一次特大沙尘暴成因的卫星云图分析

运用1小时间隔的GMS-4数字展宽红外资料和部分常规气象资料,分析了1993年5月5日下午至夜间发生在甘肃和宁夏等省(区)部分地区罕见的特大沙尘暴的形成原因。结果指出,这场特大沙尘暴主要由强冷锋前部的中尺度对流系统(MCS)及其伴随的飑线造成的。它们的移动大体与地面强冷锋及700～500hPa间的平均气流方向一致。最后对此MCS及其伴随的飑线的可预报性问题作了简要讨论。     

一条弱静止锋上对流系统发生过程的中尺度特征

使用常规观测资料和FY-2E卫星云图、自动气象站和雷达等非常规观测资料,对2010年6月8—9日广西境内一条弱准静止锋上的2个中尺度对流系统发生发展过程,分析地面中尺度变压场、温度场、湿度场、流场、卫星云图和雷达回波等的中尺度系统的配置和特征。研究表明:(1) 当弱冷空气以扩散方式南下,准静止锋移入桂北后锋生加强,暖湿空气在准静止锋前中尺度负变压槽中辐合,湿舌从北部湾伸到辐合区内;(2) 准静止锋在桂中与湿舌相遇,锋面抬升触发深对流形成了第1个中尺度对流系统;(3) 随着“滇东南-桂西”低空低涡的发展,低涡东侧气流变化致使“北部湾-桂中”湿舌转向为“北部湾-桂西”,准静止锋在桂西与湿舌相遇触发了第2个中尺度对流系统。(4) 2个中尺度对流系统都是锋面抬升暖湿空气触发深对流而形成的,触发机制相同;(5) 2个中尺度对流系统都是在中尺度负变压槽中发生,中尺度负变压槽的形成或加强超前于中尺度对流系统发生约2～3小时。最后,给出了中尺度对流系统发生过程的概念模型。      

一次MCC红外云图演变特征及成因分析

利用FY-2E红外云图及TBB资料,结合环境形势及物理量,对2011年8月15日夜间发生在河北南部和山东北部的强降水过程进行了分析。结果表明,冷锋触发的云团与地面中尺度辐合线触发的云团合并形成MCC:冷锋触发对流云团,云团脱离冷锋东移、发展、加强,形成MβCCS;MβCCS前侧有对流云团沿地面中尺度辐合线生成、发展、少动,与冷锋触发形成的MβCCS合并发展,形成MCC。MCC系统维持阶段,其西侧有新的对流云团生成,合并到MCC主体,使其向低压中心一侧发展。小时强降水并不是产生在MCC云团的冷中心,而是基本产生在TBB冷中心的西侧,实测小时强降水发生在MCC形成前2个小时以及发展成熟阶段的前4个小时之内,MCC减弱阶段的降水量明显减小。MCC成熟阶段,TBB基本维持在-73℃以下,最低达-78℃。华北南部上空明显的上升运动及低层强的正涡度区为强降水的产生提供了动力条件。低空东北气流及低空西南气流在华北南部形成辐合,超低空东北急流和超低空西南急流的形成与维持使得辐合进一步加强,维持强的辐合上升运动导致了强降水形成。     

一次大暴雨过程的中尺度特征分析

利用天气图、雨量、GMS IR卫星云图、雷达回波、物理量等资料,对2003年5月16～17日福建省中部、南部地区出现的一次大暴雨过程的中尺度特征作了详细分析.结果表明,每一次暴雨过程是由几个中尺度暴雨组成,而每一个中尺度暴雨又是由一个或多个中尺度对流云团影响造成的;大尺度水汽、动力条件是暴雨产生的必要条件,中尺度暴雨常出现在水汽通量辐合中心和强上升运动中心附近或其移动方向一侧的等值线密集区;40 dBz以上的强回波预示当地将出现一次强降水过程;这次过程回波发展高度不高,特别是回波强中心高度不高,没有出现雷雨大风和冰雹天气,强对流只以打雷和强降水表现;中尺度暴雨常出现在零径向速度附近及其折角处.     

阿克苏地区一次强对流天气卫星云图及雷达特征分析

利用常规气象资料、FY-2F/G云图和CINRAD/CC雷达等资料对2016年7月8日阿克苏地区强对流天气的卫星云图及雷达特征进行了分析。结果表明:(1)锋区短波配合中层湿冷、低层干暖的大气层结,加之中低层较大的垂直风切变及地面中尺度触发(辐合线、干线)机制,有利于对流系统的生成、发展及维持;(2)探空物理量表现出一定的短时大风、冰雹等对流天气潜势;(3)V型云、楔形云、弧状云线、下风方向卷云羽及上冲云顶、褶皱及暗影表明对流云垂直发展高,垂直风切变大、上升气流强;(4)水汽云图上,头边界西南侧有晴空大气湍流发生,对流云沿干湿空气边界不断发展合并,最强天气出现TBB亮温梯度大值区;(5)影响温宿县、柯坪县产生大风的系统分别为脉冲风暴和阵风锋;(6)雷达图上表现出了三体散射、弱回波区、强回波偏移、径向速度辐合等特征。     

华南沿海一次暖区特大暴雨的对流特征和发展机制分析

2017年6月22日华南沿海经历了一次罕见的极端降雨事件(24 h最大累计雨量562.5 mm),刷新了当地多项历史雨量纪录。使用NCEP/NCAR再分析数据和多源观测数据,分析了这次降雨过程的天气背景、天气尺度触发和维持机制、中尺度环流的演变及雷达特征等。结果表明:这次极端降雨发生在暖湿偏南气流中,双低空急流相互配合产生的上升运动是此次暴雨主要的天气尺度触发机制,其中边界层急流的建立也为雨区提供了有利不稳定能量和水汽条件,整个降雨过程随着双低空急流结构配合的减弱而结束。降雨形成较弱的冷池出流边界在锦江南侧和岗美东南侧原地少动,并不断激发新生对流,使得对流云团在锦江和岗美地区准静止,从而产生极端累计降雨量。整个降雨过程中对流结构表现出低质心的结构特点,对流成熟阶段锦江和岗美地区近地面平均雨滴粒径较为接近,锦江降雨效率高于岗美主要体现在更加密集的雨滴数量上。     

鲁北一次前倾槽引发的局地暴雨成因浅析

通过对常规气象资料、卫星云图和多普勒雷达资料的分析，指出当高空槽超前于地面冷锋，在高空槽附近不稳定能量积累的背景下，生成的后移动的中尺度系统，是造成鲁北2000年7月22日暴雨的原因。     

一次MCC的云图特征及成因分析

使用风云2号红外云图和TBB资料、 多要素自动气象站资料及NECP 1°×1°再分析资料, 对造成河北中部区域性暴雨的MCC云图特征、 天气尺度环境场和动力特征等进行了分析。结果表明, 构成MCC的α中尺度对流云团, 在其成熟时期, 在均匀的α中尺度砧状系统中仍有2~3个β中尺度的对流活动; MCC发生、 发展在对流层中层的短波槽、 高低空急流有利配置以及大气层结为中性或弱对流不稳定的环境条件下, 暖湿平流成为其发生、 发展的主要强迫因子; MCC形成阶段, 中层出现暖中心并且气旋性涡度增大, 辐合辐散运动随高度交替出现, 量级相当, 上升运动的层次较厚。     

东北地区中尺度对流复合体的卫星云图特征

通过１０年（１９８３－１９９２年）卫星云图资料的分析，综合归纳了东北地区中尺度对流复合体（ＮＭＣＣ）的基本特征及其发展演变过程，由于受地理条件的影响，ＮＭＣＣ与美国大平原以及我国西北和华北平原上的ＭＣＣ有明显差别，作为一类特殊的对流性天气系统，ＮＭＣＣ与一般中尺度对流云图特征有明显差异。     

江西北部一次局地大暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、区域加密自动站资料、GPS-PWV数据和NCEP 1°×1°再分析资料等,对2012年8月21日南昌短时大暴雨过程(8·21南昌大暴雨)进行分析,重点讨论了局地大暴雨的形成原因。结果表明:中纬度低压槽、东北方副高和东南方热带系统三者鼎立,致使江西北部聚集了高能量的不稳定大气,并在南昌附近产生局地强对流运动,导致了江西北部局地大暴雨的产生;地形抬升是8·21南昌大暴雨的直接诱因,由于梅岭山脉抬升作用,使不稳定大气上升到其自由对流高度以上,在梅岭山脉附近发展成中尺度气旋,气旋沿冷暖空气所形成的中尺度辐合线移到南昌市区附近,并在此地维持了3h;8·21南昌大暴雨是由多个强或特强的中小尺度降雨中心组成的,地面中尺度气旋、高CAPE值、高θ_(se)、强的水汽辐合等因素使得MCS得以长时间维持,使得中小尺度降雨中心在南昌市周边源源不断地生成发展。总结(8·21南昌大暴雨)流型配置,以此构造出这种弱西南气流条件下的预报概念模型,可以为预报员捕捉到此类局地大暴雨天气提供技术指导。     

黄河下游春季一次MαCS暴雨过程的综合分析

20 0 3年 4月 17日 ,山东省济南地区出现罕见的春季大暴雨过程。卫星云图表明它是由α中尺度对流系统(MαCS)两次连续发展造成的。天气分析结果显示 ,4月中旬这次黄河流域MαCS的发生条件和MCC多发期的盛夏 ( 7,8月份 )相同 ,也产生在大尺度的暖脊中 ,并且有西南风低空急流向MαCS发生区输送暖湿空气。这种条件的出现是和该年春季西太平洋副热带高压异常偏北相关联的。雷达回波分析表明 ,和强对流型风暴相似 ,在MαCS的前沿也存在一条狭窄的对流性强降水带。红外云图黑体辐射温度 (TBB)分析表明 ,这条对流性回波带是和冷云盖的TBB强梯度带或TBB≤ -72℃的特别高耸的云顶相配合。进一步分析还表明 ,MαCS的第 2次发展与来自东面黄、渤海海区强大的低层冷空气回流有关 ,行星边界层风场明显的偏北风、偏南风和偏东风 3股气流结构使得济南附近的辐合特别强 ,导致第 2阶段的雨强更大。低层冷空气的侵入 ,可能是春季MαCS发生条件和流场结构上有别于夏季MCC的独特性。     

华南雷暴大风天气的环境条件分布特征

利用中国气象局提供的观测资料研究了2010—2014年华南雷暴大风和普通雷暴的空间分布特征,并将华南春夏两季雷暴大风和普通雷暴的大尺度环境条件进行对比。结果表明:研究的华南区域08—20时(北京时)夏季雷暴大风略多于春季,而普通雷暴夏季样本数约为春季的3.6倍,雷暴大风主要发生在粤西到珠江三角洲地区。相比于普通雷暴,雷暴大风天气发生的环境条件具有更强的条件性不稳定,斜压性和动力强迫更强。春季雷暴大风发生时环境中的大气可降水量和中高层湿度均比普通雷暴更大,而夏季反之。华南春季雷暴动力条件明显优于夏季,而夏季热力强迫的作用大于春季。     

一个长生命期准静止中尺度对流系统的观测特征及其持续的环境条件

2010年5月31日至6月1日华南特大暴雨过程经历了三次集中降水期,共有4次MCS（Mesoscale Convective Systems）演变过程,其中一个TL/AS MCS（Training Line/Adjoining Stratiform Mesoscale Convective System,邻接层状单向发展的中尺度对流系统）在广西壮族自治区中部准静止地维持了10多个小时,导致了多个观测站出现极端强降水。用观测资料和数值模拟结果重点探讨了该TL/AS MCS的观测特征及其发展持续的环境条件。结果表明,准静止TL/AS MCS发展在一个高空强辐散、低空气旋性汇合环流的天气尺度环境中,TL/AS MCS维持期间热力环境特征表现为对流层中低层持续高湿近饱和态、偏中性层结、合适的对流有效位能和极小的对流抑制能量。在对流层中低层,低空急流的加强发展维持与对流层中层相对弱的环境风形成了风垂直切变随高度呈现强逆转,近地层风垂直切变垂直于对流线的分量大,而在中层风垂直切变平行于对流线的分量占绝对优势,风切变特征可能是TL/AS MCS 准静止的原因;低空急流和中层环流的相互作用、对流层动力和热力条件有利于强上升运动的长时间维持与发展,不断触发新对流从而组织成一个长生命期准静止的TL/AS MCS     

近16年暖季青藏高原东部两类中尺度对流系统（MCS）的统计特征

利用日本高知大学提供的逐小时分辨率静止卫星云顶黑体亮温（TBB）资料,使用模式匹配算法对2000～2016年（2005年除外）暖季（5～9月）青藏高原东部的两类中尺度对流系统（MCS）进行了识别和追踪,并利用人工验证订正了结果。基于此,利用NOAA的CMORPH（Climate Prediction Center Morphing）降水资料和NCEP的CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析资料对高原东部两类MCS进行了统计和对比研究。研究发现,7月和8月是高原东部MCS生成最活跃的季节,然而,此两个月能够东移出高原MCS的比例最小;5月虽然MCS生成数最少,但是移出率高达近40%。对比表明,能够东移出高原的MCS（V-MCS）比不能移出的MCS（N-MCS）生命史更长,触发更早,短生命史个例占比更低。暖季各个月份,相比于N-MCS,V-MCS的对流更旺盛且发展更快,然而,由于其发生频数远低于N-MCS,总体而言,V-MCS对高原东部的降水贡献率仅为15%左右,是N-MCS相应数值的一半左右。高原东部两类MCS的环流特征差异显著,有利于V-MCS发生、维持和东移的因子主要位于对流层中低层（西风带短波槽、西风引导气流、低层风场切变）,而在对流层高层,N-MCS拥有更好的高空辐散条件（其对应的南亚高压更强）。     

我国南方地区的中尺度对流复合体

根据日本GMS资料和部分常规资料,对我国南方地区春末夏初的10个中尺度对流复合体(MCCs)做了分析。它们的基本特征与美国MCC相近。它们主要活动在夜间,一般在山地背风一侧斜坡上或坡底附近形成;并在对流层中低层中低纬度地区几个天气系统的迭加处获得发展;向东偏南方向移动,与700～500 hPa之间的平均气流方向大体一致,冷云罩面积约为1.4×105 km2,比美洲的(2～3×105 km2)略小;持续时间为12小时左右,比美洲的(10小时)稍长。云区形状呈椭圆形,但偏心率≥0.6。云顶最低温度一般在-86℃以下,出现在冷云罩面积达到最大之前4～6小时。     

江苏一次锢囚状MCS和相关中涡旋MCV的观测分析

利用常规地面和高空气象观测资料,结合气象卫星云图和雷达回波,分析了2009年6月14日15—23时(北京时,下同),造成江苏强对流天气的一个中尺度对流系统(MCS)的锢囚状特征的形成过程及其垂直结构。地面中尺度分析表明,雷暴高压东侧在飑前倒槽北端发展的闭合低压环流的东南气流将暖湿空气输送到冷性雷暴高压的北侧形成东南一西北向的暖舌,从而形成锢囚状的结构。长三角探空网资料的垂直结构分析表明,在对流层下部地面到850 hPa为冷性的雷暴高压,在对流层中部700 hPa为冷性的α中尺度涡旋(MCV),而500 hPa已转变为暖性的MCV。静力学关系可以说明MCV仅仅存在于700~500 hPa的原因和MCS下冷上暖的热力结构密切相关。     

2007年夏季川渝与江淮流域MCS分布与日变化特征

2007年夏季川渝地区及江淮流域持续性降水、极端强降水和强对流事件频发.利用强暴雨发生时段2007年6月28日至7月26日逐时FY-2C红外TBB资料对这两个地区及周边区域(25°～38°N、100°～130°E)进行普查,共获得570个生命史≥3小时的中尺度对流系统(MCS).MCS的定义为-52℃ TBB闭合等值线内TBB≤-52℃的面积≥400km~2,不区分形状与生命史.MCS识别由计算机自动完成,MCS追踪由人工完成.普查结果发现,云南西北部至四川西部、四川东部与重庆、云贵高原东部和广西北部山区至洞庭湖、淮河流域四个区域是MCS活跃区,但淮河流域又有三个波动状MCS活跃中心.普查区域内总体MCS和川渝地区活动最频繁的MCS持续时间为3～7小时,但江淮流域活动最频繁的MCS生命史为4～9小时.按时间尺度将570个MCS分成三类,第一类MCS生命史3～5小时,第二类MCS生命史6～11小时,第三类MCS生命史≥12小时.三类MCS的地理分布特征及触发机制各不相同:第一、二类MCS在西太平洋副高平均位置的内、外侧都有发生,它们的发生、发展及移动受中尺度因素影响明显,可能与地形、中尺度辐合线等有关;第三类MCS发生在西太平洋副热带高压平均位置的外侧,其发生、发展及移动路径受天气尺度环境控制因素显著.三类MCS日变化具有明显不同的日变化特征.三类MCS的形成高峰都出现在午后.第一类MCS无显著的夜发性特征,第二、三类MCS有较显著的夜发性特征.第一、二类MCS在午后最活跃,但第三类MCS活动最活跃时段在下半夜(18UTC).川渝地区和江淮流域的MCS都具有多峰型日变化特征,但二者的活跃时段有所不同.本文还给出了2个引发强降水的MCS典型个例及1个长生命史MCS演变特征.     

EFFECTS OF CONDENSATION HEATING AND SURFACE FLUXES ON THE DEVELOPMENT OF A SOUTH CHINA MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEM (MCS)

A sensitive numerical simulation study is carried out to investigate the effects of condensation heating and surface fluxes on the development of a South China MCS that occurred during 23 – 24 May 1998. The results reveal the following: (1) Condensation heating plays an important role in the development of MCS. In every different stage, without condensation heating, MCS precipitation is significantly reduced, and quickly dissipates. (2) Condensation heating demonstrates most importantly during the early development stages of MCS vortex; as the vortex develops stronger, the condensation heating effects reduces. (3) By affecting the MCS development processes, condensation heating also influences the formation of MCS mesoscale environment structure features such as low-level jet (mLLJ), upper-level divergence. (4) By changing the antecedent environmental circulation, the surface fluxes also play an important role in the development of MCS. Because of the surface heating, pressure declines over the heavy rainfall and MCS happening regions, which results in the intensification of southerly flows from the ocean along the South China coastline areas, and leads to the enhancement of horizontal convergence and increase of vapor amount in the lower layer. All of these make the atmosphere more unstable and more favorable for the convection.     

2010-07-23陕西中西部大暴雨天气诊断分析

分析结果表明：①山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成、发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个B中尺度对流云团发生、发展、合并形成,β中尺度对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随副高的南压而南压。②副高西进北抬背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5880gpm边缘弱的斜压环境里,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5840gpm边缘较强的斜压环境里,高层则出现在急流人口区的右侧。③MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌、暖温结构更深厚。④南部MCC影响区及5880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在北部一般暴雨云团影响区及5840gpm线附近。一般暴雨云团影响下比MCC影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。⑤山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋的南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对0811暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.