迎风坡暴雨预报中多普勒天气雷达资料两种散度反演方法的应用

简单介绍了由多普勒天气雷达径向风资料反演平均散度和径向散度的计算方法,以2004年7月11—12日暴雨过程为例说明两种散度在迎风坡暴雨跟踪、预报中的综合应用。分析结果表明：①平均散度可以作为降水跟踪、预测的背景场。降水出现之前,低层平均散度存在辐合;低层辐合加强或维持,整个区域降水将加强;辐合高度抬升到中层并维持,降水达到最强;辐合减弱并开始出现辐散,区域降水将逐渐结束。②根据径向散度的分布情况,可以提前2 h以上预报强降水的落区。强降水落在径向辐合大值区后部的较弱辐合区内,且弱辐合区强度越强,未来降水强度越大。因此,综合分析平均散度和径向散度随时间的变化,可以跟踪、预测降水的发展演变,特别是可以给出暴雨的大致落区。     

中南半岛地区夏季降水日变化特征

利用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)3B42RT和3G68 PR 1998-2005年8 a的观测资料,研究了中南半岛地区夏季(6-8月)降水日变化特征.结果表明:整个夏季,中南半岛西侧沿海和长山山脉西侧迎风坡为降水大值区和降水日方差大值区.陆地上平原地区和远海海面降水主要出现在16-19LST(local standard time);沿海海面在07-10LST达到降水最大值.降水在白天由沿海分别向内陆和远海海面传播;夜间,降水从远海海面向沿海地区回传,但没有发现内陆向沿海地区回传.长山山脉西侧迎风坡的一南一北两个区域,表现出明显不同的降水日变化特征,其原因与降水的传播有关.01-04LST,降水大值区出现在泰国湾东部沿海,并向中南半岛岛内传播,16-19LST在长山山脉西南侧形成降水大值区,之后降水进一步沿山脉向西北传播,并于次日01-04LST传到长山山脉西北侧区域,通过降水的这种传播特征从而导致长山山脉迎风坡一侧不同的降水日变化特征.     

梵净山区域暴雨过程中小时降水雷达回波特征分析

利用梵净山周边区域自动站逐小时降水资料和铜仁雷达观测资料,对2017—2018年铜仁市梵净山周边区域暴雨过程中逐小时分级降水的雷达类型和回波特征进行分析。结果表明:①梵净山区域暴雨过程中小雨、中雨、大雨年均总站次的日变化均呈双峰型分布,而暴雨年均总站次呈单锋型,并且具有明显的夜雨特征。②造成梵净山区域暴雨天气的雷达回波类型可分为本地发展型、移入型和合并加强型3种。③小时雨强与回波强度呈正相关,而与移动速度呈反相关。④径向速度图上中雨量级降水有弱辐合特征,大雨量级降水出现弱的逆风区结构,暴雨量级降水有明显的辐合辐散和速度对特征,且存在逆风区结构,逆风区位置对应强回波中心。⑤垂直累计液态水含量大值区及回波顶高度与反射率因子大值区有较好的对应。     

豫北一次区域性大暴雨的数值模拟分析

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料和WRF中尺度数值模式对2006年7月2-3日豫北区域性大暴雨过程进行数值模拟,并用模拟结果对该过程作中尺度分析.结果表明:暴雨中尺度系统发展和维持期间,基本上是强涡度区对应强辐合区,使得垂直对流运动发生发展,为强降水发生和持续提供了动力条件;θse值大小和实况降水强弱演变对应关系很好,θse值越大,实况降水越强,反之,实况降水越弱;豫北地区出现强降水时,水汽通量中心位于豫南且分布在西南急流轴上,豫中南部始终维持一条明显的水汽输送带,水汽被源源不断地输送到豫北地区;豫北地区处于明显的水汽辐合区,强辐合区有一自西向东的移动过程,与实况强降水过程演变趋势一致;大暴雨区域上空从低层到对流层顶层垂直螺旋度均为正值,且强降水时段与螺旋度最强时段对应关系很好,降水峰值与正螺旋度中心出现时间吻合.     

气流的垂直分布对地形雨落区的影响

从大气运动的基本方程出发,讨论了华北地区太行山东侧低空东风气流背景下不同垂直分布气流对降水落区的影响。认为：当垂直于山体的气流随高度减小时,地形的作用表现为迎风坡上水平辐合,造成气旋式涡度增加,产生风场切变,因此对迎风坡降水产生明显的增幅作用。当气流的垂直分布随高度增加时,迎风坡方向表现为反气旋涡度增强,而在背风坡方向产生辐合作用,造成气旋式涡度增加,发生风场切变。     

地形对超强台风罗莎降水影响的初步分析

为了进一步加深地形对台风降水影响的细节了解,用变分法合成的高分辨率降水资料和地形资料,结合日本再分析资料,对0716号台风罗莎登陆期间地形对降水的影响作了初步分析.过程降水量与地形相关分析表明,沿海地形对降水的影响较大.强降水区主要分布在沿海山体的迎风坡上.分析1小时降水量在不同强度区间的频次分布,发现在山体地形的影响下,山脉区域降水加强.浙江东南沿岸的山体引起的降水增益相对东北沿岸区域的山体偏大.利用日本再分析资料和地形资料计算了气流过沿海山体时的无量纲数Fr值.由于气流Fr较小,气流过浙江沿海地形时更容易翻越山体.抬升位置发生在迎风坡上,因而强降水区也落在迎风坡上.东南沿岸区域的地形对迎风气流的强迫垂直运动在垂直方向上的渗透比东北沿岸区域更深厚,这是导致东南沿岸区域地形对降水增益比东北沿岸区域偏大的原因.     

青海一次强降水过程的物理量预报应用试验

针对强降水业务预报工作的实际需求,利用常规观测站和区域自动站逐小时降水资料及欧洲中心(ECMWF)细网格数值预报产品,采用水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度对2017年7月26—27日发生在青海省的强降水天气过程进行预报应用分析。结果表明:水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度与降水的发生发展和强降水中心有较好的对应关系;500 h Pa正水平螺旋度强度对降水强度的变化有一定的指示性,负水平螺旋度强度偏强时可以很好地指示强降水中心位置;水汽通量大值区内水汽辐合强度越强,降水强度也越强。     

不同地形资料对西南涡降水过程的数值模拟研究

本文仅改变模式下垫面的地形资料,对西南地区降水过程进行模拟试验,通过模拟结果的分析对比,我们认为1)不同地形资料(或是对地形资料进行平滑处理),在地形突变处的差异最为显著。2)地形细微的变化最直接影响的是降水位置,其次是降水强度。3)地形变化之后,短波辐射受到的影响最为直接,感热通量和潜热通量是此消彼长。4)盆地有降水过程时,低层一般盛行东南风,且会在盆地内部产生气旋性弯曲,气流在迎风坡存在明显的辐合,而背风坡则存在明显的辐散。5)地形梯度同样影响对流的发生发展,在地形陡峭处更容易产生强烈的上升运动,地形梯度越缓,气流的爬升能力也越强。总之,地形的微小变化已经可以对降水的落区和强度产生显著的影响。      

豫西地形对一次强降水过程的影响分析

利用中尺度模式WRF 3.3.1模拟了2007年7月29日豫西山区强对流天气过程,并进行了地形高度敏感性试验。结果表明：模式能够很好地再现此次强对流降水过程,模拟降水范围与强降雨中心均与实况较一致。分析对比控制试验和地形敏感性试验结果可知,地形的改变能够在水平和垂直方向上影响环流形势,进而影响降水的落区和中心量级。地形升高和迎风坡梯度增大使近地面层水平风场辐合增强,中层上升运动明显增大,且低层的水汽通量增大,导致雨带横向范围和降水中心量级明显增大;而地形降低和迎风坡梯度减小使山脉对近地面层气流的阻挡作用明显减弱,低层水汽通量显著降低,中层辐合抬升运动明显减弱,迎风坡前强降水中心减弱甚至消失,而山脉下游降水则有所增强。分析地形高度与山前降水的定量关系可知,降水中心量级随着地形升高或降低相应地增大或减小,但二者并非完全的线性正相关。     

浙江省地形对0908台风“莫拉克”降水影响的数值试验

应用ARW—wRF／3DVAR（V3．1）中尺度模式对0908号台风“莫拉克”进行模拟试验,结果表明,模式对宁波市135个自动气象站24h降水量预报与实况相关系数达到0．762,对50、100mm降水Ts评分分别达到0．963和0．778,BS接近1,200mm以上降水Ts评分0．320,漏报率明显增大。模式对“莫拉克”台风北抬过程中雷达回波的移动速度和强度把握具有较高的参考性,模拟降水回波主要出现在迎风坡,垂直结构均匀。地形导致浙江省50mm以上的降水增幅带主要位于28。N以北地区,与地形走向基本一致,降水增幅大值中心一般模式地形也相对高,但降水增幅与模式地形高度并不完全呈线性关系。地形作用在浙江省形成明显的地形辐合线,辐合线呈东北一西南走向,并随高度向浙江西南部收缩,浙北地区地形辐合线在600hPa以下层次表现清楚,而海拔相对高的浙西南地区,辐合线可伸展到400hPa。地形辐合线随着台风中心移动而北抬,其附近降水得到了明显增强,10mm／h以上的降水增幅带基本沿着中低层地形辐合线走向且随辐合线移动。地形导致上升气流和下沉气流相间增强,从而激发出次级垂直环流,进一步增强降水的局地性。     

云南一次极端强降水过程成因和地形影响分析

基于多种站点观测资料和ERA5再分析资料,对2020年8月15~19日云南一次影响全省的强降水过程的持续性和预报偏差原因进行探究。结果表明:青藏高压的持续东移,是此次降水过程得以维持的关键因素。500hPa影响降水的关键天气系统是由滇缅高压和西太平洋副热带高压形成的两高辐合系统,其演变为北槽南涡,最终发展为青藏高压和西太平洋副热带高压形成的两高辐合系统。此过程中,中高纬度中高层冷平流促使短波槽发展,中层入侵云南的冷空气加强了其上空的层结不稳定性,低层冷空气则增强了对暖湿空气的抬升。在有利天气形势下,云南西南部哀牢山对该地区降水有明显的增幅作用,尤其是迎风坡,海拔高度和降水的正相关性较好,但地形对降水的增幅作用并不一直随海拔高度的增加而增大。ECMWF数值模式没有预报出影响云南降水的两高辐合系统的西移,导致云南中部至西南部降水量预报明显偏小。      

地形对豫东南一次极端暴雪影响分析

为了更全面地认识豫东南极端暴雪发生发展的机制,利用常规探空和地面观测资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2018年1月3-4日豫东南极端暴雪过程从环流背景,高低空急流配置及水汽输送等方面进行分析。结果表明：高空低槽、中低空急流及切变线同时配合地面强冷空气南下,是形成本次极端暴雪事件最根本的天气尺度条件;豫东南位于高低空急流耦合作用形成的强烈上升区,西南急流不但为暴雪区提供源源不断的水汽条件,还起到了动力抬升及不稳定能量释放等作用,有利于暴雪发生发展与维持。豫东南地处大别山脉与桐柏山脉东北侧迎风坡处,地形较复杂,为了探究地形对本次极端暴雪的影响,本文尝试通过WRF模式模拟豫东南地形对降水的影响,通过控制试验和敏感试验对比分析表明,山体的迎风坡一侧对降水的增幅作用达4-6 mm,而背风坡一侧对降水的减幅作用约为6 mm;低层的U风分析显示,地形消减后U风风速将减小2-4 m·s^-1,并且中心位置东南移1-2个纬距,强降水中心随之东南移;垂直速度沿经度及纬度剖面均显示山体迎风坡处对垂直上升运动增幅达0.1×10^-2 m·s^-1;地形对水汽辐合起到明显增强作用,尤其在山体上方850-700 hPa高度辐合更加显著。     

持续性冷涡暖锋暴雨成因及特征分析

利用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对2019年8月6—8日一次持续性东北冷涡暴雨过程成因及特征进行诊断分析。结果表明:暖锋稳定维持在同一区域且不断锋生造成持续性暴雨。强降水出现在850 hPa锋区南侧,呈东西带状分布,暴雨与最大锋生区相对应。大气中层为弱对流不稳定,有利于强降水的维持。高层正位涡大值区向下层扩展,促使中低层涡度增加,在暖锋前形成正涡柱结构,在地面锋区上诱发出气旋性环流,有低压新生。锋区低层的强辐合区位于迎风坡,锋面辐合抬升和地形强迫抬升的共同作用,使低层强辐合区持续3 d维持在同一区域。冷涡东移减弱阶段,台风携带大量暖湿空气北上促使锋区北抬,强降水维持。冷涡新生和维持阶段,T_(850-500)≥25℃,K≥35℃,且有一定的对流有效位能,对暴雨的出现有较好的指示意义。暴雨区东边界的水汽输入最为关键,占到整个水汽输入总量的一半,尽管南边界的总水汽输入量不大,但集中出现在第一个暴雨日,是6日暴雨过程主要水汽贡献者。     

北京地形和热岛效应对一次β中尺度暴雨的作用

针对2010年7月9日北京地区一次典型的β中尺度暴雨过程,利用常规天气观测资料、地面加密自动站资料、风廓线雷达数据以及VDRAS（Variational Doppler Radar Analysis System）提供的精细化分析资料,研究了本次过程中地形、热岛效应以及两者相互作用对暴雨的影响。研究表明：地形的抬升作用对暴雨有明显的增强作用,降水过程中有地形雨带的生成;降水前城区热岛效应明显,由此造成的风场垂直切变和边界层辐合为β中尺度系统提供了有利的触发和加强条件,边界层辐合线的位置对暴雨落区有一定的指示意义;降水在西部山前城区发生后低层偏东风与降水之间形成了明显的正反馈,是β中尺度暴雨得以维持和发展的重要机制。     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

华北“7.20”特大暴雨多尺度特征分析

利用华北地区248个加密气象观测站资料、FY-2G黑体亮温TBB、邢台站探空资料、华北地区多普勒雷达资料、欧洲中心（ECMWF）0.25°×0.25°和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,对2016年7月19—21日一场特大暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：200 hPa南亚高压系统呈东西带状分布,500 hPa为“东高西低”环流背景,鄂霍茨克海附近闭合高压下游阻挡效应使上游系统移速缓慢,华北长时间处于深槽之中,环流形势利于产生稳定经向型暴雨;通过高低层流场对比发现,高空急流入口区右侧与低空急流出口区左侧重叠区为最强降水区域,降水大值区均位于太行山及燕山山脉迎风坡;垂直方向上,垂直上升运动中心介于散度辐合中心与辐散中心之间,剧烈的抽吸效应将水汽输送至高层,冷暖气流交汇及水汽上升过程凝结潜热释放导致对流系统迅速发展。河北地区稳定的深厚气旋是本次暴雨的关键系统,19日石家庄地区强对流单体（>45 dBz）存在时间超过20 h。MCS影响范围广、特殊山脉地形作用、系统停留时间较长等原因造成累积降水量增大,是本次暴雨与“7.21”北京特大暴雨相比的突出特点之一。     

大连地区暖锋暴雨个例成因与雷达回波特征

利用常规观测资料、自动站资料和多普勒雷达资料等,对2009年7月14日大连暴雨局部大暴雨过程进行详细分析。结果表明：这是一次暖锋大暴雨过程,高空河套槽北抬和北支槽尾段相叠加,中低层在渤海北部到大连地区形成涡旋环流,700 hPa气旋式较大曲率处在地面暖锋上空,大连地区位于地面气旋顶部即暖锋顶部,造成强降水的产生。强湿区,配合暖锋前低层辐合中心、高层辐散中心,为暖锋大暴雨天气提供水汽和动力条件。从雷达回波分析可以看出,暖锋前部45dBz的β中尺度反射率及速度场上“单牛眼”特征,是造成此次暴雨过程及短时暴雨的直接原因。VWP资料分析表明,低层东南急流与高层西南急流形成切变层的高度以及两支急流的强度变化,与暖锋对应并决定降水的强弱。