台风倒槽内β中尺度低涡及特大暴雨的数值模拟

对 2 0 0 1年 7月 6～ 7日上海嘉定特大暴雨及β中尺度低涡进行大、中尺度分析 ,认为特大暴雨是在西太平洋副热带高压的西北侧、北部西风槽与南部台风倒槽相连的形势下形成的。利用改进的区域 η坐标模式 (REM)对这一过程进行了数值模拟 ,发现降水先于 β中尺度低涡形成 ,强降水是在“风速偶”之间的强辐合作用下触发的。探讨了“风速偶”特别是弱风中心形成的原因。根据模式输出的高时空分辨率物理量场对 β中尺度低涡与特大暴雨的形成进行分析 ,探讨了它们形成的机制 ,结果表明 β中尺度低涡的形成是由于强降水使气柱增暖加强了低空原有的正涡度的情况下形成的 ,低涡与降水存在正反馈机制 ,CISK机制可能是十分重要的     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

2003年天气气候异常灾害机理的定量分析Ⅰ——夏季淮河流域洪涝和南方酷暑

利用PSU／NCAR MM5V3非静力数值模式对1999年8月11～12日由变性台风引发的山东特大暴雨过程进行了较为成功的数值模拟。用模式输出资料,根据位涡理论探讨了这次特大暴雨天气发生、发展的动力学机制。结果表明：西风带弱冷空气侵入台风环流,触发不稳定能量释放是这次特大暴雨形成的重要原因;应用位涡守恒原理能较好地解释特大暴雨和中尺度低涡发生发展的原因,对流层高层位涡扰动是影响中尺度低涡和特大暴雨发生发展的重要因素;345K湿等熵面上风场和气压场的分布揭示了东南暖湿空气沿等熵面爬升与扩散的冷空气相遇,对流强烈发展,产生特大暴雨的物理机制。     

西南地区东部一次大暴雨的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5V3 5对2007年5月23-25日发生在贵州的一次大暴雨过程进行48 h的数值模拟研究,并结合天气形势、雷达回波和卫星云图演变对此次过程进行分析.结果表明:模式较成功地模拟了这次强降水过程,模拟出了暴雨的强度、位置以及随时间的变化.导致这次大暴雨发生的主要影响系统是中尺度低涡,它的稳定维持是暴雨产生的主要原因.中尺度系统的发展、增强、减弱,主要由低层的正涡度产生.高层辐散、低层辐合、强烈的垂直上升运动是大暴雨天气维持和发展的可能机制之一,强降水与强烈的上升运动区和正涡度区有很好的对应关系.     

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24-25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水.另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值.     

对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析

利用中尺度模式WRF对台风卡努模拟所输出的高分辨率资料,借助等熵位涡及湿位涡的方法进行诊断分析,揭示台风暴雨过程中的中尺度系统演变特征以及探讨台风暴雨发展与维持的机制.结果表明:等熵面位涡图的分析清楚地揭示了台风低压及周边环境的位涡演变特征.暴雨区落在低层等熵面位涡高值中心的东北侧,或者在高层等熵面位涡高值中心右侧最大位涡梯度处;等位温面向正位涡异常中心收拢,高层的高位涡值下传,高位涡的干冷空气加强了低层的扰动,引起低层暖空气的抬升,这些条件促使对流不稳定能量与潜热能的释放,有利于暴雨增幅;条件性对称不稳定与对流不稳定是此次台风暴雨发展与维持的重要机制,暴雨区内中尺度系统的发展符合倾斜涡度发展理论.     

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。     

由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程研究

2004年8月26-28日发生在山东省的大到暴雨过程主要是由"艾莉"台风减弱的低压和西风带冷空气远距离相互作用造成的,台风倒槽的发展与低空东南气流的加强及台风低压外围热量和动量的向北输送密切相关.采用双向三重嵌套网格非静力模式MM5对这一过程进行了数值模拟,研究了台风倒槽的中尺度结构特征,并通过涡度收支探讨了台风倒槽及中尺度低涡发生发展的物理过程.结果表明,强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发的,台风倒槽的增强和中尺度低涡的形成是低空急流及其动力作用的结果,降水的非绝热加热也起着重要作用.涡度方程的收支诊断表明,对流层低层的散度项、对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者,在同一等压面上散度项和水平平流项的作用是相反的.对流层中层铅直输送项的贡献为正,扭转项为负贡献,涡度变化的总趋势是它们相互作用的净结果.等压面上相对涡度的变化趋势并不是均匀的,中尺度低涡的东南象限相对涡度局地变化较强,这是强降水发生在此的重要原因.低层正涡度的增加是由水平辐合引起的,而高层正涡度的增加是涡度由低层向高层垂直输送的结果.因此台风倒槽的发展和中尺度低涡的形成主要是由于低层的涡度制造,另一方面来自中低层涡度的垂直输送.     

一次西南低涡特大暴雨过程的中尺度特征分析

针对西南低涡诱发的2007年7月9日川南特大暴雨个例,采用Barnes带通滤波和非平衡动力强迫的中尺度特征分析方法,对特大暴雨过程中西南低涡内的中尺度系统活动特征进行分析.结果得出:特大暴雨过程中西南低涡内存在着一个向西南倾斜的、深厚的中-β尺度低涡,具有低层辐合、高层辐散的暴雨典型垂直结构.在特大暴雨天气过程中对流层中低层中尺度辐合和高层中尺度辐散呈现出一种先逐渐加强然后逐渐减弱的演变规律,并且特大暴雨区逐渐向中尺度低涡中心靠近.在特大暴雨发生的初始阶段,西南低涡内的大气运动已处于较强的非平衡状态,且越临近特大暴雨发生,低层U相似文献   

A Study on a Heavy Rainfall Event Triggered by an Inverted Typhoon Trough in Shandong Province

A heavy rainfall event that occurred in Shandong Province in 26 28 August 2004 was caused mainly by Typhoon Acre and cold air activities related to a westerly trough. The event was triggered by an inverted typhoon trough, which was closely associated with the intensification of the low-level southeasterly flow and the northward transport of heat and momentum in the periphery of the typhoon low. A numerical simulation of this event is performed using the nonhydrostatic mesoscale model MM5 with two-way interactive and triply-nested grids, and the structure of the inverted typhoon trough is studied. Furthermore, the formation and development mechanism of the inverted typhoon trough and a mesoscale vortex are discussed through a vorticity budget analysis. The results show that the heavy rainfall was induced by the strong convergence between the strong and weak winds within the inverted typhoon trough. Dynamic effects of the low-level jet and the diabatic heating of precipitation played an important role in the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex. The vorticity budget analysis suggests that the divergence term in the low troposphere, the horizontal advection term, and the convection term in the middle troposphere were main contributors to positive vorticity. Nonetheless, at the same pressure level, the effect of the divergence term and that of the adveetion term were opposite to each other. In the middle troposphere, the vertical transport term made a positive contribution while the tilting term made a negative contribution, and the total vorticity tendency was the net result of their counteractions. It is found that the change tendency of the relative vorticity was not uniform horizontally. A strong positive vorticity tendency occurred in the southeast of the mesoscale vortex, which is why the heavy rainfall was concentrated there. The increase of positive vorticity in the low （upper） troposphere was caused by horizontal convergence （upward transport of vorticity from the lower troposphere）. Therefore, the development of the inverted typhoon trough and the formation of the mesoscale vortex were mainly attributed to the vorticity generated in the low troposphere, and also the vertical transport of vorticity from the low and middle troposphere.     

鲁南一次锋面附近局地特大暴雨成因分析

利用美国新一代中尺度数值模式WRF对2005年9月2日发生在鲁南的一次局地特大暴雨过程进行了数值模拟,着重对此次暴雨的产生机制进行了分析.研究表明,台风倒槽顶部的高湿区是暴雨主要水汽来源;对流层低层辐合线在暴雨发生发展过程中起重要作用;锋面附近的小尺度扰动是造成暴雨的直接系统;对流层低层地形造成的绕流是暴雨重要的触发机制;南北两系统的相互对峙是造成特大暴雨的重要原因.     

“03.7”湘西北特大致洪暴雨的触发机制数值研究

利用常规、地面加密观测资料、GMS卫星云图和常德多普勒天气雷达资料, 结合MM5中尺度数值模式模拟结果对“ 03.7”湘西北特大致洪暴雨过程进行综合分析, 并探讨其可能的触发机制。研究表明: “03.7”湘西北特大暴雨与边界层内多个中尺度辐合扰动的移动和发展密切相关, 且伴随着中尺度雨团的强烈发展, 由此诱发的β-中尺度涡旋是此次特大暴雨过程的直接影响系统; 有组织的多单体风暴活动是张家界这一特大暴雨中心形成的主要原因; 等熵面上的位涡下滑和倾斜涡度的发展可能是导致β-中尺度气旋涡度急剧发展的重要因素; 低空急流扰动、对流层高层强辐散形成的抽吸作用以及湘西北特殊地形对此次暴雨过程有明显的触发和增幅作用。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟,分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用,并设置了升降地形敏感性试验。结果表明:数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度,台风大风区明显不对称分布,台风登陆后第一、四象限过境山区,其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带,水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动,动力条件极好,水汽输送带由近地面向对流层低层延展,山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡,强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心,是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%~50%,地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

江苏一次大暴雨过程的诊断与中尺度分析

利用FY-2E卫星TBB资料、加密自动气象站资料、多普勒雷达产品、NECP格点资料,对2010年7月12—13日发生在江苏沿江地区的一次大暴雨过程进行了诊断和中尺度分析。结果表明:此次大暴雨过程是在有利的大尺度环流形势稳定维持下发生的,强度大、中尺度特征非常明显;高空辐散低空辐合的有利配置和垂直螺旋度是此次暴雨过程的动力机制;非地转风和垂直环流圈的上升支气流触发了不稳定能量释放,激发了暴雨过程;正反环流圈不断地加强和补充暴雨所需的水汽和能量,使暴雨得以维持;10个中尺度雨团的频繁活动直接造成了此次暴雨。其中,起重要作用的是合并而成的A、B雨团,雨团的合并使雨区扩大、雨势更强、生命史更长;3个β-MCS是造成此次暴雨的中尺度对流系统,与雨团发展直接相联系的是≤-62℃,甚至≤-72℃的冷云盖。1号β-MCS影响时段内,由多个对流单体回波合并形成的块状对流回波。3号β-MCS影响时段内,对流单体回波合并后形成一条东西向带状回波,在径向速度场上则出现了逆风区特征。地面中尺度辐合系统与雨团的发生发展关系十分密切,且对雨团的发生发展具有一定的预示作用。     

引发暴雨天气的中尺度低涡的数值研究

2008年7月17—19日发生在山东的大到暴雨天气是由“海鸥”台风和副热带高压共同向山东输送水汽,与弱冷空气相互作用造成的。对流层低层的中尺度低涡是暴雨天气的直接制造者。利用常规观测资料和中尺度模式WRF（Weather Research and Forecasting）的模拟资料对该中尺度低涡的结构及形成机制进行了分析研究。结果表明,数值模拟可以清楚地捕捉到中尺度低涡东移过程中有新的涡旋中心形成,并与原来的涡旋中心合并的过程,而不是简单的沿切变线东移。中尺度低涡形成在增温增湿明显、上升运动为主的对流区内;中尺度低涡形成后其中心转为下沉运动,对流区东移,降水区位于低涡的东北和东南象限。中尺度低涡上空近地面层的冷池、600～400hPa的弱冷空气堆、900～850hPa的弱风区及高低空急流耦合发展是中尺度低涡形成和发展阶段的重要特征。中尺度低涡减弱阶段,下沉运动变强,低空急流和高空出流都明显减弱。涡度方程的收支表明,对流层低层的散度项、倾侧项及对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者。中低层的水平辐合、涡度由低层向高层的垂直输送都有利于中尺度低涡的形成和发展。倾侧项对中尺度低涡的形成也有重要贡献。中尺度低涡形成后期,低层辐合、高层辐散及垂直输送的减弱导致正涡度制造的减弱,从而使中尺度低涡减弱。     

湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的一种可能机制

根据暴雨中尺度系统发生时的大气运动特征,在绝热、无摩擦条件下,从湿斜压原始方程出发,考虑大气运动的涡度及散度演化不仅受动力场的制约,而且还受到热力场的约束,采用不同于传统研究涡度及散度方程的分析方法,导出了新形式的涡度及散度方程。在此基础上,分析了湿斜压大气中对流层中低层气流旋转与辐合持续增长的动力特征,初步揭示了湿斜压大气中暴雨中尺度系统发展的动力机制。     

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24～25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程.利用模式输出的高分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析.模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征.中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因.暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧.在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一.暴雨区与强烈上升运动区,正涡度区相对应.     

湖北一次大暴雨过程两个强降水时段的诊断分析与数值模拟

根据NCEP/NCAR再分析资料、常规观测和加密观测站资料以及FY-2C TBB资料,对2008年8月28-30日湖北暴雨过程两个强降水时段的大尺度环流背景和中尺度对流系统进行诊断分析。在此基础上,利用中尺度数值模式WRF的模拟结果对影响大暴雨过程两个强降水时段的中尺度对流系统和其他物理量场深入分析。结果表明：湖北大暴雨过程存在明显的两个降水增强阶段,它们发生与结束的时间近乎一致,并且第二阶段的强降水要比第一阶段强度更大;强降水第一阶段是由低涡切变与地面暖湿气流影响造成的,强降水第二阶段是由低涡切变、中低纬短波槽和地面冷空气共同影响造成的。两个强降水时段逐小时的降水与云团特征表明,雨团与云团的活动规律一致,其增幅均出现在晚上到凌晨时段。同时表明,β中尺度对流云团与此次暴雨过程关系密切;暖切变线自南向北影响第一时段降水增幅,西南涡中伸展出的冷切变线自西向东影响第二时段降水增幅,模式结果表明由冷切变线引起的第二时段降水增幅更大;两个强降水时段雨区上空均有较强的能量,强的水汽通量辐合贯穿整个降水过程,地面降水中心与其上空湿位涡大值中心有较好的对应关系。