双雨带过程中的回流暖区暴雨个例对比研究

利用常规观测资料、NCEP 1 °×1 °FNL资料、自动站降水资料,对华南两次双雨带过程中的回流暖区暴雨个例进行了对比分析,结果表明:(1)与暖湿的南到西南气流相比,变性高压脊后部回流的东到东南气流具有一定干冷属性,边界层两支不同性质的气流汇合形成辐合渐近线和边界层锋区。回流暖区暴雨实际是先有回流、预先在东侧形成浅薄的冷池,后有高空槽加深东移、带来边界层西南风,与东南风辐合,形成低层辐合抬升条件,西南风暖平流使边界层锋区加强并缓慢东移,产生的暴雨。回流和高空槽均起到关键的作用;(2)回流暖区暴雨区域在边界层内具有弱对流性不稳定或湿中性层结、而在中低层具有明显对流性不稳定,其发生发展机制有别于锋前暖区暴雨和典型锋面暴雨;(3)边界层较大水平螺旋度与回流暖区暴雨有良好对应关系,对回流暖区暴雨预报有指示意义,是回流暖区暴雨区别于锋面暴雨的重要动力学特征;(4)回流暖区的水汽输送主要集中在850 hPa以下,以925 hPa最显著,北侧锋区的水汽输送主要集中在850~700 hPa;南北两支雨带低层的水汽输送通道可能存在部分重合,当南侧暖区雨带的对流发展起来后,部分水汽可能被南侧辐合系统截留,从而影响北侧的水汽输送强度。这可能是导致北雨带降雨强度不如南雨带的一个原因。      

台风“海棠”(2005)登陆前后非对称螺旋雨带特征分析

利用中尺度数值模式,WRF对2005年7月19—20日台风"海棠"登陆前后具有非对称性结构的螺旋雨带的结构特征进行数值模拟和分析。结果表明,降水中心所处的两条雨带位于台风中心东北象限,其南雨带的移动和强度变化与850 hPa正的涡度带在19日02—18时(世界时,下同)都有较好的对应关系。台风流场的逆时针旋转作用将海上850 hPa正的涡量大值带逐渐与南雨带合并,造成南部雨量中心的雨量增幅。南雨带北移逐渐与北雨带合并,造成北部雨量中心的雨量增幅。另外,分析暴雨的发展与高低层垂直切变风的高层辐散流场有关;最后讨论了雨量中心附近区域低层对流涡度矢量(CVV)垂直分量的发展条件及其与降水的关系。     

中尺度对流系统内β尺度双雨带不稳定机制及锋生对比分析

利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,分析造成2016年6月1—2日重庆地区暴雨天气过程的MCS及内部2条β中尺度雨带的演变特征,并着重对比分析2条雨带锋区、锋生及不稳定机制的差异。结果表明:(1)此次暴雨天气过程由MCS造成,其内部有南、北2条β中尺度雨带,分别位于MCS南、北两侧TBB梯度大值区;(2)北雨带位于低层锋区内,是一条与锋面近于平行的中尺度雨带,而南雨带位于锋区前缘的高湿区和高能区中,对流性降水更强;(3)锋生函数各项对南北雨带锋生贡献有显著不同,北雨带以水平运动作用锋生为主,而南雨带则以垂直运动作用锋生为主,南北雨带锋生各项这种差异,与大气层结稳定度有关;(4)南北雨带不稳定机制有显著不同,南雨带为对流性不稳定机制,北雨带沿着锋面有向冷区倾斜的斜升气流发展,为对称不稳定机制。     

一次玉林地区漏报的强双雨带影响的过程分析

暖区暴雨一直是业务预报难点,而双雨带中的暖区暴雨预报更是难以把握。2016年4月19日20时至20日20时出现了一次很强的双雨带过程,业务值班漏报了其对玉林地区的影响(漏报玉林南雨带的暴雨、大暴雨量级)。通过对数值预报产品、NCEP 1°X 1°全球客观分析资料、常规气象资料、雷达资料等进行剖析,找出漏报的原因,结果如下:预报的500 hPa槽距本地较远、925 hPa辐合线不明显、雨量偏小,导致漏报玉林南雨带的暴雨、大暴雨量级;忽略了与冷温槽相配合的冷平流使高空槽加深的作用;上下游台站都误认为冷空气已入海,忽略了高压脊后部地面回流形势对玉林的影响;没有仔细分析暴雨前CAPE值,忽略了玉林周围已具备"上干下湿"的有利降水条件,易触发暴雨;边界层能量锋的锋生利于对流不稳定气团的抬升;低空急流为南雨带提供了源源不断的水汽输送,水汽通量大值区和水汽辐合区都集中在玉林,水汽补给充足,导致玉林普降暴雨。     

“莫拉克”台风螺旋雨带与水平涡度的关系

利用实况资料和WRF模拟资料,分析2009年8月6—10日"莫拉克"台风在台湾地区造成强降水过程中台风螺旋雨带与水平涡度的关系。结果表明:模式较好地模拟出了本次台风暴雨的发生发展过程。在7日00时—9日00时,台风外围有两条螺旋雨带,一支位于台湾的中部偏南,一支位于台湾的南部,暴雨主要位于这两支螺旋雨带上;暴雨出现在环流上升支附近,在中低层,雨带对应着较大的指向东的水平涡度,且随着水平涡度大值区移动而移动,显示出两者较密切的联系;水平涡度的大值区与垂直涡度的大值区也有较好的对应关系,存在水平涡度向垂直涡度的转化;水平涡度的旋度正值区对应上升运动区,其旋度的大值区对应强的螺旋雨带与降水。当水平涡度减小时,若水平涡度的旋度正值区存在,雨带仍然可以维持。     

江淮流域梅雨锋暴雨南北雨带干冷空气侵入作用的对比研究

对2007—2011年梅雨期江淮流域降水进行统计分析,确认此时段降水频次与降水量空间分布在淮河与长江中下游,形成两个分离的多降雨区。长江与淮河两分离雨带在盛行中尺度系统、空间结构、梅雨锋位置、水汽输送通道、暴雨落区、干冷气团入侵以及干冷动量南移等方面,均有各自特征。在主导高空环流下,更多低涡暴雨(77%)位于长江流域,更多辐合线暴雨(86%)发生在淮河流域,这些盛行的浅薄降水系统,造成梅雨暴雨雨强大、风速小的特征。长江流域低涡环流引导水汽输送来自南海与东海两地,因而暴雨范围更大,雨带更宽,而淮河流域辐合线主要水汽来源仅为南海。假相当位温表现的梅雨锋作为干冷空气的前缘,在淮河流域因辐合线结构垂直剖面陡峭,在长江流域因低涡环流,形成干冷和暖湿气团的层次叠加混合。在梅雨锋北侧,干冷空气从对流层中高层向下侵入,在淮河流域位置较长江流域偏高且狭窄。湿位涡垂直分布显示,暴雨区与湿位涡斜压项大于0的正涡度发展区对应。干冷动量中心的下传与湿位涡斜压项小于0对应,下传时向南移,其前缘对暴雨雨带位置有指示性;其南下速度,因纬度与密度差异,在淮河流域移速小于长江流域。     

江西汛期一次大暴雨过程湿位涡演变特征

利用自动气象站逐小时雨量资料和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,应用湿位涡理论,对2011年6月江西汛期一次大暴雨过程的湿位涡的演变特征进行分析,其中主要分析了正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)正负值范围以及其值的大小变化与暴雨强度、落区的关系。结果表明,此次大暴雨过程前期,以对流层低层的对流不稳定能量的释放为主。对流层低层MPV1<0,中高层MPV1>0,并且中高层有正值MPV1向低层输送,这样的高低空配置有利于低层对流不稳定能量的释放。低层MPV1等值线密集带零值线附近对应强降水中心区。此次大暴雨过程中后期,对流层中高层负值MPV2的绝对值和正值MPV1同时增大,其大值区南压,对流层中高层湿斜压性明显增强,使垂直涡度明显增大,同时伴随着对流层低层对流不稳定能量的释放,降水强度明显加强。从整个暴雨过程来看,暴雨落区的移动方向与对流层中高层MPV1正值区和MPV2负值区的移动方向一致,中高层湿斜压性的增强对暴雨增幅起了关键作用。     

"龙王"(LONGWANG)台风过程湿位涡的诊断分析

本文应用MM5V3中尺度数值模式对0519号台风“龙王”过程进行了数值模拟,利用模拟结果计算了台风过程湿位涡(Moist Potential Vorticity,MPV)的演变,从湿位涡的角度研究了台风过程大暴雨的产生机制。结果表明:倾斜涡度发展是“龙王”台风在福建沿海产生大暴雨的重要机制之一,湿位涡能够对暴雨落区的预报有较强的指示性作用,暴雨产生在θse线陡立的对流层中低层MPV1等值线密集带中零线附近,对流层中高层的MPV2负值区可以作为暖湿气流或涡旋活动的示踪;另外,对流层中高层中高纬度冷空气扩散南下与台风的东南暖湿空气在福建沿海交汇,加剧了气旋性涡度发展,对暴雨的发生发展也有巨大的作用。     

梅雨期高位涡源区及其传播过程

分析了气候平均意义下梅雨前期及期间东亚地区等熵位涡（isentropic potential vorticity,简称IPV）的源区和演变过程。结果表明:梅雨发生前,东亚地区对流层高层经向位涡梯度减弱,而后这里的IPV开始向南延伸出高值带,形成“舌区”。同期对流层低层,经向位涡梯度出现反向,与南边位涡梯度大值带形成经向偶极子型并伴随梅雨发生发展。梅雨期40°N,120°E附近对流层顶折叠处有明显的位涡输送和质量交换。用10~90 d带通滤波和超前相关追踪IPV异常源区和传播路径发现,345 K的IPV异常场和梅雨期前后降水异常的相关系数最大值出现在前者超前后者10 d左右,位置在贝加尔湖东侧,这里是影响梅雨期降水的位涡源区。其向南输送高位涡空气主要在梅雨发生前的6月10日左右,高位涡异常空气沿2 PVU等位涡面以东北—西南路径向南输送,在2 PVU面最陡峭处堆积,然后穿越物质面快速下沉侵入40°N以南,并在对流层呈扇状铺开。因而,贝加尔湖东侧可能是影响梅雨的主要冷空气源区,是梅雨降水中期预报的一个关键区。     

一次引发川东暴雨的西南涡特征分析

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料、自动站降水资料、0.1°×0.1°的FY-2E云顶亮温资料,对2013年6月29日至7月1日发生在四川东部的大暴雨过程进行分析,结合涡度收支方程重点分析了引发这次大暴雨的西南涡结构。结果表明：在西南低涡发生发展过程中,对低涡发展起直接作用的是水平辐合辐散项和水平平流项,低涡形成前水平辐合辐散项起主要贡献,低涡形成后水平平流项贡献增大,并在对流层中低层以正贡献为主,扭转项贡献最小,而垂直输送项在低涡形成前期以正贡献为主,低涡减弱阶段以负贡献为主;在西南低涡形成前期,对流层高层有位涡大值区向下传输至中层,中高层正位涡叠加在低层负位涡之上,有利于低层低涡的发展及不稳定能量的存储与释放,是低涡维持发展的重要因素。     

持续性冷涡暖锋暴雨成因及特征分析

利用常规观测资料、自动气象站降水量以及NCEP FNL再分析资料,对2019年8月6—8日一次持续性东北冷涡暴雨过程成因及特征进行诊断分析。结果表明:暖锋稳定维持在同一区域且不断锋生造成持续性暴雨。强降水出现在850 hPa锋区南侧,呈东西带状分布,暴雨与最大锋生区相对应。大气中层为弱对流不稳定,有利于强降水的维持。高层正位涡大值区向下层扩展,促使中低层涡度增加,在暖锋前形成正涡柱结构,在地面锋区上诱发出气旋性环流,有低压新生。锋区低层的强辐合区位于迎风坡,锋面辐合抬升和地形强迫抬升的共同作用,使低层强辐合区持续3 d维持在同一区域。冷涡东移减弱阶段,台风携带大量暖湿空气北上促使锋区北抬,强降水维持。冷涡新生和维持阶段,T_(850-500)≥25℃,K≥35℃,且有一定的对流有效位能,对暴雨的出现有较好的指示意义。暴雨区东边界的水汽输入最为关键,占到整个水汽输入总量的一半,尽管南边界的总水汽输入量不大,但集中出现在第一个暴雨日,是6日暴雨过程主要水汽贡献者。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS OF ASYMMETRIC SPIRAL RAINBANDS AROUND THE LANDING OF TYPHOON HAITANG (2005)

By using WRF mesoscale model, this paper carries out a numerical simulation and diagnostic analysis of the structural characteristics of the asymmetric spiral rain bands around the landing of Typhoon Haitang during the period of July 19 to 20, 2005. The result indicated that the two rainbands associated with the precipitation centre was mainly located northeast of the typhoon centre. The movement and intensity of the southern rainband corresponded well with the 850-hPa positive vorticity band from 0200 to 1800 UTC July 19, 2005. Under the effect of cyclonic circulation, the positive vorticity band at 850 hPa connected with a southern rain band, leading to the intensification of rainfall in the southern centre of the precipitation. The southward rainband gradually moved toward and then merges with the northward one, strengthening the rainfall in the northern centre of the precipitation. Besides, the relationship between the heavy rainfall and the divergence field of vertical shear wind in the high altitude is analyzed. Finally, the relationship is revealed between the development of the vertical component of convective vorticity vector and the rainfall near the two centres of precipitation in the low altitude.     

一次冬季暴雨过程中的锋生和条件对称不稳定分析

基于观测资料和NCEP再分析资料,并结合中尺度数值模拟,对2012年1月14—15日我国江南和华南冬季暴雨过程中的锋生与条件对称不稳定(conditional symmetric instablility,CSI)进行诊断分析。结果表明,南支锋区上短波槽东移配合低层冷空气活动,在江南南部到华南地区形成了明显的锋生过程,构成了有利于暴雨过程的天气尺度环流背景;来自孟加拉湾异常充沛的水汽输送形成了冷季暴雨所必须的水汽条件,异常强盛的高空急流人口区右侧的强辐散区也有利于暴雨的形成。在降水过程中锋面附近有多条中尺度雨带活动,锋生函数分析表明,14日夜间广西境内锋生明显增强,在潜热释放的影响下CSI开始发展,相应的锋生次级环流也有所发展,锋前暖区中的上升运动随之增强,导致广西北部形成较强的中尺度降雨带。分析表明,锋生次级环流和CSI实质是锋面次级环流方程(Sawyer-Elissen方程)在不同稳定性条件下的解,锋生强迫环流的性质可由湿位涡作为等价判据进行分析。     

一次副高控制下的江西暴雨过程模拟分析

利用WRF数值模式输出的高分辨率模式资料,对2010年7月14—15日江西出现的一次副高控制下的暴雨过程进行了分析。结果表明,此次暴雨过程同样也存在充沛的水汽输送,比湿、水汽通量散度基本都达到江西暴雨的阈值;暴雨区以北能量锋区密集,梯度达到12 K/纬距,大暴雨出现在强能量锋区南缘的高能量舌中;干冷气流侵入地面暖槽,地面扰动有利于强不稳定能量的释放,激发中尺度对流系统发展;强降水发生在切变线附近的西南气流中,并且强降水发生时中低层为一致的上升运动;低层辐合、高层辐散的抽吸作用对上升运动的维持十分有利;300 hPa层以下有正涡度柱存在,在其两侧有下沉气流,并有次级环流存在。     

鄂东一次大暴雨过程的成因分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图TBB资料和逐小时地面降水资料对2012年7月12~13日发生在湖北东部地区一次大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1)在华北横槽转竖带动冷空气南下的过程中,中低层有中尺度低涡的发生发展,中尺度低涡的稳定维持与副高外围西南暖湿气流共同作用,导致了这次强降雨的发生。(2)鄂东强降水主要由两个中尺度暴雨云团影响,前一个暴雨云团为MCC,受副高外围西南气流向偏东方向移动,后一个暴雨云团受冷空气影响向东南方向移动。(3)低层露点锋与本次强降水天气过程的发生发展有较好的对应,锋区北侧偏北气流穿越露点锋,使得低层气旋式涡度增大、辐合加强。(4)本次过程干湿空气的相互作用形成能量锋区,锋区的维持和加强导致了强降水的发生。      

2018年台风温比亚的强对流螺旋雨带观测特征分析

利用中央气象台中尺度地面降水观测资料、气象雷达观测资料和NCEP FNL资料,以及中国气象局上海台风研究所台风最佳路径资料,研究了2018年台风温比亚深入内陆后造成华东地区强降水的雨带结构和演变特征及天气尺度背景环境。结果表明:“温比亚”登陆后的雨带在皖豫鲁交界和山东中南部两度表现为多条短螺旋雨带合并发展为单一长雨带的特征;雨带的维持和形态演变主要是“温比亚”台风环流和强度维持及其与副热带高压的停滞西伸加强的相互作用决定的;由于低层垂直风切变的加强,两条长雨带分别在其起端的安徽北部和山东南部两度表现出显著的对流特征,并都伴有龙卷的发生。     

登陆北上山东台风暴雨非对称分布的成因对比分析

应用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,选取登陆北上山东地点相近但暴雨落区分别位于台风中心西北侧和东北侧的两个台风,分析暴雨落区相对台风中心非对称分布的成因。结果表明：台风进入中纬度以后,0421号台风“海马”位于高空深槽前,与西风槽相互作用,西风槽携带的冷空气从西北侧侵入台风环流,产生湿斜压锋区强迫抬升、冷暖空气交绥、水汽辐合等因素造成暴雨,暴雨趋于出现在台风中心的西北侧,为高比湿舌前方、较强水汽辐合区与相当位温密集区叠加的区域;而0509号台风“麦莎”与副热带高压相互作用,引起涡度及涡度平流的非对称改变,暴雨区与500 hPa正涡度区或正涡度平流相对应,暴雨趋于出现在台风中心的东北侧,为强正涡度平流区与水汽辐合叠加的区域。     

8月柳州一次副高影响下的持续性大暴雨过程分析

利用常规观测资料、区域自动站雨量资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及国家气候中心的副高指数资料,分析2017年8月9~15日柳州北部的持续性大暴雨到特大暴雨天气过程。结果表明:这次连续降雨过程可分为副高稳定且高原小波动东移、副高西进且切变线北抬、华北槽南压且副高东退三个阶段。第一阶段,波动引导干冷空气侵入,低层暖湿空气加大,θ_se锋区增强,边界层辐合抬升触发暴雨,低层风速辐合为增强机制;强降水发生在锋区南侧西南气流加强过程中,落区稳定,集中在柳州北三县,局地性强,傍晚加强,白天减弱,与高原波动频率一致。第二阶段,副高加强西伸,广西整层转为西南急流,桂北处于急流轴附近,垂直运动存在高低两个中心;桂北处于高温高湿的不稳定层结中,中层受副高下沉气流影响,低层暖湿不稳定能量集聚,当近地层超低空急流加强,急流轴北推时,其左侧的气旋性切变和风速辐合抬升触发暴雨,不稳定能量释放过程中使得高低层两个垂直运动中心打通,上升运动进一步加强;其强降雨落区南界北收到三江融水交界,雨强更大,暴雨成片,无时间间歇。第三阶段,前期副高控制让桂北集聚了大量的暖湿不稳定能量,随着华北槽的东移,中高层干冷空气叠加在高温高湿的不稳定气流之上,随低层切变线南压进入广西,低层强烈的辐合抬升触发强降雨,中高层干侵入对降雨有增强作用,强降雨落区随着副高东退从桂北逐渐南压到桂南,其强度、范围和累计雨量均为最大。      

一次多弓状中尺度雨带的成因机理及其与水平涡度的关系

用WRF中尺度数值模式、NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达观测资料等,对2018年5月5日发生在我国华中地区的一次多弓状雨带降水过程的形成机理及其与水平涡度的关系进行分析发现:雨带发生在切变线南侧的西南气流中,多弓状雨带出现前,大尺度高低层气旋式曲率的水平涡度和对流有效位能为降水提供了有利于上升运动的背景场。弓状雨带最初形成在对流不稳定和低层气流辐合条件下,局地强降水引发的下沉运动使中低层大风出现,大风中心南侧反气旋式的环流与背景场中的西南气流汇合构成了短波槽,尾部雨带出现在短波槽中,弓状头部生成于北侧的气旋式风场切变中,大风中心相较南北两侧更快的移速使雨带中部向前侧凸起。流场上的短波槽发生在700 hPa以下,在西南气流的背景场下,该槽向前后两侧的双向传播是多弓状雨带形成的重要触发因子。中尺度弓状雨带附近低层的水平涡度在强盛期、减弱期和消散期有着明显不同的结构特征;而在高层,雨带发展时和强盛期都为气旋式水平涡度控制,减弱期多为反气旋式水平涡度控制。      

一次桂北暴雨过程中低涡的发展维持机制

利用常规观测、卫星数据及ERA5再分析数据,从动力和热力角度对引发2020年5月24-25日广西北部暴雨过程的低涡发展维持机制进行了诊断分析。结果表明：低涡在滇黔桂交界一带生成,随后逐渐发展东移,对流云团及降水落区主要分布在低涡东侧及南侧。涡度方程诊断表明,低涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响。水平风场对涡度的输送使得局地涡度减小,而水平风场的辐合效应使得局地涡度增大。将原始风场分解为地转风和非地转风分量后发现,非地转风分量主导了局地涡度的变化,非地转风水平散度项正贡献最大,扭转项次之,两者是造成低涡发展维持的主要原因。在热力作用方面,低涡发展移动过程中对流层中层附近的潜热加热正反馈也有利于低层低涡的发展维持。