夏季北京地区强地形雨中尺度结构分析

利用卫星、雷达资料，分析了2002年6月24日北京地区大暴雨的降水云团演变特征，结果表明：中α尺度对流系统减弱过程中经历了中β尺度云团的发展过程，中β尺度对流云团是北京西部局地暴雨的影响系统；在观测分析的基础上进行了数值模拟分析：低层东风气流向西移动遏太行山东坡辐合抬升，黄土高原低层偏西风向东移动，受太行山脉强迫倾斜上升，与太行山东坡的地形抬升叠加，在太行山及其东坡产生强烈的上升运动，并形成垂直次级环流圈，同时，低层的偏南气流在燕山南坡上升，而冷空气偏北气流在燕山南坡半山腰下沉，该次级环流圈是北京西部山区强降水产生和维持的主要物理机制。     

远距离台风“浣熊”（2008）和“榕树”（2011）暴雨过程对比分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面高空常规观测资料、中尺度自动气象站等资料,对2011年10月13日(简称"榕树"过程)和2008年4月19日(简称"浣熊"过程)台风与中纬度系统相互作用产生的江西省南部暴雨个例进行对比分析。结果表明:1)"浣熊"过程为台风与西风带低槽结合产生的系统层状云降水。"榕树"过程是台风倒槽与西风槽相互作用,槽前云系与台风倒槽云系结合诱发中尺度对流云发展的对流性降水。2)"榕树"过程期间,仅有一条由台风东侧的偏南气流形成的水汽输送带,但江西省南部一直位于水汽辐合中心。"浣熊"过程虽有台风东侧的偏南气流和孟加拉湾的西南气流2条明显的水汽输送带,但江西省南部位于水汽辐合区的边缘,水汽辐合强度稍弱。3)"榕树"过程强降水发生期间,从地面至400 h Pa高度有正涡度柱的维持。"浣熊"过程近地层至边界层系统发展不明显,近地层辐合抬升力条件稍弱。4)"榕树"过程的热力不稳定作用更大,造成降水的对流性更强。"浣熊"过程有低空急流建立加强,暴雨范围更大。5)"榕树"过程由于有高空急流的抽吸作用以及地面中尺度系统生成,形成南北两支次级环流圈,更有利于上升运动的维持。     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

相似路径台风“杰拉华”和“海葵”降水差异成因分析

利用常规资料、卫星云图和NCEP 1°×1°再分析资料,对"杰拉华"(2000)和"海葵"(2012)两个路径相似但造成的降水有明显差异的台风进行对比分析。结果表明,登陆后台风环流维持的时间和强度是造成两次不同降水的主要原因,台风登陆后减弱快,维持时间短,则降水弱;反之,则降水强。台风登陆前及登陆时相对副热带高压位置是否孤立等环流背景决定了台风维持时间及降水强度。台风与海上季风气流连接,低层环流强使其南侧偏南气流强盛,移速慢、上升运动强均对降水有重要贡献。台风降水与海上水汽通道是否阻断有重要关系,且与其南边界、西边界水汽输入有很好的对应关系,北边界水汽对于降水影响不大。     

秦巴山脉“4·23”区域性暴雨的若干异常特征

利用逐小时降水、雷达、FY-4A卫星等观测资料及ERA5逐时再分析资料,分析了2021年4月23日秦巴山脉大范围区域性暴雨过程的中尺度特征、水汽和环流异常特征,结果表明,该次暴雨过程范围大,多站降水量突破历史同期极值,且大巴山区出现了山地突发性暴雨事件。500 hPa秦巴山脉异常的“东高西低”环流形势维持使得青藏高原至陕西间的气压梯度力增大,中层西风气流增强。中低层多尺度天气系统的叠加作用是造成该次暴雨的背景动力条件,西南低涡前方的东南气流一方面与北侧偏东风形成的切变线为暴雨发生提供了环境场的辐合上升运动,另一方面将西南气流和偏南气流带来的水汽输送到秦巴山脉汇聚。同期近海台风和东北冷涡活动相关联的环流导致东北路径的水汽输送异常强(贡献达到30%),成为本次暴雨过程水汽来源的独特之处。与历史同期比,偏南通道和东北通道的水汽路径上比湿都是异常的正距平,说明暴雨期水汽来源丰沛。暴雨过程主要由西南低涡前方的一个中尺度对流系统活动造成,大巴山区迎风坡对气流的地形抬升与环境场偏南气流的辐合上升叠加,对流活动强,降水强度大且突发性强;而秦岭山区近地面是偏东风在山前辐合抬升,中层为西南引导气流的环境场...     

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件，利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现， CMA-MESO（GRAPES-MESO 3 km）模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响，地形高度降低时，降水中心强度减弱，位置偏北；地形高度增加时，降水中心强度增加，位置偏南。其主要影响机制为：①太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心；太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转，与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合，使郑州市上空维持大尺度水汽辐合，进而产生极端暴雨。②当地形高度增加时，东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流，气流辐合区强度增强，郑州市上空水汽含量明显增加；而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流，在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。     

四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟

利用WRF-Chem模拟了2012年7月20日一次四川盆地暴雨降水过程,并基于控制试验设置填充四川盆地地形的敏感性试验。利用大气动力-热力学和云降水物理学对两试验差异进行诊断分析,与敏感性试验相比,控制试验虽然延迟强降水出现时间,却增强了降水强度。研究表明:偏南气流自南向北经过盆地时,在四川盆地南部形成正涡度扰动中心,延迟水汽、能量到达盆地北部的时间,使强降水出现时间偏晚;地形高度及动力差异使控制试验近地面累积大量水汽、能量,低层能量到达盆地北部迎风坡后受地形抬升与正涡度扰动共同作用激发了强烈的对流;控制试验中,盆地北部大气强烈对流运动及其携带盆地内大量水汽有利于云系的垂直发展,雨滴、雪晶、霰粒子质量浓度明显增大,使降水强度增强至大暴雨量级。     

高空西北气流下贵州铜仁特大暴雨的成因分析

本文利用NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料和地面区域自动站逐小时观测资料,对贵州省铜仁市梵净山东侧2020年6月29日夜间的一次特大暴雨天气过程的大尺度环流背景和中尺度天气系统进行了分析。结果表明：此次暴雨过程处于高空西北气流控制背景下,中低层动力抬升条件较弱,但深厚的暖云层和湿层、较低的自由对流高度（LFC）、抬升凝结高度（LCL）和中等到强的对流有效位能（CAPE）,配合低层水汽辐合抬升运动的爆发性增强有利于此次梵净山东侧高效率降水。暴雨落区分为A区和B区两个区域,其间降雨特征存在明显不同,A区降水开始时间早,累计雨量大,主要为偏东北风与偏东南风辐合引起的上升运动造成的对流性降水,而B区小时雨强更大,由于小尺度涡旋的发生发展、配合低层弱冷空气的抬升触发作用造成的冷性降水;且降水强度与1h正变压、负变温呈正相关关系。迎风坡和喇叭口地形的动力强迫抬升作用,利于低层水汽输送和抬升凝结,受近地层东北气流与东南偏南气流形成的中尺度辐合线触发、加强,也是此次极端暴雨形成的重要原因。     

台风“莫兰蒂”(1614)影响期间浙江暴雨成因分析

利用Micaps、常规观测、自动站资料、降水融合资料以及云图、雷达资料和NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析资料对2016年第14号台风"莫兰蒂"影响期间浙江暴雨成因进行了分析,发现浙南前期降水是台风外围东南气流造成;后期降水是由台风环流后部的西南气流与副高西南侧东南气流交汇加之弱冷空气共同影响促使对流发展引起。强降水落区和偏东或东南急流影响区域基本一致,或者强降水落区位于偏东或东南急流的右前方。另外,当台风残留环流与副高形成的偏南急流在有充足水汽输送时,若影响浙江中北部沿海,以上地区仍可能有短时强降水发生。通过对物理量的诊断分析,发现水汽通量散度负值区和正涡度区对强降水的落区有一定的指示意义。浙东南沿海特殊的地形分布,造成了降水的进一步增幅。     

伊犁河谷夏季两次极端暴雨过程的动力机制与水汽输送特征

新疆伊犁河谷2016年6月16—17日和7月31日—8月1日先后发生两次极端暴雨过程(分别简称"0617"过程和"0801"过程),其日降水量均连续刷新历史记录,前者雨强大、时段分散,后者面雨量大、强降水持续时间长。本文利用常规观测资料、自动站逐时雨量资料与ECMWF 0.25°×0.25°再分析资料,对这两次过程进行了对比分析,重点探讨了两次过程动力机制与水汽输送特征的异同点,其主要结果如下。相同点:两次过程均发生在500 hPa两脊一槽环流背景下,中亚低槽南伸至40°N附近、伊犁河谷低空偏西急流建立与维持以及地形影响下的风切变、风速辐合与强迫抬升等相互配合是极端暴雨形成的有利环境条件;伊犁河谷低空偏西急流与中高层西南气流叠加使迎风坡维持强的垂直上升运动是暴雨产生的动力机制;暴雨的水汽源地主要在咸海至巴尔喀什湖南部40°N附近中亚地区偏西路径携带的水汽,其次是中高层偏南气流的水汽输送。不同点:"0617"过程,热力条件较好,局地对流强,强降水时间短,小时雨量大,暴雨区分散,灾害重,而"0801"过程,500 hPa中亚低槽前偏南气流、600 hPa风切变明显偏强,尤其是中低层青藏高原东侧-河西走廊-南疆盆地偏东急流的维持,使得动力及水汽辐合机制异常偏强,异常水汽接力输送及强的动力辐合是该过程面雨量突破极值的主要原因;暴雨区水汽收支分析表明,"0617"过程水汽输入主要来自西边界,其次是北边界,而"0801"过程水汽输入主要来自南边界,其次是西、东边界,且降水随西、东边界中层水汽输入增强而明显增大。     

A Study on Typhoon-Induced Rainfalls over Beijing: Statistics and Case Analysis

Based on the Shanghai Typhoon Institute (STI) Typhoon Year Book and typhoon precipitation data, Japan Meteorological Agency satellite TBB data, and National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data, the climatic characteristics of rainfalls in Beijing associated with typhoons were analyzed for the period 1949–2006, and two typhoon cases with remarkable differences in rainfall intensity over Beijing were compared and diagnosed. The 58-yr statistical results show that rainfall events associated with typhoons occurred in Beijing about once every three years during June–September. These typhoons were mainly active in the region 20?–50?N, 109?–128?E and most of them moved northwestward while the others turned to the northeast. The typhoon rainfall over Beijing in general sustained for 2–5 days. Typhoon centers were usually located in the areas from Jiangxi to Anhui, the Yellow Sea, or near Beijing, when rainstorms occurred over Beijing. Case study indicates that the 2-day torrential rainfall event that happened in Beijing in 1984 was due to the interaction between Typhoon Freda (8407) and a westerly trough, while only a medium-strength rainfall event occurred in Beijing in 2005 in spite of the dominating cyclonic circulation of Typhoon Matsa (0509) directly over Beijing. It is found that both Freda and Matsa underwent extratropical transition and possessed an asymmetric structure. The rainfall difference was caused by the fact that Beijing was located in different convective development areas of the two typhoons. On the other hand, the lifting conditions were different although plentiful atmospheric moisture and convective unstable energy existed over Beijing during both events. The ascending motion of warm southerly in Beijing was stronger and deeper and a larger vertical wind shear was associated with Typhoon Freda. However, the lifting of water vapor was restrained by the descending motion of northerly cold airflow in Beijing under the impact of Typhoon Matsa. Besides, it is also found that topography played an important role in the typhoon rainfall over Beijing.     

梅雨锋上边界层中尺度扰动涡旋的个例研究

运用实况自动站、高时空分辨率的雷达和数值模拟资料,对2009年7月24日的梅雨锋暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)锋面南侧的暖区弱降水环境内,近地面的风场会有扰动涡旋出现,随着扰动涡旋趋于稳定和向上发展,降水迅速加强,形成短时暴雨,并伴随有大风出现。(2)偏西气流从边界层开始发展并加强为急 流,在向东推进的过程中逐渐抬升,形成了一支从边界层倾斜入对流层低层的急流轴;而偏南气流与偏北风相遇之后,不仅形成风向的辐合和切变,而且在空间上被抬升,形成了一支斜升入流。(3)在近地面风场的切变和 辐合作用下,锋生与辐合同步加强,边界层内的涡度也逐渐增强,由此带动了扰动的发生发展,扰动涡旋在边界层内率先形成,随后,在急流的东传和抬升影响下,扰动涡旋也逐步向东移动、向上发展。(4)近地面风速的加强、风向的辐合切变导致了扰动涡旋的发生和形成,并逐渐发展,这是边界层中尺度扰动涡旋发生发展的动力 因子。     

引发舟曲特大泥石流灾害强降雨过程成因

利用自动气象站观测资料、MTSAT卫星红外亮温资料、NCEP/NCAR再分析资料、AIRS卫星大气温湿资料、MODIS卫星气溶胶光学厚度资料和ECMWF模式预报的地面风、压、温、湿资料,对2010年8月7—8日甘肃省甘南州舟曲县引发特大泥石流灾害的强降雨天气过程的成因进行了天气动力学诊断分析,结果表明:由于地表强烈增温与高空槽后冷空气平流作用,8月7日午后舟曲及其上游 (西北方向) 地区大气不稳定性极强,区域平均对流有效位能 (CAPE) 值为4393 J·kg-1、对流零浮力层 (LNB) 高度达16.54 km;南北气流交汇与局地复杂小地形使得近地面形成多个中小尺度辐合线和辐合中心,于8月7日14:00(北京时) 左右触发了对流的产生;强盛的西北太平洋副热带高压与台风电母之间的偏南气流在23°~30°N纬度带转向西输送水汽直达青藏高原东缘,在高原地形作用下转为向北传输到达舟曲附近区域,为该区域对流发展提供水汽条件;对流云团形成后,在高空西北气流的引导下向东南方向移动,于8月7日夜间到达舟曲地区造成该地区强降雨,引发特大泥石流灾害。     

Interaction Between Typhoon Vicente (1208) and the Western Pacific Subtropical High During the Beijing Extreme Rainfall of 21 July 2012

The heaviest rainfall in recent six decades fell in Beijing on 21 July 2012, reaching a record of 460 mm within 18 h. This rainfall was a typical remote precipitation event related to Typhoon Vicente(1208).Observational analysis indicates that Vicente influenced distant heavy rainfall by transporting water vapor northward to the Beijing area. This moisture transport was mainly driven by the interaction between Vicente and the western Pacific subtropical high(WPSH) associated with the formation of a low-level southeasterly moisture channel. A set of numerical sensitivity experiments were performed with prescribed typhoons of different intensities to investigate the interaction between Vicente and the WPSH and its effects on this rainstorm process. The results indicate that the WPSH interacting with typhoons of different intensities may exert varying degrees of influence on the development of a southeasterly moisture channel, resulting in a change in rain rate and location over the Beijing area. Specifically, in the presence of an enhanced typhoon,the WPSH shows remarkable withdrawal to the east, which is favorable for a northward extension of the southeasterly moisture channel, thereby increasing moisture supply for the rainstorm. The WPSH tends to stretch westward in a zonal pattern if the typhoon is weakened or removed, hindering the northward extension of the moisture channel. Thus, the rainfall area may be expected to expand or contract, with corresponding increases or decreases in rain rate over the Beijing area with a strengthened or weakened typhoon, respectively.     

On the Key Dynamical Processes Supporting the 21.7 Zhengzhou Record-breaking Hourly Rainfall in China

An extremely heavy rainfall event occurred in Zhengzhou, China, on 20 July 2021 and produced an hourly rainfall rate of 201.9 mm, which broke the station record for mainland China. Based on radar observations and a convection-permitting simulation using the WRF-ARW model, this paper investigates the multiscale processes, especially those at the mesoscale,that support the extreme observed hourly rainfall. Results show that the extreme rainfall occurred in an environment characteristic of warm-sec...     

北半球冬季110°—120°E垂直经向环流的年际变化及其与中国东部同期降水的关系

利用NCEP／NCAR再分析月平均风场资料和中国东部120个站的降水资料,分析了1951--2010年北半球冬季110°-120°E经向环流的气候特征,定义了北半球冬季110°-120°E低纬Hadley环流和中高纬气流强度指数,并分析了其强度的长期变化趋势以及对中国东部同期降水的影响。结果表明：（1）北半球冬季110°-120°E经向环流主要包括低纬Hadley环流和中高纬度从高层到低层较-致的偏北下沉气流。（2）北半球冬季110°-120°EHadley环流和中高纬气流强度有明显的年际和年代际变化,二者在长期变化趋势上表现-致,即在1990年以前呈约20a的振荡周期,且波动更大,而在1990年以后呈约10a的振荡周期,波动相对较小。（3）北半球冬季110°-120°E经向环流强度指数对中国东部同期降水的年际变率具有较高的解释率,二者在统计上呈显著的负相关关系。北半球冬季110°-120°EHadley环流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在江南、华南及江淮地区,中高纬气流强度和中国东部同期降水相关程度大值区集中在西北、江淮及江南地区。（4）东亚地区冬季经向环流异常的显著差异主要表现在中高纬度反向的异常气流和中低纬度反向异常环流圈的变化。强（弱）经向风年,北半球中高纬度从高层到低层为异常的偏北（南）气流,中低纬度对流层存在顺时针（逆时针）方向闭合的异常经向环流,对应中国东部降水显著减少（增多）。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS ON THE DISTRIBUTION OF RAINFALL ASSOCIATED WITH TYPHOON “MOLAVE” (0906)

This work examines the mechanism of rainfall associated with typhoon Molave(0906)in Guangdong province and Guangxi Zhuang Autonamous Region with rainfall observations,radar mosaics from China National Meteorological Center and the final analysis data of National Center of Environmental Prediction(FNL/NCEP,USA).The result shows that the mechanism is different for the rainfall in the these areas.The rainfall in eastern Guangdong is mainly associated with a convective line to the front-right of the typhoon.The convective line is about 200 km away from the typhoon center.The rainfall in western Guangdong and Guangxi appear ahead of or to the left of the typhoon and is very close to the typhoon center.Both rainfall moves forward with the typhoon anticlockwise.It was also found that the rainfall occurred in the boundary between unstable and low-level convergent areas and closer to the convergent area.The unstable area is located in the downstream of rainfall and ahead of the convective line.It is an important factor to the development and convection.Strong frontogenesis is observed in the backward or upstream convective area of rainfall and is thus an important lifting condition for the formation of rainfall.When the low-level convergent area moves to the unstable area ahead of it,the unstable energy is left behind and as a result the convection is strengthened.     

台风韦森特对季风水汽流的“转运”效应及其对北京“7·21”暴雨的影响

2012年7月21日北京地区遭受了61年以来最大的暴雨,造成了大量的人员伤亡与巨大的财产损失。资料综合分析表明台风韦森特在暴雨发生过程中的水汽输送起到“枢纽”的作用,夏季季风通过台风韦森特在副高的影响下将水汽“转运”至暴雨区。为了验证北京异常暴雨过程中台风韦森特的“转运”效应,利用中尺度数值模式WRF对暴雨过程进行数值模拟,结果表明模式能够较好的模拟出此次降水过程的强度、落区,且暴雨发生过程中的水汽输送亦能够较好的再现。通过设计剔除台风的敏感性试验发现,剔除台风韦森特之后降水强度仅为控制试验的50%。进一步分析表明低纬季风水汽气流通过处于东南沿海的台风韦森特向暴雨区域输送水汽,在此过程中西南气流直接向北京区域的水汽输送减少,而西南气流向台风的水汽输送增加,台风与东侧副热带高压之间的偏南气流向暴雨区的水汽输送明显增强,从而印证了上述西南季风气流—台风涡旋—暴雨环流三个系统之间水汽的“转运”效应。以上结果表明远距离暴雨的发生是一个复杂的过程,不仅反映了中低纬度系统的相互作用,而且揭示出夏季季风水汽流对台风涡旋的水汽输送持续供应也可能是台风远距离异常暴雨发生的关键因素之一。     

2008年9月四川一次持续暴雨过程触发及维持特征

利用NCEP1°×1°6h再分析资料和常规观测资料,对2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:副热带高压、东北冷涡、低空切变、青藏高原东部高空槽以及台风是影响此次暴雨过程的主要天气系统;来源于南海及孟加拉湾的低层偏南气流提供了稳定的水汽输送;暴雨前期850hPaθse场呈典型的"Ω"形分布;强烈的上升运动触发不稳定能量释放,有利于强降水天气的发生发展。     

台风麦莎（Matsa）特大暴雨及其结构特征分析

利用自动站资料、雷达观测资料、NECP1°×1°再分析资料,采用相对于台风中心的移动坐标合成分析方法以及WRF模式的诊断分析,对2005年8月登陆浙江造成历史罕见特大暴雨的台风麦莎(Matsa)降水量分布特征进行分析,讨论与特大暴雨有关的台风结构变异。结果表明:①台风麦莎影响期间降水量的分布与通常热带气旋以螺旋雨带结构为主要特征的风雨分布特征显著不同,台风麦莎(Matsa)系统的右前、右后(第1、第2)象限出现了结构显著变异,对台风特大暴雨的特征落区分布有明显影响。②雷达与自动气象站资料分析揭示,在台风第1和第2象限发现有多个雨团重复生成和移动,它们与雷达回波观测到的强弱相间的中尺度上升和下沉气流相间区域相对应,是中尺度"降水细胞"频繁再生与移动的强烈发展区,对构成台风特大暴雨和灾害起重要作用。③具有再生能力的"暴雨细胞"特征结构的强烈发展区域出现动能的显著聚集,有利于台风中水汽在该区域的抽吸。台风系统的局部出现这样结构变异特征,对台风强降水落区的监测预报有重要指示意义。