一类低涡切变型华南前汛期致洪暴雨的分析研究

采用2008年我国南方暴雨野外科学试验(SCHeREX)加密资料和NCEP再分析资料、 FY－2C卫星TBB资料以及常规观测资料对广西致洪暴雨进行了研究。研究发现, 西南涡是此次暴雨过程的直接影响系统, 对流和降水主要发生在低涡的中部及其东南方。中高纬切断低压和副热带高压稳定维持, 500 hPa短波槽沿高原东侧南下, 诱导西南涡向东南移入广西, 这种情况并不太常见, 这是由于槽后冷空气活跃, 但路径偏西。受副热带高压西伸影响, 低槽与西南低涡移动缓慢。在移入广西前西南涡一度减弱, 但由于有明显的中、 低纬系统相互作用存在, 季风槽为本次暴雨输送了充沛的水汽, 致使西南涡再度加强, 引发暴雨。暴雨过程中中尺度对流云团活动频繁, 强度大, 降水强, 有大约11个中尺度雨团缓慢移动。桂林的探空资料表明, 暴雨区中低层温度层结多为中性, 这可能是对流混合的结果, 西南涡过境后, 低层风场有明显变化, 大气抬升凝结高度显著降低, 对流有效位能 (CAPE) 由于释放而降低。在上述研究的基础上, 本文提出了一类华南前汛期低涡切变型暴雨概念模型。     

一次暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星云图、雷达资料,对2011年8月15～18日发生在陇南市的一次暴雨过程进行分析。结果表明:前期的高温为暴雨产生积累了大量的能量,西南涡和高原涡2个中尺度低涡的形成和维持配合副高外围西南暖湿气流和南下冷空气共同作用造成此次暴雨。不稳定大气层结在冷空气的触发下,使副高外围较强的西南气流提供输送的水汽在高层辐散低层辐合所产生的抽吸作用下不断上升凝结,致使强降水天气发展和维持。β中尺度对流云团受地形及下垫面等因素影响加强,同时暴雨落区主要在β中尺度对流云团的前沿。强降水与雷达回波剖面图上强回波中心基本一致,强回波的列车效应造成了该区域暴雨的发生。     

2008年7月黄淮暴雨过程中西南涡结构特征分析

对西南涡暴雨的预报不仅取决于对西南涡移动路径的把握,也与西南涡的结构及其演变密切相关。利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料,对2008年7月一次东移影响黄淮的西南涡的结构特征和暴雨机理进行分析,结果表明:西南涡的生成过程包含高原涡的耦合诱发,西南涡的生成、发展与干位涡向对流层低层扰动下传有关;中高纬冷空气与副热带高压边缘暖湿气流对峙加强了系统的斜压性,使西南涡中心向上伸展的位涡柱和正涡度柱具有向西倾斜的结构;成熟的西南涡具有中尺度非对称的显著斜压结构特征;对流层中层正涡度平流是西南涡发展和引导西南涡移动的重要因素;凝结释放大量潜热促使低层西南低涡发展,使降水增强。     

1998年华南大暴雨冷空气活动的位涡场分析

用位涡分析方法讨论了1998年6月18－26日华南特大暴雨期间的冷空气活动特征。结果表明，在持续的东亚阻塞形势下，中高纬冷空气分三次南下，侵入江南至华南地区，造成三次大暴雨过程；南下冷空气在江南一带被来自低纬的西南暖湿气流和东南暖湿气流所切断，形成一高位涡冷空气中心。冷暖空气相互作用的结果使东亚温度场呈现南北暖、中间冷的形式。     

高原低涡与西南涡结伴而行的不同活动形式个例的环境场和位涡分析

本文利用NCEP/NCAR-FNL再分析资料、历史天气图、青藏高原低涡切变线年鉴,通过分析1998~2015年持续高原涡影响西南涡结伴而行（简称两涡伴行）过程的活动形式,并对不同活动形式的个例进行了环境场与位涡分析,得出了不同活动形式两涡伴行的环境场特征,揭示了冷空气活动、200 hPa急流对不同活动形式的两涡伴行的影响原因。结果表明:（1）两涡伴行有三种活动形式,它们是高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合以及同一天气系统下两涡,其中以高原涡诱发西南涡的活动形式占多数。（2）两涡伴行的500 hPa环境场主要是40°N以北东亚环流经向度不强,纬向气流主导,受500 hPa低槽、冷空气活动的影响;200 hPa环境场主要与200 hPa急流的强度、距急流核距离、在急流两侧的位置密切相关;不同活动形式的西南涡上空200 hPa、500 hPa环境场特征是有差别的。（3）受500 hPa低槽、冷空气影响的两涡伴行中的西南涡的生成是通过500 hPa高位涡空气伸入西南涡上空,造成西南涡上空斜压不稳定所至;在西南涡上空500 hPa斜压不稳定增强且具有较强的斜压不稳定时西南涡加强;200 hPa西南风急流影响高原涡诱发或耦合、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡与西南涡上空、西南涡的情况下实现的,同一天气系统下,高空高位涡下传只影响高原涡,而未影响西南涡。     

青藏高原及邻近地区低涡系统结构研究进展

青藏高原及邻近地区低涡系统(西南涡、高原涡)是造成我国暴雨等灾害性天气的主要系统之一,也是高原天气学的重点研究对象。过去十多年,关于西南涡、高原涡的研究已取得了大量有意义的成果。因此,本文重点针对高原低涡天气系统,总结了西南涡、高原涡的结构特征及其演变机制研究现状,评述了其取得的主要进展,指出了一些有待于深入研究的科学问题,在此基础上,展望了高原低涡天气系统未来的主要发展方向。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

孟加拉湾风暴影响低纬高原的环流和云图特征分析

通过对12个造成云南19次全省性暴雨的孟加拉湾风暴(以下简称孟湾风暴)进行合成分析,得到了孟湾风暴影响低纬高原地区的降水及环流特征,要造成低纬高原地区的暴雨天气过程的风暴中心通常位于孟加拉湾中部及其以东以北地区、副高脊线位于15～20°N之间、西脊点从中国南海到中南半岛、低纬高原处于槽前和副高外围的西南气流控制。孟湾风暴前西南低空急流对强降水的形成具有重要的作用,它一方面起着输送水汽和能量的作用,另一方面又有助于维持必要的动力学条件。卫星云图特征分析表明:风暴在孟加拉湾海域形成后,其云系中不断有中尺度对流云团生成移入低纬高原造成暴雨天气。     

一次引发河西走廊大暴雨的高原低涡的机制分析

使用NCEP 1°×1°再分析资料、云图、CINRAD-CC多普勒天气雷达、探空、地面加密自动气象站资料,对2012年6月5日发生在河西走廊西部的大暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:此次大暴雨是高原低涡加强北移,到达高原北坡时,使河西走廊上空中、低层东风显著加强,与新疆东部东移南下的冷空气在走廊西部产生强烈辐合,同时在高空急流入口区右侧辐散气流的抽吸作用下,产生强大的垂直环流造成的。造成这次大暴雨的水汽主要来源于新疆东部西北气流和高原东北坡偏东气流向走廊中西部的输送。暴雨区上空湿等熵面陡立,大气处于弱不稳定状态,易导致垂直涡度和辐合显著增长。高原低涡发展与高空位涡下传密切相关,同时干冷空气从高原低涡南部侵入中低层,使低涡斜压性增强,有利于低涡发展和向北移出高原。暴雨发生在高原低涡的西北象限内,在低涡逗点云的云头部分,最强暴雨落区在多普勒雷达径向速度图上β中尺度逆风区附近。     

陕西历史最早暴雨成因初步分析

利用天气学原理和T213提供的物理量场分析了2004-02-20发生在陕西历史上最早的暴雨过程，发现此次暴雨是在新疆分裂冷空气、高原槽、低涡切变和地面倒槽的共同影响形成的，环流形势为“东高西低”和“北槽南涡”．西南低空急流、低涡切变是此次暴雨的直接影响系统，动力结构为高层强辐散和低层强辐合．能量场具有典型的“Ω”中尺度结构，700hPa层SW低空暖湿急流是主要水汽和能量输送系统，暴雨区水汽辐合强烈，暴雨发生在水汽通量的最大梯度处，与夏季暴雨水汽特征相似。     

祁连山区夏季降水过程天气分析

以500hPa盛行气流为主,参考FY-2D卫星云图云型特征,将2007年7～8月祁连山区的31次降水过程作天气分型。取30°～45°N范围500hPa110°E的格点平均位势高度与90°E平均位势高度之差值为分类标准。分成3个主型,西南气流型、西北气流型和平直西风气流型。西南气流型又分移动型和阻塞型两个副型。西北气流型分西北气流冷平流型和河套冷涡两个副型。用试验区中尺度自动站网的降水资料,探讨降水量与海拔高度和坡向的关系,分析产生降水过程各天气类型的环流特征及其降水强度,发现在不同的大尺度流型下,地形的动力和热力作用会造成迥然不同的地形强迫中尺度系统。     

应用LAPS资料分析安徽沿淮一次短时暴雨特征

利用LAPS系统融合分析资料对安徽沿淮一次短时暴雨过程进行中尺度天气分析,探讨降水过程成因机制及天气结构特点,同时验证LAPS分析资料的实用性。结果表明：过程主要影响系统为中尺度气旋式涡旋,其向安徽北部沿淮地区移动为暴雨的发生、发展提供了触发机制。雷达降水回波主要出现在850hPa中尺度涡旋南侧以及700hPa槽前西南气流辐合上升运动过程中,持续的低空急流及其带来的水汽共同为暴雨过程提供了水汽条件和动力机制。比较雷达回波发展和云中液态水含量演变发现,云中液态水含量极大值区多出现在雷达回波单体的新生区域,借助于LAPS云中液态水含量分布结果对预测雷迭回波发展趋势及降水分布有借鉴作用。     

2010年1月鄂东一次暴雪过程中尺度分析

利用常规观测资料及NCEP／GFS再分析资料,对2010年1月5—6日发生在湖北东部的暴雪过程进行中尺度分析。结果表明：500hPa北支槽后干冷空气配合南支槽前西南暖湿气流形成的冷暖交汇以及850hPa低涡北抬发展是产生暴雪的主要天气背景;200hPa高空急流、700hPa西南急流、925hPa东北气流、850hPa气流汇合区、700hPa及850hPa露点锋、锋生次级环流、风向随高度强烈顺转的垂直风切变以及地面中尺度辐合区的有利空间配置,对暴雪预报具有重要指示意义。此外,在上述研究的基础上对此次暴雪过程的三维物理模型进行了总结。     

一次西南涡影响云南强降水过程分析

通过对2004年8月4日西南涡影响下云南强降水过程的环流背景、卫星云图演变以及动力、热力条件的分析,发现这次西南涡是一个具有斜压性的极其深厚的系统,随高度前倾,高层500 hPa上的西南涡表现尤为明显,并且诱发了低层700 hPa西南涡的产生,强降水主要出现在西南涡的西南方;强降水与强上升运动区和正涡度区有很好的对应关系,并且正涡度和上升运动的出现比气旋性环流场有24 h的提前时间,对于强降水预报更具有预示性,它们是一个逐渐由高层向低层发展的过程;中-β尺度对流云团在金沙江河谷南移合并加强,形成了中-α尺度涡旋状云系,其中的对流云团在强降水中作用较大;强降水正是出现在对流层低层(MPV1 MPV2)的负值范围内,这也说明西南涡涡旋云系的发展与正压和斜压不稳定都有关系,对流层低层MPV1<0和MPV2<0有利于暴雨的发生。     

江苏北部一次由MCC引发的致洪暴雨综合分析

利用卫星云图、NCEP资料和MICAPS系统提供的实况资料和物理量等,对2008年7月23日江苏北部一次中尺度对流复合体（MCC）和暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：MCC是造成暴雨的直接影响系统;200hPa中尺度反气旋环流的形成．配合500hPa西南急流左侧切变线生成以及边界层925hPa锋生与西南强风带或西南急流左侧中尺度低涡生成,有利于MCC生成和发展：925hPa以下边界层10．7m&#183;s^-1&#183;km^-1强风速垂直切变的形成,配合边界层正涡度中心生成、对流层高层辐散增强,是激发MCC生成和发展的动力机制;850hPa江苏中北部MPV1≤-0．5PVU的中尺度对流不稳定中心的生成,配合北方MPV2≥0．6PVU湿斜压场纬向高值带的生成和稳定,有利于江苏北部地区中尺度强对流系统重复出现和MCC生成发展。     

一次西南低涡东移引发长江中下游暴雨的诊断研究

利用常规观测资料和NECP再分析资料,对2013年6月6—7日西南低涡东移加强发展造成长江中下游大暴雨过程进行了诊断分析,重点探讨了西南低涡东移和发展维持的物理机制以及最强降水的变化特征。结果表明,沿着700 hPa高空切变线东移的西南低涡是造成此次长江中下游地区暴雨的直接影响系统,西南低涡沿着700 hPa切变线东移发展,深厚阶段正涡度柱伸展到400 hPa高度,自下而上呈近垂直结构。西南低涡附近低层辐合与高层辐散的大尺度环境条件、西南低涡与西南低空急流耦合发展动力结构、低空暖平流和高空槽前正涡度平流输送等条件是导致西南低涡东移到长江中下游后加强发展的主要因子。与西南低涡相伴随的强降雨区主要位于低涡南部3个纬距以内,该处的西南季风和副高西南侧东南气流两支水汽输送的汇合为暴雨发生提供了充沛的水汽和对流不稳定能量,而对流层中低层携带的冷空气侵入低层低涡的后部,不仅加强了低涡的斜压性,也促进了上冷下暖不稳定层结的产生和发展,为强降水的发生提供了不稳定对流触发条件。     

一次东移西南涡对初始扰动的伴随敏感性试验

初始条件能否包含有足够的中尺度信息对西南涡的模拟至关重要,采用中尺度模式MM5对我国长江流域一次东移西南涡进行模拟试验,并结合一个伴随模式MAMS对这次西南涡进行敏感性试验,分析预报变量对初始条件的敏感性分布,根据敏感性分析结果对初始条件追加一个适当的扰动进行模拟对比,结果表明:追加扰动后的初始条件较成功地模拟出了本次西南涡的形成和移动情况,而原来的试验模拟的低涡与实况相比要落后十几小时;伴随模式MAMS较好地模拟出了本次西南涡的敏感性场分布,本次西南涡对西风扰动的大敏感性区域主要位于400hPa以下的西南地区,对南风扰动的大敏感性区域主要位于500hPa以下的西南地区,对温度扰动的大敏感性区域则主要位于500hPa与900hPa之间的西南地区;追加的风场扰动在中低层的西南地区表现为一个气旋性环流,在这个气旋性环流的西南方存在另一个反气旋性环流;在此基础上增加初始场水汽扰动则在一定程度上加强了模拟低涡的强度和移动速度。     

江西一次暴雨过程的诊断分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、地面与探空资料、卫星资料等,对2012年5月12日发生在江西省中部的一次暴雨过程进行诊断分析。结果表明：本次暴雨过程发生在冷锋南侧地面倒槽区,由高层西风槽、低层低空急流及切变线、低涡共同影响所致。中低层西南气流的加强,一方面使暴雨区有充足的水汽输送,同时也使该区对流不稳定度加大,加强了暴雨区上空的对流上升运动。中尺度辐合线是强对流暴雨的触发机制,而冷锋影响使地面东风气流加强,冷空气入侵致中尺度辐合线演变为中尺度低压,中尺度低压是江西短时强降水长时间持续的机制;500hPa高空槽东移,槽前正涡度平流向江西上空输送,利于低层低涡生成和维持、上升运动加强,从而导致降水增强。冷空气影响初始阶段,〉10mm·h-1 的中尺度雨团产生在中尺度辐合线及其所演变成低压的1、2象限即中尺度辐合线或中尺度低压偏北一侧,随着冷空气的进一步入侵,中尺度雨团产生于中尺度低压的偏南一侧。     

一次大暴雨雷达回波特征及数值模拟

利用NCEP再分析资料和天津多普勒雷达等资料,对2008年7月14—15日发生在河北唐山及天津一带的暴雨过程进行了分析,并通过MM5数值模拟阐述了雷达资料分析的正确性。结果表明:此次大暴雨发生在中低纬天气系统相互作用的背景下,700hPa高空槽、850hPa低涡及地面中尺度辐合线是引发此次暴雨主要影响系统;低空急流是暴雨主要的水汽来源;低空辐合高层辐散、锋面抬升是暴雨系统发展的动力机制;对流层中部冷空气活动引起的西南低空急流脉动与暴雨的增幅有密切关系;涡旋状和带状回波是主要降水回波。     

一次西南涡引发MCC暴雨的卫星云图和多普勒雷达特征分析

利用常规观测资料、自动站资料、卫星资料和多普勒雷达资料,对2008年6月30日至7月1日发生在滇东北和四川盆地南部一次暴雨天气过程的分析发现,850hPa四川盆地南部西南涡引发的中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）是暴雨的直接影响系统,700hPa青藏高原东南侧西南涡引发的中尺度对流云团并入MCC后导致MCC迅速加强并向西移动。MCC生成于对流层高层急流出口区左侧强辐散区和低层强辐合区。雷达回波上“人”字形回波、平行短带回波和逆风区的出现说明MCC内部存在多个β中尺度对流系统,直接造成多个暴雨中心。MCC成熟阶段表现出中低层辐合和高层辐散的动力特征,其前沿中层以下有强气流流入,以上则有强气流流出。MCC消散阶段从低层到高层都有强西南气流进入,相应气流辐合减弱,失去中尺度组织结构。