华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。     

1011号台风“凡亚比”粤西暴雨二次加强过程的分析

为了能够深入了解1011号台风"凡亚比"粤西暴雨过程发生发展机制,采用天气学诊断方法、Ncep1°×1°再分析资料和观测降水资料对凡亚比登陆后在广东西部地区造成的两次暴雨过程进行了研究。通过初步诊断分析得到以下结论:粤西暴雨二次增强的主要原因是强冷空气侵入和水汽输送增加,二次增强过程偏南风主导的水汽条件造成了暴雨增强。假相当位温的垂直剖面显示暴雨主要发生在等值线密集陡峭的区域,等值线的斜率增加对暴雨二次增强有指示作用。湿位涡在暴雨区为上正下负的垂直分布形式,对流层上层高值位涡向下传递,高层干冷空气与低层暖湿气流交汇促使降水增加。     

2011年“7·3”特大暴雨天气过程诊断分析

为了更好的了解暴雨发生的机制且为未来预报奠定基础,需要对暴雨天气过程进行诊断分析.通过利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP逐6小时再分析资料,总结分析了成都地区2011年7月03至04日特大暴雨天气过程的环流背景和主要影响系统,并对相关物理量进行了诊断分析,结果表明:(1)这次降雨主要是在高空副高的突然加强西伸、低空西南急流的水汽输送和本地积聚的不稳定能量与弱冷空气侵入共同作用下产生的.(2)暴雨开始前,成都地区位于高空水汽通量散度梯度大值区北侧的辐散区.随着暴雨发展,水汽通量散度梯度区向北移动.(3)水汽通量散度正负临界值区和湿位涡对于本次降水落区的预报有较好的指示意义.在强降水区域,低层湿位涡的垂直正压项为明显的正值中心,斜压项为梯度大值区,斜压性很强.(4)风场在850hPa等压面和低层θe=325K(大约750hPa)等熵面上均表现为气旋式弯曲,有利于强降水的发生.     

2011年“7·3”特大暴雨天气过程诊断分析

为了更好的了解暴雨发生的机制且为未来预报奠定基础,需要对暴雨天气过程进行诊断分析.通过利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP逐6小时再分析资料,总结分析了成都地区2011年7月03至04日特大暴雨天气过程的环流背景和主要影响系统,并对相关物理量进行了诊断分析,结果表明:(1)这次降雨主要是在高空副高的突然加强西伸、低空西南急流的水汽输送和本地积聚的不稳定能量与弱冷空气侵入共同作用下产生的.(2)暴雨开始前,成都地区位于高空水汽通量散度梯度大值区北侧的辐散区.随着暴雨发展,水汽通量散度梯度区向北移动.(3)水汽通量散度正负临界值区和湿位涡对于本次降水落区的预报有较好的指示意义.在强降水区域,低层湿位涡的垂直正压项为明显的正值中心,斜压项为梯度大值区,斜压性很强.(4)风场在850hPa等压面和低层θe=325K(大约750hPa)等熵面上均表现为气旋式弯曲,有利于强降水的发生.     

重庆"9.5"特大暴雨的诊断分析

利用NCAR/NCEP逐日资料（一日4次）和北京大学物理学院大气科学系研制的客观分析诊断系统对2005年重庆“9．5”特大暴雨的成因进行了天气动力学诊断分析。结果表明：向南运动的高层北风急流下沉与低空急流上升支组成的西南低涡是本次特大暴雨的主要影响天气系统,“桑达”台风移动缓慢可能是造成此次特大暴雨的间接原因;特大暴雨出现在中低层辐合、高层辐散的正涡度中心下方和负涡度中心西侧;湿位涡高值带对应着降雨带,高值中心与暴雨中心基本吻合,对暴雨预报有指示意义。     

2011年7月陕西一次区域性暴雨过程分析

为了探索陕西区域性暴雨发生发展的机制,提高暴雨预报准确率,利用实况高空观测、自动站观测资料和NCEP1°×1°格点资料,采用天气学诊断方法,对2011年7月28日陕西区域性暴雨过程进行分析。结果表明:500hPa西风槽、西太平洋副热带高压、700hPa及其以下的切变是这次暴雨的主要影响系统,低层大风速带和南海台风的远距离作用是暴雨增幅的重要因子;暴雨区具有强的能量锋和对流不稳定,降水产生在850hPa温湿能等值线密集区偏高值一侧;水汽主要来源于孟加拉湾和南海台风外围;辐合、辐散中心下移是强降水即将发生的一个信号,850hPa以下出现比湿猛增现象对位于秦岭以北的渭河流域暴雨预报有一定指导意义。     

湘中一次大暴雨天气的综合诊断分析

利用NCEP的1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时TBB资料以及常规气象观测资料,对湘中地区2010年5月12-13日大暴雨过程的环流形势、物理量场以及中尺度系统进行综合分析,试图从多角度揭示这次大暴雨天气的成因。结果表明:高空南支槽,中低层切变以及地面冷空气是这次大暴雨天气过程的主要影响系统;低空急流作为暖湿气流的载体,为暴雨的产生提供了充足的能量条件和水汽条件;冷空气侵入高能不稳定的暖湿气团,是触发暴雨不稳定能量释放的热力机制;z-螺旋度的空间分布能反映暴雨发生时大气的动力特征,中低层强辐合,高层强辐散与低层正涡度的空间结构,有利于高低层形成"抽吸作用",从而使上升运动得到发展和加强,为暴雨的产生提供有利的动力条件;高分辨率的云顶亮温TBB资料对降水的强度及落区有很好的指示意义。     

成都一次有西南涡参与的区域性暴雨天气过程分析

为探讨西南涡对成都地区暴雨天气的影响,利用自动站降水观测资料、台站探空资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2013年6月7日出现在成都地区的区域性暴雨天气过程从影响系统、溃变理论等方面进行了分析,结果表明,此次过程的影响系统为高原低值系统、西南涡、副热带高压外围584线稳定共同作用造成;云图资料分析表明,最强降水时段出现在西南低涡旺盛期,与强降水中心位置也有很好的对应关系;从物理量场分析得出高低空次级环流结构造成了成都地区西部较强的降水;从溃变分析可以看出,珔V-3θ图具有明显的暴雨结构特征,上干下湿的层结非常有利于对流的发展,加之大气不稳定能量较高是造成成都地区西部沿山出现强降水的主要原因。     

湘中一次大暴雨天气的综合诊断分析

利用NCEP的1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时TBB资料以及常规气象观测资料,对湘中地区2010年5月12—13日大暴雨过程的环流形势、物理量场以及中尺度系统进行综合分析,试图从多角度揭示这次大暴雨天气的成因。结果表明：高空南支槽,中低层切变以及地面冷空气是这次大暴雨天气过程的主要影响系统;低空急流作为暖湿气流的载体,为暴雨的产生提供了充足的能量条件和水汽条件;冷空气侵入高能不稳定的暖湿气团,是触发暴雨不稳定能量释放的热力机制;z-螺旋度的空间分布能反映暴雨发生时大气的动力特征,中低层强辐合,高层强辐散与低层正涡度的空间结构,有利于高低层形成“抽吸作用”,从而使上升运动得到发展和加强,为暴雨的产生提供有利的动力条件;高分辨率的云顶亮温TBB资料对降水的强度及落区有很好的指示意义。     

四川盆地强暴雨过程诊断及中尺度分析

为了探索四川盆地暴雨天气发生发展的机制,利用云图和美国环境预报中心的全球再分析资料,针对2010年8月18—19日出现的暴雨过程进行环流形势、物理量场及中尺度特征分析,结果表明：暴雨过程中不断有低压槽东移,西太平洋副高西伸至盆地东部,暖湿气流通过低层绕流等方式进入盆地;在低层辐合高层辐散和热力不稳定的条件下,随着干冷空气入侵,对流运动异常强烈,促使强降水发生,湿位涡等值线密集带对暴雨落区预报有较好的指示意义。中尺度对流系统各阶段特征明显,与中尺度气旋演变有很好的相关性。     

2011年春夏长江中下游旱涝急转的低频环流系统变化

为研究2011年春夏长江中下游地区旱涝急转现象与低频环流的关系,利用国家气象信息中心的753站逐日降水、NCEP/NCAR再分析资料和带通滤波的方法,得到如下结果：（1）2011年5-6月,长江中下游地区存在明显旱涝急转现象,5月的降水较同期偏少40％以上,6月的降水较同期偏多60％。（2）5-6月的旱涝急转前后,长江中下游地区的500hPa的垂直速度变化不仅与降水有很好的关系,而且其低频振荡的强度也显著加强,垂直速度由正（下沉运动）转负（上升运动）的转换时间几乎对应由旱转涝的时间。（3）对旱涝急转过程的500hPa低频变化垂直速度下沉运动最强、下沉运动向上升运动转换、上升运动最强3个位相的低频散度场分析发现,在5月干旱期间,长江中下游地区维持对流层低层（850hPa）辐散、高层（200hPa）辐合的低频环流系统,不利于降水。到6月强降水期,长江中下游地区则迅速转为对流层低层辐合、高层辐散的低频环流系统,有利于降水的发生。这种对流层低层-高层低频环流系统的变化是导致旱涝急转的重要原因之一。     

湖南“6.19＂暴雨过程的中尺度特征分析

针对2010年6月19～20日湖南一次大范围暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2E卫星TBB资料、NCEP1°×1°格点资料及WRF模式输出的高分辨率资料,采用数值模拟和诊断分析相结合的方法,综合分析了此次暴雨过程.结果表明：东移短波槽及低层低涡是此次暴雨的主要影响系统;卫星资料分析显示,α中尺度对流云团前部不断有β中尺度扰动分裂和发展;WRF模式模拟结果表明,此次大范围暴雨过程是多尺度系统影响的结果,在有利的大尺度环流背景下,激发了中小尺度对流系统的活动,导致强降水带中出现了多个中尺度扰动和与此对应的中尺度雨团有组织的活动,是暴雨发生的主要原因;中尺度雨团对应着强上升气流柱、正涡度柱和低层强辐合、高层强辐散的散度结构.     

内外因耦合预测1998年长江持续性特大暴雨的实践检验及其发生机理

特大暴雨的成因和预测,至今仍是世界性科学难点之一。然而,我们运用内外因耦合方法,对1998年长江发生的6次持续性大暴雨到特大暴雨过程,事先比较准确地报出了其中5次。特大暴雨的内外因耦合的原理是:特大暴雨必须在暴雨天气形势基本具备情况下,与月亮奇异位置时的非线性引力效应及其引潮力共振减压的触发相耦合而引起。两者缺一不可,其机理是:引潮力共振减压是在暴雨区上空施加一个异常的提升力,加强暴雨区的上升运动,引起水汽凝结潜热加速释放,形成中尺度系统,并且通过多次正反馈,导致暴雨区水汽凝结潜热的强烈释放,从而形成特大暴雨。由于引潮力共振严格取决于月亮奇异位置的发生时刻,即它是瞬时的和突然发生的,因而特大暴雨往往属于突发性的非线性现象是不足为奇的。     

东亚副热带西风急流的时间演变特征及其与中国东部夏季降水的关系

为深入了解东亚副热带西风急流与中国天气系统之间的联系,利用1961-2007年美国国家环境预报中心（NCAR／NCEP）再分析月资料和同期中国596站的降水资料,运用经一纬向急流轴和区域平均两种定义方法分析了西风急流的时间演变特征及其与中国东部降水型的关系,结果表明：（1）两种方法对西风急流东西、南北位置转折时段的分析很接近,分别出现在20世纪80年代和70年代;对西风急流强度、南北位置周期的表征也很一致,分别为10-15年和5-10年。（2）当西风急流位置偏北（南）时,东部地区整层大气环流呈“南北上升中间下沉（南北下沉中间上升）”的形势,850hPa的流场和水汽通量输送都有利于华北地区（江淮河流）的降水,易于形成“南北多中间少（南北少中间多）”的雨带分布,推测这两种反相位雨型的间隔时间为2．5-5年;相比之下,急流东西位置和强度的周期性变化与东部局地降水存在一定联系。     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。     

长江中下游持续性异常降水的天气学特征分析

针对长江中下游持续性降水的研究多为个例诊断,很少从合成的角度考虑,利用长江中下游地区89站的1961~2011年的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,采用数理统计和合成分析的方法,统计长江中下游地区夏季持续性降水事件,并合成分析了其环流特征。结果表明:1961~2011年,长江中下游地区夏季持续性异常降水事件发生了50次,主要集中在6月和7月,长江中下游地区持续性异常降水事件平均每2~3年发生一次。厄尔尼诺次年多有持续性异常降水发生;长江中下游地区持续性异常事件发生时,总伴有环流场的异常调整,低纬西太平洋副热带高压西伸,南北经向风在长江流域交汇,高层上,南亚高压东移,长江中下游地区出现强的辐散中心,为异常降水提供了重要条件。水汽来源主要是索马里越赤道气流途径暖湿的阿拉伯海,孟加拉湾和我国南海北部,进入长江中下游地区。     

一次中尺度对流复合体致洪暴雨成因分析

为了探索陕西暴雨天气发生发展的机制,采用天气学、动力诊断等方法对2011年7月5～6日陕西南部出现的暴雨过程进行分析。结果表明:中尺度对流复合体是造成此次暴雨的直接原因,强降水发生在中尺度对流复合体云顶亮温北边界的等值线密集区;沿海至陕西建立起水汽和温湿能的输送通道,高温高湿的暖湿空气源源不断地向暴雨区输送;不同暴雨阶段的中低层大气稳定性有明显的差异,对流不稳定和条件性对称不稳定是暴雨发展维持的重要机制;对流层低层较大的垂直螺旋度东侧可能预示着大暴雨的发生。