高原东侧陡峭地形对一次盆地中尺度涡旋及暴雨的数值试验

利用MM5中尺度模式,对2003年8月8~10日发生在四川盆地的一次强降水过程进行了数值模拟。分析表明:MM5模式较成功地模拟出2003年8月8~10日发生在高原东侧陡坡地形区域的四川盆地西北部的大暴雨过程。在本次暴雨过程中,中尺度涡旋有利于盆地上空正涡度输送和辐合上升运动的维持,有利于降水的维持和强降水的发生。地形对中尺度涡旋活动的影响主要表现在:复杂陡峭的地形扰动有利于中尺度涡旋的形成。保留真实地形,在青藏高原东部到盆地西部,涡旋活动频繁;降低地形高度和坡度,不仅减少了涡的个数,还减弱了涡的强度,并改变了涡的生成源地以及涡的移动路径;不考虑地形使得青藏高原到四川盆地西部涡旋活动明显减少,且涡移动速度加快;仅降低地形高度而不改变地形坡度,对该地区的涡旋活动无明显的影响;仅保留青藏高原地形,高原地区涡旋活动频繁,无地形地区涡明显减少。数值试验还表明,地形与涡旋的活动及降水的分布密切相关。     

一次高原东移MCS与下游西南低涡作用并产生强降水事件的研究

基于加密自动站降水、葵花8卫星和ECMWF ERA5再分析等多种资料,本文对2018年6月17日08时至18日22时（协调世界时,下同）一次青藏高原（简称高原）中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,简称MCS）东移与下游西南低涡作用并引起四川盆地强降水的典型事件进行了研究（四川盆地附近最大6小时降水量高达88.5 mm）。研究表明,本次事件四川盆地的强降水主要由高原东移MCS与西南低涡作用引起,高原MCS与西南低涡的耦合期是本次降水的强盛时段,暴雨区主要集中在高原东移MCS的冷云区。高原东移MCS整个生命史长达33 h,在其生命史中,它经历了强度起伏变化的数个阶段,总体而言,移出高原前后,高原MCS对流的重心显著降低,但对流强度大大增强。在高原MCS的演变过程中,四川盆地有西南低涡发展,该涡旋生命史约为21h,所在层次比较浅薄,主要位于对流层低层。西南低涡与高原MCS存在显著的作用,在高原MCS与西南低涡耦合阶段,两者的上升运动区相叠加直接造成了强降水。此后,由于高原MCS系统东移而西南低涡维持准静止,高原MCS与西南低涡解耦,西南低涡由此减弱消亡,东移高原MCS所伴随的降水也随之减弱。涡度收支表明,散度项是西南低涡发展和维持的最主导因子,此外,倾斜项是800 hPa以下正涡度制造的第二贡献项,而垂直输送项则是西南低涡800hPa以上正涡度增长的另一个主导项,这两项分别有利于西南低涡向下和向上的伸展。相关分析表明,在西南低涡发展期间,高原MCS中冷云面积（相当黑体亮度温度TBB≤?52°C）可以有效地指示西南低涡强度（涡度）的变化,超前两小时的相关最显著,相关系数可达0.83。     

青藏高原热力对四川盆地西部一次持续性暴雨影响的数值模拟

通过对四川盆地西部一次持续性暴雨过程的半理想数值模拟,研究了青藏高原热力作用对四川盆地持续性暴雨过程的影响。研究表明,高原的热力作用对于下游地区有着显著的影响,主要表现为:（1）关闭高原地面感热和潜热后,高原地区和四川盆地西部的降水明显减弱,而盆地中东部降水却有所加强,且四川盆地降水的日变化特征稍有减弱;（2）500 hPa青藏高原上的短波槽减弱,位于四川盆地中西部的背风槽强度、范围有所减弱,但低层盆地东部的气旋性涡旋加强;（3）涡度收支的定量分析发现,关闭高原热力作用后,盆地东部对流层低层垂直风切变的增强使得夜间倾斜项的正贡献增强,从而使该区域涡旋发展加强,盆地东部降水增强。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

引发川东暴雨的西南低涡演变特征个例分析

利用NCEP格点再分析资料、观测资料和MM5模式的高分辨率输出资料,对2004年9月4～6日发生在四川盆地东部地区的大暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟,重点分析引发这次大暴雨的西南低涡的结构和演变特征及其在暴雨发生发展过程中的作用。对低层850 hPa、700 hPa 候平均水汽通量和各时刻整层水汽通量的分析表明,此次西南低涡暴雨的水汽主要来自于南海,水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经青藏高原东部流入四川盆地。在西南低涡的发展过程中,“桑达”台风向西北移动, 阻断了西太平洋副热带高压的东退并切断副高,被切断的高压部分滞留在西南低涡东侧,导致低涡不能顺利东移。数值模拟研究发现,在西南低涡的发展过程中,中层400～500 hPa 附近一直伴有涡旋的存在,且此涡旋的发展演变过程与低层涡旋明显不同;中层涡旋的发展不像低层涡旋那样呈现单边持续地增长或衰减的特征,而是呈现明显的增长－衰减－再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层涡旋也并不一致。 分析表明这个中层涡旋实际上是中层大气里一个中尺度闭合低压造成的,这个闭合低压是由高空槽加深发展而来的。数值模拟输出结果还显示,发生在西南低涡东侧切变线里的对流垂直运动是由高空槽里的闭合低压激发出来的。     

高原涡与西南涡相互作用引发四川暴雨的位涡诊断

利用目动气象站逐时降水量资料和欧洲中期天气预报中心ERA-interim再分析资料,对2013年6月28日至7月2日一次高原低涡(高原涡)与西南低涡(西南涡)相互作用引发四川盆地暴雨的天气过程进行了位涡诊断分析。根据Hoskins位涡理论,对比分析了位涡、高度场、风场中低涡中心的位置差异,分别揭示并验证了高原涡、西南涡在移动过程中的强度变化。结果表明:在高原涡、西南涡形成阶段,位涡中心都位于高度场、风场低涡中心的西侧。高原涡在东移到高原东部的过程中,强度加强;进入四川盆地继续东移的过程中,强度减弱。当高原涡与西南涡实现垂直耦合后,高原涡的强度再次加强;高原涡与西南涡处于非耦合状态时,高原涡东侧的下沉气流将抑制盆地西南涡的发展;而当高原涡东移出高原与盆地西南涡垂直耦合后可激发西南涡加强,高原涡与西南涡垂直合并为一个深厚强涡。从位涡剖面的垂直方向上不仅清晰地反映高原涡与西南涡相互作用过程以及两涡的移动,还可以表示低涡中心强度的变化。等嫡位涡水平面上能较好地反映高原涡、西南涡的移动及演变情况,对强降水中心也有指示作用,可从水平方向显示两涡相互作用过程。     

2008年7月黄淮暴雨过程中西南涡结构特征分析

对西南涡暴雨的预报不仅取决于对西南涡移动路径的把握,也与西南涡的结构及其演变密切相关。利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,对2008年7月一次东移影响黄淮的西南涡的结构特征和暴雨机理进行分析,结果表明:西南涡的生成过程包含高原涡的耦合诱发,西南涡的生成、发展与干位涡向对流层低层扰动下传有关;中高纬冷空气与副热带高压边缘暖湿气流对峙加强了系统的斜压性,使西南涡中心向上伸展的位涡柱和正涡度柱具有向西倾斜的结构;成熟的西南涡具有中尺度非对称的显著斜压结构特征;对流层中层正涡度平流是西南涡发展和引导西南涡移动的重要因素;凝结释放大量潜热促使低层西南低涡发展,使降水增强。     

一次东移高原低涡影响四川暴雨的数值模拟分析

应用自动站雨量资料、常规观测资料和国家气象中心T213分析场资料,采用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2008年7月20日高原低涡东移引发的四川盆地暴雨过程。通过分析模式输出资料,结果得出高原涡东移影响四川盆地暴雨的一种物理触发机制:高原涡正涡度的东移促使四川盆地正涡度发展,正涡度的发展使得大气旋转上升加强,对流层高层强烈辐散,低层辐合,对流发展形成降水,大气凝结释放潜热加热大气,使得高层等压面升高,负涡度发展,低层降压,正涡度发展,这样就形成了一个正反馈的循环机制,从而导致了四川盆地强降水。      

梅雨期青藏高原东移对流系统影响江淮流域降水的研究

利用GOES-9和FY-2C卫星TBB资料、1°×1°的NCEP再分析资料以及常规地面观测资料对2003和2007年梅雨期内青藏高原东移对流系统影响重庆、四川以及江淮梅雨锋地区降水的主要方式作了研究。结果表明,2003和2007年梅雨期内,青藏高原东移对流系统影响下游地区降水主要存在4种方式:(1)高原上的动力辐合中心伴随高原对流系统东移,影响所经地区的降水,该种影响方式较为常见,持续时间较长,影响范围较广。(2)高原对流系统移出高原后在四川盆地引发稳定少动的西南低涡,触发一系列暴雨过程,此种影响方式持续时间较长,主要影响地区为四川和重庆(往往会造成强度很大的暴雨),当西南低涡以东盛行较强西南风时,向梅雨锋的动能输送较强,这十分有利于梅雨锋地区对流活动和降水的加强。(3)高原东移对流系统在四川盆地触发西南低涡,西南低涡生成后,在引导槽的作用下沿梅雨锋东移,沿途引发一系列暴雨,此种影响方式持续时间最长,波及范围最广。(4)对流系统东移出青藏高原后直接影响下游地区,此种影响方式最为常见,但其影响时间最短,强度最小。对环境场的分析表明,高原强对流往往发生在500hPa影响槽槽区附近的上升运动区,当200hPa高空急...     

盛夏长江上游不同暴雨落区天气形势对比及数值试验

通过对１９８１年７月１１－１４日川西暴雨和１９８２年７月２６－２９日川东暴雨的天气形势诊断分析和数值试验得出，盛夏川西暴雨多与高原低涡的加强有关。高原涡的东移与副热带高压的西南气流结合极易产生暴雨。川东出现暴雨时，高原上低值系统移动较快，东部多为西北气流控制。高原大地形影响着高原东部降水、低值系统的生成发展移动和副热带高压。１０５°Ｅ以东的地形对川东暴雨的影响较川西大。我国东部地形对高原降水有减弱     

青藏高原及邻近地区低涡系统结构研究进展

青藏高原及邻近地区低涡系统(西南涡、高原涡)是造成我国暴雨等灾害性天气的主要系统之一,也是高原天气学的重点研究对象。过去十多年,关于西南涡、高原涡的研究已取得了大量有意义的成果。因此,本文重点针对高原低涡天气系统,总结了西南涡、高原涡的结构特征及其演变机制研究现状,评述了其取得的主要进展,指出了一些有待于深入研究的科学问题,在此基础上,展望了高原低涡天气系统未来的主要发展方向。     

Satellite-based Observational Study of the Tibetan Plateau Vortex:Features of Deep Convective Cloud Tops

In this study, an east-moving Tibetan Plateau vortex (TPV) is analyzed by using the ERA-5 reanalysis and multi-source satellite data, including FengYun-2E, Aqua/MODIS and CALIPSO. The objective is to demonstrate: (i) the usefulness of multi-spectral satellite observations in understanding the evolution of a TPV and the associated rainfall, and (ii) the potential significance of cloud-top quantitative information in improving Southwest China weather forecasts. Results in this study show that the heavy rainfall is caused by the coupling of an east-moving TPV and some low-level weather systems [a Plateau shear line and a Southwest Vortex (SWV)], wherein the TPV is a key component. During the TPV's life cycle, the rainfall and vortex intensity maintain a significant positive correlation with the convective cloud-top fraction and height within a 2.5° radius away from its center. Moreover, its growth is found to be quite sensitive to the cloud phases and particle sizes. In the mature stage when the TPV is coupled with an SWV, an increase of small ice crystal particles and appearance of ring- and U/V-shaped cold cloud-top structures can be seen as the signature of a stronger convection and rainfall enhancement within the TPV. A tropopause folding caused by ageostrophic flows at the upper level may be a key factor in the formation of ring-shaped and U/V-shaped cloud-top structures. Based on these results, we believe that the supplementary quantitative information of an east-moving TPV cloud top collected by multi-spectral satellite observations could help to improve Southwest China short-range/nowcasting weather forecasts.     

Impacts of Diurnal Variation of Mountain-plain Solenoid Circulations on Precipitation and Vortices East of the Tibetan Plateau during the Mei-yu Season简

Diurnal variations of two mountain-plain solenoid （MPS） circulations associated with ＂first-step＂ terrain [Tibetan Plateau （TP）] and ＂second-step＂ terrain （high mountains between the TP and ＂east plains＂） in China and their influence on the south west vortex （SWV） and the mei-yu front vortex （MYFV） were investigated via a semi-idealized mesoscale numerical model [Weather Research and Forecasting （WRF）] simulation integrated with ten-day average fields （mei-yu period of 1-10 July 2007）. The simulations successfully reproduced two MPS circulations related to first and second-step terrain, diurnal vari- ations from the eastern edge of the TP to the Yangtze River-Huaihe River valleys （YHRV）, and two precipitation maximum centers related to the SWV, MYFV. Analyses of the averaged final seven-day simulation showed the different diurnal peaks of precipitation at different regions： from the aftemoon to early evening at the eastern edge of the TP; in the early evening to the next early morning in the Sichuan Basin （SCB）; and in the late evening to the next early morning over the mei-yu front （MYF）. Analyses of individual two-day cases confirmed that the upward branches of the nightlime MPS circulations enhanced the precipitation over the SWV and the MYFV and revealed that the eastward extension of the SWV and its con vection were conducive to triggering the MYFVs. The eastward propagation of a rainfall streak from the eastern edge of the TP to the eastern coastal region was primarily due to a series of convective activities of several systems from west to east, including the MPS between the TP and SCB, the SWV, the MPS between second-step terrain and tile east plains, and the MYFV.     

“13·6·30”遂宁市特大暴雨成因的初探

利用自动气象站雨量资料、常规观测资料、雷达资料以及NCEP再分析资料,对2013年6月30日至7月2日四川遂宁地区特大暴雨过程中高原低涡和西南涡的耦合作用对本次特大暴雨的影响以及低空急流演化特征和强暴雨的关系进行初步探讨。结果表明:当高原涡和西南涡发生耦合时会使得高空低涡发展加强,并激发遂宁暴雨天气的产生。急流为高空低涡的发展提供不稳定能量。超低空急流和低空急流对强降水有提前2 h的指示意义,低空急流指数增大的过程和降水量的强度成正比关系。     

四川盆地2020年“8.11”特大暴雨过程中尺度系统演变特征

针对2020年8月11—12日四川盆地西部特大暴雨过程中尺度系统演变特征和维持机制,利用欧洲中心ERA5逐小时再分析资料以及FY-4A的云顶相当黑体温度TBB资料进行诊断分析。(1) 本次过程发生在500 hPa巴湖长波槽分裂短波和高原低槽东移发展在四川盆地停滞,副高加强西伸形成阻挡的形势下,同时200 hPa有南亚高压和高空分流区配合。(2) 在上述有利的背景条件下,中尺度系统活动经历了中尺度辐合扰动-西南涡生成发展-低空急流影响-西南涡再次发展增强等4个阶段,西南涡两个阶段的发展对降水影响最大,初生发展阶段雨强最强,再次发展阶段强降雨范围最大。(3) 西南涡在暖区内初生发展,对流不稳定性强,地面潜热和感热加热以及500 hPa层以下水汽凝结潜热加热均十分显著,在较强暖湿平流作用下,配合低层涡度拉伸项和扭转项的动力作用加强,西南涡迅速发展,但低层辐合相对较弱,正涡度柱高度仅发展至500 hPa。(4) 西南涡再次发展阶段冷平流入侵,大气斜压性增强,中高层感热和凝结潜热加热作用加大,“低层辐合-中高层辐散”的动力机制显著加强,配合垂直向上输送正涡度和涡度拉伸项的动力发展作用,西南涡发展旺盛,正涡度柱中心强度和发展高度较初始发展阶段均明显增强。      

川渝地区两类西南涡形成前环境物理量场分析

利用地面自动站常规资料、探空资料和NCEP再分析资料,挑选了2009~2012年发生在27~33°N,105~110°E的25个有暴雨产生和25个没有暴雨产生的西南涡。通过再分析资料对两类系统形成前的环境物理量场进行对比分析,结果表明有无暴雨产生的西南涡形成前约6h的环境物理量场区别明显:在对流层低层,相对无暴雨产生的西南涡,有暴雨产生的西南涡强度、尺度及冷暖空气交汇更强,涡西北侧有一股较强冷空气侵入;在对流层中层,有暴雨产生的西南涡在上游有小槽存在,而无暴雨产生的西南涡不存在明显的波动小槽;在对流层高层,有暴雨产生的西南涡的涡中心位于南亚高压东北侧,高空急流在距离涡区北侧约500km处,而无暴雨产生的西南涡上空为强劲的高空急流,没有闭合的南亚高压形态存在。有暴雨产生的西南涡水汽输送和水汽汇聚量比无暴雨产生的西南涡更大;有暴雨产生的西南涡具有低层辐合、正涡度和高层负涡度、辐散的一致性叠置特征,而无暴雨产生的西南涡此特征不显著;有暴雨产生的西南涡的涡中心附近上升运动为大值中心,中心及西、南侧为中性或不稳定层结,而无暴雨产生的西南涡的涡中心不是上升运动大值中心,低层为中性层结。      

高原涡与西南涡相互作用暴雨天气过程的诊断分析

利用动力诊断方法,对2008年7月20~22日高原低涡与低层西南低涡相互作用引发西南低涡强烈发展和四川大面积特大暴雨天气发生机理进行了诊断分析。分析表明：高原涡与西南涡涡心之间的纬向距离在5个纬度的时候,两者上升气流都在500 hPa以下,当两者继续东移,在经向上耦合的时候,二者同时得到发展,西南涡中心的上升气流达到300 hPa,而高原涡中心的上升气流突破200 hPa;西南涡在低层出现初期,在一定程度上制约了高原涡的发展,随着两者在经向方向发生耦合,上下涡度平流不同造成垂直差动,将激发500 hPa以下的上升运动与气旋性涡度加强,使得500 hPa与700 hPa涡心正涡度值的增大近1倍。并且涡前的正涡度变率使得高原涡发展并东移,待垂直耦合后,高原涡与盆地涡相互强迫作用促使气流上升运动加强也是导致高原低涡与西南低涡共同发展的一种机制。     

"7.21"北京大暴雨过程的地形作用分析和数值试验研究

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和常规气象观测资料,对2012年7月21-22日北京地区的大暴雨过程中的地形作用进行诊断分析,研究其对暴雨过程前后的热力、动力及水汽条件的影响。并利用WRFV3.2模式尝试进行一些地形敏感性数值试验,探讨地形改变后对此次暴雨过程的影响,初步得出了一些结论：高空槽配合中层切变线,在低层形成低涡,低涡的东移并加强引发了此次暴雨。暴雨发生前,中低层强的正涡度中心和负散度中心配合很好,它们在东移过程中,组织起了一个很好的垂直环流圈。此环流圈加强了迎风坡气流的上升运动;对流层中低层东南和西南两条水汽通道提供了强大的偏南气流,不断往北京地区上空输送暖湿空气,从而在低层积累了大量的不稳定能量;对流层中低层的位涡从高处往下传,且正位涡中心在东移过程中加强,对应山前迎风坡出现了局地大暴雨,由此说明位涡中心与暴雨落区具有良好的对应关系。地形敏感性数值试验验证了地形虽然对于整体降雨带的影响不大,但对于局地暴雨落区和中心强度的影响却很大。