四川盆地东北部山地夜间暴雨特征的合成分析

利用四川省4890个气象观测站逐时降水数据,筛选出2015—2019年四川盆地东北部发生的24例夜间暴雨过程,在根据影响系统对夜间暴雨进行分型并合成分析的基础上,运用绕流和爬流方程,将近地层流场分解为绕流和爬流运动,重点探究盆地东北部地形对气流的影响及其对夜间暴雨的作用。结果表明：四川盆地东北部山地夜间暴雨可分为西南涡型和偏南风型,两种雨型分别存在西南低涡和低槽在夜间加强的特征,导致夜间偏南气流明显加强,夜间山脉迎风坡出现强垂直上升运动,盆地形成垂直环流,有利于夜间暴雨的形成。两种类型在850 hPa有大量水汽从贵州、重庆上空进入盆地东北部,午夜时分形成强水汽辐合中心;西南涡型水汽的输送、辐合强于偏南风型,西南涡型在盆地东北部后半夜层结不稳定更强,偏南风型后半夜在大巴山迎风坡垂直运动更强。盆地东北部地形抬升区域爬流和绕流运动也具有夜间加强的特征,西南涡型爬流和绕流运动相比偏南风型更强。爬流强迫出的垂直运动能很好地反映偏南气流在地形抬升处形成的垂直上升运动,而地形阻挡产生的绕流运动则有利于局地涡旋的产生和加强,两种类型暴雨的空间分布与夜间正涡度大值区对应较好。     

太行山地形在“7·19”华北持续性低涡暴雨中的作用北大核心

本文对2016年“7·19”华北特大暴雨进行观测分析和数值模拟,并设置了改变地形高度的敏感性试验,以探究该过程降水系统的发生发展机制以及太行山地形的作用。结果表明:(1)本次强降水过程发生在“东高西低”的有利环流形势下,受太行山地形和平原环流系统影响,低层东风急流造成强的对流性降水和低涡作用的叠置造成“7·19”华北地区持续性暴雨的维持和加强;(2)第一阶段为对流性降水,太行山东麓大气对流不稳定能量释放,大气逐渐转为稳定层结;第二阶段为低涡降水,涡度收支分析表明水平散度项和扭转项对低涡维持和发展起到了主要的正贡献,同时伴随有较强的上升运动和垂直风切变,垂直风切变的增强促使水平涡度向垂直涡度转变;(3)太行山地形在持续性暴雨中对两阶段降水、低涡和水汽的作用存在差异。地形高度敏感性试验中,地形高度增高对低层气流的阻挡和强迫抬升作用增强,使得地形降水增强,低涡路径东移,且强度增大。水平散度项使得对流层低层辐合上升运动增强,造成涡度的垂直输送,这是低涡发展和维持的重要原因之一。太行山地形阻挡截留东部平原水汽,且水汽回流加强,有利于太行山东麓水汽的输送与辐合。     

青藏高原大地形对华南持续性暴雨影响的数值试验

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.2及NCEP/NCAR 逐日4次1°×1°的FNL再分析资料,通过有、无青藏高原以及将高原高度降低到临界高度的数值试验,研究了青藏高原大地形对我国华南地区2010 年5 月一次持续性暴雨过程的影响。试验结果表明:高原大地形对降水的影响显著,随着高原高度的升高,降水增多,高原以东地区的雨带也由北向南移动;高原地形的机械阻挡作用使迎风坡一侧的近地面层附近为强上升运动,背风坡为下沉运动,并分别对应降水的峰值和谷值区;高原对西风气流的爬流、绕流作用明显,高原升高后爬坡作用减弱,以绕流作用为主;高原的加热作用使气流过高原时南支减弱,北支加强,并加强了高原及其东部地区低层的正涡度和高层的负涡度,使高原上空为强烈的上升运动;高原的热力作用使西太平洋副热带高压位置偏南、偏西并稳定维持;高原大地形对形成稳定的高原季风环流圈有重要作用;高原地形高度的作用有利于定常波的形成,波动中心对应强上升运动,形成降水的大值区,稳定维持的定常波使得降水持续集中在同一地区,造成持续性暴雨。     

“8·31”云阳特大暴雨地形动力作用数值研究

利用NCEP再分析资料和WRF模式对2014年8月31日云阳特大暴雨过程进行环流形势分析和数值模拟,并针对大巴山和齐岳山进行地形敏感性试验。结果表明:西南涡、辐合切变线、低空急流是本次暴雨的直接影响系统。大巴山对暴雨的影响主要是阻挡作用和迎风坡作用。大巴山高度降低后,低涡明显向北扩展,降水中心向东北方向偏移,低层辐合减弱导致垂直次级环流上升支强度和对流高度降低使暴雨减幅。齐岳山对暴雨的影响主要是地形狭管效应。齐岳山高度降低后,狭管效应减弱,低空急流强度减弱、位置南压;低层辐合区位置偏南导致垂直次级环流上升支的位置偏南。     

地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

地形影响下海河流域北系强降水成因分析

利用区域自动站观测和NCAR/NCEP 1°×1°再分析资料,对比2012-2014年海河流域北系4次强降水过程成因,重点分析地形对强降水过程的影响。分析结果表明,4次强降水过程均属于低槽类暴雨,高空槽是影响流域北系强降水的主要影响系统,副热带高压、低层辐合系统对暴雨强度、位置及持续时间存在明显影响。此外,除能量及水汽的积聚外,地形对海河流域北系降水强度有明显增幅作用。风场与地形相配合的地形抬升是降雨增幅的动力因子。在水平方向上,呈"V"形分布的上升运动区,对应燕山山脉迎风坡坡度较大地区;在垂直方向上,地形强迫引起的低层上升运动中心与天气系统抬升引起的中高层上升运动中心逐渐合并加强。地形阻挡导致的水汽通量辐合也是迎风坡降雨增幅的重要因子,低层地形引起的水汽辐合明显强于中层天气系统引起的水汽辐合。     

爬流和绕流对山地突发性暴雨的影响

利用ERA5再分析资料和融合降水数据,针对2018年5月21-22日发生在中国四川盆地西南部的一次山地突发性暴雨,首先对其降水强度和天气概况进行相关分析,并且通过绕流和爬流方程,将流场分解为绕流和爬流分量,重点探讨地形对于过山气流的影响及其对降水的作用。研究表明:受欧亚中高纬低槽槽后西北气流引导冷空气南下和西南低涡东移的共同影响,在四川盆地西南部山区发生了一次强降水过程。此次降水范围较广、强度大并且降水时间集中,是一次典型的山地突发性暴雨事件。由于地形的阻挡作用,使得来自东北方向的气流发生旋转,产生绕流运动,在盆地内形成局地涡旋。同时盆地和盆周山地之间的地形高度差强迫过山气流产生爬流运动,导致垂直上升运动加强。在绕流与爬流的共同作用下,为此次突发性暴雨的发生发展提供了有利的流场条件。进一步分析得出地形区域内爬流分量略大于绕流分量,即气流对于山地屏障的地形适应以爬流运动为主,绕流运动次之,地形爬流产生的垂直上升运动与雨带的分布密切相关。     

青藏高原东侧陡峭地形对一次强降水天气过程的影响

利用高分辨率中尺度模式分析资料,研究了青藏高原东侧陡峭地形对一次暴雨天气发生发展的影响。结果显示,青藏高原地形对大气环流的动力阻挡作用形成了本次暴雨过程的水汽输送通道,青藏高原东侧陡峭地形结构造成了四川西北部和黄河上游的强水汽辐合中心,并使低层高能舌和能量锋区位于海拔较低的四川盆地,在四川盆地对流层低层建立起位势不稳定层结。青藏高原东侧陡峭地形结构引起了低层偏东气流强烈的垂直上升运动,最强的垂直上升运动出现在东西风垂直切变与陡峭地形交汇处,激发不稳定能量释放,促使强对流猛烈发展,暴雨过程中高原东侧还有一个中尺度涡旋的发生发展相伴。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是高温高湿区域仅出现在对流层低层,最显著的动力特征是强涡度柱也仅出现在对流层低层。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟

利用WRF-Chem模拟了2012年7月20日一次四川盆地暴雨降水过程,并基于控制试验设置填充四川盆地地形的敏感性试验。利用大气动力-热力学和云降水物理学对两试验差异进行诊断分析,与敏感性试验相比,控制试验虽然延迟强降水出现时间,却增强了降水强度。研究表明:偏南气流自南向北经过盆地时,在四川盆地南部形成正涡度扰动中心,延迟水汽、能量到达盆地北部的时间,使强降水出现时间偏晚;地形高度及动力差异使控制试验近地面累积大量水汽、能量,低层能量到达盆地北部迎风坡后受地形抬升与正涡度扰动共同作用激发了强烈的对流;控制试验中,盆地北部大气强烈对流运动及其携带盆地内大量水汽有利于云系的垂直发展,雨滴、雪晶、霰粒子质量浓度明显增大,使降水强度增强至大暴雨量级。     

攀西地区冕宁“6.26”突发性暴雨成因分析

相比一般暴雨,突发性暴雨一直是天气预报与研究的难点和重点。2020年6月26日19时~27日02时四川攀西地区凉山冕宁突发暴雨,造成了严重灾害。为了深入认识此次暴雨过程成因,应用观测试验、卫星遥感和ERA5再分析资料,对这次冕宁“6.26”突发性暴雨过程的温、湿环境及动力特征进行了分析研究。结果表明:（1）此次暴雨是由迅速加强的MCS造成,且诱发MCS的温、湿环境具备“突发性”。在暴雨前6~12h,CAPE快速增大、可降水量增加、“上干下湿”垂直结构及热力不稳定条件得以建立。（2）强烈的上升运动在中高层气旋性涡度向低层发展增强的过程中形成,低层气旋性涡度发展又伴随强烈的上升运动,与区域地形相关的动力条件的建立和加强对强对流维持及突发性暴雨发生有重要作用。（3）暴雨过程发生在低层螺旋度与水汽耦合的最佳时段,垂直螺旋度与水汽耦合作用的增强,更易于引发暴雨过程,动力?水汽耦合对暴雨具有重要的激发作用,且湿螺旋度对暴雨落区更具有指示意义。      

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

山东省春秋季暴雨天气的环流特征和形成机制初探

对山东省春秋季暴雨的气候特征和影响系统进行了分析, 制作了春秋季暴雨的平均环流形势图。分析了2003年春秋季两次大范围暴雨的环流特征和影响系统及暴雨期间大气的热力特征和水汽输送特征, 应用k-螺旋度和倾斜涡度发展理论, 分析了暴雨的形成机制。结果表明:4月暴雨均受气旋影响, 10月暴雨以冷锋影响居多。2003年4月17—18日为气旋暴雨, 10月10—12日为切变线冷锋暴雨。两次暴雨前都有低空偏南风急流向暴雨区输送水汽, 大气强烈增温增湿, 对流不稳定度增大, 湿斜压性增强。强冷锋南下触发对流不稳定能量释放, 产生暴雨。暴雨期间低层正k-螺旋度猛烈发展。暴雨前期中低层MPV1 < 0且MPV2 > 0, 冷锋影响期间MPV1 > 0且MPV2 < 0, 都有利于倾斜涡度发展, 增强了上升运动。     

2007年7月川东北连续3场大暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料及NCEP 1°×1° 6h再分析资料,对2007年7月上旬四川东北部连续出现的3场大暴雨过程的环流形势及动力结构、水汽输送和热力不稳定条件进行了诊断分析。结果表明：（1）前2场区域性大暴雨出现在副热带高压和巴尔喀什湖冷涡两个长波系统稳定少动的阻塞环流形势下．第3场局地性大暴雨发生在环流调整过程中,副热带高压快速东撤导致对流云团在东移过程中迅速减弱消亡;（2）暴雨的水汽主要来自南海,低空偏南风急流的维持为连续暴雨提供了源源不断的水汽输送和持续的能量供应,3场暴雨的中心均出现在位于低空急流出口区左侧水汽辐合中心的巴中地区;（3）造成严重洪涝灾害的前2场区域性大暴雨过程期间,从地面到高层形成了“辐合-辐散-辐合-辐散”接力式上下大气运动的动力结构,大气层结处于高能和对流不稳定状态,且有冷空气触发,大暴雨发生在能量锋区偏向暖区一侧。     

2020年8月10~14日四川盆地一次持续性暴雨过程特征及成因分析

利用ERA-interim再分析资料和国家自动站观测资料,分析了四川盆地2020年8月10日~14日一次持续性强降水过程的特征及成因。结果表明:天气尺度系统的有效配合给此次暴雨过程提供了有利的环流背景,在冷空气及西南水汽的汇聚下,触发此次持续性强降水,整个过程可分为4个阶段,降水带自盆地西部向东移动;各暴雨区在强降水时刻,低层正涡度、负散度的强辐合,高层负涡度、正散度的强辐散抽吸作用均利于大气的上升运动,给持续强降水提供动力条件;相较于第二、三阶段,第一、四阶段的涡度、散度及垂直速度数值明显偏小,使得累计降水量偏少;各阶段降水过程的强降水中心、水汽辐合、上升运动区均位于中、低层低值系统（高原低涡、西南低涡、切变线）的东南侧;第二阶段降水过程中较强的水汽辐合及整层大气一致且极强的上升运动将水汽抬升输送至对流层中高层,导致该阶段累计降水量最大。      

低涡影响下湖南一次致洪极端暴雨过程成因分析

利用NCEP再分析资料和地面自动站观测数据,从环流特征、低涡演变等方面,诊断分析了2019年7月6~9日湖南中南部地区的一次致洪极端暴雨过程的成因。结果表明:此次极端暴雨具有显著极端性和“潇湘夜雨”的日变化特征,在副高长时间稳定、主体异常偏南的环流背景下,地面浅薄冷空气侵入,不对称的位涡分布、中低层持续较强上升运动促使低涡加强并长时间维持是造成湖南此次极端暴雨的主要原因。低涡加强时段与降水最强时段、正位涡中心与暴雨中心均对应较好。强降雨发展阶段垂直螺旋度维持“下正上负”分布特征,低层正值中心的大小与降水强度变化一致。湖南中部以南强雨带与低层正螺旋度大值中心均出现在南岭山脉北麓的陡峭地形区。水汽主要来源于边界层,925 hPa水汽汇合中心出现时刻、区域与暴雨发生时段、落区吻合,两支主要的水汽输送带分别来源于孟加拉湾的偏西气流和南海的西南气流。