣３。

单向导湿织物的开发

导湿快干织物最大的优点是符合人们对健康、舒适的消费需求。采用单面整理设计单向导湿棉织物,使其达到导湿快干的效果。整理后棉织物的热阻和湿阻相对于同规格的棉织物都有所下降,水或汗液从整理面导向织物另一侧时,能快速扩散、蒸发,使织物内层保持相对干爽。对织物进行耐摩擦和耐洗性测试,结果表明,整理后织物有很好的拒水耐久性能,即单向导湿具有持久的效果。

织物结构改变对吸湿排汗性能的影响

从纤维类别、织物紧密度、织物组织等因素的改变来改善织物的吸湿透汽性。主要选用天然纤维中的棉和化纤中的二维中空涤纶、普通圆截面涤纶、纳米竹碳涤纶,采用纯纺或混纺方式,以不同紧度和平纹、2/2斜纹、透孔、六枚变则缎纹4种组织织成织物。采用正交试验和极差分析方法,对16种不同织物的吸水高度和透湿量进行检测,找出最主要影响因素。结果表明,织物的原料成分是影响吸湿排汗性的最主要因素,中空涤纶与棉混纺织物比普通涤棉混纺织物的吸水度高276.5%,透湿量高75%。

一次引发河西走廊大暴雨的高原低涡的机制分析

使用NCEP 1°×1°再分析资料、云图、CINRAD-CC多普勒天气雷达、探空、地面加密自动气象站资料,对2012年6月5日发生在河西走廊西部的大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:此次大暴雨是高原低涡加强北移,到达高原北坡时,使河西走廊上空中、低层东风显著加强,与新疆东部东移南下的冷空气在走廊西部产生强烈辐合,同时在高空急流入口区右侧辐散气流的抽吸作用下,产生强大的垂直环流造成的。造成这次大暴雨的水汽主要来源于新疆东部西北气流和高原东北坡偏东气流向走廊中西部的输送。暴雨区上空湿等熵面陡立,大气处于弱不稳定状态,易导致垂直涡度和辐合显著增长。高原低涡发展与高空位涡下传密切相关,同时干冷空气从高原低涡南部侵入中低层,使低涡斜压性增强,有利于低涡发展和向北移出高原。暴雨发生在高原低涡的西北象限内,在低涡逗点云的云头部分,最强暴雨落区在多普勒雷达径向速度图上β中尺度逆风区附近。

新疆地区的大气水特征分析

应用NCEP/NCAR再分析资料,对新疆天山南北的水汽含量和水汽输送通量进行了分析。结果表明,受地形影响,天山南北各有一个水汽含量的高值中心,其分布与环状地形的分布一致;新疆北部、内蒙古和蒙古国地区形成了相对的水汽输送高值中心,而新疆南部、青藏高原北部地区形成相对的水汽输送低值中心。

南疆西部2016年8月4次暴雨过程特征分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达产品、FY-2D卫星云图及NCEP/NCAR再分析资料,对比分析异常环流背景下南疆西部2016年8月4次暴雨过程的形成机理和中尺度系统。结果表明:500 hPa偏强的乌拉尔山高压脊、极地低压和700 hPa青藏高原异常的水汽辐合带及100 hPa南亚高压的东西振荡是南疆西部2016年8月暴雨偏多的环流背景。500 hPa乌拉尔山高压脊的建立、发展、衰退与暴雨有密切联系。850 hPa暖高压脊、500 hPa与850 hPa中低层28℃以上温差与降水强度密切相关,500 hPa以下湿层厚度、700 hPa以下东风气流、地面切变线和干线的差异是暴雨强度、落区、持续时间不同的原因之一。南边界水汽输送是南疆西部暴雨的重要水汽来源,东边界水汽输送是该区域短时强降水的重要补给。卫星云图的湿度梯度利于对流天气的发生,而雷达的强回波、低质心、高云顶结构特征利于短时强降水的发生。