双雷达反演闽南地区一次暴雨过程三维风场结构特征研究

前汛期暴雨是华南地区最常见且预测难度较大的灾害性天气之一,而造成暴雨最直接的系统是中尺度对流系统。利用区域自动站资料,NCEP再分析资料,厦门、泉州新一代天气雷达(CINRAD/SA)基数据,采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术,分析了2015年5月20日闽南地区一次暴雨过程中尺度对流系统的三维风场结构特征。结果表明:此次暴雨过程是由低层的冷暖空气在闽南沿海地区交汇形成的切变线引起的,风场反演方法能够清晰地再现低层切变线的移动过程、处于不同生命阶段对流单体的三维风场结构。强回波区跟随切变线向南移动并分布于其两侧。当切变线过境、风向较为一致时,不利于强回波的进一步发展,降水开始减弱。如果对流单体中存在一致的上升气流,低层有明显的辐合,表明此单体仍处于发展状态,回波将会继续增强;若已经出现了一致的下沉运动且没有明显的入流,则回波处于消散阶段。相比于传统方法,"基于动态地球坐标系的双雷达反演风场方法"实现了对雷达径向数据的定量化应用,能够更直观地揭示中尺度对流系统的三维风场结构,并通过对垂直速度的计算及显示,可以快速判断回波未来的演变趋势,对快速预测回波的强度变化有非常好的参考意义。     

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

低空暖式切变线引发局地特大暴雨成因分析

利用常规观测、加密自动站降水及NCEP 1°×1°再分析资料,结合铜仁多普勒雷达观测资料对2015年7月14日夜间发生在贵州省松桃县的一次局地特大暴雨进行分析,结果发现:此次局地特大暴雨是发生在中层500 h Pa中低纬"ω"环流型稳定形势下;低层高湿高能环境为暴雨提供了充足的水汽和能量;地面弱冷空气入侵激发了对流的产生,是产生强降水的触发条件;梵净山地形对气流既有抬升又有增强气流辐合的作用,对流单体不断在其迎风坡产生;雷达回波显示对流回波单体沿着地面中尺度辐合线生成、发展、合并、移动和消亡,出现了明显的列车效应,地面辐合线对对流单体起着组织、加强和引导作用;暴雨区位于850 h Pa暖式切变线南侧、地面冷锋前部、地面中尺度辐合线北侧,而地面中尺度辐合线北侧1~1.5个纬距内是强降水的主要落区。     

一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究

使用地基双多普勒天气雷达综合和连续调整技术 (MUSCAT), 对2001年7月13日安徽省合肥、马鞍山双多普勒雷达同步探测到的暴雨系统进行三维风场反演.其暴雨系统的流场特点是在低层存在切变线和辐合线, 高层气流辐散, 有明显的垂直环流; 低层的水平辐合区与高层的水平速度的辐散区相匹配, 对应着上升运动; 下沉气流在近地面层形成的向外流出的辐散气流促使暴雨系统前方低层暖湿空气上升; 南北强回波单体在全椒附近合并, 单体合并首先从低层开始, 然后扩展到中高层, 造成全椒地区的局地强降水; 中低层的切变线和辐合线是强回波单体合并的动力因素; 流场特征是在其上空形成中尺度涡旋.最后, 给出了这次暴雨的概念流场模型.     

山东一次局地暴雨的中尺度风场特征

利用山东济南及滨州多普勒雷达体扫资料,结合NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料及地面自动站观测资料,对2007年6月29日鲁中地区的一次局地暴雨过程进行分析,结果表明:本次局地暴雨为对流性降水,该过程风场水平和垂直结构与回波强度及其演变存在较好的对应关系,中低层存在明显的中尺度切变线,垂直方向上,暴雨系统存在明显的上升气流,二者是产生暴雨的重要条件;中低层辐合线造成水汽集中,为强回波带的形成提供水汽和动力条件;强回波带上的上升气流将水平输送到局地的水汽向上输送,有利于系统进一步发展。     

山东省一次积层混合云暴雨三维风场的双多普勒雷达探测

使用地基双多普勒天气雷达监测资料和常规探测资料,对2005年9月19日凌晨发生在鲁中地区的一次暴雨进行分析,结果表明：本时段暴雨是积层混合云降水所致,中低层存在切变线和辐合线,风场中尺度结构造成小尺度对流单体的发展,这些对流单体以带状结构组成回波群镶嵌在大面积的层状云中;伴随弱冷空气侵入,风场的中尺度结构主要出现在4km以下的层次,中低层切变线和冷空气的侵入是强回波单体发展的动力因素;在垂直方向上,强回波区有明显的垂直运动。风场的中尺度结构对鲁中强降水的发生和维持有重要作用。     

长江中游复杂地形和盛夏局地大暴雨

本文利用武汉WSR-81S数字化天气雷达资料和其它中尺度气象资料分析了1987年8月18日相继发生在长江中游复杂地形区域的两场短历时局地特大暴雨的中尺度演变过程。在没有明显的次天气尺度上升运动直接启动和组织的情况下,两场局地大暴雨暴发的时间和地点都取决于边界层中尺度风场强辐合的出现。复杂地形对边界层气流的热力和机械的综合作用,在一定的大尺度气流背景下,形成有规律的中尺度近地面风场系统。它表现得相对定常并有一定的日变化,当来自临近地区的中尺度对流系统移近时,对流降水中产生的中尺度气流(例如飑锋)参加到由地形影响形成的中尺度边界层流场系统中,便在某些特定地点构成强的辐合。在这类辐合区中心的偏北一侧发展起强大而移动缓慢的复合单体或超级单体,带来局地大暴雨。山谷风环流、平原-山脉环流对盛夏局地暴雨的影响应受到重视。     

2011年6月湖南两次暴雨过程的中尺度特征对比分析

利用常规观测资料、卫星、雷达资料以及NCEP再分析资料、LAPS局地分析资料,对2011年6月湖南两次暴雨过程的中尺度特征进行对比分析。结果表明：两次过程均属于湖南盛夏低涡冷槽型暴雨过程,但中尺度特征、降水性质和环境条件有差异。“6.09暴雨”由一个及地的β中尺度低涡产生,过程期间低涡稳定少动,卫星云图上表现为一个发展强烈的中尺度对流云团,雷达回波前期为窄型带状积云降水回波,后期逐渐转变为积层混合云降水回波;而“6.13暴雨”影响系统为中尺度切变线,切变线维持时间长,移动缓慢,卫星云图上是一条长时间维持的对流云带,雷达回波为积层混合云降水回波。水汽输送通道的建立和中低层水汽的大量集中为中尺度对流系统的发展提供了有利的环境条件,暴雨发生在锋前高温高湿的不稳定层结和强上升运动区域中,锋区的动力强迫上升运动加强了低层能量和水汽的往上输送。两次过程中尺度对流系统均具有深厚的垂直环流结构,“6.09暴雨”湘东北特大暴雨区是一支近乎垂直的深厚上升气流,南北两侧有明显的补偿下沉气流,而“6.13暴雨”湘中暴雨区垂直上升运动是倾斜向上的,只有南侧存在补偿下沉气流。     

2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析

利用FY-2C卫星红外辐射亮度温度(T_BB)资料、多普勒天气雷达资料、加密自动站资料、NECP再分析资料、常规观测资料对2009年7月7日发生在南京地区的一次短时大暴雨过程的中尺度特征进行分析,结果表明:在有利的天气尺度背景形势下,多个中尺度对流系统在南京地区合并,合并后的中尺度对流系统强度强,移速慢,造成了南京地区的强降水。这次短时暴雨的中尺度特征在云图T_BB资料上表现为对流云团合并后强度和范围显著增强,移速缓慢,T_BB梯度大值区在南京地区停留;在地面风场上体现为南移的中尺度辐合线与南京地区局地生成的中尺度辐合中心合并,使得地面风场辐合显著增强;在雷达回波上表现为,南京地区上空不断有对流单体并入形成大面积高效率降水回波,镶嵌其中的γ尺度对流单体沿着相同方向依次通过南京地区。分析中还发现,低空急流、低空切变线是这次短时暴雨天气过程的重要影响系统,利用多普勒雷达资料可以识别和分析它们的发展、变化特征,为短时暴雨的临近预报提供依据。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统结构模型的双多普勒雷达研究

使用双多普勒雷达三维风场反演技术对2003年6月26-27日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的江淮梅雨锋大暴雨资料进行了三维风场反演,对其中β和中γ尺度三维动力结构进行了研究.结果表明,中β尺度对流系统(MβCS)及其上的中γ尺度对流云团是此次暴雨的主要降水系统.中低层的中β尺度辐合线对此次暴雨的触发、发展、维持具有重要作用,随着辐合带的逐渐减弱,强降水也逐渐减弱.中尺度对流系统低层的正涡度大值区与辐合中心有较好的对应关系,并且对应地面的强降水区.文中还给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

2007年7月8日特大暴雨过程的中尺度特征

利用雷达、卫星、闪电定位仪及NCEP资料分析了2007年7月8日在安徽沿淮西部出现的特大暴雨过程的中尺度特征.分析结果表明:造成特大暴雨的强对流回波带与近地面层925hPa辐合区位置一致,而且回波单体移向与回波带走向一致,另外发现该中尺度对流雨团(rainstor ms)属于后向传播,其传播方向和单体的移动方向相反,使得强回波在特定区域保持相对静止,造成特大暴雨;逐时降水极值基本出现在对流发展旺盛和对流回波发生合并时.另外通过分析单多普勒雷达反演二维风场发现,中低层气旋性切变的维持是强降水形成和维持的重要条件.     

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。     

2017年广州“5·7”暖区特大暴雨的中尺度系统和可预报性

2017年5月7日广州发生了特大暴雨,各家确定性业务预报模式均漏报了此次过程。本文利用常规观测资料和广州天气雷达资料对此次暖区特大暴雨过程的天气尺度背景、中尺度系统演变和可预报性进行了详细分析,同时通过分析ECMWF集合预报中成功预报出广州周边地区出现局地强降水与预报了弱降水的成员间的差异,探讨影响本次大暴雨发生的关键触发因子。结果表明：2017年“5·7”大暴雨的环境条件和动力强迫较弱,在弱风场环境下,冷高压后部东南风或偏南风回流,经过城市热岛区域,转为偏暖气流,与山坡下滑冷气流在山前一带形成的水平风场辐合,结合山前强水平温度梯度,共同触发了初生对流单体。其后,雷暴出流和边界层暖湿气流形成的辐合线又触发新生单体,并使已减弱的降水单体重新加强产生第二阶段强降水。前两个阶段的局地特大暴雨分别是由稳定少动的块状强回波单体发展到嵌有中涡旋的强单体和较长生命史的弱HP型超级单体造成的,第三阶段的大暴雨是由向南传播合并新生单体并随短波槽东移的带状回波造成;三个阶段成熟回波垂直结构上均呈低质心暖云降水的特点。由ECMWF集合预报成功预报出局地强降水与弱降水成员之间的差异可见,加强的温度梯度及地面风场辐合可能是本次局地强降水的重要触发因子。短期时效内数值模式难以做出暖区尤其是弱风场环境下暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。     

云南突发性特大暴雨过程成因分析

利用逐时卫星云图、雷达同波、自动雨量站等加密观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,分析了云南4次特大暴雨的成因.结果表明,这4次突发性特大暴雨过程主要是中低层低涡切变线、西南气流的辐合造成水汽、能量的聚积,低层增暖增湿,500 hPa干冷空气入侵,形成强对流不稳定区;当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时,在500 hPa槽后易产生特大暴雨天气.卫星云图显示,特大暴雨过程由对流单体合并、加强为中尺度对流云团引起的.在雷达回波发展、移动过程中,始终存在同波合并效应,前部回波移动缓慢,后部中小尺度回波活动频繁,小单体快速生成合并,使得整块同波稳定少动,在强降雨阶段存在较强的风向、风速辐合.     

辽宁黑山突发性局地特大暴雨中尺度对流条件和特征

利用常规和加密自动气象站观测资料、卫星和雷达探测资料以及NCEP再分析资料（1°×1°,6h）, 对2013年8 月15-16日辽宁黑山地区特大暴雨的中尺度对流条件和对流系统特征进行探讨。结果表明: 此次强降水由中-β尺度系统引起,短时大暴雨发生在能量舌边缘,地面偏东风和地形强迫抬升作用造成对流单体沿着山脉东侧生成、发展和移动,最终导致持续性对流性强降雨。东北低压冷锋前所激发的中尺度切变和涡旋触发了局地大暴雨。黑山地区上游有两个对流单体生成,向东移动合并影响该地区,移动方向前侧的斜升气流和低质心回波提高了降水效率。     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θ_se锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

吉林省中部一次局地大暴雨的中尺度成因分析

利用探空资料、常规气象资料、中尺度气象加密观测资料及多普勒雷达回波产品等资料,对2010年7月25日吉林省双阳站局地大暴雨的中尺度系统演变特征、动力、不稳定条件及雷达回波特征进行了分析。分析结果表明：低空中尺度切变、地面中尺度辐合线是本次局地暴雨的主要中尺度系统,850hPa露点锋提供本次局地暴雨的触发机制;局地暴雨发生在较强的对流不稳定及冷空气侵入导致迅速增强的垂直风切变的条件下;暴雨发生前中低空有明显较强的上升运动,冷空气开始下沉入侵形成垂直环流,为暴雨的发生提供了动力条件;雷达回波图上“人”字型回波带合并,其上多个对流单体新生持续经过暴雨区造成强降水,回波带上的逆风区与局地暴雨有较好的对应关系,强回波及逆风区对局地暴雨有较好的指示意义。     

伊犁一次区域性暴雨分析

利用伊宁新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2010年7月19日伊犁地区一次局地暴雨天气过程。结果表明：此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa中亚低槽、200hpa高空急流、低层风速辐合和地面雷暴高压。较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于对流的产生;云图和雷达资料分析表明,此次局地暴雨是由中尺度强对流云团产生,具有典型的对流单体形成、发展成回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

黔东北一次局地特大暴雨天气的雷达回波特征分析

使用铜仁本地CINRAD—CD多普勒天气雷达、地面加密自动站资料,对2014年6月3日傍晚至6月4日发生在铜仁市的特大暴雨进行雷达回波特征分析。结果表明：混合型降水回波的＂准静止状态＂和回波有组织地排列形成＂列车效应＂是产生此次特大暴雨最直观的特征;最强暴雨落区在多普勒雷达径向速度图上β中尺度逆风区附近;正负速度区的变化及逆风区附近强对流多单体的持续影响常常会产生局地暴雨;暴雨回波的强回波核总是位于云体的中下部是暴雨回波的典型特征;特殊的地形条件也是产生此次大暴雨的一个重要因素。