西南涡的中尺度特征及其对陕南降水影响的研究综述

西南涡是生成于我国西南地区,除台风外影响我国降水的最主要天气系统之一。通过回顾对西南涡的统计结果、结构特征、其降水落区以及秦巴山区对西南涡的影响等研究成果,阐述西南涡的基本概况及其中尺度结构特征。同时,根据已公开发表的2008、2011—2019年全国4—10月主要暴雨过程的统计结果,挑选出该时段内陕南地区的暴雨过程并分析得出西南涡是造成陕南暴雨的主要影响系统,其343%的暴雨过程受到了西南涡的影响。     

台风对西南低涡影响的数值模拟与诊断个例分析

利用NCEP再分析资料和MM5中尺度数值预报模式对2004年9月3~6日因西南低涡造成四川盆地和重庆地区特大暴雨天气过程开展了数值模拟和诊断分析。结果表明,在此次特大暴雨天气过程中,西南低涡生成后由于受“桑达”台风的阻塞影响,西南低涡移动速度变慢,强度增大,生命期延长。同时“桑达”台风西侧吹入内陆的东北气流在西南低涡的东南侧转变为西南气流的过程中出现气流辐合并使得水汽迅速聚积,从而触发了在西南低涡附近形成特大暴雨天气过程。     

影响云南的西南低涡统计特征

利用1980—2008年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 700hPa高空图和云南125个测站的逐日降水量资料,对影响云南的西南低涡移动路径、时间变化、维持时间和对应的降水特征进行了统计分析。结果表明,约1/8～1/7的西南低涡能够移出四川并影响到云南,但过去30年来其总趋势是减少的。影响云南的西南低涡初生涡源区主要集中在九龙和四川盆地,东南路径最多,西南和偏南路径次之,受地形影响西南低涡一般影响不到滇西边缘和滇西南地区。春末和夏季西南低涡移出影响云南的频数最多,秋末和冬季最少。西南低涡开始影响云南的时间表现出日变化特征,在白天的影响几率为61.54%,其生命史呈指数衰减,大多不超过1天。西南低涡移出源地后,约有13.5%的低涡会影响云南并出现全省性强降水过程。其中,偏南路径西南低涡造成的强降水主要分布在哀牢山以西地区,东南路径的主要暴雨中心位于滇中和滇东南,西南路径的强降水主要分布在滇东地区。西南路径大到暴雨的出现频率最高、强度最强,应引起足够的重视;东南路径虽然最多,但大到暴雨的出现频率和强度均低于平均值。     

2012年夏季秦巴山区暴雨过程的地形作用诊断

利用NCEP/NCAR的1°×1° FNL再分析资料对2012年7月3—4日发生在陕西南部秦巴山区暴雨过程的成因及地形对暴雨的作用进行了诊断研究,同时利用中尺度模式WRFV331模拟了暴雨过程,结果表明：500 hPa高原槽、700、850 hPa的低涡切变线和副高外围西南气流是暴雨的主要影响天气系统。700 hPa副高外围的西南气流从云贵高原推进到秦岭南坡并沿坡爬升,同时还与山前的偏东气流汇合而形成气流辐合区,致使气旋性涡度增大,辐合抬升作用造成强垂直上升运动,低层低涡切变线得以发展和维持,秦岭南坡产生了大暴雨,秦巴山区地形对暴雨有显著的增幅作用。高原槽中冷空气从秦岭以北向南侵入,大巴山以南的西南暖湿气流向北推进,在冷暖空气的交汇地带形成斜压锋区;地形的辐合抬升作用加强中低层大气锋生,增大大气斜压不稳定性,触发不稳定能量的释放,有利于暴雨的发生。暴雨发生期间秦巴山区在垂直方向上,雨水、云水、冰晶的大值中心相互对应,存在“播撒—供给”效应,有利于雨水粒子增多,导致山区出现了强降雨。     

湖南省西南涡暴雨的分类研究

基于2012—2016年西南低涡年鉴资料、欧洲中心ERA-Interim再分析资料、湖南省站点降水数据及热带测雨卫星TRMM格点降水产品,对西南涡影响下的湖南省暴雨天气过程进行了普查与分析,并进一步利用多变量EOF法和k均值聚类法对西南涡暴雨天气进行了客观分类。结果表明:(1)西南涡暴雨占湖南总暴雨日数的三分之一,大多由偏东路径的盆地涡和九龙涡造成。(2)湖南省西南涡暴雨天气主要分为暖区类、回流类和锋面类,其中暖区类暴雨强度最强,回流类和锋面类强度相当。(3)西南涡暖区暴雨发生在西南涡槽前深厚的暖湿气流中,落区集中在湘中以北。回流暴雨主要形成于低空高压后部东风回流和西南涡槽前西南气流耦合区,落区集中在湘东南,该类是秋季西南涡暴雨的主要天气形势。锋面暴雨因锋区与西南涡槽前耦合叠加,落区位于锋面附近并沿切变线分布。     

秦巴山区近30年暴雨和短时强降水时空特征分析

利用秦巴山区44个国家级自动观测站的数据,统计分析1992—2021年秦巴山区暴雨和短时强降水时空特征。结果表明：秦巴山区年平均暴雨日为214 d,近30 a暴雨日呈增加趋势,巴山地区的暴雨日远多于秦岭山区;暴雨集中在6—9月,占全年暴雨日的879%,上半年的暴雨以局地暴雨为主,下半年区域性暴雨比例则明显增加,7月局地暴雨和区域性暴雨均为全年最多。秦巴山区暴雨日与年平均降水量自北向南有增加趋势,而暴雨贡献率自北向南则有减小趋势;年平均降水量南多北少,暴雨平均降水量西多东少。秦巴山区年平均短时强降水频次为58 h,自北向南有增加趋势,其中秦岭山区自西向东短时强降水的强度呈增加趋势,尤其在秦岭东北部多站的雨强大于70 mm/h。秦巴山区短时强降水呈明显的“夜雨”特征,午后为次高峰。     

引发四川盆地西南地区暴雨的高原涡特征分析

为进一步认识高原涡对盆地西南地区暴雨过程的影响,总结该区域暴雨预报经验,本文利用2001～2011年高原涡切变线年鉴、MICAPS实况天气图、盆地西南地区气象站日降雨量资料以及NCEP再分析资料,对引起盆地西南地区暴雨过程的高原涡特征进行总结分析,得到结论:1)引发盆地西南地区产生暴雨量级以上降雨的高原涡过程多发生在每年7月;高原涡东移将对盆地西南地区产生明显降雨;48小时后大部分高原涡减弱消失,少数继续东移或东南移;2)引发盆地西南地区产生暴雨的高原涡通常是暖性高原涡,高原涡东移48小时后有明显的冷平流入侵转变成斜压性低涡;这一类高原涡常常与高原切变、西南低涡、副高、低空急流以及南亚高压等影响系统相配合,共同作用产生一次暴雨过程;3)引发的盆地西南地区暴雨的高原涡过程的温湿场特征为:500hPa高原东部到盆地上空的大气高温高湿的特征明显,700hPa和850hPa盆地高温高湿,同时垂直上升运动旺盛且随高度向北倾斜。      

对流涡度矢量垂直分量在西南涡暴雨中的应用

将对流涡度矢量 (CVV) 应用于浅薄系统西南低涡引发的暴雨中,特别是将对流涡度矢量垂直分量 (C_z) 应用在2010年7月16—18日由西南涡引发的一次暴雨过程诊断中。研究了CVV垂直积分的各个分量与6 h累积降水量的关系,尤其是CVV垂直分量在西南涡暴雨过程中的指示意义。诊断结果表明:CVV垂直分量与西南涡引发的暴雨有一定对应关系,强降水发生时段与C_z垂直积分峰值出现的时间对应一致;在对流层低层850 hPa水平分布上,暴雨区位于CVV垂直分量的正值中心附近,偏向其梯度较大处;沿暴雨中心的CVV垂直分量,当对流层低层至高层呈现一致的正值时,暴雨强度会明显加强。     

重庆地区暴雨空间分布及雨量分时特征

采用重庆市34个地面观测站1981—2017年的降水观测资料,以及2005—2017年逐时雨量资料,分析了重庆地区暴雨的空间分布及日变化特征。结果表明:开州、酉阳、北碚为重庆的暴雨中心,开州年均暴雨日数最多达6.2d。荣昌、渝北、梁平、开州、彭水、酉阳等地大暴雨出现频率较高,南川、万盛大暴雨相对较少。暴雨平均雨量大值区分布在主城区、西部、东北部,西南部暴雨平均雨量较低。重庆地区的暴雨在不同时段主要影响区域不同。铜梁、合川、北碚等站点的暴雨夜间降雨量占比75%以上。代表站夜间平均降雨强度大于白天,大足、沙坪坝、涪陵降雨主要集中在22:00至次日04:00,酉阳03:00—06:00降雨强度较大。小时降雨量≥20mm暴雨日出现频率较高的时段在00:00—06:00和13:00—18:00。     

近30a山东首场暴雨的气候特征及环流形势

利用1985~2014年山东122个国家气象观测站降水资料及1999~2014年天气图资料,统计分析近30 a山东首场暴雨的气候特征,归纳分析了山东首场暴雨的影响系统及环流形势。结果表明:山东首场暴雨多发生在4~5月,以局地暴雨为主,大范围暴雨次之。降水具有明显的日变化特征,夜间和清晨大、白天小。鲁西南和半岛地区是首场暴雨的易发区,但2区域的暴雨分布特征截然不同:首场暴雨在半岛地区出现频次较高,但最大日雨量和小时雨量并不大;鲁西南地区出现频次高,且最大日雨量和小时雨量也大。山东首场暴雨的影响系统有温带气旋和低涡切变线2类。温带气旋影响下以局地暴雨和大范围暴雨为主,低涡切变线影响下以区域暴雨为主。其中,半岛和鲁南地区较易受江淮气旋影响产生暴雨,鲁西北和鲁中地区则受低涡切变线影响较多。地面气旋位置是预报气旋类暴雨落区的重要指标,暴雨多出现在地面气旋倒槽顶端;850 h Pa形势场是预报低涡切变线类暴雨落区的重要指标,暴雨多出现在850 h Pa低涡切变线与地面倒槽顶端东南气流(暖区)中。气旋影响下的首场暴雨,其动力和水汽条件占主导,而低涡切变线影响下的热力条件是导致暴雨的主要因素。西南暖湿气流带来的充足水汽是首场暴雨发生的必要条件,冷空气侵入或冷暖空气交汇是暴雨形成的重要原因。     

西南低涡与广西暴雨

西南低涡通常是指产生或移入我国西南地区(25——35°N,100——110°E的四川盆地内)的气旋性涡旋,它的产生与发展对我国东部及华南地区天气较为密切,尤其是广西的汛期暴雨、特大暴雨,大多数与低涡活动有关,如1985年5月27日兴安等地出现的特大暴雨,1988年8年下旬桂北出现的特大暴雨,都是由西南低涡与低空急流,锋面等系统共同活动造成。开展西南低涡与广西暴雨的讨论,就显得特别有意义,本文在普遍     

2011年梅雨期长江中下游地区两次暴雨过程数值模拟对比分析

基于WRF数值预报模式,对2011年梅雨期6月9—10日和14—15日长江中下游地区两次暴雨过程（分别简称“6·10”过程和“6·14”过程）进行数值模拟,重点对比分析了暴雨期间西南涡的活动与高低空急流耦合配置之间的关系。结果表明：1） 西南涡的活动和高低空急流耦合配置与暴雨活动关系密切,是造成两次暴雨过程范围和强度差异的重要因素。2）“6·10”过程中,一个浅薄的西南涡系统受青藏高原浅槽东移北缩减弱影响,向东北方向移动,同时西南低空急流位置偏北,导致暴雨区位置偏北;“6·14”过程中,一个深厚的西南涡系统受高空浅槽东移发展加深影响,沿长江缓慢东移,伴随西南低空急流位置偏南,降水缓慢向东移动,导致暴雨区位置偏南。3） 两次过程的强降水中心均位于高低空急流耦合区,“6·10”过程中,在长江中下游地区形成的高低空急流耦合区范围偏小且强度偏弱,因此辐合上升运动偏弱,不利于形成大范围的强降水;“6·14”过程中,在长江下游地区形成大范围高低空急流耦合的环流形势,强烈的辐合上升运动配合充足的水汽供应,最终形成大范围强降水。     

北京“7〖DK〗·21”特大暴雨过程时空特征解析

利用高密度自动站观测记录和长序列气象站观测资料,对2012年7月21日北京地区特大暴雨过程的时空演化规律进行了分析。结果表明:"7·21"特大暴雨期间,全市累积降雨量大于100mm的站数达到211个,占全部测站数的92%,96个站累积雨量大于200mm,12个站大于300mm;多数地区降雨时长超过16h,密云大成子站降水时间最长,达到20h,强降雨时长在西南房山和门头沟最大;最大小时雨强中心出现在东北和西南区域,东北部最大雨强中心较突出;平均雨强高值阶段出现在21日18:00—21:00,其中19:00雨强最大,达到22mm/h,但最大雨强在70mm/h以上的高强度降雨发生在21日13:00—14:00(门头沟龙泉站)和19:00—22:00,20:00—21:00平谷挂甲峪站高达100.3mm/h;城区及其附近地带20mm以上量级的小时降雨强度较大,同时傍晚阶段平均累积雨量增长速率快,平均小时降水强度偏大;房山站21日雨量位居1961年以来逐年最大日降水量第2位,仅次于1979年7月18日降雨量,而全市15站平均21日雨量打破了1961年以来的最大日降水量记录,比处于第2位的1963年8月9日平均雨量高出43mm。     

北京“7·21”特大暴雨过程时空特征解析

利用高密度自动站观测记录和长序列气象站观测资料,对2012年7月21日北京地区特大暴雨过程的时空演化规律进行了分析。结果表明:"7·21"特大暴雨期间,全市累积降雨量大于100mm的站数达到211个,占全部测站数的92%,96个站累积雨量大于200mm,12个站大于300mm;多数地区降雨时长超过16h,密云大成子站降水时间最长,达到20h,强降雨时长在西南房山和门头沟最大;最大小时雨强中心出现在东北和西南区域,东北部最大雨强中心较突出;平均雨强高值阶段出现在21日18:00—21:00,其中19:00雨强最大,达到22mm/h,但最大雨强在70mm/h以上的高强度降雨发生在21日13:00—14:00(门头沟龙泉站)和19:00—22:00,20:00—21:00平谷挂甲峪站高达100.3mm/h;城区及其附近地带20mm以上量级的小时降雨强度较大,同时傍晚阶段平均累积雨量增长速率快,平均小时降水强度偏大;房山站21日雨量位居1961年以来逐年最大日降水量第2位,仅次于1979年7月18日降雨量,而全市15站平均21日雨量打破了1961年以来的最大日降水量记录,比处于第2位的1963年8月9日平均雨量高出43mm。     

一次特大暴雨过程中涡度与急流的影响分析

利用自动气象站雨量资料,常规观测资料,FY-2D TBB云图资料以及NCEP再分析资料,对2013年6月30日～7月2日高原低涡东移和西南涡耦合形成的遂宁地区特大暴雨过程进行研究。主要分析了高原低涡和西南涡的耦合对此次强降水的影响以及低空急流演化和强降水的关系。结果表明:当高原涡和西南涡发生耦合时会使得高空低涡发展加强,并激发遂宁暴雨天气的产生。急流为高空低涡的发展提供不稳定能量。超低空急流和低空急流对强降水有提前2小时的指示意义,低空急流指数增大的过程和降水量的强度成正比关系。      

阳江市2001年6月7到8日连续特大暴雨过程分析

受季风低压槽和西南低空急流共同影响,2001年6月7日和8日阳江市连续出现特大暴雨,6日20时至8日20时总降雨量960.3mm,造成该市大面积受灾,全市直接经济损失3.24亿元。本文拟从降水特点、降水成因等方面对此次连续特大暴雨过程进行分析,并力求在预报技巧上得出一些有益的启示。     

一次华北地区西南涡暴雨的数值模拟分析

采用WRFV3.01模式对2010年7月18—20日发生在华北地区的西南涡暴雨过程进行了模拟与分析。结果表明:这次西南涡暴雨主要降水机制是高低空急流的耦合。暴雨出现在低空急流的前方和高空急流的右后方;高空急流为强降水提供了高层的辐散场和高层的干冷空气,低空急流为降水区提供了充足的水汽和能量;这次西南涡降水有明显的暖锋降水性质。     

小时和日值降水数据对河南省暴雨日数和暴雨日变化特征的影响北大核心

利用1961—2018年河南省111个气象站逐日和逐小时降水数据,分析了暴雨日数的时空变化规律及暴雨日变化特征,并通过统计对比分析,评估了小时和日值降水数据对暴雨日数及暴雨日变化的影响。结果表明:(1)1961—2018年,河南省年平均暴雨日数变化呈显著上升趋势,速率为0.34 d·(10 a)^(-1);94.6%的气象站点年平均暴雨日数的气候倾向率为正,显著增加的站点数占总站数的73.0%;年平均暴雨日数为1.4 d,以7月最多,平均值为0.52 d,占年平均暴雨日数的37.1%。(2)1961—2018年,河南省暴雨总降水的日变化呈现单峰结构,主峰值出现在05时,为4.5 mm;暴雨日变化峰值呈波动下降趋势,速率为0.16 mm·(10 a)^(-1);日变化峰值大部分出现在00—08时,共42个年份,占79.3%;从空间分布看,各气象站点的暴雨日变化峰值大都出现在00—06时,占总站数的73.5%。(3)2014—2018年,河南省小时和日值降水数据吻合度为100%;吻合暴雨总降水的日变化的主峰值和次峰值出现在04时和17时,分别为4.3 mm和3.4 mm;日变化峰值出现在13—18时的气象站点最多,占总站数的33.9%。(4)小时和日值数据对暴雨日数及暴雨日变化造成了影响,主要表现在年平均暴雨日数及其变化趋势不一致和暴雨日变化的差异。     

物理过程和分辨率对西南涡演变的中尺度模拟影响

本文运用PSU/NCAR中尺度模式第四改进型(MM_4),对“81.7”四川暴雨期西南涡的演变进行了一系列96和72小时数值模拟;其目的在于研究模式物理过程和空间分辨率以及行星边界层(PBL)参数化对西南涡生成和发展模拟的影响。96小时的控制试验(方案Ⅰ)结果表明:水平分辨率160km和总体PBL的10层MM_4对西南涡发展模拟得较好,但对其生成只有初步模拟的能力;各种物理过程主要影响西南涡演变的强度,而对其位置影响较小;去掉潜热释放会显著影响西南涡在后期的发展;没有地面通量将使西南涡的生成和发展强度明显减弱;于试验不能模拟出西南涡在整个暴雨期的发展,且使其移速略快,无摩擦试验指出,地面摩擦对西南涡的生成是不重要的。提高模式空间分辨率和采用高分辨PBL模式,能使西南涡生成和发展位置的模拟有明显改进,但其强度一般偏强于实况。事实表明,进一步完善模式物理过程、改进PBL参数化和提高模式空间分辨率将是十分必要的。     

2005年6月18—22日浙南持续性梅雨锋暴雨过程诊断分析

利用NCEP1°×1°的6 h再分析资料、常规观测资料和逐小时加密雨量资料,对2005年6月18-22日浙江省中南部地区出现的一次持续性梅雨锋暴雨过程进行诊断分析。结果表明：此次持续性梅雨锋暴雨过程是在两槽一脊的大环流形势下,由中低层切变、西南涡和冷空气共同影响造成的;过程具有明显的中尺度特征,12个中尺度雨团的持续生成东移导致了暴雨的发生。正涡度大值中心值的强度和中尺度雨团的强弱以及暴雨落区有较好的对应关系;垂直速度以及垂直螺旋度的强弱和中尺度雨团的强度变化一致。急流核的出现导致水汽辐合明显加强。从暴雨区和急流核的位置配置来看,暴雨区出现在急流核的左侧。