贵州“2011.6”两次暴雨数值模拟研究

应用湿位涡理论,利用贵州84个县市地面气象观测站及1473个乡镇自动站逐时降水观测资料、ECMWF提供的0.25°×0.25°再分析格点资料及非静力中尺度模式WRF提供的数值模拟结果,对贵州省2011年6月17日08:00~18日20:00(简称“过程Ⅰ”)和6月22日08:00~23日20:00(简称“过程Ⅱ”)两次典型暴雨过程的θ_se和湿位涡进行诊断分析和数值模拟。结果表明:“过程Ⅰ”受一股冷空气影响,“过程Ⅱ”受两股冷空气影响。“过程Ⅰ”辐合中心位于27°N、107°E上空800hPa处,辐散中心位于27°N、107°E上空550hPa处。“过程Ⅱ”辐合中心位于27°N、107°E上空800hPa处,辐散中心位于28°N、107°E上空750hPa处。“过程Ⅰ”,贵州上空700hPa至近地面的MPV1正值中心和MPV2负值中心的分布与大暴雨落区(兴仁-晴隆-安顺和金沙-湄潭-务川)基本一致,“过程Ⅱ”MPV1的两个正值中心和MPV2强负值中心与大暴雨落区(毕节、六枝)吻合。两次暴雨天气过程中的贵州上空MPV1值明显比MPV2值偏大。WRF模式模拟的水汽辐合中心强度比实况偏强,模拟的“过程Ⅰ”辐合区比实况偏小,模拟的“过程Ⅱ”辐合区比实况偏大。WRF模式模拟“过程Ⅰ”的贵州上空MPV1正值区中心值比实况偏小,模拟“过程Ⅱ”的贵州上空MPV1正值区中心值比实况偏大,但模拟的正值中心与强降水中心基本一致。WRF模式对两次暴雨过程MPV2负值中心的模拟均表现为不太准确。WRF模式模拟影响贵州的冷空气比实况偏强,模拟的特大暴雨中心值比实况偏大,但“过程Ⅰ”模拟的特大暴雨中心位置比实况偏南10km,“过程Ⅱ”模拟的特大暴雨中心位置比实况偏南7km,可供贵州β中尺度暴雨预报参考。      

高空西北气流下铜仁东部特大暴雨的预报分析及思考

利用贵州省预报业务常规、地面自动站加密观测资料、NCEP/FNL1°×1°再分析资料、业务数值预报模式,分析2020年6月29日铜仁市东部高空西北气流影响下的特大暴雨环境场特征、地面中小尺度场特征以及3家数值预报模式检验,初步分析产生此次特大暴雨的可能成因是在副高东南退、东北冷涡槽后高空西北气流维持、低层冷平流下传西输、地面辐合维持增强为涡旋、地面东路弱冷空气侵入、能量锋区斜压性增强;短临监测发现雷达回波有列车效应、低层辐合高层辐散的共轭配置、中层气旋式辐合;初步得出了西北气流影响下弱天气尺度环境场的铜仁市东部暴雨的预报着眼点。     

青藏高原两次极端暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、雷达资料、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月20日和8月19日发生在林芝市的两次暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:“6.20”过程发生在副热带高压稳定少动的环流背景下,“8.19”过程发生在伊朗高压东伸与西太副高形成两高之间切变线的环流形势下;暴雨区低层水汽强烈输送和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程共同的特点,“8.19”过程水汽输送较“6.20”更为通畅,配合低空急流,辐合更强,且“8.19”过程较历史个例而言,具有移动缓慢,系统深厚的特点,强降水落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致;“8.19”过程有明显的冷空气下传过程,存在强的高低空急流,且云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-60℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内。      

一次春季天气过程中不同降水类型的云图及雷达特征分析

本文利用常规气象资料、卫星、雷达及NCEP1°×1°的6小时再分析资料,对2013年4月发生在巴州北部的一次天气过程中两种不同的降水类型进行诊断、特别对云图及雷达特征进行详细分析。结果表明“S”型云西边界凹处对应系统性降水中心,低涡云系南段对应强对流中心。“S” 凹处的雷达图中对应有冷式切变,整层上升运动,水汽供应充足,且高层辐散、低层辐合,具备了大降水发生的环境场。雷达分析发现强对流发生在弱垂直风切变及辐散流场环境下,冰雹出现在与风速辐合中心对应的强回波中心下方。低涡云系中低层伴有下沉运动并配合冷平流,而近地面层为锋前暖平流,强对流发生在θse随高度降低的区域,是典型的冷锋锋面过境触发的强对流天气。     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

热带低压倒槽引发江苏东北部大暴雨过程分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、加密自动观测站资料、连云港风廓线雷达和多普勒天气雷达资料等,对2012年8月10日江苏东北部地区特大暴雨过程进行了分析。结果表明：台风“海葵”登陆后在安徽东南部减弱成热带低压,北伸的低压倒槽与高空低槽的结合,是产生这次特大暴雨的天气背景。特大暴雨发生在大气层结极不稳定区域,同时具有水汽强辐合,对流层低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。散度场的垂直分布特征变化先于降水强度的变化;冷空气从低层开始入侵,并向中高层渗透,触发了不稳定能量的释放。地面中尺度辐合线的长时间维持,是这次特大暴雨产生的直接原因。平均径向速度产品揭示的风向风速辐合、气旋性环流、低空急流及暖平流等的环境场特征,为短临预报中判断强降水发生及维持提供了依据。     

冷涡背景下苏北地区连续两次强对流天气过程对比分析

利用地面观测资料、天气雷达资料和ECMWF-ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,主要从环境条件和触发机制两个方面,对2019年6月8日（简称过程A）、9日（简称过程B）影响江苏省北部的两次冷涡型强对流天气过程进行了对比分析。结果表明： 过程A是由暖湿气流引起的短时强降水伴随雷暴大风的湿对流天气;过程B则是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流天气。过程A,由暖湿气流形成强对流不稳定层结,垂直风切变强度一般,湿层深厚,有利于短时强降水的发生;过程B,中高层的较强干冷平流叠加在低层暖湿平流上而形成强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹的发生。两次天气过程的触发机制都是地面辐合线。过程A的预报重点为水汽条件和来自上游的对流系统与当地地面辐合线的耦合;过程B的预报重点为大气的不稳定度和冷涡后部冷空气的干侵入与地面辐合线的耦合。     

台风“利奇马”引发山东强降水成因分析

利用常规气象观测资料、台风最佳路径数据集资料、地面-卫星-雷达三源融合逐小时降水产品(0.05°×0.05°)、FY-2G云顶亮温(0.1°×0.1°)、NCEP／NCAR FNL(1°×1°)再分析资料,对2019年9号台风“利奇马”影响期间2019年8月11日发生的山东特大暴雨过程进行分析。结果表明:1)强降水主要受台风倒槽的影响,台风倒槽在山东中部暴雨区长时间稳定维持,台风东侧的低空东南急流把东海北部的水汽和能量向暴雨区输送,配合200 hPa高空急流的“抽吸作用”,在暴雨区上空辐合抬升,造成具有中尺度特征的暴雨。2)强降水区存在的正涡度区伴随强烈的上升运动、低层辐合、高层辐散的结构和次级环流耦合发展,为此次台风暴雨过程提供了有利的动力条件,而且动力条件的演变在此次台风暴雨过程中的作用比热力条件更重要。3)850 hPa水汽通量辐合中心,以及相匹配的在垂直方向的强上升运动区,对强降水落区和雨强有一定的指示意义。     

攀西地区南部一次MCC引发暴雨过程的分析

利用地面气象观测资料、雷达卫星资料和FNL再分析资料,对2018年6月22日攀西地区南部的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明:本次暴雨天气过程由MCC导致,低层的辐合区和高层的南亚高压脊线是产生暴雨的主要影响天气系统;MCC发生于弱环境风场条件下的高能高温高湿环境中,但对垂直风切变的要求较低;MCC生成发展区域中低层温度和露点较周边区域高,MCC区域大气表现出明显的低层辐合,高层辐散,辐合(散)成熟阶段较发展阶段强。      

一次高原低涡切变东移引发的持续性特大暴雨过程分析

利用常规观测的地面和高空资料、地面加密自动站资料、美国国家环境预测中心(NCEP)提供的一天4次1°×1°再分析资料以及FY2E卫星TBB资料,对2013年7月15～19日高原低涡切变东移诱发的四川盆地特大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水落区发生在副高边缘西北侧的不稳定区域内,低层和地面冷空气扩散南下是触发特大暴雨发生的关键因素。强降水主要出现在MCS系统发展和成熟阶段,最大降水出现在MCS中心最冷云顶面积达到最大的时候。中低层水平湿Z－螺旋度负值区域分布与相应时刻的降水落区和天气系统有较好的对应关系。垂直分布上,暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

2010年冬季浙江两次强降雪过程的对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对浙江2010年冬季两次强降雪过程的环流形势和物理量场进行了分析和讨论.结果表明:两次过程都是北方冷空气与西南暖湿气流交汇所致,冷空气较强时,锋区迅速南压,降雪持续时间较短,暴雪产生在中低层切变线的风速辐合区中;而冷空气强度适中时,“冷垫”和静止锋长时间存在,降雪持续时间则较长,暴雪产生在低空急流的左前方;降雪区上空有明显的水汽通量辐合,水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系;低空辐合和高空辐散的配置是强降雪产生的有利动力条件,其强度越强,降雪也越强.     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。     

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

青藏高原东坡两次暖区强降水的对比分析

利用常规观测资料、加密自动站降水资料和NCEP 1°×1°再分析资料对比分析了2010年8月12～13日(简称“8·12”过程)和2012年8月16～17日(简称“8·16”过程)青藏高原东坡发生的两次暖区强降水过程,探讨两次暖区强降水发生发展的天气学异同条件。结果表明:两次暖区强降水发生前及过程中均受副高的影响,地面有热低压发展和维持,利于能量的积累、不稳定层结和非绝热加热形成,进而引起上升运动;过程期间低层均有垂直于青藏高原东坡的偏东南气流的建立与增强,地形强迫上升运动和低层暖平流引起的上升运动增大和维持。主要差异在于,“8·16”过程中台风“启德”外围的偏东南风持续时间更长,影响区域更偏北,其降水持续时间更长,累计雨量更大。两次暖区强降水过程显示,低层垂直于青藏高原东坡地形的偏东南气流的建立、增强、持续及减弱在此类暖区强降水发生、发展及消亡过程起中着关键性作用。      

2021年10月山西一次罕见持续性强降水过程物理机制分析

利用气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及GDAS资料,对2021年10月2-7日山西持续性强降水天气过程进行分析。结果表明：稳定的乌拉尔山低槽后部冷空气扩散,中纬度短波槽东移,与副热带高压外围西南暖湿气流持续交汇,同时高低空急流耦合形成强烈上升运动,低层切变线和地面辐合线稳定维持,及低层水汽不断输送并形成辐合,为持续性强降水的发生发展提供有利动力和水汽条件。此次强降水过程分为对流性降水和稳定性降水2个阶段,2阶段水汽输送通道的源地、路径、高度均有明显差异,但水汽输送贡献率均以对流层中低层山西南侧的水汽输送占主导地位。降水开始前,对流层中上层存在对称不稳定,大气可降水量明显跃增;对流性降水阶段,干空气不断入侵,对流不稳定快速建立与释放,对流层中低层水汽辐合区与强上升气流配合,导致山西出现强对流天气。地形的阻挡、抬升及地形收缩作用,对局地极端强降水具有增幅作用。     

桂林一次强下击暴流成因分析

2019年3月21日广西桂林市临桂区发生一次极端大风天气过程(以下简称"3·21"临桂大风),当日21:13临桂观测站记录最大阵风风速为60.3 m·s^-1(17级)。通过风灾现场调查判断这是强度为EF2级的微下击暴流过程。应用常规观测资料以及加密自动气象站、探空、多普勒雷达等资料,分析了"3·21"临桂大风的环流背景与影响系统及其形成原因。结果表明:低层暖湿气流活跃,中层显著干层,强的低层垂直风切变是大风发生的有利条件,地面中尺度辐合线、冷锋南压为其提供了触发机制。"3·21"临桂大风由2个超级单体风暴合并加强造成,在下击暴流发生前,风暴单体最强反射率因子核心高度(HGT)超过6 km,有中等强度中气旋伴随,中层径向辐合明显,辐合值达36 m·s^-1;当反射率因子减弱、风暴顶高下降、HGT下降时,下击暴流发生;当HGT剧降,一个体扫间隔下降3.5 km,17级极端大风发生,低层0.5°仰角在强中气旋的出流区观测到强的径向辐散,其值达27 m·s^-1;中气旋表现出最强切变加强,底高迅速下降到1 km以下等特征。本次下击暴流发生与极端强降水和冰雹的拖曳作用有密切关系,冰雹与雨水粒子的拖曳和融化蒸发作用使下击暴流加强。当分钟降水量大于3 mm时,风速超过12级;当分钟降水量大于6 mm时,则出现17级极大风速。     

对流层低层偏东风对北京局地暴雨的作用

本文利用风廓线仪、地面自动站观测资料及NCAR/NCEP 1°×1°分析资料等,对北京地区两次局地暴雨天气过程的对流层低层偏东风进行了对比分析研究,重点分析了浅薄和深厚两次偏东风的形成机制、偏东风的垂直结构特征和温、湿特性,以及偏东风在北京局地暴雨中的作用等。主要结论如下:(1)浅薄偏东风活动在距地面高度500 m 以下,水平尺度约250 km,时间尺度约12 h, 地面风速平均约1 m/s;深厚偏东风活动在距地面高度3000 m 以下,水平尺度大于600 km,持续时间大于24 h,地面风速平均约4 m/s。(2)浅薄偏东风由边界层内浅薄的次天气尺度暖性低涡引起,深厚偏东风由天气尺度地面暖性低压倒槽的发展引起。(3)偏东风具有高相当位温的属性,其源地是北京东部或东南部的暖湿气团;在暖湿偏东风上方800～600 hPa 存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结;浅薄偏东风暖湿能量的局地集中特征更为显著,而深厚偏东风在水汽和能量的持续输送方面,以及与500 hPa 偏西风形成较强的、有利于强对流风暴发展的低层垂直风切变方面作用更为显著。(4)浅薄偏东风在时间和空间上与近地面层辐合中心对应较好,与中高空辐散有较好配合,动力作用明显,直接起到了对流风暴的触发机制作用;深厚偏东风与辐合中心对应较差,与垂直运动及上层辐散也没有很好的配合,与对流风暴的触发没有直接的关系。但是深厚偏东风在对流层低层对应厚达3000 m 的潮湿空气层,削弱了雨滴下落过程中产生的蒸发降温作用,有利于对流的发展和维持。