切变线暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

利用中尺度数值预报模式MM5V3.6,对2005年9月19—21日发生在山东中南部的区域性切变线暴雨天气过程进行了数值模拟。并用高时空分辨率的模式输出资料,对此次暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度的发展,形成θse陡峭密集区,密集区内容易发生暴雨。通过湿位涡的分析,揭示了暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构,表明切变线暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的联系。暴雨主要出现在850hPa的ζMPV1负值区和ζMPV2正值区等值线密集区附近,降水中心位于ζMPV1负值中心前部对流不稳定区中。     

潍坊地区初春一次罕见大暴雪天气的诊断分析

利用常规观测资料、FY–2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2010年2月28日山东潍坊大暴雪过程进行动力学、热力学诊断和中尺度分析。结果表明：此次潍坊大暴雪是由西风槽、低涡、切变线及地面气旋等共同影响产生的;低空急流为暴雪区带来源源不断的水汽输送;风速风向辐合使大量水汽在暴雪区汇集,并使其产生强烈的上升运动,配合能量锋区导致不稳定能量释放;垂直螺旋度正值中心的位置和强度与暴雪强度和落区有很好的对应关系;雷达回波能很好指示短时降水的强弱和落区;中尺度对流云团范围和强度的不断变化对判断暴雪的发生发展有重要的指导作用。     

中亚低涡背景下新疆阿克苏地区一次强对流天气形成的干侵入机制

利用风云卫星资料、地面自动站资料、NECP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2017年6月7日一次中亚低涡背景下新疆阿克苏地区强对流过程的干侵入特征进行分析。结果表明:(1)此次强对流天气发生在稳定的"两脊一槽"环流形势下,产生于中亚低涡底部西北气流中。强对流过程伴随着α-中尺度对流云团的发展和低层α-中尺度涡旋的活动,强对流天气发生在α-中尺度对流云团TBB梯度最大处和低层生命史较短的α-中尺度涡旋配合切变线活动期间。(2)干侵入增强了大气的位势不稳定,为对流发展储备充沛对流有效位能,为α-中尺度对流云团和α-中尺度涡旋的发生、发展提供有利的环境条件。(3)应用湿位涡对干侵入过程诊断分析发现,低层湿位涡的垂直分量(MPV1)负值带(湿位涡的水平分量(MPV2)正值带)的分布和移动代表了低层对流(斜压)不稳定区和辐合区的分布和移动,强对流发生在MPV1负值中心(MPV2正值中心)附近。中低层负的MPV1、正的MPV2有利于低层气旋式涡旋发展,涡旋演变为切变线,将水汽和能量向上输送,产生强对流天气。     

"06.7"郧西暴雨天气的成因分析

利用常规气象资料和卫星云图资料,采用天气学诊断方法,从大尺度环流背景、天气系统、物理量场、对流云团演变特征等方面,分析了2006年7月3～4日出现在湖北郧西的一次暴雨天气过程的成因。结果表明,此次暴雨是在副热带高压减弱东退形势下产生的;700 hPa和850 hPa的冷槽、切变线是此次强降水的主要影响系统,暴雨区位于700 hPa切变线右侧、850 hPa切变线附近;暴雨区上空存在明显正涡度柱,低层辐合与中高层辐散形成抽吸作用,为暴雨过程发生发展提供了动力条件;存在于孟加拉湾至我国西南地区的水汽通道为暴雨过程提供了必需的水汽;整个暴雨过程都伴随着中尺度对流云团的初生、发展、合并和减弱,降水主要由发展型对流云团造成。     

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。     

“07.6”广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站、雷达及FY-2C卫星资料,分析了2007年6月12-13日广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征,并探讨了此次暴雨过程的成因.结果显示:500hPa高原东侧的低槽引导冷空气南下,地面准静止锋南移进入广西境内,在地面形成锋面低槽的形势.暴雨发生在850hPa低涡切变线上,暴雨中心与β中尺度低涡扰动有很好的对应关系.这次过程的主要降水系统是南部的对流云团和锋面附近的中尺度对流复合体(MCC).柳州极端暴雨由两个雨团造成,其中一个雨团强度大,持续时间长,这与强降水回波的列车效应和地面中尺度辐合线有关,是柳州高强度降水得以长时间维持的主要原因.     

浙江一次江淮气旋后部强对流暴雨过程诊断研究

利用地面降水观测、NCEP/NCAR FNL再分析、ECMWF模式预报场和FY-2H静止卫星TBB资料, 对2020年6月30日浙江省一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明: (1) 200 hPa南亚高压强高空辐散、中纬度低槽东移、副热带高压带状稳定的阻塞形势、江淮气旋后部下摆冷空气与暖湿气流交汇形成的冷式切变等共同提供了有利的环境条件; (2)对流层中低层水汽通量向高空伸展、700 hPa正的垂直螺旋度中心都对暴雨落区有示踪作用, 高层正水汽通量散度强于低层负水汽通量散度, 垂直螺旋度和垂直速度中心几乎重合, 先低层强辐合后强垂直上升运动均为本次暴雨的发生提供了重要的水汽和动力条件; (3)暴雨发生在MPV、MPV1和MPV2为正负过渡的零值区, 为对流不稳定和斜压不稳定相结合区域, θ_se线密集区与地面近乎垂直, 湿位涡的高值中心位于θ_se梯度最大处, 高空湿位涡下传触发了位势不稳定能量的释放, 引起大范围的强对流暴雨; (4) 850 hPa冷切变线附近的降水云团, 是由多个块状对流云团合并加强形成完整的带状积雨云团, 而上游不断有新生对流云团生成东移补充消散的老单体, 触发阶段对流云后向传播, 扰动发展阶段对流云团合并过程, 形成对流云串的“列车效应”。      

凉山州一次切变线暴雨特征及湿位涡分析

利用NCEP1°×1°6h再分析资料、卫星云图及常规观测资料,对2020年6月29～30日凉山州一次切变线暴雨天气过程进行分析。结果表明：高原槽及低层切变线是此次暴雨的主要影响系统,南亚高压的高层辐散,有利于暴雨的触发和维持。明显的水汽输送及辐合、高能高湿的不稳定层结及强烈的垂直上升运动为暴雨提供了有利的条件。对流层高层MPV1>0且中低层MPV1<0、中低层MPV1>0且MPV2<0的配置有利于暴雨的发生。三个中尺度对流云团发展合并形成的MCC是此次暴雨的直接触发系统,强降雨常出现在TBB低值区及梯度大值区。     

山西省秋季罕见大暴雪天气过程诊断

对2009年11月10～12日山西省出现的特大暴雪的环流背景、前期高空环流形势、地面影响系统、水汽条件、动力条件及云图演变等方面进行了诊断分析。结果表明:①这次极端天气事件发生在10月下旬到11月上旬北半球环流呈现明显高指数特征,全国大部分地区异常偏暖的背景下,暴雪伴随剧烈降温天气;②300hPa辐散使得对流层上层具备强烈抽吸条件是造成强降水的重要环境因素。这种低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雪形成的动力机制;③500hPa河套小槽引导西路冷空气东移与极涡尾部的东路冷空气叠加,低层及地面的倒槽区有辐合上升气流,与锋面和高空槽、切变线配合,为降雪区提供有利的抬升条件,是造成此次暴雪的主要原因;④1500m高空有2支低空急流存在,一支是较强的东风湿急流,一支是偏南风急流,低空南风和东风急流向暴雪区提供了丰沛的水汽,低层850hPa强的水汽辐合、强的上升运动为这次暴雪天气提供了水汽和动力条件;⑤FY-2C卫星红外云图分析,这次强降水山西受到3个对流云团的影响,3个中尺度对流云团形成和消亡的时间大致间隔8～10h,对流云团的不断生成和发展是这次强降雪天气得以长时间持续。     

新疆北部持续暖区暴雪过程动力特征分析

利用常规观测、地面自动气象站逐小时观测及NCEP/NCAR逐日4次1°×1°再分析等资料，对比分析2016年11月中旬新疆北部暖区暴雪过程中两个强降雪中心裕民与青河物理量特征，重点讨论暴雪的动力耦合机制，结果表明：此次强降雪为典型暖区暴雪的天气系统配置，500 hPa新疆北部在西伯利亚低涡底部强锋区内，700hPa和850hPa有偏西低空急流和切变线，新疆北部受地面暖低压控制。上升运动和垂直螺旋度主要集中在700hPa以下，低层辐合、中层辐散是上升运动的动力维持机制。两种情况下可使上升运动增强，降雪强度增大：一是当垂直螺旋度呈“上负下正”结构、垂直螺旋度的绝对值增大时；二是当暴雪区上空湿位涡MPV1呈“上正下负”、MPV2＜0，且θse密集陡立带向暖区倾斜、垂直涡度增长时。涡度对上升运动的发展亦有正贡献。     

2008年初江苏暴雪天气的模拟分析

利用常规探测资料,分析2008年1月27—28日淮河以南的区域性暴雪天气过程发现:暴雪发生在巴尔喀什湖阻塞高压东侧不断补充南下的冷空气与低空的西南急流输送的暖湿空气相结合的背景条件下,中低层的气旋式环流及其东侧的暖式切变线是暴雪天气的主要影响系统。PSU/NCAR非静力原始方程中尺度模式MM5V3.6较好地模拟了暴雪过程。高分辨率的数值模拟资料显示:水汽通量散度和垂直运动的特征揭示了700 hPa以上的中层的大气运动是暴雪发生的关键;整层的气温均在0℃以下,为降雪提供了充分的气温条件。通过对位涡、湿位涡的诊断发现,冷空气由中层自北向南向低层楔入,导致暖湿气流加强了的垂直运动沿冷空气垫倾斜上升产生对称不稳定,中尺度的对称不稳定是这次暴雪天气的物理机制。     

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。     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

青藏高原东北侧一次暴雪过程的湿位涡分析

利用NCEP（1°×1°）全球再分析格点资料,对青藏高原东北侧2002年10月18日一次暴雪天气进行诊断分析。结果表明：500 hPa北上的西南暖湿气流与东移南压的西北冷空气在36°N附近交汇形成的高原切变线是造成这次强降水的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值密集带和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等eθ线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强导致下滑倾斜涡度发展是形成此次暴雪的重要原因,它对暴雪预报有着很好的指示作用。     

2010年1月鄂东一次暴雪过程中尺度分析

利用常规观测资料及NCEP／GFS再分析资料,对2010年1月5—6日发生在湖北东部的暴雪过程进行中尺度分析。结果表明：500hPa北支槽后干冷空气配合南支槽前西南暖湿气流形成的冷暖交汇以及850hPa低涡北抬发展是产生暴雪的主要天气背景;200hPa高空急流、700hPa西南急流、925hPa东北气流、850hPa气流汇合区、700hPa及850hPa露点锋、锋生次级环流、风向随高度强烈顺转的垂直风切变以及地面中尺度辐合区的有利空间配置,对暴雪预报具有重要指示意义。此外,在上述研究的基础上对此次暴雪过程的三维物理模型进行了总结。     

“0812”关中盛夏突发性暴雨中尺度特征分析

基于WRF模式多普勒雷达同化预报、1 °×1 °的NCEP再分析资料、云图TBB和本地加密观测资料,对2014年8月12日关中地区突发性暴雨过程（“0812”暴雨）进行诊断分析。结果表明:同化C波段雷达资料能有效提升WRF对此次突发性暴雨的预报能力。受中高层北部冷空气侵入和低层冷式切变南压的影响,在“0812”暴雨期间,关中的北部和东部的地面切变辐合线附近先后出现了南北向和东西向的中β尺度重力波,波动持续约4 h、波长约60 km。当北部波动向南传播发展与东部波动合并之后,重力波快速消散,强降水结束。暴雨发生前,波动区的垂直上升速度、雨水含量中心强度和发展高度均迅速达到最大,陕北地区对流层中上部的正湿位涡显著向南下滑至关中上空,出现了有利于中尺度波动发展的湿位涡波列结构,暴雨中心近地层的正湿位涡和垂直梯度异常增大。200 hPa高空急流区南侧、关中西部垂直风切变显著增大及其东移南压为中尺度波动快速发展、传播提供了能量。500 hPa内蒙古中部天气尺度横槽发展东移、引导中低层偏北路冷空气南压,是突发性暴雨的直接影响系统。850 hPa的比湿突增为暴雨提供了热力、水汽条件。近地层显著东南风、不稳定扰动增大和地面切变线是暴雨的有利动力、触发条件;在地面切变线西端附近,3 h变压场出现显著中尺度波动特征。“0812”暴雨与典型盛夏暴雨差异明显:西太平洋副热带高压远离大陆、东南沿海无台风活动,关中低层出现西北路水汽输送,强降雨区周边700 hPa以上深厚位势稳定层结、近地层不稳定层结垂直叠置有利于重力波动发展传播,中尺度对流云团高度低,雷达强降水回波主要位于低层西北风和东北风之间的冷式切变区。      

新疆中天山一次城市暴雪过程诊断分析

采用NCEP逐日4次1°×1°再分析资料和Micaps常规观测等资料,对2011年3月发生在新疆中天山城市暴雪过程进行天气学诊断分析。诊断计算包括：中尺度分析、水汽通量、水汽通量散度、水平散度、垂直速度、高低空风场、螺旋度、假相当位温等。结果表明：暴雪是南北两支锋区在中亚地区交汇后东移发展造成的,降雪前乌鲁木齐城区出现东南大风,地面强烈减压升温为暴雪天气触发不稳定能量提供了热力条件,500 hPa有＞30 m·s^-1的西南急流,700 hPa存在低空切变,散度和垂直速度表现为明显的高层辐散、低层辐合的对称结构。降雪强盛期整层呈现上负下正的垂直螺旋度对,θ_se低能舌伸至200 hPa,700 hPa至400 hPa维持θ_se高能舌区,湿层厚度高达300 hPa。这种物理量场的配置有利低层湿空气聚合及向上的抬升运动,为暴雪的产生提供了必要条件。此次冷空气以偏西路径影响城区,在冷空气明显的条件下,受城市热岛效应影响,强降雪容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在锋区的位置。     

2016年初冬河南区域暴雪过程诊断分析

针对2016年初冬河南省首场区域强暴雪过程，利用常规观测资料、L波段雷达探空资料和NCEP再分析资料等，从影响系统和物理量诊断方面深入分析其发生发展机制，结果表明:宽广的纬向型环流中不断有短波槽东移，东北冷涡深厚且维持时间较长，是暴雪发生的大尺度环流背景；中高层偏南气流，低层偏北气流的流场配置起至关重要的作用:850～925 hPa东北急流迫使暖湿空气抬升为暴雪发生提供“冷垫”的同时，与500～700 hPa西南急流形成强垂直风切变和深厚的锋生区，加强的斜升运动和锋面次级环流，对暴雪起增幅作用；700 hPa作为关键层，西南暖湿急流输送水汽的同时与冷涡后部冷空气交汇于黄淮地区形成的辐合切变线，是暴雪发生的重要动力抬升机制，其南北摆动形成了河南中西部和东南部两个降雪大值中心；暴雪区随着“冷空气楔”逐步南压时，其上层始终存在湿正压项大于零且湿斜压项小于零的湿位涡绝对值高值中心，有利于对称不稳定能量的释放和暴雪的发生。     

2008年初江苏暴雪天气的诊断分析

用2008年1月25—29日NCEP/NCAR一日四次全球再分析资料对1月25—29日江苏省大范围强降雪过程的天气背景、散度场、水汽通量的流函数与势函数、视热源与视水汽汇以及Q矢量等物理量进行了分析,并进行了南北地区的对比。结果表明:(1)200 hPa与850 hPa的散度差值场,与降雪落区有较好的对应关系;(2)沿江和苏南地区明显的水汽辐合,配合北方冷空气的向南侵入,是造成江淮流域持续暴雪的重要原因之一;(3)强降雪期间,非绝热加热对降雪产生重要影响,其中淮河以南降雪以对流性降雪为主,淮河以北地区以非对流性降雪为主;(4)非地转风造成的Q矢量辐合区主要位于850 hPa切变线附近,为强降雪提供了有利条件。