江淮暴雨一次过程的中分析

一、暴雨过程的天气系统1969年7月11日08时700毫巴图上在江淮之间有一条切变线,在切变线的西端四川盆地有一个西南低涡,11日20时西南低涡东移到宜昌,低涡南侧的西南气流增强,西南急流明显,大于20米/秒的风速中心轴线自芷江经汉口到上海,预示着低涡将东移,12日08时低涡中心移到蚌埠,相应地面图在江淮之间有气旋波产生,造成一次暴雨天气过程。从天气系统来看,这次暴雨是由于西南低涡沿切变线东移所造成。     

东亚夏季副热带平原和高原地区切变线特征的对比研究

生成于东部平原地区的江淮切变线和西部青藏高原地区的高原切变线,都处在东亚副热带相同纬度带上。为深化对地形高度迥异的江淮切变线和高原切变线的认识与理解,基于ERA-interim再分析资料和合成分析方法,从切变线与暴雨关系、切变线三维结构特征、切变线附近风场与环流特征以及切变线结构演变中的热力机制等方面对二者进行对比研究。结果表明:（1）江淮切变线分为暖切变线、冷切变线、准静止切变线和低涡切变线4类,高原切变线分为高原横切变线和高原竖切变线2类。江淮切变线与高原切变线均与暴雨关系密切,夏季,有近70%的江淮切变线会产生暴雨,暖切变线暴雨对江淮地区切变线暴雨的雨量贡献最大,低涡切变线暴雨的降水强度最大但发生频率较低;近60%的高原横切变线给高原主体地区带来暴雨,超过55%的竖切变线造成高原东侧及其邻近地区暴雨。（2）江淮切变线与高原切变线均为边界层系统,特征层次分别位于850 hPa和500 hPa。时空尺度上,江淮冷切变线和高原横切变线水平尺度分别可达1000 km和2000 km,垂直伸展厚度分别可达5 km和2 km,生命期分别可达48 h和96 h;江淮切变线和高原横切变线在垂直方向上均有从低到高向北倾斜的特征。（3）江淮冷切变线与高原横切变线风场与环流特征存在差异,江淮冷切变线北侧为东北风,南侧为西南风;高原横切变线东、西两段风场有所不同,其西段类似于江淮冷切变线,东段在不同发展阶段风场有明显变化。（4）江淮冷切变线与高原横切变线的动力结构和热力结构存在差异。动力结构上,二者均位于正涡度带内,正涡度中心强度都在强盛阶段达到最大。热力结构上,江淮冷切变线附近低空锋区特征明显,其西段位于暖湿区内,东段位于干冷区内;高原横切变线南侧具有明显的高温、高湿特征,切变线北侧存在锋区结构。（5）切变线附近的大气非绝热加热与高原横切变线和江淮冷切变线演变关系密切,垂直非均匀加热作用是高原横切变线和江淮冷切变线发展增强最为重要的因子。二者热力结构有差异,减弱机制不同,干冷空气的侵入会导致高原横切变线强度减弱甚至消亡,江淮冷切变线的强度减弱则与南方暖湿空气的向北侵入有关。      

青藏高原天气动力学研究的新进展

在主导中国青藏高原、西南地区的极端天气、气候事件,以及东移引发中国东部夏季降水的天气系统中,高原天气系统扮演着十分重要的角色,其中以高原低涡、高原切变线和西南低涡为代表的高原低值天气系统(简称低值系统)最为常见。重点回顾了近10年以来高原低值系统天气动力学研究领域的若干新进展,着力梳理了高原低涡动力学、高原切变线动力学、西南低涡的中尺度动力诊断研究、高原低涡与西南低涡耦合作用的动力分析、高原切变线与高原低涡关系的动力学解析、低频振荡对高原低涡的调制作用等高原天气动力学研究领域的前沿科学问题,并基于最新研究成果和相关理论方法、技术手段的发展趋势,展望并提出该领域有发展潜力的一些研究方向,希冀对目前处于弱势的高原天气动力学研究的促进以及新的学科生长点、新概念、新理论的形成能有参考价值和启发意义。     

高原低涡、切变线暴雨研究新进展

在引发中国东部夏季降水的天气系统中,高原低值系统扮演着十分重要的角色,其中高原低涡与高原切变线对强降水的协同作用是高原天气影响的一种常见样式,预报员将其称为低涡切变暴雨。本文回顾了高原低涡、切变线及其暴雨的研究历史和当前研究所取得的最新成果,重点探讨了人工智能应用、诊断计算、动力理论以及数值模式等多方法研究高原切变线与高原低涡的关系、相互作用过程以及诱发暴雨机理等科学问题,并基于低涡、切变线暴雨的最新研究成果和相关理论方法、技术手段的发展应用趋势,提出这一研究领域值得关注的一些新方向。由于目前对这两类几何形状迥异但物理属性相近的高原低值天气系统关系的认知仍存较大分歧,两者相互作用进而引发高影响天气过程的物理机理尚不十分清楚,高原低涡、切变线气候学统计结果的差异还相当明显。因此,对这一研究领域的深入探索与交叉拓展,不仅对推动青藏高原天气、气候影响的理论发展有重要科学意义,对高原及下游灾害性天气、气候业务能力的提升亦有较大应用推广价值。     

2000-2007年夏季青藏高原低涡切变线观测事实分析

利用2000-2007年共计8年的逐日08:00和20:00 500 hPa高空资料,结合地面降水资料和TRMM资料,对高原低涡切变线进行了普查分析,获得了对高原低涡切变线活动的一些新的认识.(1)在青藏高原上,切变线活动比低涡活动更活跃.(2)21世纪初的8年间,低涡、切变线出现个数最多的在6月,最少的在9月.2002年和2006年分别是高原低值系统相对活跃和相对不活跃的年份.2006年川渝持续的高温干旱可能与高原低值系统活动不活跃有关.(3)低涡、切变线生成的源地分析表明,高原低涡、切变线主要出现在海拔高度较高和地形坡度陡峭的地区,高原加热和陡峭地形的动力作用可能是低涡、切变线形成的原因之一.(4)高原低涡、切变线不易移出高原.低涡移出,主要是伴随低涡切变线过程东移.(5)低涡、切变线经常相伴或相继出现,对高原及高原以东天气产生重要影响.     

2009年2月辽宁一次暴雪过程动力条件诊断

应用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2009年2月12—13日辽宁暴雪过程的主要影响系统（850 hPa切变线）进行动力诊断并研究其演变特征。结果表明：辽宁中西部切变线东南侧、江淮气旋顶部暖锋附近对应强降雪中心;切变线与正涡度区相对应,正涡度带合并、发展并向偏东方向移动,影响切变线的加深发展和东移;850 hPa正涡度中心先于强降雪出现,具有一定预报意义;正涡度带及其中心的生成与发展的动力机制主要受总涡源的影响,涡度变率较涡度更能提前并准确地反映暴雪切变线生成、发展的物理过程;涡度垂直输送和绝对涡度的散度效应对于正变涡的贡献显著,而绝对涡度的散度效应是正涡度变率的主要强迫源;正变涡的减弱主要来自扭转项,抑制了系统的发展。     

江淮切变线研究的回顾与展望

江淮切变线是中国东部特有的天气系统,与梅雨期降水密切相关,为江淮流域地区夏季降水最主要的天气系统。为了提高夏季中国东部降水的预报能力,深化对江淮切变线认识和研究,本文较为系统地回顾了江淮切变线的相关研究,包括江淮切变线的定义、分类、结构、形成发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用以及研究技术手段等方面,并梳理其研究成果,从经典定义和预报业务实际出发,指出江淮切变线结构的多样性和多尺度特性。同时,在回顾研究成果的基础上,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,江淮切变线值得进一步深入研究。     

一次高原低涡与高原切变线演变过程与机理分析

对一次东移高原低涡减弱、高原切变线生成并在有利的环流背景下东南移,进而引发川渝强降水的高原切变线生成机制以及演变过程进行了初步分析。首先引入描写热带气旋的Okubo-Weiss（OW）参数（V_OW）来定量表达低涡、切变气流中旋转和变形的相对大小,确定高原切变线的潜在生成区域和发展状况。得出在高原切变线生成阶段,500 hPa等压面上V_OW值由正转负,V_OW负值带可以很好地指示高原切变线的潜在生成区域。V_OW负值强度与高原切变线强度有很好的相关性。高原切变线上以V_OW负值中心为主,但也会存在正值中心,说明在切变线上也会有气旋性涡度。此个例高原切变线以伸缩变形为主,高原切变线沿变形场的拉伸轴分布。然后通过涡度方程和总变形方程进一步分析了高原低涡减弱、高原切变线生成的动力机制。高原低涡的减弱、消失主要受散度项的影响,时间演变分析表明系统由强气旋性涡度的高原低涡演变为强辐合性的高原切变线。总变形方程中的扭转项对高原切变线的生成贡献最大,其次为水平气压梯度项,散度项最小;当高原切变线上以拉伸变形为主时,不利于其上高原低涡的发展,切变线可能是影响低涡发展的背景流场。     

“91.7”江淮暴雨低涡发展结构和演变的中尺度数值模拟

本文对１９９１年７月４－７日发生在江淮流域的一次低涡切变线特大暴雨过程进行了高分辨行星边界参数化的中尺度数值模拟。所用模式是通过系列检验和改进的ＭＭ４。控制模拟结果揭示：“９１．７”江淮暴雨过程与中尺度暴雨低涡的生成和发展以及特有的动力和热力结构密切相关；垂直气旋性涡柱的形成和发展是这类暴雨低涡持续发展的一种重要而特有的中尺度结构；伴随暴雨低涡涡柱耦合发展的强上升运动是维持其低涡持续发展以及完成高     

两类动力因子对四川盆地一次低涡暴雨的应用研究

利用常规观测资料、FY-2E卫星云顶黑体亮度温度(TBB)资料、欧洲中心0. 25°×0. 25°资料,选取质量散度、垂直螺旋度、质量垂直螺旋度、水汽垂直螺旋度、散度垂直通量、密度散度垂直通量、水汽散度通量等7个动力因子对2015年8月16-18日四川盆地一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次降雨过程是由高原低涡、高原切变线、西南低涡等多个天气系统共同作用造成。(2)随着高原低值系统的东移、减弱,西南低涡的生成、发展,伴随的对流云团经历了连续生消的过程。(3)动力因子对此次暴雨过程的发展和演变有较好指示意义。动力因子大值区基本覆盖强降水区。西南低涡形成初期,动力因子大值区和高原切变线分布一致,降雨中心位于动力因子大值区和高原切变线右侧,与西南低涡中心对应。西南低涡强盛时期,动力因子大值中心、西南低涡中心、降雨中心趋于重合。降雨区上空存在质量散度辐合、气旋性涡度和水汽通量涡度的垂直向上输送及辐合上升运动。     

基于NCEP资料的一次东移引发暴雨的江淮气旋结构特征分析

2015年5月1—2日由江淮气旋引发了一次江淮和江南暴雨天气过程,利用常规地面、高空观测、6 h一次的NCEP1°×1°再分析场、星下点分辨率为5 km的FY-2E水汽云图等资料,重点分析了江淮气旋的生成环境、结构特征、演变过程及东移原因,在此基础上分析了此次暴雨过程的成因。结果表明:(1)这次江淮气旋生成于500 h Pa西风槽前,西南涡沿暖切变线东移、地面冷锋进入低压倒槽的顶端;此后该气旋向东移动,但强度逐渐减弱。(2)这次江淮气旋表现为中低层浅薄系统,温度锋区弱,与经典的深厚温带气旋结构不同。江淮气旋生成时,正相对涡度区随高度向西倾斜;当高低层正相对涡度区逐渐垂直重合时,江淮气旋减弱。(3)暴雨的产生与低空急流输送的丰富水汽、500 hPa高空槽前中低层低涡、切变线、气旋等引起的强上升运动有关;暴雨区南北两支次级环流圈的存在有利于强上升运动的维持;地形抬升作用使得降水加强。(4)地面气旋中心总是沿中低层暖平流区域及其下游高低层微差涡度平流较大区域移动,移向对流层中层上升运动区。     

一次高原涡东移引发江淮强降水的动热力机制分析

利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,TRMM卫星降水资料和FY-2E卫星黑体亮温（TBB）资料等,探讨了2017年7月7-9日的一次移出高原涡形成发展的环流背景和移动特征,以及引发江淮流域强降水的动热力机制,并应用HYSPLIT4模式追踪江淮流域强降水的水汽源地。结果表明：此次高原涡生成于高原中部,先向东南方移动,到达四川中部后转为东北向移动,生命史为39 h。200 hPa南亚高压和高空急流强度较强,低涡位于高空急流入口区右侧的辐散区,促使低涡形成和发展。500 hPa低涡前部的负变高中心以及西太平洋副热带高压边缘的西南气流引导低涡的东移和转向。低涡移出高原后处于高空槽前正涡度平流造成的减压区,加之大地形背风坡有利于气旋性涡度增强,低涡得以发展。低涡下高原后沿江淮切变线移动,槽后的冷空气与携带孟加拉湾和南海水汽的偏南气流汇合,在锋生作用下低涡发展为江淮气旋,降雨量迅速增强达到大暴雨标准。高低空急流的耦合和低层对流不稳定的发展加强了动力抬升作用,有利于江淮强降水的形成。强降水的水汽源地主要为南海和孟加拉湾,降水最强时段对应辐合上升运动最强,对流云发展旺盛使降水得以维...     

“91.7”暴雨低涡发展结构和暴雨机制中尺度数值模拟

对１９９１年７月４日至７日（“９１．７”）发生在江淮流域的一次低涡切变线特大暴雨过程进行了高分辨行星边界层参数化的中尺度数值模拟。控制模拟结果揭示“９１．７”江淮暴雨过程与中尺度暴雨低涡的生成和发展以及特有的动力和热力结构密切相关；气旋性涡柱，强上升运动与深厚湿舌三位一体的共存结构是暴雨低涡持续发展并产生对流云系和持续暴雨的强耦合条件；西南低空急流的发展和维持，不仅是暴雨低涡形成和持续发展的重要动     

1971—2015年宁波首场暴雨的气候特征及环流形势

根据1971—2015年宁波9个国家气象观测站降水资料和1980—2015年天气形势图,统计分析宁波45 a首场暴雨的气候特征,归纳分析了宁波首场暴雨的影响天气系统和环流形势。结果表明:宁波首场暴雨多发生在4月,以局地暴雨为主,部分暴雨次之。降水时段以24 h暴雨为主,夜间时段暴雨多于白天时段暴雨。降水频次分布和日最大降水量分布具有南北两端较多、中东部较少的特征。宁波首场暴雨的影响天气系统有低涡切变线、江淮气旋、梅雨锋及副热带高压(以下简称副高)边缘强对流4类。低涡切变线的影响以大范围和局地暴雨为主,江淮气旋的影响以局地和部分暴雨为主,梅雨锋的影响以部分暴雨为主,副高边缘强对流的影响以局地暴雨为主。受低涡切变线影响的暴雨容易出现在宁波东南部几个站点,江淮气旋影响和梅雨锋影响的暴雨容易出现在环沿海区域站点,副高边缘强对流影响的暴雨易出现在宁波南部。西南暖湿气流带来充沛的水汽是首场暴雨发生的必要条件,冷空气入侵或冷暖空气交汇是暴雨形成的重要原因。     

青南高原两次大到暴雪天气过程诊断分析

利用常规实测资料和T213模式输出产品,对2009年春季发生在青南高原的两次大到暴雪天气过程进行了诊断分析,结果表明：两次大到暴雪天气过程的形成分别与中尺度切变线和低涡的发展东移直接关联。相对湿度、水汽通量及水汽通量散度等物理量诊断表明,在中低层强盛的西南暖湿气流使水汽不断从孟加拉湾向青南高原输送,有利于暴雪天气形成。涡度、散度和垂直速度等动力条件物理量在中低层具有强降水特征,其空间配置极有利于切变线和低涡发展及大到暴雪形成与维持。     

"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断

利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。     

西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨的异同特征分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和地面加密自动站资料,通过对2007年四川盆地盛夏3次西南低涡与不同系统相互作用时形成四川盆地暴雨过程的环流特征、影响系统以及风暴相对螺旋度、湿位涡、水汽通量等物理量场特征进行对比分析,找出西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨过程中各物理量的异同点。分析表明,西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的共同点是:暴雨发生在西南低涡中心附近,西南低涡暴雨区内存在着稳定的上升气流和水汽辐合,伴有明显的能量释放特征,西南低涡暴雨都是发生在对流层中层螺旋度大值区,强降水一般出现在对流层低层MPV1<0同时MPV2≧0的范围内,都具有“低层正涡度辐合,高层负涡度辐散”的典型暴雨动力结构。西南低涡与不同系统相互作用形成暴雨机制的不同点是:在西南低涡与高原低涡形成暴雨机制中高空急流的作用十分重要,在西南低涡与切变线形成暴雨机制中低空急流的动力作用十分明显,而深厚的西南低涡暴雨高低空急流作用不是十分重要。在西南低涡与切变线或深厚的西南低涡形成暴雨机制中锋面抬升作用明显,对流层高层MPV1正值区叠加在低层MPV1负值中心上,而与高原低涡相配合形成暴雨机制中锋面抬升作用不明显,不具有MPV1下负上正的结构。深厚的西南低涡暴雨是非移动的,而西南低涡与高原低涡或切变线形成的暴雨是移动性的。      

2011年梅汛期影响江苏两次大暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料及加密自动站资料对2011年梅汛期江苏省6月17-18日和7月11-13日2次典型的大暴雨天气过程进行对比分析.结果表明:2种不同类型大暴雨的影响系统不同、动力热力机制不同:“617”过程为江淮切变线大暴雨,切变线南侧的强劲西南低空急流输送了充足的水汽和能量,低层强冷空气活动触发了强暴雨;“711”过程为热带低压倒槽大暴雨,中低层弱冷空气垂直叠加在倒槽东侧偏南低空急流携带的海上暖湿空气上,构成了产生暴雨并持续的不稳定条件.垂直螺旋度上负下正的配置及非地转垂直环流上升支为两次暴雨提供了良好的动力抬升机制.暴雨发生在能量锋区南侧、湿位涡正压项零等值线靠近负值区一侧.位势不稳定度由强变弱,能量开始释放,预示暴雨即将开始.     

高原涡与高原切变线伴随出现的统计特征

高原涡、高原切变线是影响高原地区最主要的天气系统。利用2005-2016年NCEP/CFSR高分辨率再分析资料,采用客观识别方法,统计分析了高原涡、高原切变线伴随发生的数量、生成的先后顺序和源地等。结果表明,近12年来,客观识别的高原涡年平均生成45个,高原切变线年均生成48条,30%左右的高原涡与高原切变线伴随出现,相伴出现的现象在整个高原均有发生。两者伴随出现时,高原切变线往往先于高原涡生成;当高原涡伴随高原切变线出现时,高原切变线的维持时间较长;而无论是否有高原切变线伴随,高原涡的维持时间基本保持不变。     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。