2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究

通过对雷达、卫星、地面等观测资料的诊断分析以及数值模拟研究, 对2005年6月广东 (粤中) 地区特大持续性暴雨的β中尺度系统进行了研究, 得出以下结果: (1) β中尺度系统是该次广东持续性暴雨的直接制造者, 当地的喇叭口地形非常有利于β中尺度系统的触发与维持。β中尺度系统发展初期有一些更小的γ中尺度系统的活动, 它们形成带状, 逐渐发展合并为β中尺度系统。 (2) 在较为成功的模拟的基础上, 采用模式输出资料对β中尺度对流雨团P作了仔细分析, 结果显示低层对应风场的辐合, 高层对应风场的辐散, 这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持, β中尺度雨团中心对应着上升运动, 而在雨团北侧有弱下沉气流的补偿。引起降水的β中尺度系统多位于锋前暖区的相对更暖区域。 (3) 在同一次暴雨过程中, 粤桂两地同处锋前暖区, 对其风场上的异同点作了比较。共同点是低层均存在风场的辐合。但广西为风速辐合, 辐合中心具移动性, 而广东为风向辐合, 有明显辐合线, 辐合中心, 稳定少动。 (4) 地面辐合线上的扰动以及地面较强的温湿对比区的热力作用对于β中尺度系统的触发可能有重要的影响。地面资料提供了很有用的信息, 是一种重要的工具。 (5) 在此基础上提出了锋前暖区中尺度对流系统及地形、地面风、温、湿分布对其影响的概念模型。     

华南前汛期锋面垂直环流及其与中尺度对流系统的相互作用

对1998年华南暴雨试验加密观测期间(IOP)5月23日强降水个例的数值模拟结果分析指出,锋面对于中尺度对流系统而言除了提供对流运动的触发机制外,两者之间还可能存在复杂的相互作用。华南前汛期中伴随对流活动的冷锋具有独特的垂直环流结构。它主要表现为暖湿气流不是沿锋面上滑,而是在冷锋前沿的对流雨团中直接上升到高空,锋面上方上滑的暖空气完全被对流雨团北侧的补偿性下沉气流所代替;而在锋后以及锋前暖区内均有对流活动发生的情况下,低空流入锋区前沿和锋区上方雨团的空气不是来自锋前暖区,而是来自锋后。对对流系统内部雨团进行的三维轨迹追踪也揭示出锋面上空对流雨团内存在一部分来自锋后并穿越锋区的上升气流。这是因为锋面并不是真正意义上的物质面,它只是大气温、湿属性有显著差别的界面,因此存在穿越锋区的运动并不是完全不可能发生的。在华南前汛期中,锋区两侧温度对比比通常意义上的锋面要小,这也是可能发生穿越锋面运动的原因之一,表明中尺度对流系统由于具有与梅雨锋在跨锋方向相类似的尺度而有可能对梅雨锋的流场结构发生影响。     

贵州南部一次突发性大暴雨的中尺度分析

利用地面加密观测资料、贵州自动站雨量资料、FY-2C卫星红外辐射亮度温度(tbb)资料等,对2006年6月12日夜间贵州南部突发性大暴雨过程进行了中尺度分析.结果表明:具有类似于MCC(Mesoscale Convective Complex)特征的中尺度对流云团的发生发展及其缓慢东移是造成此次大暴雨的直接原因.对流层中低层大量的水汽输送和对流有效位能的积累为大暴雨的形成提供了有利的环境条件,中高层弱冷空气入侵使偏南暖湿气流被迫抬升、地面中尺度低压和辐合线的形成是暴雨发生的可能触发机制.中尺度天气系统具有低层辐合、高层辐散的高、低空配置,暴雨区南、北两侧的正、反垂直环流构成了中尺度次级环流圈的垂直结构特征.     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究

1998年5月23～24日在珠江三角洲地区发生的特大暴雨过程是华南暴雨试验(HUAMEX)加密观测期间的一个典型个例,卫星云图与降水分布表明这是锋面附近与锋前暖区发生的两个中尺度对流系统(简称MCS)造成的强降水。使用非静力原始方程模式MM5较为成功地模拟了这次暴雨过程。根据数值模拟的结果,本文着重分析了发生在锋面上和锋前暖区的两类MCS的中尺度特征,并探讨了这两类MCS的差别。结果表明,两类MCS具有某些共同的中尺度特征,即对流系统的底层和顶部分别存在β尺度的低压和高压中心;低层流场辐合而在对流雨团的顶部辐散出流;对流系统内部具有暖心结构等,但锋面上的MCS较暖区中的对流系统具有更强的斜压性;二者内部的流场与三维运动结构也具有不同的特征,来自西南和偏南方向的空气从底部流入锋前暖区MCS时受到中低压的气压梯度力作用而加速;而锋面上MCS中不仅有来自锋前的暖湿空气,而且还有来自锋后的冷空气参加对流。MCS高空反气旋式发散气流和空气的加速运动反映出MCS顶部存在中尺度高压及向外的气压梯度力,轨迹分析也证明了MCS上空气流的这种非地转特征。     

一次冷锋南侧对流性暴雨诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP资料、卫星、雷达和地面加密观测等资料,对2008年5月27-28日江西北部一次冷锋南侧(冷锋前)对流性暴雨过程进行天气动力学诊断分析和中尺度分析.结果表明:(1)对流性暴雨出现在冷锋前的主要原因是:各层槽线位置近于垂直,锋面陡峭,并出现前倾槽结构;冷锋前低层暖湿气流异常强盛,下暖湿上干冷使对流不稳定能量增强;当冷锋移近、气旋波发展东移和低空急流加强,触发了冷锋前对流不稳定能量释放.(2)本次暴雨具有明显中小尺度特征,共有4个β中尺度对流系统沿地面冷锋南侧发展东移,850 hPa的中尺度辐合线、地面中低压和中尺度辐合线、云顶亮温低值区、强回波区及雷达速度图上逆风区等均揭示中小尺度扰动系统存在,且中小尺度扰动系统与暴雨雨团对应很好.     

2015年5月19—20日华南地区不同性质暴雨成因和预报分析

利用常规地面、高空和自动站观测资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,结合多普勒雷达回波和卫星资料,对比分析了2015年5月19—20日华南暴雨过程中不同性质暴雨对应的天气背景、垂直结构特征及直接造成暴雨的中尺度对流系统活动特征。结果表明：此次华南暴雨过程3个强降水中心分别与3个中尺度对流系统相关。（1）广西北部在850 hPa低涡切变线及α中尺度锋面气旋影响下,暴雨区斜压锋生结构明显,整层大气强烈上升。地面冷锋后中尺度线状对流活跃,排列紧密,持续时间较长,降雨量大。大尺度模式有较高的可参考性。（2）广东中北部暴雨区受边界层弱冷空气触发,线状对流系统在其南侧高温高湿环境中新生并传播,排列松散,移动速度较快,总降雨量不及广西北部,但局部雨强突出。边界层中尺度辐合线及γ中尺度气旋对强降水起重要作用。中尺度模式有一定的反映,预报难度较大。（3）广东东南部暴雨由暖区边界层风速辐合及地形海岸线作用产生,其降水质心低,降水效率高。模式的预报能力十分有限。针对不同特点的暴雨预报,数值模式的预报能力不同,而预报员在对天气特征准确把握的基础上,综合考虑不同数值模式的结果,有望得到更准确的预报。     

2009年抚州市一次暴雨天气过程诊断分析

利用常规气象资料、NCEP再分析资料、地面逐时自动站资料和FY-2C气象卫星资料,对2009年7月25日发生在江西抚州市的区域性暴雨、局部大暴雨天气过程进行诊断分析。分析表明;这次暴雨天气在副高突然加强西伸,中低层冷式切变转为静止锋式切变且维持在30°N附近的背景下,由地面辐合线南压触发能量释放而产生;中尺度对流云团不断发展东移并配合地面中尺度辐合线产生暴雨,强降雨中心发生在中尺度辐合线后侧;暴雨落区配合中尺度对流云团,有利降水的增强;大气层结强烈的对流不稳定促使中尺度对流云团强烈发展,造成强降水天气。     

新疆西部"6.16"强降水过程的中尺度分析

利用常规观测、风云卫星、多普勒天气雷达、CMORPH卫星降水量融合资料和NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)再分析资料,对2016年6月16—17日新疆西部一次罕见暴雨过程进行中尺度分析。结果表明:(1)该暴雨过程具有累计雨量大、暴雨强度强、局地日雨量破极值、短时强降水范围广等特点。暴雨区位于200 hPa高空西南急流出口区左侧、500 hPa偏南气流及700 h Pa切变线附近。较强的CAPE和K指数对该暴雨有很好的指示意义。(2)该暴雨过程发生在低层辐合、高层辐散、低层较湿的有利背景下。强正涡度、强辐合和强上升运动不断将水汽和能量向上输送,为暴雨的产生提供有利的环境条件。(3)中亚地区中尺度雨团在发展演变过程中,逐渐形成西南-东北向带状多中心雨带,中心依次到达伊犁北部沿山地区,和原有的中尺度雨团共同作用,造成暴雨天气过程。中尺度对流云团不断产生于中亚地区,在东移过程中不断发展加强依次到达暴雨区,致使暴雨区不断产生短时强降水。(4)暴雨过程两个时段的中尺度对流系统存在明显差异,第一时段主要为孤立中尺度对流系统,造成伊宁博尔博松站成为暴雨中心并出现最强短时强降水的直接系统是风场特征明显的中γ尺度对流单体并在暴雨区维持少动。第二时段为CR达50 dBz、DVIL达4 g·m~(-3),长度达70 km、宽度达10km且呈准南北态的线状中尺度对流系统,其在向东移动过程中造成多站依次出现短时强降水天气。     

初夏青藏高原东侧一次特大暴雨的综合分析

分析了2002年初夏发生在高原东侧的一次特大暴雨,认为这次暴雨的成因是新疆低槽与高原槽合并东移并引导较强冷空气在高原东侧与四川至陕西的西南暖湿气流交汇而形成的。高空西风急流增强、我国东部高压的阻挡及低层偏南暖湿气流的加强、北伸为发生暴雨提供了有利条件。冷锋前暖区内中β尺度对流系统(MβCSs)的活跃直接导致了特大暴雨的发生。低层中尺度辐合系统与中β尺度对流云团的活动、大暴雨出现的时间和落区等密切相关。中尺度对流系统(MCSs)散度垂直分布的特殊结构,即从对流层低层列高层存在的辐合辐散“双重结构”对大暴雨时强烈上升运动和深对流形成有着重要作用。     

“7·22”长江中游暴雨中尺度系统的数值模拟与分析

利用中尺度暴雨模式较成功地模拟了2002年7月22～23日发生在长江中游的暴雨中尺度天气系统，结合地面加密和常规观测资料对暴雨中尺度天气系统进行了较为详细的分析。结果表明：(1)大别山西侧的暴雨由中α尺度切变线上中β尺度低涡造成，湘鄂交界地带的暴雨由切变线上气旋性扰动造成。(2)高空槽前的正涡度平流为暴雨中尺度系统形成提供了启动机制：在正涡度平流的作用下，对流层中低层降压产生变压风辐合造成上升运动，低层暖湿气流抬升促使对流不稳定能量爆发形成局地对流产生暴雨。     

中尺度气象学研究与中国气象科学研究院

近50年来, 中尺度气象学研究一直是中国气象科学研究院的首要课题。早在1963年, 中国气象科学研究院就开始参与主持国内首次长江三角洲地区中尺度气象学试验。此后, 又先后主持了“京津冀灾害性天气监测和超短期预报基地” (1986—1990年)、“海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究” (1997—2003年)、“我国重大天气灾害形成机理与预测研究” (1998—2003年) 以及“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究” (2004—2009年) 等国家重大科技项目。在这些项目中, 中国气象科学研究院与有关单位密切合作, 独立自主地完成了数字天气雷达系统、多普勒天气雷达系统、车载多普勒天气雷达系统、风廓线雷达系统、全自动扫描双通道微波辐射计、自动气象站网、中尺度气象资料自动收集、处理、分析及显示集成系统等研制工作, 并且研制发展了中尺度非静力大气数值预报模式。利用现代中尺度大气探测网, 组织实施了多次中尺度暴雨等大气综合观测试验, 取得了丰富的中尺度观测资料, 为我国中尺度气象发展奠定重要的科学与技术基础, 做出了重大贡献, 先后获得了16项国家科技奖励。     

一次秋季暴雨天气成因分析

利用常规气象资料、山东济南WSR-98D雷达资料等，分析了2003年10月9～12日的高空环流形势、地面气压场，物理量场、单站降雨量随时间的演变、组合反射率与基本速度图等。结果表明：（1）稳定的500hPa环流形势是造成暴雨的必要前提：（2）暴雨区内的水汽供应主要是边界层内的水汽通量辐合造成的；（3）地面中尺度气旋的徘徊打转使气旋北部长时间维持强烈辐合运动，与高层辐散形成的“抽吸作用”．造成暴雨区强烈的上升运动；（4）沧州站每小时降水量的两个峰值分别与两支低空急流的交汇、地面中尺度气旋强烈发展时刻相对应。     

近年来我国暴雨中尺度动力分析研究进展

总结了近十年以来中国气象科研人员在暴雨中尺度动力分析研究领域的主要研究成果，从大尺度环流背景与中小尺度系统的相互作用、高低空急流、低涡、位涡与对流涡度矢量、螺旋度、不稳定等方面对它们进行了分类概括。对暴雨中尺度动力分析研究的回顾表明，以往常用的数值模拟、能量转换收支分析、涡度、散度、涡度收支、涡度平流、温度平流、各种不稳定指数等的诊断仍然是暴雨中尺度动力分析的主要手段，但是，近年来，除了位涡、螺旋度等动力变量在暴雨中尺度动力分析中的广泛应用以外，一些新的物理量，如非均匀饱和广义湿位涡、对流涡度矢量以及有限区域风场分解方法在暴雨中尺度动力分析中也得到了更多的应用。     

重庆地区强对流天气雷达回波统计特征

对过去22年(1982～2003)间重庆市发生的中尺度强对流天气雷达资料进行分类统计，研究中尺度强对流天气过程及其天气雷达回波特征，寻找重庆市中尺度强对流天气的运动规律。建立天气雷达回波资料库，将中尺度强对流天气过程雷达回波资料，按天气类型分类研究，结果表明：①重庆市中尺度强对流系统在时空分布上具有明显的不均匀性；②涡旋状回波是暴雨的显著特征；③冰雹回波以块状为主；④强雷雨大风回波的特征具有带状或弓型。     

“2000.7”肇庆市一次连续性暴雨中尺度分析

本文通过对2000年7月17～19日的红外卫星云图，水汽图像和物理量场的分析，得出了肇庆市这次连续性暴雨的成因及中尺度系统的某些特征。本文的结论对暴雨预报很有实际意义。     

广东台风特大暴雨预报

使用台风年鉴，天气图，天星云图等气象资料，对１９６０－１９９１年影响广东的３９例特大暴雨台风进行了对比分析，台风特大暴雨主要是由其云系中的中尺度强降水系统造成，归纳出形成发展的概仿模式和相应环境流场特征，建立预报思路与方法。１９９４年作１５次预报试验，其准确率达７３％。     

《卫星水汽图像和位势涡度场在天气分析和预报中的应用》导读建设中尺度天气业务平台的若干科学技术问题Ⅰ： 科学问题与基本架构

针对要建设中尺度天气业务平台所涉及的科学技术问题进行了深入的研讨,在此基础上提出解决这些科学技术问题必须采用的新技术与新理论,从而提出中尺度天气业务平台的建设思路和总体架构。     

山西省93年“八.四”暴雨分析

利用山西省南部暴雨监测试验的实测资料，着重分析了９３年８月４日本省中南部出现的较大东暴雨过程的中小尺度作用，揭示了雨团与中惊工云团的活动演特征，中尺度辐合系统的触发作用，气压扰动与降雨的关系及地形影响等方面的特点。加深了对本类过程发生发展的认识。     

对华北中尺度低压个例的数值模拟及敏感性试验

选取典型个例，用MM4模式对华北中尺度低压进行模拟分析以及敏感性试验。检验了MM4模式对行星边界层中尺度系统的预报能力。通过调整风场，温度场，气压场与地形的配置关系，设计多种试验方案，并讨论了气流与山脉交角大小，冷暖平流对华北中低压的影响，结果表明，气流与山脉交角大，低层暖平流或弱冷平流，对华北中低压形成是有利的。反之，则不利于华北中低压出现。通过对天气观测事实和模拟试验结果进行分析，提出对华北中低压有重要作用的大尺度背景条件。