一次强降水过程的热量和水汽收支分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了2007年7月18日河北南部暴雨过程的水汽通量、视热源(Q1)和视水汽汇(Q2),分析了降水区热量和水汽收支的变化,并探讨了其垂直分布特征.结果表明:本次暴雨过程是由沿低涡切变线相继生成并强烈发展的中尺度对流云团造成的;当有强对流发生并伴有强降水时,就会有强的视热源Q1和视水汽汇Q2出现,且与强降水区基本对应,对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件.     

1991年江淮暴雨时期的能量和水汽循环研究

通过对 1991年 5～ 7月江淮暴雨期全球范围的水汽输送和不同降水过程中江淮暴雨区及其临近区域的水汽收支和视热源和视水汽汇的计算分析得到了以下结论 :( 1)从水汽输送的机制来看 ,一方面 ,有大量的水汽以定常涡动的方式从孟加拉湾及南海输送到中国江淮地区 ;另一方面 ,江淮地区的瞬变涡动水汽向北输出 ,这可能与江淮地区频繁活动的α和β中尺度系统有关 ,它们将江淮地区汇集的充沛的水汽除了大部分以降水形式降下外 ,剩余部分继续向水汽较少的高纬地区输出 ,以维持全球水汽的平衡。( 2 )在降水过程中 ,局地蒸发项在水汽的供应中或再循环中十分重要 ,其数值一般为降水量的 13 ～ 12 ,这与1998年的降水情况相似。( 3 )在降水过程中 ,暴雨区的水汽主要是从南边界和西边界流入的 ,东边界和北边界则流出 ,并且水汽的流入、流出主要在中低层进行。 (a)在流入边界上 ,水汽通量的垂直分布存在差异 ,暴雨区西边界和南边界的水汽流入的垂直差异可能与其所在的地理位置有密切关系。 (b)对于暴雨区 ,不同强度的降水过程水汽的主要来源有所不同。( 4)在 5次降水过程中 ,视热源和视水汽汇的较大值对应降水的大值区 ,表明了水汽凝结加热对大气加热所起的主要作用。梅雨期降水 ,以对流性降水为主 ,对流活动随季节变化     

一次华南季风低压连续性暴雨过程的诊断分析

利用NCEP的FNL再分析资料、广东省区域自动站观测资料等,对2018年8月27日到9月1日发生在广东省的一次季风低压连续性暴雨过程的大气环流形势以及持续性降水的物理机制进行分析。结果表明:在高层辐散环境条件下,低层季风低压的长时间维持,为强降水提供有利的环境条件。低层的不稳定能量以及深厚的垂直上升运动,为持续性的强降水提供了有利的动力条件。暴雨期间,来自南海地区的暖湿气流为暴雨区带来了充足的水汽;暴雨区域的水汽总收支为净流入,其中南边界为强的水汽流入边界,西边界的水汽流入弱于南边界,北边界和东边界为水汽输出,经向的水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者。     

"98.5"华南前汛期暴雨中尺度系统发生发展的动力、热量和水汽收支诊断

为进一步了解华南暴雨的形成机理,利用MM5模式输出的高时空分辨率资料,对“98.5”华南暴雨的总涡源、视热源和视水汽汇进行了诊断分析。诊断结果表明:总涡源场与涡度场对应一致,高值中心位于降水上空,正的总涡源柱中心预示了涡度柱将继续发展;在组成总涡源各项中水平绝对涡度平流项和扭转项是负贡献,垂直涡度平流项和散度项为正贡献;降水区与视水汽汇和视热源高值区对应一致,视水汽汇和视热源有峰值相伴,说明凝结潜热给系统提供了发展的能量;地面涡动通量和各层的次网格尺度涡动使高层冷却,低层加热,有利于降水系统中对流发展;在组成视热源和视水汽汇各项中均为垂直项起主要作用,充分说明了在暴雨发生过程中强上升运动具有重要作用;强烈的垂直上升运动将水汽带到了高层,云水场的发展与视水汽汇有着一致性,在视水汽汇达到极值时,除冰晶外,云水场各物理量中心高度达到极值,部分物理量的强度也达到最大。     

芜湖市一次引发严重内涝暴雨过程的水汽输送特征

基于自动气象观测站降水数据、中国降水数据集、ERA5再分析资料及NCEP/NCAR再分析数据,使用水汽收支分析、HYSPLIT后向轨迹追踪和水汽输送贡献率等方法对2022年6月5日凌晨芜湖市一次引发严重内涝暴雨过程的水汽输送特征进行了分析。结果表明:此次暴雨过程出现在200 hPa分流区和850 hPa低空急流左前方,500 hPa冷空气在低空急流出口北侧不断激发对流云团,形成强降水。高层辐散和低层辐合增强了水汽的水平辐合和垂直输送,西南低空急流持续加强,将水汽不断输送至暴雨区,为暴雨的出现提供了必要的水汽条件,使芜湖市在强降水发生前水汽充沛,湿层深厚且持续增湿。暴雨出现时大气可降水量、850 hPa比湿、水汽通量和水汽通量散度分别达到71.0 kg·m^-2、16.0 g·kg^-1、15.0 g·hPa^-1·cm^-1·s^-1和-3.0×10^-6 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1。850 hPa水汽通量散度的变化与暴雨的出现和强度变化有较好的对应关系,雨强最强时段可达-8.0×10^-6 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1。水汽收支和追踪分析结果显示:水汽流入主要发生在对流层低层的西边界和南边界,暴雨发生前流入层深厚,有向上的水汽垂直输送。整层水汽流入量约为56.0×10⁷ t·h^-1,主要流入高度为850～700 hPa,单层流入量最大可达9.0×10⁷ t·h^-1,水汽主要源自孟加拉湾和南海,其水汽通道轨迹占比为32.0％,水汽输送贡献率达55.4％。暴雨出现时水汽流入层降低,流入量减少,水汽垂直输送减弱,总水汽净流入集中在850 hPa,净流入量为1.0×10⁷ t·h^-1左右,水汽主要源自南海,其水汽通道轨迹占比为46.0％,水汽输送贡献率达60.3％。     

滇西北高原机场一次暴雨过程的水汽输送特征分析

利用丽江机场自动观测站资料、NCEP再分析资料,引入HYSPLIT轨迹模式,对丽江机场2019年8月8~9日出现的暴雨过程水汽输送特征进行分析。结果表明,丽江机场此次暴雨天气过程是由孟湾低压和南海台风提供充沛的暖湿水汽,与青藏高压引导南下的冷平流形成不稳定层结,低层辐合、高层辐散和强烈的垂直上升运动是暴雨发生的动力因素。此次暴雨过程水汽输送通道主要有三条,其中两条是由孟湾低压及南海台风带来洋面上的西南水汽输送和东北水汽输送,第三条是来自云南中部的云南本地水汽输送。三支通道中,来自洋面上的两支通道对暴雨的水汽贡献最大,分别为46%和30%,本地通道水汽贡献率最小;在500hPa高度层上,3条通道的水汽贡献率基本相当,600hPa高度层上西南通道和东北通道水汽贡献率均比较大,而700hPa高度层上西南通道水汽贡献率占主导地位。     

成都地区一次持续性暴雨过程的水汽特征分析

利用地基GPS技术反演得到的大气可降水量资料、FY-2C卫星水汽图以及NCEP 1°×1°再分析资料,分析了2008年9月23—26日成都地区一次持续性暴雨的水汽特征。结果表明,降雨期间的水汽主要由来自孟加拉湾的暖湿气流和来自"黑格比"台风的高低空急流组成;暴雨发生前对流层中低层水汽充足,大气层结极不稳定,水平风的垂直切变较明显;高时间分辨率的地基GPS资料不仅可获得水汽实时变化的信息,而且对于暴雨发生时间和暴雨强度都有一定的指示性;结合中尺度数值模拟的结果,发现此次暴雨过程中可降水量的变化能反映区域水汽辐合辐散的变化,降水与否或降水大小不仅取决于大气中水汽含量的多少,更受到大气动力和热力条件的影响,水汽辐合的强弱具有关键作用。     

一次台风远距离暴雨水汽条件及输送过程研究

利用NCEP FNL分析资料,结合HYSPLIT轨迹模式对2012年8月26日发生在黄淮地区的一次台风远距离暴雨过程的水汽条件及输送过程进行分析。结果表明:产生暴雨的水汽来自黄海上空,水汽输送高度主要在700 hPa以下;强降水发生时水汽净流入较大,而降水发生前和降水结束后均呈现净流出;从水汽通道空气块的运动轨迹来看,水汽是在台风环流和副热带高压环流的共同引导下从东部进入暴雨区。气块在通过黄海上空贴近海面运行时所吸收的水汽是这次过程的主要水汽来源。      

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。     

华南汛期暴雨过程的潜热计算分析

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析1°×1°网格资料,计算了发生在华南汛期一次强暴雨过程中的潜热,并探讨了这次强暴雨过程中潜热的演变及垂直分布特征。结果表明:华南汛期暴雨过程中存在大量的潜热,其变化与暴雨强度的演变相一致。暴雨区上空强烈的对流凝结潜热在这次暴雨过程中起了主导作用。在垂直方向上对流凝结潜热的极大值呈双峰型特征,极大值所在高度随着暴雨的增强有上传的趋势。大尺度凝结潜热的极值大小及其所出现的高度层都异于对流凝结潜热。     

2005年6月华南致洪暴雨的大尺度环流特征及成因探讨

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料,分析了2005年6月华南致洪暴雨的环流背景及其可能成因.结果表明:2004-2005年经历的一次弱El Nino事件是2005年华南致洪暴雨的气候背景.与2005年夏季相比较,6月17-26日强降水期间,华南地区的视加热《Q1》和视水汽汇《Q2》异常强烈,并且《Q1》和《Q2》的高值带与该时段降水量分布非常相似,高值中心与雨量中心位置基本一致.阿拉伯海东岸和孟加拉湾地区的异常加热源在其西北侧强迫出的高层异常反气旋性环流,使得南亚高压加强偏西.我国大陆处于异常气旋性环流之下,不利于南亚高压北上,有利于南亚高压在青藏高原南部、华南地区维持,使得华南地区位于高空西风急流南侧的上升运动区,有利于该区域强降水发生和维持,形成洪涝.     

华南春季降水和水汽输送的年代际变化特征

The characteristics of spring precipitation and water vapor transport in South China were analyzed by using observational data and the National Centers for Environmental Prediction （NCEP） reanalysis data. The results show that, during the spring, each component of the water cycle （precipitation, wind field, specific humidity, water vapor transport, etc.） in South China exhibits a notable interdecadal variability. An abrupt increase in spring precipitation occurred in the early 1970s. During the dry period from 1958 to 1971, a water vapor flux divergence （positive divQ） existed in South China, which may have led to the deficiency in rainfall. However, during the wet period from 1973 to 1989, there was a remarkable water vapor flux convergence （negative divQ） in South China, which may have resulted in the higher rainfall. The interdecadal variability of water vapor transport is closely related to the interdecadal variability of wind fields, although the interdecadal variability of specific humidity also plays a role to some extent, and the interdecadal variability of the zonal water vapor transport contributes much more to the interdecadal variability of spring precipitation than the meridional water vapor transport.     

华南暖区暴雨预报失误及可预报性探讨

由于暖区暴雨产生的环境条件复杂和触发机制难以捕捉,数值模式对其预报能力弱,给预报带来困难,经常导致预报失误,是短期预报中的难点。2016年4月19—20日广西出现了一场暖区暴雨天气过程,预报员及数值模式预报出现较大失误。利用业务预报中的数值预报产品、地面中尺度自动气象站观测、常规地面及高空观测、新一代天气雷达及FY-2G卫星探测等资料对此次暖区暴雨预报失误进行剖析。结果表明:中低空急流增强及西南暖低压发展,为越南北部至广西中南部提供了高温、高湿、高能的环境条件,地形性辐合及涡旋触发了对流的发生,中尺度辐合线有效组织了对流的发展,雷达回波具有质心低、降雨效率高等暖云降雨的特征。预报员和数值模式短期时效内对暖区暴雨缺乏预报能力,未能准确把握可触发对流的机制,是预报失败的原因。预报员通过分析上游地区对流云团、地面中尺度辐合线演变及地形作用等触发条件,可以在短时临近时效内对暖区暴雨部分做出定性预报,发布预警信息,弥补短期预报的不足。因此,加强对暖区暴雨形成机理的认识,在预报中做好精细分析,是提高暖区暴雨预报能力的有效途径之一。     

2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的fnl资料、地面观测资料和GDAS资料,分析了2014年5月16—17日江西地区暴雨天气过程的水汽输送特征,同时使用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了模拟。结果表明:此次暴雨过程的水汽主要来自大西洋、西太平洋和印度洋,其中来自大西洋的水汽经赤道东风带输送至西太平洋,与来自西太平洋的水汽汇合后一部分直接输送至江南,另一部分继续向东北方向输送至日本海域附近转向,经我国华北向南输送至江南一带;来自印度洋的水汽,经孟加拉湾和南海输送至中国江南暴雨区。来自西南、东南和东北方向的气流在我国南方上空辐合,辐合中心值高达300×106 kg/s,且辐合趋于纬向型。利用Hysplit模式对此次暴雨区不同高度的水汽来源及输送路径进行后向轨迹模拟,结果与利用流函数和势函数分析出的水汽输送源地和路径基本一致。     

基于热源作用的青藏高原东坡一次夜间暴雨的诊断分析

利用ERA5再分析资料、CMORPH融合降水资料和山地通量观测资料对2020年6月26日发生在四川冕宁一次夜间致灾暴雨进行综合诊断分析。结果表明：本次夜间暴雨发生前,白天地面热源存在明显的正异常变化,地面热源的正异常区与降水有很好的对应关系。同时大气热源（视热源和视水汽汇）与暴雨的关系密切且相互影响,降水释放凝结潜热,加热大气,使得视热源也随之增加。在暴雨发展强盛阶段,视水汽汇的垂直输送项达到最大,而视水汽汇的局地变化项能很好指示整个暴雨过程中区域水汽的净输送状况。     

基于HYSPLIT模式的泸州特大暴雨水汽输送特征分析

本文利用再分析资料、GDAS等资料,引入HYSPLIT模式定性定量地分析泸州9月7～8日特大暴雨过程的水汽输送特征,并对水汽来源进行了模拟。结果表明：(1)该过程是由高空低槽、低涡切变以及低空急流共同影响导致的,强降水发生区域与850hPa低涡位置具有很好的对应关系。(2)影响此次强降水的水汽主要来源于南海、孟加拉湾和贵州、湖南等周边省份,其中周边省份的本地水汽贡献最大,850hPa(1500m)上水汽贡献率达44%,孟加拉湾和南海两者的水汽贡献率也达到了39%。(3)三维空间显示水汽主要来源于850hPa高度附近或以下区域。     

"99.6"梅雨锋暴雨模拟资料的诊断分析

利用非静力中尺度模式MM5V3的模拟资料对"99.6"梅雨锋暴雨过程进行了对流动量输送(CMT)和视热源视水汽汇分析。CMT诊断分析表明,水平动量残差在切变低涡发展的不同阶段的作用是不同的,在中尺度低涡发生初期对流层低层动量残差X主要是加速西南气流的北上;在对流层中层动量残差在槽后加速冷空气南下,在槽前加速西南暖湿气流北上,非常有利于东亚大槽的发展。在低涡切变线强烈发展时,850hPa的X方向与发生阶段相反,此时西南气流受到了强烈的减速作用,同时500hPa东亚大槽的前部和后部出现了减速气流的动量残差,槽后冷空气和槽前的暖湿气流都已经受到减速作用,此后低涡切变线逐渐衰减。低涡切变线发展到最强的阶段,强X矢量几乎总是与强烈上升运动区相对应,能量转换E的水平分布表明,大尺度系统与中尺度系统之间的能量转换非常复杂,并不是简单的能量串级过程,但能量主要是从大尺度向次网格尺度转换。200hPa动能转换E的带状分布非常清楚,E的正负大值中心分布在高空急流的2侧,表明高空急流在能量转换的过程中起到非常重要的作用。视热源和视水汽汇的诊断分析显示,强凝结潜热的释放与低涡的发展相伴随,但视热源只与β中尺度系统有明显的对应关系,视水汽汇有和视热源非常相似的分布特征。