四川盆地一次暖性西南低涡大暴雨的中尺度分析

2021年8月7—8日,四川盆地中东部出现大暴雨、局地特大暴雨,是重庆2021年度社会影响最大的一次暴雨过程。采用多源观测及ERA5再分析资料,对此次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明：大暴雨发生在低槽移入四川盆地诱发暖性西南低涡背景下,具有显著的阶段性、跳跃性和极端性特征。大暴雨先后形成于西南低涡中心东南部、西南低涡东侧和西南低涡南侧暖湿的边界层辐合线附近。各阶段大暴雨均由移动缓慢、维持时间达3～6 h的β中尺度对流系统影响形成,暖湿不稳定和弱垂直风切变为β中尺度对流系统的形成提供了有利的环境条件。涡度分析表明,西南低涡的发展主要源于低空辐合及垂直涡度输送效应,但暴雨区的正涡度发展与西南低涡并不完全相同,水平涡度倾侧效应较为显著。第一阶段暴雨区正涡度主要源于对流层中低层西南低涡中心附近显著的低空辐合、涡度垂直输送及水平涡度倾侧效应;第二阶段和第三阶段暴雨区正涡度主要源于边界层辐合及边界层以上的水平涡度倾侧效应,边界层辐合触发暖湿大气中的中尺度对流活动促进了第二阶段和第三阶段大暴雨的形成。     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。     

四川盆地一次暴雨过程的中尺度对流及其环境场特征

利用常规地面和探空气象观测资料、自动气象站资料、卫星和雷达拼图资料以及NCEP FNL分析资料对2013年7月3-5日四川盆地强降水过程的中尺度对流系统及其环境场特征进行了分析。结果表明:此次降水过程分为三个阶段,分别对应三次中尺度对流系统的发生、发展;700 h Pa切变线和850h Pa低涡为中尺度对流系统的产生提供了有利的动力条件,中尺度对流系统沿700 h Pa切变线以及850h Pa低涡中心附近发生、发展,三个阶段的中尺度对流活动均与低层切变系统的发展、演变相吻合。冷空气对中尺度对流系统的发生发展具有重要影响,强降水的产生时间和空间分布均与冷空气入侵密切相关。四川盆地地形对强降水的产生有两方面的作用,一是使气流在山前辐合抬升,二是使冷空气堆积造成强的冷暖空气对峙,导致锋生作用加强。     

黔东南两次冷锋低槽型降水对比分析

利用常规气象观测资料,分析对比2016年8月31日—9月1日与9月9—10日黔东南地区出现的一般性降雨和区域性暴雨天气过程。探讨两次过程降雨发生发展的天气学条件差异。结果表明:两次降水过程均属于冷锋低槽型降水,降水发生前,黔东南受热低压控制,以晴好天气为主,冷空气都是从西北路径入侵,锋面过境时地面辐合线触发降水的发生发展,降水带主要发生在中低层切变线附近,850 h Pa风速有所加强,但未达到急流强度,对降雨的强度有一定的制约。两次过程都存在降水范围大、时间长的特点。所不同的是:降水强度前者弱,后者强,两次降雨过程中低层影响的天气系统存在不同,8月31日降雨的低层影响系统为贵州西南部发展的低涡系统,黔东南上空850 h Pa形势场出现弱的辐合区;9月9日降雨的低层影响系统为明显的辐合性切变线,存在多个呈东北—西南向的以带状分布的对流系统。通过对两次冷锋低槽型降水讨论得出,黔东南冷锋低槽型暴雨预报应着眼于影响贵州的强涡度中心的建立和加强以及其移动路径。     

陕西中西部地区一次暴雨过程的数值模拟研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2011年7月28-29日发生在陕西中西部地区的一次中尺度系统暴雨过程,运用WRF模式模拟研究了此次暴雨过程的中尺度系统环流特征及其发生、发展的动力和热力特征。结果表明,此次暴雨过程与高空槽的发展演变密切相关,低空切变线是暴雨过程产生的中尺度系统。暴雨区存在弱低空辐合与强高空辐散,正相对涡度与垂直上升运动明显;暴雨发生前对流有效位能(CAPE)明显增大,未来3 h降水区域位于850 h Pa切变线和CAPE高值区附近,强垂直运动触发CAPE的释放,使其在12 h内减少量达2200 J·kg-1,是形成此次暴雨的重要因素。暴雨发生、发展过程中,非线性平衡方程残差大值区与未来1 h降水区相对应,与质量场和动量场之间的调整有密切关系,大气运动的不平衡通过散度场的变化调节,在中尺度区域激发出辐合、辐散的快速增长,从而激发出暴雨天气,非线性平衡方程残差值是表征激发暴雨天气的重要动力因子。     

一次西南低涡发生发展的涡度收支及潜热释放诊断

利用NCEP/NCAR再分析资料、地面自动站降水资料,对2010年7月8~10日发生在重庆地区的大暴雨过程进行涡度收支及潜热释放诊断分析。结果表明:(1)再次发展的850 h Pa西南低涡中心与持续发展的700 h Pa低涡中心的耦合发展对此次暴雨过程的发生发展有重要作用;(2)在暴雨过程中,涡度的垂直输送项和水平辐合辐散项对850 h Pa低涡的再次发展及700 h Pa低涡的维持发展起主要作用;(3)降水与低涡基本同步发生,降水带来的潜热释放使得对流中心附近的上升运动不断加强,凝结潜热释放也随之增多,引起非绝热作用增强,导致局地位涡增加和低涡中心附近的正涡度逐渐加大,风场气旋性弯曲显著,低涡环流逐渐形成。     

江淮地区两类低涡型暖式切变暴雨的中尺度特征分析

为探究江淮地区低涡型暖切变暴雨的中尺度特征,利用常规观测资料、自动站加密观测资料以及FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR再分析资料等,针对江淮地区两次不同类型的典型暴雨过程进行对比分析。其中,"稳定型"过程降水持续时间长、范围广,而"东移型"过程降水相对集中,持续时间短、雨强大。结果表明:(1)两次降水均发生在高空槽和低层暖切变影响下,"稳定型"系统少动,而"东移型"的500 hPa低压槽和低空低涡向东移动发展,与地面中尺度低压相对应,且中低层辐合较强。(2)"稳定型"对流组织形式为"前向次第发展",对流系统结构相对松散,而"东移型"对流组织形式为"后向次第发展",对流系统组织化程度较高。(3)两次暴雨过程均发生在整层高湿环境中,低空急流对水汽输送起关键作用,降水主要位于西南急流轴前部的风速辐合区。其中,"稳定型"水汽主要输送能力体现在850 hPa上,稳定形势下的持续性水汽输送有利于形成较大范围的强降雨;"东移型"西南低空急流风速相对较强,降水后期有活跃的超低空东南急流,两支急流共同作用有利于局地出现更集中的降水。(4)两次过程中,低空西南与东南风的风速辐合形成明显的中尺度抬升条件,且"东移型"比"稳定型"的外力抬升条件更好。强降水多位于地面辐合线附近,对应的中尺度风场辐合线是触发对流的有利条件,对短临降水落区预报有一定指示意义。     

一次重庆特大暴雨过程的中尺度分析

利用NCEP格点再分析资料、地面实况资料、TBB资料以及雷达资料对2011年7月6 7日重庆大暴雨过程进行了分析研究。结果表明,此次暴雨过程中切变线附近发展起来的中尺度对流系统是暴雨产生的直接原因,且从动力、热力、水汽条件以及能量等方面分析表明重庆东北部已具备暴雨发生的有利条件。通过雷达产品的分析可知,两个阶段降水的中尺度特征不同:第一阶段降水,径向速度场上出现逆风区,对应逆风区的回波较强,雨强较大,且垂直风廓线VWP显示高空有偏西偏南的强风速带下传,从而形成较深厚的西南气流风场;第二阶段降水,径向速度场上出现强度不对称的"牛眼"结构,存在风速辐合,同时VWP显示中低层有深厚的冷空气楔入,使暖湿空气抬升,降水在经过短暂的减弱后再次加强。     

广东前汛期两次暴雨过程的对比分析

利用FNL1°×1°分析资料对比分析广东前汛期的2次暴雨过程,结果表明:这2次降水都处在低空急流通道里,空气中深厚的高绝对水汽含量为降水提供了良好的水汽背景条件;降水落区主要在强垂直涡度差和弱的对流抑制相重合区域,925 h Pa的风速辐合为5月11日降水的主要系统,而5月17日的主要降水系统则为500 h Pa的短波槽。通过barnes带通滤波在低层流场中发现有中尺度系统与雨区相配合,有利于降水效率。5月11日500 h Pa槽线的南落以及切变线南侧强上升运动抑制了切变线附近的上升运动使得降水在粤北比预报偏小;5月17日数值预报未能预报出500 h Pa的短波槽使得暴雨漏报。     

四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统分析

利用ERA5再分析资料、新一代雷达拼图资料,探究了2017年5月初四川盆地东北部一次突发性暴雨事件的影响系统及动力影响因子。结果表明:此次暴雨事件的主要影响系统有中纬500 hPa东移低槽、西伸的西太平洋副热带高压、对流层中低层的西南低空急流以及低层切变线。大尺度的低空急流与中小尺度的山区低空急流的叠加使四川盆地东北部形成正涡度柱和低层强辐合柱的动力耦合,低空急流最大风速出口辐合上升区与地形的辐合抬升作用叠加形成盆地东北部强烈的垂直上升运动,成为山地暴雨突发的动力触发条件,因低空急流建立的位势不稳定层结构成暴雨的热力条件。冷空气自低层逐渐向高层侵入是暴雨第二阶段增幅的主要原因。盆地东北部地形是本次暴雨的另一个增幅因子,其对暴雨过程中垂直上升运动有加强作用,秦巴山脉迎风坡的抬升作用对暴雨第一阶段的降水量贡献较大,青藏高原东麓背风坡的辐合效应对第二阶段降水量贡献较大。此外,盆地东北部山地对东移的中尺度对流系统有阻挡作用,使其停滞并旺盛发展。