郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

华东区域模式对河南“7·19”特大暴雨的数值检验与分析

采用9 km分辨率的华东区域模式预报产品,对2016年7月19日发生在河南省的极端暴雨过程进行天气学检验与分析,结果表明:1)华东区域模式提前60 h对本次暴雨过程做出了较好预报,能反映出该暴雨过程的降水中心、强度及强降水发生时段。对临近时效和极端暴雨中心极值,该区域模式表现出优于全球模式的预报能力。2)华东区域模式能较好预报出本次过程中对流层中低层主要影响系统,但对系统位置、强度和移速预报与实况的差异导致了降水落区预报的偏差;西南急流预报较实况偏强是导致豫东南暴雨区空报的原因之一。3)华东区域模式对暴雨发生前K指数分布及不稳定层结有较好预报,对暴雨预报业务有重要指示意义。4)模式能较好地刻画出地面辐合线及气旋位置。     

台风“利奇马”北上锋生导致山东省创纪录暴雨天气学成因分析

利用常规气象观测、NCEP/NCAR再分析、风廓线雷达及逐时自动气象站降雨量等资料,对2019年8月10—13日台风“利奇马”造成山东省有气象记录以来最大一次特大暴雨进行了成因分析。结果表明:（1） 此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽直接影响产生,其与冷空气密切相关,冷暖空气交汇的位置正对应强降水落区;（2） 特大暴雨发生在θse密集带上冷暖空气交汇的对流不稳定强烈发展的锋生区域。锋生大值中心与特大暴雨中心对应较好,锋生强度对未来6小时降雨预报有指示作用;（3） 切变变形锋生为总锋生的主要正贡献,强降水区位于θse密集带上风向曲率最大的地方,在台风预报业务中要注意等θse线密集带上是否出现“对头风”的明显风向切变;（4） 强锋生次级环流与台风倒槽辐合及冷暖空气交汇等共同作用导致动力抬升快速增强,促使对流不稳定能量大量释放形成强降水。锋生次级环流上升支最强的区域,正对应降水最强的区域,也是冷暖空气交汇区域;（5） 风廓线雷达超低空风场的变化对小时雨强大小有明显的指示意义。近地面层风向发生突变,由东南风转北风的时段与潍坊出现山东全省最大小时雨强的时段一致。低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。近地面层暖平流的强弱变化影响着此次强降雨的雨强大小。     

广东“18.8”季风槽极端降水事件对流尺度集合预报分析

受季风槽影响,2018年8月30—31日华南地区出现一次极端暴雨过程,单日站点累计降水量达1?056.7 mm,刷新了广东有历史纪录以来新的极值。对于此次极端降水事件,常用的业务模式包括欧洲中期天气预报中心全球模式（ECMWF）、日本气象厅谱模式（JMA）和中国气象局广东快速更新同化数值预报系统（CMA-GD）,都低估了降水强度。利用深圳市气象局业务对流尺度集合预报系统分析了此次特大暴雨过程,结果表明：对流尺度集合预报系统对本次特大暴雨过程具有比较好的预报能力,概率匹配平均最大雨量达348.7 mm·(24 h)-1,集合平均的强降水中心和观测基本一致,观测极值附近区域发生大暴雨（≥150 mm）概率最大值达到80%。选取了较“好”和较“差”集合成员预报进行对比分析,发现较“好”成员预报的强降水中心位置和观测基本一致,而较“差”成员预报的降水中心位置则偏向福建地区。较 “好”成员预报出莲花山南侧地面中尺度辐合线较长时间的维持和缓慢移动,导致强降水雨团在莲花山脉附近不断地触发和维持,同时地形的阻挡作用使得对流系统在地形附近区域持续维持,造成了罕见的特大暴雨;而较“差”成员辐合区位于莲花山以北,对流形成后向东、向北移动,最终导致强降水预报位置偏向福建地区。     

2019年超强台风“利奇马”引发浙江特大暴雨过程分析

利用NCEP FNL 0.25°×0.25°的再分析资料和浙江省中尺度气象站降水资料,从产生强降水的条件来对“利奇马”特大暴雨过程进行诊断分析。结果表明:(1)强降水主要集中在近台风中心的西南部分及其稍远的北部,其中近台风中心为眼壁降水,北部为螺旋云带降水;(2)850~925 hPa水汽通量辐合中心与暴雨落区一致,水汽辐合强度差异是造成台风眼壁强降水落区差异的关键;(3)台风强度大时近中心上升运动强烈,正垂直螺旋度中心值的减小和中心下降对应强降水的发生,低层正螺旋度和高层负螺旋度中心的重叠区对对流性降水落区有一定的指示;(4)本次过程地形增益最明显地区在台州北部,在水汽条件处于劣势情况下出现降水副中心。     

“西马仑”与“海贝思”台风特大暴雨对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、卫星云图和雷达回波等资料,采用多种物理量诊断分析方法,对路径相似、在闽南地区产生特大暴雨的1308号台风"西马仑"和1407号台风"海贝思"的环流形势特征、云系结构特征及水汽、动力、热力条件进行了对比分析。结果表明:"西马仑"的过程特点是雨强大、降水时间集中,而"海贝思"的特点则是雨强小、降水时间长;"西马仑"云系结构紧密,属中尺度对流云团降水,而"海贝思"云系结构松散,其外围的螺旋云带产生的列车效应是产生特大暴雨的重要原因;两个台风都具有低空急流、风速辐合、低层辐合高层辐散流场等有利于产生特大暴雨的环流形势特征;两个台风都存在低空偏东风和偏南风急流,两支急流为暴雨区提供了充足的水汽条件,低空急流较强的时段与强降水时段相对应;台风中心附近强辐合辐散区的建立和维持是产生特大暴雨重要的动力条件,水汽辐合区的面积和强度与暴雨区范围和降水强度相吻合;垂直速度大值区的维持时间与强降水的维持时间相一致;垂直速度、假相当位温和水汽通量散度的增大和减小,可作为降水增大和减弱的重要依据之一;暴雨区主要落在700 h Pa螺旋度场大值区内,所以螺旋度分析可为台风暴雨落区预报提供参考依据。     

台风苏迪罗登陆次日分散性暴雨成因及预报着眼点

利用常规气象观测,卫星、雷达资料,数值模式和中央气象台定量降水预报数据以及FNL分析数据等对台风苏迪罗的定量降水预报进行检验,探讨台风登陆次日分散性暴雨成因和预报着眼点。苏迪罗登陆次日,暴雨分布相对较分散,各家数值模式对其把握均较差。NMC的24 h定量降水预报虽在模式基础上有较好订正,但仍存在明显的暴雨空、漏报现象:暴雨落区预报较实况偏南,导致南侧空报、北侧漏报。受环境场和台风非对称结构影响,强降水产生的有利动力、水汽条件均位于台风北侧和东部沿海地区。台风东北象限对流层低层存在两条强辐合带,其间为降水较弱的弱辐散和下沉运动区。预报员对台风结构的非对称性及风场的非均匀性把握不足,对台风中心附近和两条辐合带间的弱降水区预报偏强,造成暴雨空报。在地形作用下,浙江沿海不断有强降水产生,随后沿切线方向发展为螺旋雨带并逐渐北扩。预报员对地形不断强迫作用下降水沿螺旋雨带的发展及向外围的扩散没有预期,导致浙江北部暴雨漏报。台风登陆次日分散性暴雨的预报着眼点包括:台风非对称性、风场非均匀性、螺旋雨带发展及地形作用等。非对称性影响较大尺度的降水落区;低层风场非均匀的辐合带及急流分布则引起螺旋雨带的发展、演变,决定了台风的精细强降水落区。除地形对局地降水具有增幅作用外,强降水沿螺旋雨带的发展还会对下游地区产生影响。     

青海一次强降水过程的物理量预报应用试验

针对强降水业务预报工作的实际需求,利用常规观测站和区域自动站逐小时降水资料及欧洲中心(ECMWF)细网格数值预报产品,采用水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度对2017年7月26—27日发生在青海省的强降水天气过程进行预报应用分析。结果表明:水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度与降水的发生发展和强降水中心有较好的对应关系;500 h Pa正水平螺旋度强度对降水强度的变化有一定的指示性,负水平螺旋度强度偏强时可以很好地指示强降水中心位置;水汽通量大值区内水汽辐合强度越强,降水强度也越强。     

“碧利斯”引发强降水过程的湿位涡诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料,计算了2006年第4号强热带风暴“碧利斯”过境引发强降水过程的湿位涡（MPV）和假相当位温（θse）,分析了其湿位涡中尺度时空分布特矸,探讨了湿位涡发展、减弱与暴雨增幅、减弱的相关性,并结合假相当位温分布对此次强降水发生发展机制进行了分析。结果表明,850 hPa层湿位涡负值中心与强降水区域均有较好的对应关系,强的降水区域在850 hPa层位于湿位涡负中心的暖湿气流一侧,与负中心相距1个纬距左右,MPV负值中心大小可反映降水强度;在低纬地区,MPV的湿正压项MPV1负值区、MPV的湿斜压项MPV2正值中心北部以及θse等值面陡然向地面转折处是预报强降水中心落区的一个判据;MPV1负值增长期,MPV2由负值向正值过渡期,对应降水增幅期;     

台风“黑格比”造成浙东北滞后型暴雨成因分析及多模式预报检验

基于地面常规加密观测及ERA5再分析、热带气旋最佳路径、雷达卫星等资料,利用天气诊断方法探讨了2020年4号台风“黑格比”在登陆北上减弱后南侧滞留的降水云团引发浙东北暴雨成因。受对流层中层副高西脊点偏西及台风北侧高层急流出口区右侧辐合下沉影响,台风云系不对称结构明显,主要分布在南侧。中层冷空气从台风西侧入侵触发中小尺度对流系统,小尺度云团在台风环流内逆时针移动至台风东侧并发展滞留,在浙东北引发强降水。期间冷暖气团（中层MPV1正值和低层MPV2负值）交汇区及中低层锋生大值均可指示暴雨落区,垂直螺旋度也可体现冷空气入侵后台风后倾的垂直结构演变特征;台风东侧持续的西南急流水汽输送有利于夜间浙东北对流降水的维持发展,且水汽低层辐散区对强降水落区有6 h左右的预报提前量。基于SAL定量降水检验证实：大尺度模式由于模拟对流降水演变的欠缺,无法预报出夜间滞后型暴雨增幅;中小尺度模式虽然对暴雨强度刻画相对准确,但大值雨区偏移;ECMWF 3日20:00起报场预报过程累积雨量误差小,较4日08:00起报预报结果更接近实况,但短时暴雨出现时间偏早3～6 h,不利于此类滞后型区域暴雨的预报参考。     

近海台风对“21·7”河南极端暴雨过程水汽通量和动、热力条件影响的模拟

本文利用WRF模式对近海台风“烟花”及“查帕卡”影响2021年7月19日至21日河南极端暴雨的过程进行数值模拟。控制试验（CTL）对台风路径、强度、大尺度环流形势,以及河南暴雨的强度和空间分布型等均给出合理的模拟,基本再现了本次河南极端暴雨的发展过程。敏感性试验表明,在移除台风“烟花”后,副热带高压系统显著南压并在南侧形成东南风急流,河南地区的南风分量减弱、东风增强,东西方向的水汽输送占主导,有利于降水分布型由CTL试验的南—北向转变为东—西向;另一方面,由于低层东南风急流相较于移除“烟花”前的东风急流偏弱,河南降雨区的局地辐合减弱,水汽通量净流入值较CTL试验降低5.81%,且中纬度冷气团西移减慢,引起局地相当位温梯度减弱,最终导致移除台风“烟花”试验的降雨强度偏弱。移除台风“查帕卡”后,大尺度环流形势几乎未受影响,河南南侧的水汽输送略有减弱,因此强降水分布基本与CTL试验类似,降雨强度略有减小。与台风“烟花”相比,“查帕卡”对河南暴雨的影响较弱。     

1211号“海葵”台风登陆后引发两段大暴雨过程的对比分析

利用地面加密自动站观测资料以及NCEP再分析资料,对1211号“海葵”台风登陆后在江苏引发的两段降水对流特征差异明显的大暴雨天气进行对比分析。结果表明:第一段区域性大暴雨天气发生在台风环流中心及北侧偏东风急流附近,此时台风环流完整,中心维持正压结构,环流中心及其北侧偏东急流附近伴有较大范围的水汽辐合和强上升运动,有利于区域性大暴雨天气发生,但降水发生在近乎中性的层结下,降水分布较均匀,发展平缓,降水期间对流活动较弱;第二段大暴雨则发生在远离环流中心的台风倒槽顶部,降水期间暴雨区中高层伴有较明显的冷平流,有利于对流不稳定层结发展,降水发展过程中,地面风场出现中尺度扰动,增强了局地辐合和气旋性涡度,加之地面锋区发展,促进了中尺度对流系统的形成和发展,此段降水中尺度特征显著,发展迅速,雨强大,伴有明显的对流特征,导致出现局地特大暴雨天气。     

江西暴雨气候特征及降水极值重现期分析

利用1961—2020年江西省83个国家气象观测站日雨量资料,采用线性倾向估计法、年最大值法以及耿贝尔Ι型极值分布理论,对江西年平均暴雨日数、暴雨降水量、暴雨贡献率、暴雨强度等的变化特征以及不同重现期的降水极值进行了分析.结果表明:1)江西各地年均暴雨日数呈西南向东北递增分布;大部分地区年暴雨日数呈增加趋势,并呈现西部和南部增加略慢,东部和东北部快速增加态势;尤其是江西东北地区既是暴雨高发中心,同时也是暴雨日数增长中心.2)江西各地年平均暴雨降水量和暴雨贡献率均呈东北多、西南少分布;景德镇和上饶为暴雨降水量和暴雨贡献率高值区也是增长中心;赣州北部和吉安南部为暴雨降水量和暴雨贡献率低值区,但呈现明显增长趋势.3)江西各地平均暴雨强度呈现较明显的北部大、南部小的分布特征;暴雨强度呈现西部增强、东部减弱的趋势.4)江西不同重现期的日雨量极值呈现东北大、西南小的分布,高值区主要分布在上饶、景德镇和抚州一带,低值区主要在吉安南部和赣州.     

台风“利奇马”造成浙江极端降水的成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料(0.25°×0.25°)、FY-2G卫星的黑体亮度温度(TBB)、双偏振雷达、加密自动站资料,对2019年台风“利奇马”引发浙江极端暴雨过程的成因进行分析,结果表明:(1)“利奇马”引发的浙江特大暴雨过程是一次深厚台风本体降水,具有范围广、总量大、局地雨强极端的特点,山脉地形对降水的增幅作用显著。(2)台风登陆前后850 hPa水汽通量、850 hPa辐合和200 hPa辐散都超过气候平均值3~4个标准差,异常强的动力抬升和水汽输送为此次极端降水提供了有利的背景条件,物理量的异常度可作为判断极端降水的重要因子。(3)活跃的西南季风和副高南部的偏东急流为“利奇马”提供了充足的水汽和能量。925 hPa水汽通量辐合大值区域与暴雨落区的形态和位置对应较好,且辐合强度的变化对降水量具有一定的指示意义。(4)登陆前后台风中心密闭云区范围大、结构紧实,其中有多个中尺度对流系统强烈发展且移动缓慢,是浙江东部沿海地区产生极端降水的主要原因。基于双偏振雷达的降水估测产品在短临预报中参考价值高。(5)中层的弱干冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,在地面中尺度辐合线和地形的强迫抬升下不断触发中尺度对流系统并产生“列车效应”,是此次过程中西北部山区特大暴雨产生的重要原因。     

一次暴雨过程受不同系统影响的动力热力场结构特征

本文使用常规观测资料、卫星云图、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对出现在东北地区北部受不同系统影响的连续2d暴雨过程的热力和动力场结构特征展开研究。结果表明:24日为暖锋锋生暴雨,暴雨范围大;25日为台风暴雨,暴雨出现在台风移动路径上,为狭长带状。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,台风倒槽内的MCS强度比暖锋云系内的MCS弱,但是降水强度却更大。台风安比携带大量暖湿空气,其东侧的低空急流向北输送热量和水汽,水汽辐合集中在边界层内,台风暴雨的水汽辐合强度比暖锋暴雨更强烈,所造成的雨强更大。暖锋暴雨期间,小兴安岭迎风坡地形的辐合抬升作用明显;高层强辐散及地形辐合抬升作用对暴雨有较大贡献。台风暴雨期间,低空辐合,特别是水汽辐合作用对暴雨有较大贡献;辐合区位于台风倒槽附近,倒槽表现为冷锋性质。     

台风“利奇马”不同区域降水极端性特征及成因分析

利用常规气象观测资料、卫星及雷达拼图以及NCEP分辨率为1°×1°的再分析资料,对浙江和山东两个区域不同的极端降水特征及其成因进行诊断对比分析。结果表明:浙江极端降水表现出“高效”的热带降水系统特征,山东极端降水是一次长时间,中等强度的“大陆锋面型”降水。台风近海对称性和对流明显增强;同时,其西北行移速较同期台风偏慢,导致行进方向上长时间受螺旋雨带影响;受超强台风厚实云墙影响,登陆前后浙江等地风雨激增;另外,双台风及沿海山地地形对浙江降水有增幅作用。而山东地区主要受台风北侧稳定维持倒槽和西风槽结合影响,出现极端降水。敏感性分析发现山东降水和台风“第一象限”低层偏南急流强度相关性好,而台风环流持续维持、高度场的密集梯度及降水的潜热反馈共同导致低层急流(>20 m·s-1)长时间维持;同时,西风带高空槽和台风倒槽势力相当,形成稳定“锋区”;锋前多条带状对流持续向北发展,形成“列车效应”;后期冷空气侵入台风中心后山东北侧依然维持较好环流配置。上述条件共同维持了山东地区持续性的较强“锋面降水”。副高、西风槽及台风环流的强度对比是本轮台风降水预报的关键因素。     

麦莎台风造成冀东大暴雨的数值模拟和诊断分析

2005年第9号台风麦莎登陆后减弱为热带风暴, 受其影响, 8月8—10日河北东部地区出现大暴雨天气过程。采用中尺度数值模式MM5对这次过程进行了模拟, 对模拟结果进行了综合分析。结果表明:暴雨区上空有准饱和且深厚稳定的湿层, 低层强烈辐合与高层辐散互相配合, 强降水区与散度和垂直上升中心有很好的对应关系; 台风东部暖、西部冷, 中低层偏东风急流将海洋上的高能量暖湿空气向暴雨区输送; 局地螺旋度的极大值中心对未来强降水区有一定的指示作用, 强降水区发生在风暴相对螺旋度的大值中心或其东南部的等值线密集区域。     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。