局部大暴雨形成的机理与中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6 h的1°×1°的再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料、多普勒雷达探测资料,对2012年7月7-8日河南商丘地区大暴雨天气过程形成机理和中尺度系统活动特征进行了研究.结果表明:500 hPa低槽与低层东西向切变线和低空急流相互配合、共同作用是此次大暴雨形成的大尺度环境条件。中尺度分析显示:多个中尺度雨团的活动形成了4个大暴雨中心,中尺度雨团与MαCS相伴,而MαCS是由多个MγCS和MβCS合并、加强的结果。这些MγCS和MβCS是由地面中尺度辐合线或辐合中心触发产生并发展,MαCS覆盖区下强降水回波的移动和发展与地面中度辐合系统对应较好,大暴雨出现在地面辐合系统形成后的1~2 h内;而暖平流导致的局地升温,是地面中尺度辐合系统形成的主要原因。TBB梯度与降水强度成正比,当▽TBB/0.5°E≥34℃,并且TBB≤-63℃时,将产生30mm·h~(-1)的强降水;当MCS发展成熟时强降水发生在中尺度对流云团TBB低值中心附近,当TBB在1 h内降低31℃以上时,1~2 h后该地将出现雨强为50 mm的短时强降水。因此,地面热力不均匀导致的局地升温是此次地面中尺度辐合系统生成的主要原因,而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展,导致了局部大暴雨的产生。根据中小尺度对流云团的TBB强度及变幅,可提前1~2 h预报短时强降水。     

2004年北京"7.10"暴雨中β尺度对流系统分析

采用NCEP再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料,以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料,对2004年7月10日北京突发性暴雨过程中茁尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:本次暴雨过程是由具有中茁尺度的对流系统所产生,它发生在大尺度暖脊之中;对流层中层的短波槽,以及低层西风槽前的西南气流与暖切变线北侧的东南气流的汇合,为M茁CS的发生提供了良好的环境条件。该M茁CS由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,其水平尺度为150km×100km,时间尺度约为5h。该M茁CS在对流层低层表现为中尺度辐合线或强辐合中心,雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线,与M茁CS的演变有密切的关系。在其发展强盛期,中茁尺度对流系统呈现相当正压性;垂直倾斜的上升气流及其两侧,有明显的下沉补偿气流,显示本个例M茁CS具有对流型风暴的结构特征。此次M茁CS发生在强对流不稳定层结条件下,在700hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温兹se暖舌;近地面层偏南风与偏东风2支气流的辐合,以及冷空气的侵入,导致行星边界层内能量锋区的加强,从而有利于MCS的发生发展。     

“0374”南京特大暴雨中尺度对流系统分析

采用常规观测、地面加密降水资料、逐时云顶亮温TBB资料以及高分辨率模式输出资料,对2003年7月4~5日南京特大暴雨过程中尺度对流系统的发生发展、结构特征及成因进行了综合分析。结果表明:①此次暴雨是由两个中β尺度云团合并而成的MαCS产生,期间有2个强降雨时段,每个时段持续5 h左右;②MαCS发生在低层切变线南侧的中尺度辐合线(或辐合中心)上,并在减弱阶段演变为明显的低涡结构;③在其发展强盛期,MαCS垂直倾斜的上升气流显示出对流风暴云特点,并在对流层中高层具有一定的暖心结构;④低空急流脉动引起急流左侧出口区非地转风辐合的急剧增强以及凝结潜热释放和边界层干冷空气的侵入,导致了MαCS的发生发展。     

2011年7月3日山东局地大暴雨过程的观测分析

应用常规气象资料、FY-2E红外TBB资料、地面加密自动站观测资料和NCEP再分析资料,对2011年7月3日山东中部地区出现的大暴雨过程进行了分析。结果表明：该过程在有利的天气形势下发生,其降水具有中尺度强对流系统特征;强降水落区位于地面自动站风场辐合中心偏冷锋前位置;一个MαCS和一个MβCS是该暴雨过程的直接影响系统;强降水出现在中尺度对流系统（MCS）发展强盛到成熟阶段,降水区最初位于TBB梯度最大处,再沿TBB梯度最大处向下风方移动,并始终处于强冷云顶区后侧;自高纬度向暴雨区低空锲入的东北气流对降水过程起触发作用;强降水区位于低层切变线南侧与水汽通量舌区左侧等值线密集带上,并与假相当位温陡立面密集区位置对应。     

天山山区夏季MαCS时空分布特征

利用常规观测、FY-2E卫星及EC-Interim 0.5°×0.5°再分析资料对2010-2014年夏季天山及其两侧地区α中尺度对流系统(MαCS)的时空分布特点进行分析,并对典型个例的云图特征和环境条件进行了深入的探讨。结果表明:(1)6月为MαCS出现的高发期且椭圆形MαCS占多数。MαCS形成和发展期主要集中在午后和后半夜,消亡于前半夜,三个时期最易发生时间依次滞后大约2 h,圆形和椭圆形MαCS日频次分别呈单峰和多峰型变化分布。MαCS生命史主要为3~6 h,其中6月生命史分布较广,7-8月较集中;大部分椭圆形MαCS较圆形MαCS生命史和消亡阶段长,圆形MαCS在形成阶段维持时间较长。(2)MαCS多生成于山边平原或浅山区,并在山区主脉上空形成直至成熟,在河谷和山脉两侧的平原区消亡。MαCS成熟期冷云盖长轴长度集中在500~800 km,云顶面积随MαCS出现频次增加而逐渐减小。圆形MαCS发展期移动缓慢,成熟后移速加快,椭圆形MαCS始终移速较慢。MαCS云团TBBmin呈现单峰型且近似正态分布,圆形较椭圆形MαCS的TBB平均梯度大。(3)天山山区MαCS的形成主要是通过层云中多个独立的β中尺度对流云团合并形成。MαCS易发生在高层急流带的抽吸区以及中层低槽前部的辐合上升区,中低层西南和西北气流携带的充沛水汽在大气不稳定层结、不稳定能量持续聚集的背景下辐合上升,促使MαCS不断发展。     

江苏一次突发暴雨的数值模拟

采用中尺度WRF模式（WRF3．4）和WRF-3DVAR系统,同化GTS常规观测资料和GPS反演的探空廓线资料,对2012年8月10日发生在江苏东北部地区的一次突发性特大暴雨进行数值模拟,并利用高分辨率的模式输出数据对此次暴雨过程进行多尺度分析和对流不稳定性研究。结果表明：模拟结果较好地再现了此次过程;台风低压和中纬度槽脊系统相互作用,中低层弱冷空气扩散和高、低空急流耦合为此次暴雨过程提供了有利的大尺度背景;地面中尺度辐合线和迅速发展的β中尺度对流系统（M8CS）是直接导致此次局地突发性暴雨的中尺度系统,地面中尺度辐合线的位置和暴雨的落区基本一致,M8CS的强烈发展对应于暴雨的最强阶段;暴雨发生前和暴雨发生时,对流系统中等日。线密集而陡峭,不稳定能量的突然性释放造成αθ／Oz迅速减小,口。垂直剖面呈伸向低空的“漏斗状”分布,有利于垂直涡度和对流不稳定发展。     

2016年6月13—14日山东强对流天气过程的中尺度特征及成因分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、区域气象观测站资料和多普勒天气雷达资料等,对2016年6月13—14日山东强对流天气过程的中尺度特征、触发条件及雷达回波等进行了分析。结果表明,冷涡前部高空槽和地面气旋造成13日强对流天气,高空冷涡和地面气旋造成14日强对流天气。高空干冷、低层暖湿气流有利于大气对流不稳定度加大。13日对流系统由2个独立的MαCS组成,14日则是由MβCS演变而成的MαCS系统。辐合线和干线是强对流天气的触发条件,两者重合处能诱发对流单体强烈发展。移动路径右偏中层引导风向、高空西北风的切入和地形因素是导致强降雹超级单体发展及持续存在的原因。6 h前的400～1 200 J·kg-1对流有效位能区域与降水落区对应较好。两日强对流天气过程的水汽均以西南向输入、南北向辐合为主;14日过程中渤海湾的水汽输送也很重要。高层更宽阔的MPV异常及显著下传、高低层正负位涡差的增大会造成更强的上升运动和对流不稳定。     

“10.7”安庆特大暴雨及中尺度低涡结构的数值模拟与分析

采用常规气象观测、地面加密降水资料、FY-2E卫星逐时T_BB资料以及WRFV3.3高分辨率模式输出资料,对2010年7月12—13日安庆罕见特大暴雨过程的中尺度对流系统的发生发展、结构特征及形成原因进行了综合分析。WRFV3.3中尺度非静力模式很好地模拟了此次切变线暴雨的雨带走向、几个暴雨中心的位置和强度,以及中尺度对流系统的整个发展过程。分析结果表明:此次特大暴雨是在高层200 hPa强大的南亚高压稳定少动,中层500 hPa的短波槽的生成、转向和发展与副高的维持,低层的700 hPa和850 hPa中尺度低涡、切变线以及地面梅雨锋扰动的共同作用下造成的;700 hPa低涡、切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统是这次特大暴雨的直接制造者。细网格模拟结果揭示,安庆特大暴雨与850 hPa上的β中尺度对流系统(MβCS)的生成和强烈发展直接相关。该MβCS具有明显的动力—热力结构特征,显示:强上升运动与饱和气柱的耦合,强散度柱与强涡柱的耦合发展,强上升运动与位势不稳定的耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存。     

一次中尺度对流系统（MβCS）触发特大暴雨机理研究

采用MICAPS提供常规和非常规资料,通过对2008年4月12日出现在桂东南大暴雨的大尺度环流背景和中尺度对流系统及发生发展机制研究后认为:(1)中高纬地区呈现"两槽一脊型",为冷空气的南下提供了有利的环流条件,高原槽和南支槽的东移为暴雨的产生提供了有利的动力、水汽条件;(2)高低层急流形成优质配置,高层强辐散与中低层强辐合及强上升运动为MβCS的发生发展提供了有利的动力条件;(3)水汽通量和水汽通量散度的强辐合以及对流不稳定为MβCS的发生发展提供了有利的热力条件;(4)最强降水时段主要发生在MβCS突然增强阶段.     

怀化2010年6月19日大暴雨天气过程分析

应用常规观测资料,中小尺度雨量站资料、NCEP分析资料、卫星资料和雷达资料综合分析了2010年入汛以来怀化最强的一次降水天气过程。结果表明:这次大暴雨天气过程是由于高空低槽东移,在槽后西北气流的引导下,地面弱冷空气入侵,中低层切变线和地面倒槽触发而引起的。暴雨发生时充足的水汽输送和水汽辐合对强对流的发展非常有利,对暴雨的形成和维持发展有着重要的作用。暴雨出现在非地转湿Q矢量散度激发的次有环流的上升气流区附近,垂直上升运动是强对流发展的必要条件。产生大暴雨的MαCS发展强烈,呈椭圆形结构特征,在暴雨区维持时间长,移动缓慢,造成了连续的强降雨,且强降雨出现在TBB梯度的大值区。在降水加强的过程中,伴有中气旋生成和发展,中气旋对暴雨的增幅作用明显。视热源Q1和视水汽汇Q2的变化与暴雨发生发展有很好的对应关系,在暴雨的发展增强阶段,Q1和Q2的垂直输送项起决定性的作用,积云对流释放的凝结潜热对暴雨的加强和进一步发展起了很好的促进作用。     

一次陕西关中强暴雨环境条件及中尺度系统分析

综合利用T213再分析资料和高时空分辨率观测资料包括地面区域逐时加密观测资料,对2007年8月8—9日陕西关中特大暴雨过程的环境条件和中尺度系统进行了分析。天气学分析表明:500 h Pa西太平洋副热带高压和青藏高原高压形成的高压坝在陕西中部断裂形成东北—西南向切变线、250 h Pa西风急流入口区右侧发散场和700 h Pa东西向切变线相互配合是特大暴雨形成的有利环境条件;低层风向快速变化使关中暴雨区低空水汽经历了减小—突然增加—快速减小的过程,关中周围水汽通过偏东气流输送至暴雨区为暴雨的发生提供了水汽和位势不稳定条件,而水汽的快速变化又形成关中暴雨的突发性和历时短而强的特征;高空反气旋涡度的发展形成强烈的"抽吸作用"、双圈垂直次级环流和强垂直上升运动及其两侧的弱下沉运动形成的不对称结构是暴雨形成的动力机制。强降水的中尺度特征分析显示:强暴雨是由一个中α尺度对流系统(MαCS)的发生发展产生的,MαCS又是由2个中β尺度对流系统(MβCS)合并发展而成,其内部对流单体的发展合并和独立加强形成岐山、礼泉和高陵3个大暴雨中心,这些对流单体的发展是由地面中尺度辐合系统产生的,强降水的强弱与地面中尺度辐合系统的强弱有很好的对应关系,地面中尺度辐合系统的形成和加强可能是强降水的触发机制和增幅原因之一。     

“8.13”黄淮北部暴雨云团的组织结构和触发机制

利用FY-2E卫星资料、多普勒雷达监测及4Dvar反演资料、区域自动站和常规观测资料、NCEP分析资料,对2010年8月13日黄淮北部暴雨云团的组织结构、发展演变及形成机制进行研究。结果表明:暴雨云团形成发展于低涡切变形势下,低涡切变线、西南急流及边界层扩散南下弱冷空气是主要影响系统;高的对流不稳定能量、强的低层垂直风切变和持续发展的水汽条件是主要环境特征。不同区域云团的形成机制有差别,发展北上的西南急流促使MβCS旺盛发展。随着低涡发展,MβCS发展合并形成圆形MαCS,强暖湿气流强迫、弱冷空气扩散及地面辐合线是圆形MαCS形成发展的重要机制。γ或β中尺度气旋及辐合线在对流初生阶段起动力触发作用,辐合加强及辐合区的向后延伸导致对流云团的自身发展和后向发展;成熟阶段对流单体后部的强出流促使对流单体分裂,气旋式环流外围西南和偏南气流合并造成对流单体合并。MαCS成熟和衰亡期雷达上出现的线状对流系统具有明显强降水特征。     

怀化一次非典型性地面暖倒槽锋生型暴雨预报失误分析

利用常规探测资料、地面加密自动气象站和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料对2018年5月25-27日怀化一次地面暖倒槽锋生型暴雨过程及其预报进行分析.结果表明:此过程分为两个阶段,暖区暴雨阶段,怀化上空700 hPa及以下层次为一致的偏南急流,地面暖倒槽发展,在地面辐合线附近和低层急流出口处的风速辐合区,强降雨发生...     

基于静止卫星红外云图的MCS普查研究进展及标准修订

基于静止卫星红外云图的MCS普查标准不统一不利于各种MCS普查结果的对比分析, 该文在总结MCS普查研究进展的基础上, 依据Orlanski尺度分类标准对MβCS普查的最小尺度标准作了修订, 即修订为TBB≤-32 ℃的连续冷云区直径≥20 km。根据马禹等的MβCS普查标准和该文修订的MβCS普查标准, 利用GOES-9卫星红外云图普查了2003年6月19日—7月22日淮河大水期间的MCS, 结果发现共有10个MαCS和24个MβCS, 并对24个MβCS作了普查标准修订前后的统计结果对比, 发现新的普查标准比根据马禹等的MβCS普查标准获得的结果多7个MβCS, 并且这7个MβCS中有6个都引起强降水, 因此这种对比分析结果表明:新MβCS普查标准对揭示淮河大水和MCS的关系更具合理性。此外, 还分析了3个因MβCS而引起局地强降水的典型个例, 这些MβCS的直径尺度只有几十至一百多公里, 不符合马禹等的MβCS普查标准。对这3个MβCS分析结果表明:该文新MβCS普查标准有助于对产生剧烈天气的MCS的普查研究和预报。     

地面倒槽暴雨的形成机制研究

应用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料,分析山东不同天气类型的暴雨过程,发现在有冷暖空气相互作用的锋面过程中,地面倒槽顶部是首要的暴雨落区。地面倒槽暴雨的形成机制为：1）地面倒槽与850 hPa水汽辐合中心相吻合。2）地面倒槽的形成是低层暖平流作用的结果,地面倒槽的东南风一侧,为低层暖平流中心,暖平流导致暖锋前负变压明显,形成地面倒槽。3）地面倒槽为冷空气和暖湿气流交汇区,在其经向剖面上,可见整个对流层具有冷锋完整的热力、动力空间结构特征。后倾槽时,锋面抬升作用导致强上升运动出现在锋后,暴雨趋向于出现在倒槽后部东北气流中。前倾槽时,强上升运动区与向上凸起的θe舌状高值区吻合,潜在不稳定能量释放产生暴雨,暴雨区位于倒槽附近。     

一次副热带高压边缘上大暴雨的中尺度特征分析

文章利用常规和自动气象站观测资料、卫星、闪电定位、雷达资料及NCEP分析资料,对2014年5月24—25日赣西地区致灾大暴雨的中尺度对流条件和对流系统的演变特征进行了分析。结果表明：（1）高空槽东移、副热带高压边缘暖湿气流加强,以及冷空气影响,构成了此次大暴雨的天气背景条件。（2）地面中尺度辐合线是导致MβCS发展及加强的重要因子;多个结构密实、边界光滑的MβCS在赣西地区长时间维持,导致相应地区出现持续强降水天气;此次大暴雨过程中TBB≤-62℃的冷云云团位置和强度对地面降水有很好的指示作用,尤以TBB≤-72℃的中心区与强降水中心区吻合最好。（3）此次暴雨过程5 min雨量分布与地闪数的分布较重合,地闪跃增时刻在地面降水增大前出现,提前时间约10 min左右。（4）雷达径向速度图上的中尺度涡旋是导致此次暴雨发生的重要因素之一;在赣西地区存在显著的径向风辐合特征,且低空强西南风急流上叠加深厚径向风辐合区,有利于降水的加强和维持;另外在动力辐合和山地地形共同作用下,强劲的偏南风急流携带充沛水汽在赣西地区汇合,导致该地区出现连续性强降水。（5）最大雷达回波强度的变化对地面5 min雨强的变化有辅助参考,但预示性不明显;雷达风廓线产品对地面强降水的发生有较好的预报辅助作用,在此次大暴雨过程中该产品对赣西地区强降水预报辅助作用的“提前量”达2 h。     

华东地区夏季中尺度对流系统的活动特征及成因研究

采用FY-2E卫星云图TBB(Black Body Temperature)资料,统计分析2010-2014年夏季(6-8月)华东地区的α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),发现两类MCS(Mesoscale Convective System)均具有夜发性,且发生主要集中于安徽、江苏、江西和浙江地区,形成后自西向东移动。进一步利用NCEP-CFSR和NCEP-CFSV2每6 h的再分析数据,通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和K-means聚类分析对两种尺度MCS成因进行分析,结果显示:850 hPa切变线和低空急流、500 hPa副高和中纬度短波槽以及200 hPa的高空急流是影响MCS形成主要的天气系统,对流层中层以下的水汽供应、低层大气不稳定性和低层辐合、高层辐散的动力结构是MCS形成的必要条件。MαCS发生前的天气形势可以分为两类:①生成位置位于850 hPa低空急流的西侧、气旋性环流的南侧,500 hPa、200 hPa分别受槽前西南气流、反气旋性环流的影响;②850 hPa切变线南部的偏西气流、500 hPa的偏西气流和200 hPa的高空急流配合。MβCS发生前的两类环流形势中,850 hPa切变线南部的偏西气流控制的为第一类,切变线南部的西南气流和生成位置东部的低空急流影响的为第二类,500 hPa生成位置位于短波槽东部,200 hPa均有西风急流与中低层配合。     

2012年7月内蒙古极端降水事件及成因

2012年7月下旬内蒙古中部出现罕见的极端降水事件(简称"7·27"暴雨)。利用NCEP再分析资料、常规观测和精细化监测等资料分析了"7·27"暴雨成因。结果表明:(1)贝加尔湖低涡异于常年。巴尔喀什湖到鄂霍茨克海为阻塞高压,其底部横槽加深生成贝加尔湖低涡。低涡内有冷空气活动,在对流层低层及地面激发出低涡和气旋。(2)该过程的中尺度特征明显。地面中尺度切变线不断新生、稳定维持,形成多个中尺度雨带。高空β中尺度对流云团不断新生、合并加强,形成对流复合体M CS。河套西北部、河套南部、锡林郭勒盟中西部三个暴雨区均是中尺度对流复合体M CS发展的结果。(3)垂直方向上,暴雨发生前到暴雨期从地面至700 h Pa的大气比湿达10~22 g·kg-1,且850~700 h Pa水汽垂直输送达到最强;水平方向上,南风风力辐合,末端到达45°N以北,河套南部地区为"水汽汇"。(4)对流层高层大气涡旋运动是该过程的直接诱因。大气涡旋运动由200 h Pa向700 h Pa传播,正涡度平流在700 h Pa到200 h Pa随高度增加,高层水平辐散、低层补偿辐合,大气强迫上升产生暴雨。(5)对流层中层持续"干侵入",低层持续的暖湿输送,大气不稳定能量不断重建,这是极端暴雨过程的热力机制。(6)随着全球气候变暖,亚洲夏季风加强,来自孟加拉湾和南海的水汽向东亚副热带地区输送加强,水汽输送进一步向北扩展到我国华北内陆地区,是"7·27"暴雨过程的重要原因。     

河南“7.14”强降水和“8.02”雷暴大风过程β中尺度对流系统对比分析

利用常规观测资料以及河南省中尺度自动站资料、多普勒雷达产品、FY系列卫星云图和NECP 1°×1°再分析资料,对比研究河南"7.14"极端强降水和"8.02"雷暴大风过程中β中尺度对流系统(MβCS)的结构和成因。结果表明:"7.14"和"8.02"过程中卫星监测的MβCS具有相似形态,但因其动力、水汽和热力不稳定条件差异造成二者具有不同强天气特征,极端降水型MβCS在雷达图上表现为混合性降水区内形成的南北向带状对流系统,对流云合并导致强降水,而雷暴大风型MβCS在雷达图上表现为晴空少云区内发展的东西向弓形回波,γ中尺度大风速扰动导致雷暴大风。两个MβCS均形成于低空高能量区内,垂直相对涡度(散度)自下向上呈现"正负(负正)"交替特征,中低层辐合区宽约100 km左右,狭窄的垂直上升运动区两侧为下沉运动,形成次级环流。"7.14"过程中,中低空辐合层、准饱和湿区及垂直上升运动区相对深厚,整层可降水量较大,对流初期低层暖平流较强,边界层弱冷入流起对流触发作用;"8.02"过程中,条件不稳定明显偏强,0—2 km垂直风切变偏大,边界层辐合线起重要的对流触发作用。     

一次春季冷空气引发海上大风天气过程的分析

利用美国国家环境预报中心(NCEP/NCAR)的再分析资料、广东省遥测站资料及MICAPS资料,通过合成分析、对比分析等方法,对一次春季冷空气伴随的海上大风天气过程分析,研究了冷空气过程中地面变压和低层温度平流的变化特征以及与地面风场之间的关系.结果发现:本次海上大风天气过程具有春季强风的2个明显特点:1、“风头(起风时)大、风尾(结束时)小”;2、起风突然、阵风大.具有明显的日变化,夜间比白天大.影响系统主要是:200 hPa西风槽、500 hPa南支西风槽、850 hPa切变线、地面冷空气和冷锋系统.温度平流通过变压场作用于地面风场,冷空气伴随的冷平流增强了地面变压场以及变压梯度,进而等压线密集,地面风速加大.