江西省北部地区汛期一次短时强降水过程成因

利用NCEP1×1°再分析资料,结合地面高空观测资料、FY-2D卫星TBB资料和雷达探测资料,对2015年6月2日21时—3日09时发生在江西省北部地区的暴雨天气过程进行了分析。结果表明:1)500 hPa高空槽和低层切变线直接导致了此次降水天气过程,低空急流带来的充沛水汽和不稳定能量与冷锋的抬升作用加剧了降水的强度,降水发生期间的高空槽和西太平洋副热带高压的少动有利于雨带的维持。2)在江西省西北部初生的β-MCS东移过程中逐渐发展成熟,多个成熟并具有高降水效率的β-MCS依次并持续影响江西省北部地区。假相当位温的垂直分布和低空急流的相互配合,导致江西省北部地区具有极强的不稳定层结和较大的能量输送。垂直上升速度对积云发展的作用证明了降水是由积云处于成熟阶段时产生的,与TBB的分析结果相互印证。3)此次暴雨天气过程从单纯的对流降水逐步过渡到混合云降水,混合云中低层急流核始终处于江西省东北部地区,混合云中对流作用较强单体的依次经过是导致该地区持续出现降水强度大于20 mm/h、12 h降水量大于200 mm的重要原因。东西向冷锋触发的对流、东西向的低层切变和偏西风的中高层引导气流导致了此次过程的雨带自西向东移动,表现出明显的"列车效应"。     

一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究

利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的三维概念模型.结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点.高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件.位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的人流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件.暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层.在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素.     

“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。      

华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制

利用观测资料和高时空分辨率区域数值模式,对华南一次锋前暖区暴雨进行了分析和数值模拟.结果表明,锋区和暖 区逐时降水呈波列状分布,锋区和暖区 850 hPa散度在各区降水开始之前1～2 h出现剧烈振动,暖区振动比锋区约晚1h;降水时锋区和暖区间各点850 hPa逐时散度增量也呈明显的波状分布.小波分析证实锋区和暖区存在周期相同且差半个位相的波动,波动的特性属于重力波.进一步分析发现,在暖区暴雨发生之前3 h左右,锋区到暖区之间存在一非常浅薄的低层稳定层,位于950～850 hPa之间.这一浅薄稳定层的存在满足重力波传播的条件,使锋区对流激发的低层重力波沿稳定层从锋区向暖区传播,激发了暖区低层的上升运动,并触发暖区中、低层不稳定能量的释放,导致暖区暴雨的发生.     

江苏一次持续性梅雨锋暴雨过程诊断与分析

利用NCEP再分析资料,FY2E卫星的TBB资料,常规和加密气象站资料,对2012年7月2—4日,江苏省一次持续性梅雨锋暴雨过程进行了诊断和中尺度特征分析。结果表明:此次过程是东北冷涡槽东移与副热带高压西北侧暖湿气流交汇形成的。暴雨落区在低空西南急流的左侧和中高空急流的一、三象限,低层干线触发了不稳定能量的释放。经分析有7个中尺度云团造成了本次持续性暴雨,-64℃的冷云盖是较强降水的指标性温度,不断东移的中尺度云团类似于"列车效应",带来持续降水,降水开始时间落后于中尺度云团生成时间约2~4 h。地面中尺度辐合线是触发此次强降水的重要中尺度系统,辐合线附近易触发对流,且对流降水沿着辐合线方向移动。低层正、高层负的垂直螺旋度,高温高湿的大气以及较高的位势不稳定为暴雨和强对流天气提供有利条件。在垂直上升运动区北侧有明显下沉运动补偿气流,使上升气流得以长时间维持。暴雨区位于925 hPa超低空急流核移动方向的左侧。     

阿克苏地区初秋一次暴雨过程诊断分析

利用常规地面与高空观测资料、自动站逐时资料、NECP1°×1°再分析资料,对阿克苏地区2015年9月7日局地暴雨进行分析。结果表明,此次暴雨的主要成因有:(1)100hPa南亚高压双体型、200 hPa高空急流以及500 h Pa中亚槽提供了有利的环流背景,"三支气流"配合加强了动力以及热力条件并促使水汽快速汇集,强度为8 g·cm~(-1)·hPa~(-1)·s~(-1);(2)暴雨过程的大部分水汽是通过低层偏东气流接力输送,水汽的来源主要为南海及孟加拉湾;(3)暴雨发生前阿克苏处于高能高湿不稳定区域,存在315.9 J·kg~(-1)的不稳定能量,水汽上干下湿体现了一定的对流特征,同时锋区、垂直风切变、湿层以及不稳定能量的突变预示了强对流天气的发生;(4)低层风场辐合触发对流,地面辐合线及偏东风输送位置影响暴雨落区,加之较好的地面热力条件以及独特的地形增益暴雨强度。     

梅雨暴雨期重力惯性波的发展与雨带的活动

由1991年7月5—6日一次梅雨期暴雨过程的中尺度扰动场分析, 发现高低层重力惯性波的发展与传播和雨带、低涡的发展与传播有密切的联系, 高低层重力惯性波有明显不同的传播形式。结果表明:降水初期, 对流不稳定激发出重力惯性波, 低层南部相对稳定, 有向南传播的重力惯性波, 高层出现传播的重力惯性波, 高低层向南传播的重力惯性波有利于多条雨带的形成; 降水中期, 高层的重力惯性波出现围绕低层涡旋中心逆时针旋转, 降水也开始加大并东移; 高层向北传播的重力惯性波可导致低层的涡旋和降水发展。     

“苏拉”台风引发福建西部大暴雨成因分析

利用常规天气资料、NCEP 1°×1°再分析资料、地面降水资料以及福建新一代天气雷达资料对2012年"苏拉"台风登陆后引发福建西部大暴雨天气成因进行分析,结果表明:"苏拉"登陆后高空涡旋受大陆高压东侧偏北气流引导向偏南方向移动,同时,台风登陆后进入大的环境风垂直切变区并向切变左侧倾斜,使得台风南倾结构进一步加大。台风结构南倾为福建西部大暴雨区提供了良好的动力条件,"苏拉"自身带来的水汽及台风南侧西南气流为暴雨区提供了充足的水汽来源,高空冷空气入侵与低层的高温高湿区形成上冷下暖结构呈现出条件不稳定层结,有利于深厚湿对流产生,结合充分的水汽供应,出现大暴雨天气。大范围暖平流配合风速辐合,中高层冷空气入侵与低层西南暖湿空气结合以及低层的西南急流建立是三个强降水阶段对应的中尺度天气特征。     

2006—06—03突发性暴雨预报讨论及成因

对2006—06—03西安、咸阳突发性暴雨天气进行预报讨论及成因分析,结果表明：①预报失误的原因主要是环流形势非常复杂,天气系统演变规律难以把握,对造成影响的中小尺度系统很难捕捉;高原东部低涡、切变突生机理认识不清;冷空气强度及入侵路径不明晰。②这次突发性暴雨天气是由贝湖冷涡东移、高原上多短波槽活动,东高西低形势建立,提供了大降水发生的背景条件;高空冷槽、上升运动、低涡辐合区汇合并叠加在西安、咸阳,为该地中小尺度系统生成和发展提供有利条件;突发性暴雨产生在深厚的水汽层结、水汽辐合及强烈的持续上升运动区,在高层辐散、低层辐合的形成区,对流发展,强烈的低涡辐合触发不稳定能量释放,产生突发性暴雨;低涡辐合形成与暴雨过程同步,辐合中心出现突发性暴雨。低涡辐合是造成突发性暴雨的直接影响系统。     

2006-06-03突发性暴雨预报讨论及成因

对2006-06-03西安、咸阳突发性暴雨天气进行预报讨论及成因分析,结果表明:①预报失误的原因主要是环流形势非常复杂,天气系统演变规律难以把握,对造成影响的中小尺度系统很难捕捉;高原东部低涡、切变突生机理认识不清;冷空气强度及入侵路径不明晰。②这次突发性暴雨天气是由贝湖冷涡东移、高原上多短波槽活动,东高西低形势建立,提供了大降水发生的背景条件;高空冷槽、上升运动、低涡辐合区汇合并叠加在西安、咸阳,为该地中小尺度系统生成和发展提供有利条件;突发性暴雨产生在深厚的水汽层结、水汽辐合及强烈的持续上升运动区,在高层辐散、低层辐合的形成区,对流发展,强烈的低涡辐合触发不稳定能量释放,产生突发性暴雨;低涡辐合形成与暴雨过程同步,辐合中心出现突发性暴雨。低涡辐合是造成突发性暴雨的直接影响系统。

     

“7.27”陕北暴雨数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR 1 °×1 °再分析资料、地面观测降水资料、FY-2E卫星相当黑体温度资料,采用WRF(Weather Research Forecasting)中尺度数值模式对2012年7月27日陕西省北部一次暴雨过程进行了数值模拟与诊断分析.结果表明:此次暴雨处于西太平洋副热带高压西北边缘带与贝加尔湖低压之间,中低层水汽由孟加拉湾经青藏高原东部输送到陕北;无规则小云团的自组织过程,促使中尺度对流系统得以发展.200 hPa急流出口区的右侧由于地转调整作用,在槽线上激发了中尺度重力波.高空重力波能量下传并被近地面中性层结大气吸收,引起低层大气对流发展,对暴雨的发生发展过程有很好的促进作用.     

CHARACTERISTICS OF GRAVITY WAVE PROPAGATION AND ENERGY CONVERSION IN A SUDDEN HEAVY RAINFALL EVENT

In this paper, a sudden heavy rainfall event is analyzed, which occurred over the Yellow River midstream during 5–6 August 2014. We used observational, NCEP/NCAR reanalysis, high-resolution satellite, and numerical simulation data. The main results are as follows. Under an unfavorable environmental circulation, inadequate water vapor and unfavorable dynamic conditions but sufficient energy, a local sudden heavy rainfall was caused by the release of strong unstable energy that was triggered by cold air transport into middle and lower layers and the propagation of gravity waves. The distributions of rain area, rain clusters, and 10-minute rainfall showed typical mesoscale and microscale fluctuation characteristics. In the mesoscale rain area or upstream, there was a quasi-stationary wave of mesoscale gravity waves with their propagation downstream. In the course of propagation from southwest to northeast, the wavelength became longer and the amplitude attenuated. In the various phases of gravity wave development, there were evident differences in the direction of the wave front. Wave energy was mainly in the lower layers. Unstable vertical wind shear at heights of 1–6 km provided fluctuation energy for the gravity waves. The mechanisms of heavy rainfall formation were different at Linyou and Hancheng stations. Diabatic heating was the main source of disturbed effective potential energy at Linyou. The explosive short-period strong precipitation was caused by the release of strong effective potential energy triggered by the gravity waves, and its development and propagation after that energy maximized. In contrast, the latent heat release of upstream precipitation was the main source of disturbed effective potential energy at Hancheng. This formed a positive feedback mechanism that produced continuous precipitation. In the studied event, the development of westerly belt systems had disturbed the wind field. The contribution of kinetic energy generated by this disturbance could not be ignored. The Froude number, mountain shape parameter, and ratio between mountain height and temperature inversion layer thickness had various effects of atmosphere and terrain on mesoscale and microscale mountain waves. In upper and lower layers, there were five airflows that were strengthened by the terrain. All these had important influences on local heavy rainfall at Linyou and Hancheng stations.     

青藏高原东北边坡复杂地形重力波的数值模拟

基于2007年7月青海祁连站的野外加密探空资料,结合高分辨率的三维边界层模式,模拟研究了青藏高原东北边坡复杂地形条件下,边界层对流引起的干动力过程对该地区地形重力波产生及传播的影响机理。结果表明:在不同的背景场强迫下,高原东北边坡复杂地形上空对流和重力波的空间结构存在较大差异。当背景风向与山体垂直时,随着风速增加,山脊背风坡混合层顶附近大气不稳定能量加强,激发了下游区域较强的重力波信号,此时对流线组织性增强、重力波波列较长,高水汽含量的空气被波峰传输到较高的高度,为对流云发展提供了有利条件;当背景风向与山脊走向平行时,山顶上空对流发展旺盛,山脊背风坡混合层顶大气状态较稳定,激发的地形重力波信号较弱且波列较短,整个混合层顶附近水汽较少,对流云形成条件减弱;当背景大气浮力频率减小时,整个区域上空对流发展更加旺盛但组织性减弱,背风坡下游重力波向上传输的距离减小,信号不显著,混合层顶附近水汽分布均匀且变化幅度较小,有利于层状云发展。     

Structures of dynamically unstable shear flows and their implications for shallow internal gravity waves

Summary In this study, the response of a dynamically unstable shear flow with a critical level to periodic forcing is presented. An energy argument is proposed to explain the upshear tilt of updrafts associated with disturbances in two-dimensional stably stratified flows. In a dynamically unstable flow, the energy equation requires an upshear tilt of the perturbation streamfunction and vertical velocity whereU _z is positive. A stability model is constructed using an iteration method. An upshear tilt of the vertical velocity and the streamfunction fields is evident in a dynamically unstable flow, which is required by energy conversion from the basic shear to the growing perturbation wave energy according to the energy argument. The momentum flux profile indicates that the basic flow is decreased (increased) above (below) the critical level. Thus, the shear instability tends to smooth the shear layer. Following the energy argument, a downshear tilt of the updraft is produced in an unstably stratified flow since the perturbation wave energy is negative. The wave energy budget indicates that the disturbance is caused by a thermal instability modified by a shear flow since the potential energy grows faster than the kinetic energy.With 4 Figures     

一次暴雨过程的重力波特征分析

选取四川省的一次暴雨个例分析研究大气中对流活动和重力波的相互内在联系。针对这次暴雨过程,采用MICAPS探空资料和天气雷达资料,并且结合天气学分析以及重力波指数的分析方法对暴雨的形成原因和重力波的机制进行了研究。结果表明:重力波与暴雨有一定的内在联系,重力波引导了暴雨的发展;非线性平衡方程对于诊断大幅度的重力波有很好的指示作用。     

一次梅雨期暴雨的中尺度数值模拟分析

利用常规气象资料、AREM模式输出资料,对发生在2005年梅雨期湖北的一次暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明,强降水发生时,在对应的中尺度对流系统中存在两个分别位于300hPa和600hPa附近的强上升运动中心,低层辐合、高层辐散的单模态分布是上升运动得以维持的重要条件;环境风场并不能控制中尺度对流系统的移动方向,中尺度对流系统向低层涡度增加的地方移动;强降水形成可概括为低层切变线东移诱发地面低压发展、引起垂直上升运动迅速增加、触发低层水汽的垂直输送和高不稳定能量强烈释放等过程。     

北京地区一次强对流大暴雨的环境条件及动力触发机制分析

通过对1998年6月29日北京地区发生在天气尺度脊中的强对流大暴雨过程分析, 得出该过程是由中层的高压脊和低层的辐合系统、近地面的冷空气之间的相互作用形成了具有聚能机制的中低空经向环流圈, 维持了暴雨区中低空的上升运动, 形成了近地面的动力锋生, 使中低层的潜在不稳定加剧.而对流层高层短波扰动的正涡度平流通过非地转平衡过程, 引发中高层产生的上升运动, 触发了潜在不稳定的释放.该短波扰动与风场的波动不相匹配, 其位相传播特征与重力波相似.     

Investigating the Dominant Source for the Generation of Gravity Waves during Indian Summer Monsoon Using Ground-based Measurements

Over the tropics,convection,wind shear(i.e.,vertical and horizontal shear of wind and/or geostrophic adjustment comprising spontaneous imbalance in jet streams) and topography are the major sources for the generation of gravity waves.During the summer monsoon season(June-August) over the Indian subcontinent,convection and wind shear coexist.To determine the dominant source of gravity waves during monsoon season,an experiment was conducted using mesosphere-stratosphere-troposphere(MST) radar situated at Gadanki(13.5 N,79.2 E),a tropical observatory in the southern part of the Indian subcontinent.MST radar was operated continuously for 72 h to capture high-frequency gravity waves.During this time,a radiosonde was released every 6 h in addition to the regular launch(once daily to study low-frequency gravity waves) throughout the season.These two data sets were utilized effectively to characterize the jet stream and the associated gravity waves.Data available from collocated instruments along with satellite-based brightness temperature(TBB) data were utilized to characterize the convection in and around Gadanki.Despite the presence of two major sources of gravity wave generation(i.e.,convection and wind shear) during the monsoon season,wind shear(both vertical shear and geostrophic adjustment) contributed the most to the generation of gravity waves on various scales.     

四川冕宁“6.26”暴雨的中尺度特征分析

利用FY4卫星、天气雷达以及加密自动站资料,分析了冕宁“6.26”暴雨过程的中尺度特征。结果表明:700 hPa切变线、冷平流、强的不稳定能量以及不稳定层结等条件非常有利于强对流的发展;早期触发对流的关键系统为九龙一带的切变云系,云系在下山过程中触发对流云团,强降水始终位于强的亮温区南端,且短时强降水的发生时间比MCS发展最旺盛期滞后1 h;雷暴中产生的下沉气流导致地面阵风的不断增强与维持,同时与地面偏北冷空气配合,在冕宁南部一带形成明显的偏北风,进而在喇叭口地形和南侧的辐合处触发雷暴;新生雷暴在低层偏南风的作用下不断与北侧母体雷暴合并,形成了明显的后向传播特征,同时在山脉的阻挡作用下,雷暴长时间维持且移动缓慢,最终导致冕宁地区发生持续强降水。