2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

西安“8.3”大暴雨的环境条件与中尺度特征分析

基于陕西WARMS模式、FY2F卫星云图、多普勒天气雷达和地面加密观测等资料,分析总结了2015年8月3日西安致灾大暴雨过程(以下简称"8.3"大暴雨)的环境条件与中尺度特征。结果表明:该过程强度大、突发性强、降水落区集中,中低层快速东移南压的冷式切变线和地面冷锋是其主要影响系统,地面切变辐合偏弱、整层偏南水汽输送及其辐合不明显是大暴雨持续时间短、范围小的重要原因;地面冷锋后部偏北风遇秦岭北麓地形作用形成初始对流,高层北路冷空气侵入导致不稳定能量增大,二者共同作用触发对流与能量强烈释放,形成β中尺度对流系统,产生大暴雨;低层辐合、高层辐散和垂直上升运动中心偏强而无次级环流,造成暴雨范围小、持续时间短;暴雨区主要位于对流云团云顶亮温(TBB)梯度大值区,与3 h显著正变压中心梯度大值区和切变线交汇点南侧对应;雷达强回波区呈垂直塔状,质心低,属热带海洋型降水回波。在不稳定层结尤其是低层超绝热状态下,加强雷达资料分析研判,跟踪紧邻山地杂波的、孤立的、中心像素点反射率超过60 d Bz的小尺度对流单体发展,可提前发布秦岭北麓暴雨预警。     

一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP/NCAR再分析资料,对安徽省一次远距离台风暴雨中尺度对流系统的环流背景、内部结构及其演变进行了系统分析。结果表明:1)低层台风外围偏东气流的输送使得暴雨区增温增湿,进而增强中纬度大气的不稳定度;西风槽前的上升运动有利于暴雨区低层辐合的加强和垂直运动的发展维持。2)强降水过程主要由两个β中尺度对流系统造成,在暴雨区上空β中尺度对流系统的新生维持是强降水维持较长时间的重要原因。3)雷达回波和地面要素场上,强降水表现为两个β中尺度的对流系统的生成发展,中尺度对流系统锋生的原因虽各有不同,但对流的发展与地面中尺度辐合线和加强的中尺度低压有关。γ中尺度的强对流单体是造成局地降水峰值的直接原因。4)两段强降水的出现都表现出中纬度系统和台风外围气流的相互作用,低层冷空气的触发以及西风槽前暖湿气流的加强都会使降水有明显的增幅。5)雷达速度场上,β中尺度对流系统的加强和低层暖湿气流的加强紧密相关。γ中尺度对流系统的生成则是由速度场上小尺度的风速辐合造成。     

豫北一次强降水过程的多尺度诊断

2013年7月8日河南濮阳发生强降水天气,利用常规天气观测资料、NECP再分析资料、地面自动站加密资料、卫星云图和天气雷达产品,诊断此次强降水过程产生的原因及中尺度特征。分析表明:(1)此过程属切变线暴雨过程,高空低槽东移、副热带高压加强北上、西南暖湿气流加强、中低层切变线和地面倒槽发展是强降水过程的环流特征。强降水发生在大气层结不稳定区域,低层水汽充沛,有低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。降水中心位于中低层"人"字型切变顶端右侧暖切变线附近、地面倒槽顶端冷暖空气气旋性辐合最强区域;(2)沿倒槽辐合线强烈发展的β中尺度的对流云团东北移与濮阳周围发展的对流云团合并加强,形成较强的中α尺度的对流系统(MCS),对流性强降水落区处于MCS的前端对流发展旺盛区及附近,此处云顶亮温(TBB)值达到最低(203 K);(3)多普勒雷达回波图上,多条中尺度回波短带汇合加强,形成"人"字型带状回波北抬,与濮阳附近发展的对流回波合并加强,强回波在濮阳当地打转滞留,造成强降水;径向速度图上,低层较大的东南风入流和中层大范围强盛的西南风入流在雷达站周围形成中小尺度的强旋转辐合风场,使对流上升运动增强,造成极端对流性强降水。同时此处也是地面中小尺度的气旋性辐合处。     

江西一次特大暴雨中尺度对流系统特征对比分析

利用FY-2E云顶亮温(TBB)资料,雷达回波资料以及非静力中尺度数值预报模式WRF的模拟结果,对比分析了2010年6月19日江西特大暴雨过程中TBB低值接近但地面降水量差异显著的两个中尺度对流系统(MCS)。结果表明:MCS1为新生对流在有利的水汽、动力和热力条件下迅速发展形成的强盛中尺度对流系统,中低层辐合高层辐散、气旋性涡旋发展旺盛,对流云柱内强上升运动将辐合的大量低层水汽输送至中高层,云水、云冰含量增加,两者重叠层加厚,水物质总量增加,造成地面出现强降水;MCS2尾随层云区的弱辐合仅出现在中层,水汽辐合量和液态水物质含量显著偏小,对应地面弱降水,但是由于高层云冰含量与MCS1对流云区相当,高层雷达回波强度相当,导致卫星云图上TBB出现与MCS1相同的低值。     

新疆巴州一次短时强降水过程的中尺度特征分析

利用常规地面、高空观测资料、FY-2G云图TBB资料、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料以及库尔勒探空和多普勒雷达资料,采用25点平滑算子的滤波方法,对2016年8月23—24日新疆巴音郭楞蒙古自治州(下简称巴州)一次短时强降水过程的中尺度特征及其发生、发展机理进行分析。结果表明:"三支急流"的有利配置以及700 h Pa中尺度气旋性辐合的形成对强降水区内垂直运动的发展和水汽的辐合上升具有明显促进作用,配合低层高温高湿、中层干冷空气侵入、地面中尺度辐合线的形成等条件直接诱导了此次短时强降水的发生;强对流发生前,低层水汽饱和、对流不稳定层结、中等强度的垂直风切变和强的温度垂直递减率为强对流的发生发展提供了良好的潜势条件;此次强降水的雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间较长,导致过程累积降水较大。库尔勒及周边地区的短时强降水主要由弓型回波在缓慢东移过程中断裂分散成的多个γ尺度的对流单体造成。     

一次大暴雨过程中尺度涡旋系统特征分析

利用常规观测资料与加密自动站资料、卫星云图、多普勒雷达与微波辐射计资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2011年7月29—30日发生在天津及华北东部的大暴雨过程进行了分析。结果表明：在有利的环流背景下,迅速发展北上的低空中尺度涡旋是此次大暴雨的直接影响系统。高空槽前正涡度平流加强,造成低层减压、中尺度涡旋发展;涡旋中心向负变压梯度绝对值最大方向移动。分析中尺度涡旋垂直结构表明,开始时涡旋内斜升气流明显,随其发展,低层辐合明显加强、涡旋内转为一致的垂直上升运动,且最大辐合中心与正涡度中心相对应,均位于900 hPa以下。随低层东南气流加强,涡旋右前侧偏东入流显著加强,其不但为涡旋发展提供了有利的动力条件,也为暴雨发生和维持提供了充足的水汽。此次降水的强回波高度较低,钩状回波及中尺度气旋均在低层发展,造成强降水和短时大风,有别于典型钩状回波。水汽密度及液态水含量变化与降水对应非常好,强降水前15～30 min低层大气水汽密度和液态水含量会迅速增大,这可为强降水提前预报预警提供参考依据。     

滇缅脊前一次弱对流形成的局地大暴雨过程分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP 1°×1°每6 h再分析资料和多普勒雷达资料,用尺度分离和物理量诊断分析方法,对2005年8月7日发生在云南新平平掌的局地大暴雨进行综合分析,结果表明:低层700 hPa滇缅脊前哀牢山沿线切变线内生成的中尺度气旋,是产生局地强降水的主要天气系统;局地大暴雨发生在低层辐合、中高层辐散的弱对流环境中,低层局地强水汽辐合为此次大暴雨提供了水汽条件;局地大暴雨发生前垂直螺旋度低层为辐合上升,强降水发生在辐合上升运动减弱期;大暴雨发生在对流云团温度梯度迅速增大的位置,多普勒雷达回波强度和回波顶高均无强对流特征;局地大暴雨发生地有逆风区形成,不断南下补充的新对流单体,使得β中尺度回波长时间维持,是导致局地大暴雨发生的重要原因。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

台风Polly（9216）和Matmo（1410）对辽东半岛降水影响的对比分析

台风Matmo(1410)和Polly(9216)影响辽东半岛时的路径近乎重合,但台风Polly造成了大范围的暴雨和大暴雨,而台风Matmo仅个别测站出现暴雨。利用中国气象局热带气旋年鉴、FY-2D卫星的黑体亮度温度(TBB)产品(0.1°×0.1°)、日本气象厅TBB资料、大连地区逐时自动气象站降雨量资料、常规观测资料和欧洲中期数值预报中心ERA-Interim全球再分析资料(0.125°×0.125°),对两个台风影响辽东半岛的降水过程进行了对比分析。结果表明:(1)两个台风均进入西风槽区而变性,在其西侧和北侧分别具有冷锋和暖锋锋生,辽东半岛的降水均发生在台风低压环流北侧的锋生区和环境风垂直切变明显增大过程中。但两个变性台风的大尺度环流背景却差异显著,台风Polly与西北侧较强冷空气相互作用,锋区随高度增加向西北倾斜,且与低空东南急流相连获得丰富水汽供应,强降水持续时间长,而台风Matmo与东北部对流层低层冷空气相互作用明显,锋区随高度增加略向东北倾斜,但其低空急流水汽通道被快速隔断,不稳定度和动力抬升条件减弱,强降水持续时间短。(2)台风Polly和Matmo的降水分布非对称明显,均出现在顺垂直切变方向的左侧,但台风相对于高空槽的位置不同,对流活动发展的方位有所差异。台风Polly中尺度对流活动在其北侧发展旺盛,且向西南弯曲,而台风Matmo对流活动仅发生在台风环流东北侧。(3)台风的强降水落区还与其低层环流内冷、暖平流的活动密切相关。台风Polly西北侧的冷平流加强,辽东半岛位于台风北侧低层冷暖平流交汇区,水平辐合加强,深厚的上升运动维持,而台风Matmo东北侧的冷平流加强,辽东半岛逐渐位于台风西侧,低层为冷平流控制的下沉运动区,大气层结趋于稳定。     

变性台风“美莎克”结构演变特征及暴雨成因分析

台风“美莎克”(2009)在菲律宾以东洋面上生成后沿我国近海北上并不断加强,最强达到超强台风,登陆后在我国东北地区一路西行,与冷涡结合逐渐变性加强,移动缓慢,给东北地区中北部带来大范围持续暴雨天气。使用常规观测资料、FY-2F云顶亮温资料及NCEP FNL再分析资料,对台风“美莎克”在中高纬西行深入内陆与冷涡结合变性加强的过程进行了分析。结果表明：(1)有利的高低空动力条件配置及水汽的相变驱动作用导致台风的不对称发展,在垂直方向上呈现向西倾斜的结构。主体云系和强降水主要出现在顺切变方向的左侧。(2)台风暴雨以稳定性降水为主,只在降水开始之初有对流活动造成短时强降水。锋面低层的中尺度强锋生区对暴雨有较好的指示意义。(3)台风北上携带的水汽充沛,东南部大暴雨区中低层比湿大,强降水时段集中、降水强度大;暖锋锋生、中层对流不稳定和湿对称不稳定,有利于强降水的维持和发展。台风深入内陆的过程中变性发展,移动缓慢,降水持续时间长,以锋面和气旋稳定降水为主。(4)东南部大暴雨区位于长白山脉北侧,偏东风低空急流与地形正交,大暴雨带的走向与地形走向一致,迎风坡地形对降水有增幅作用。     

黔西南一次低涡切变型暴雨的中尺度分析

利用常规观测资料、FY-2E TBB资料、自动站降水资料及1°×1°NCEP再分析资料,对发生在黔西南2014年6月9日的暴雨过程进行了分析,结果表明：本次暴雨过程主要是由低涡切变造成的,低涡切变东南移的过程中,黔西南地区低层辐合明显加强,触发了中尺度对流系统的发生发展。暴雨过程强度大、持续时间较短,有典型的 中尺度特征。两个大暴雨中心是由两个MCS产生的,都是沿低涡前侧的切变线移到暴雨中心上空的,降水主要出现在MCS的中部冷云区及梯度大值区。雷达回波资料显示此次过程是由多个对流单体发展、合并,形成混合性片状回波,回波往东南移的过程中逐渐减弱消散。暴雨发生前及发生时整个黔西南地区中低层有强烈的辐合上升运动,中高层为下沉运动,黔西南低层的 为高值区且等值线密集,整层湿层深厚,动力强迫上升运动加强低层能量和水汽的向上输送,加强了中尺度对流系统的发生发展。     

2009年5月山东春季大暴雨落区诊断与中尺度特征分析

利用NECP 1°×1°网格点数据资料以及卫星云图、雷达回波、区域加密自动站资料等,对2009年5月10日山东大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:西太平洋高压加强西伸,与西风带系统结合,使中低层切变线稳定少动和降水持续,西太平洋高压外围的西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源;暴雨区出现在水汽通量大值区长轴方向前端、水汽通量辐合区、水汽通量矢量气旋式弯曲拐角处以及强上升速度中心区;低层辐合、高层辐散垂直结构的移动方向为水汽辐合中心的长轴方向,当其长轴前方辐合减弱时,这种垂直结构趋于减弱;地面风速辐合线在鲁西北黄河沿岸的稳定维持对大暴雨落区具有较好的指示意义,中尺度雨团位于风速辐合线西段1个纬距左右,中尺度对流云团与中尺度雨团有较好的对应关系;强回波位于850 hPa切变线东侧,与地面中尺度辐合线、中尺度雨带位置相同,回波移动方向与回波伸展方向一致,形成典型的列车效应,是造成强降水的重要原因之一。     

一次东北暖锋锋生暴雨的中尺度特征分析及成因初探

使用常规观测资料、卫星云图、雷达回波资料、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对2017年8月1日发生在黑龙江南部的暖区暴雨过程的中尺度特征及成因进行了分析。结果表明:暴雨发生在副高加强西伸北抬及有台风活动的背景下,副高外围的水汽输送为暴雨提供了充沛的水汽条件;低层西南风的增大导致暖锋锋生,暖锋的辐合抬升作用加强,造成较大范围的暴雨天气;锋生区附近存在CSI,锋生作用及CSI的释放,加强了沿着锋面倾斜向上的斜升气流及锋面次级环流,CSI导致的斜升气流的发展进一步触发对流不稳定,导致大范围的垂直上升运动,降水显著加强;暖锋云带内部探空分析显示大气处于不稳定状态,有利于以短时强降水为主的对流发展。暴雨是由云团的后向传播造成的,强降水以暖云降水为主,降水效率高,雨强大,暖锋稳定少动,由暖锋锋生所致的对流单体在同一区域重复新生,并沿暖锋自西向东传播,形成列车效应,暴雨中心一直有最大反射率因子超过45 d Bz且降水效率高的强回波活动,持续时间超过4 h,导致强降水持续时间长,降水累积量大。     

皖江一次大暴雨多普勒天气雷达回波分析

利用合肥多普勒天气雷达回波和各种常规资料,对2010年梅雨期皖江一次大暴雨天气过程的雷达回波进行分析,探讨短时大暴雨的回波特征。结果表明：有利的大尺度环流,充足的水汽条件和较强的上升运动是产生强降水有利的天气背景。雷达资料分析发现形成此次皖江暴雨的源地位于大别山区,强降水是由局地发展的对流回波加强合并产生的,回波的发生和发展加强常常与风场的局地强辐合区（逆风区）相联系,雨带在中低空切变线上合并加强,强降水区域尺度较大,单体回波移向和雨带走向一致,回波移动缓慢或呈准静止状态,累积雨量大,易于形成暴雨。     

1513号台风“苏迪罗”不同阶段降水的中尺度特征分析

利用分辨率为1 °×1 °的FNL再分析资料、自动站逐小时降水资料、卫星云顶黑体亮温(TBB)资料以及雷达资料对2015年第13号台风“苏迪罗”不同阶段降水特点、引发暴雨的中尺度对流系统的环境场及其发生发展过程进行了全面分析。分析发现:台风“苏迪罗”具有强度强、在陆地上维持时间长等特点。带来的降水量大、影响范围广。其中降水主要集中在两个阶段:台风登陆过程降水及与冷空气结合引起的降水。两个阶段分别于闽北浙南一带以及江苏地区存在强降水中心,环流云系中存在着明显发展的中尺度对流云团。引发两个阶段暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现:（1）台风环流内部的中尺度对流系统的生成和发展是造成暴雨的重要原因。强降水过程发生在低层辐合高层辐散的高低空系统耦合背景下。充沛的水汽条件、地形抬升作用、冷空气入侵等条件触发了强降水。（2）闽北浙南地形抬升加强了低层气流辐合,与中高层辐散气流的相配合是引起中尺度对流活动的主要机制。台风北侧为向岸风,南侧为离岸风,水汽集中在台风主体北部辐合,非对称结构明显,这是导致第一阶段强降水中心主要位于台风主体北部的重要原因。（3）台风北上后由于台风低压环流受北侧高空槽后部冷空气影响,冷空气与南来强盛暖湿气流在苏皖地区交汇,形成强对流活动并导致第二阶段暴雨过程。      

“云雀”残涡影响下豫西南一次大暴雨过程特征分析

受第1812号台风"云雀"残余环流影响,2018年8月5日凌晨到上午,河南南阳、平顶山、洛阳交界一带出现了3 h雨量超过180.0 mm、小时雨量达到69.4 mm的极端强降水,常用的全球模式和中尺度模式均未能给出暴雨提示。利用常规气象观测资料,风云2G、风云4A卫星资料,南阳站雷达和NCEP再分析资料,对此次大暴雨过程进行对流初生和中尺度特征分析,探讨这种弱环流背景下产生的局地大暴雨的物理过程和触发维持机制。结果表明:1)这次大暴雨过程是"云雀"台风残余环流沿副高边缘西移过程中,在伏牛山、大方山的喇叭口地形强迫下形成边界层中尺度辐合线,触发了强对流。2)降水过程的时间和强度与边界层形势演变对应较好,业务中需加强对边界层的关注。3)强降水出现在中尺度云团后部的TBB梯度大值区,位于喇叭口地形的南缘,不断有中尺度对流云团生成。4)大暴雨是以暖云为主的强降水过程,出流较弱,具有低质心、高效率的特点。强降水开始时,对流发展高度不高,与雷达相比,FY4A卫星没有提前发现这次过程的初生对流。     

2016年吉林省“7•26”暴雨天气综合分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星云图、多普勒C波段天气雷达以及吉林省区域自动站和加密自动站资料,运用统计分析和天气动力学诊断方法,综合分析2016年7月25—26日吉林省暴雨天气过程,此次暴雨和大暴雨落区位于吉林省四平东部、辽源、吉林和通化北部,此次暴雨过程出现东北冷涡天气背景下,25日14—22时的短时强降水由东北冷涡前部局地对流活动的加强触发中尺度对流系统(MCS)生成。500 hPa为两脊一槽形势,受西太平洋副热带高压阻挡,东北冷涡较为稳定,吉林省位于东北冷涡前沿的西南气流中,850 hPa西太平洋副热带高压西侧的西南急流直达吉林省中南部,在其北端产生西南—东南向暖锋式切变,并与地面黄河气旋暖锋区相对应。在地面中尺度辐合线、地形抬升触发下,造成中尺度对流,形成短时强降水。通过FY-2G卫星相当黑体温度(TBB)产品分析,发现吉林省上空TBB低于-52℃时,就会产生短时强降水,而TBB高于-48℃则MCS趋于消失;此次强降水的新一代C波段天气雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间短,但达到短时强降水标准。卫星TBB产品和雷达监测可为以后吉林省东北冷涡暴雨定时、定点暴雨预警提供依据。     

副热带高压控制下湖南两次短时暴雨发生及系统维持机制对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料，对2018年副高控制下湖南两次短时暴雨发生及维持机制进行分析。结果表明：①在水汽丰沛且有足够的不稳定能量和抬升条件下，强盛副高脊区反气旋环流内也可以触发短时暴雨天气，其大尺度环流形势特征和湖南典型暴雨过程有着较大差异；②对流性降水发生前，不稳定能量明显增强，中低层增湿明显，为暴雨提供能量与水汽条件；③两次过程分别受副高南侧热带气旋外围云系扰动和弱冷空气侵入影响，925 hPa形成弱扰动或者弱切变，配合地面中尺度辐合线，近地面动力抬升触发对流性降水，白天受太阳辐射影响，能够自由触发热对流。地形抬升也是重要触发机制，发生在迎风坡热对流占比84%；④两次短时暴雨的雷达回波为非常明显的低质心高效率的降水回波，环境风及其垂直风切变小，尽管不利于对流风暴有组织的发展，但雷暴单体移动缓慢，有利于同一地区长时间的强降水。     

北方一次暖区大暴雨强降水成因探讨

2012年7月7日黄淮出现一次典型暖区大暴雨过程,降水持续时间长、强度大和强降水范围集中,中尺度特征明显。本文通过常规和非常规观测、NCEP分析资料对该次黄淮暖切变线引发的豫东北、鲁南和苏北等地大暴雨天气过程的成因进行探讨,结果表明:整层高湿环境有利于降低暖区暴雨对抬升条件的要求、提高降水效率和局地不断产生中尺度对流系统;低层垂直风切变和超低空急流在对流触发和维持中可能有重要作用;次天气及以下尺度的抬升条件,如地面辐合线、925和850 hPa切变和低空急流出口区的风速辐合等均可导致强降水,降水落区一般位于低层多层风速辐合的叠置区;暖区暴雨的雷达回波具有明显的后向传播、列车效应和热带降水型特点。