一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料,分析了１９９６年７月１日在黄海北部￣山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流体系形成的系统;中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生;对流云团的并合加强,产生异乎异常的能量,是该系统加强和发怅的重要条件;云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因「。     

中尺度对流复合体的降水特征和预报

利用增强红外卫星云图和逐时雨量预测资料，分析了中国大陆上中尺度对流复合体（MCC）的降水强度、范围与MCC云区的亮度温度值、不同亮温区云面积、云区面积随时间的变化率之间的关系。指出在MCC生成－云发展到最强盛阶段之前，降水呈逐渐增加的趋势，最大降水出现在－53℃、云面积达到最大之前1小时左右和MCC中心最冷云顶面积达到最大的时候。出现在长江流域和华南地区的MCC系统降水特征有显著的差异。最后根据MCC云系演变规律提出了MCC的降水预报思路。     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

青藏高原东部地区中尺度对流复合体的降水特征

青藏高原东部是中国大陆中尺对流系统活动极为频繁的地区一。采用与Ｍａｄｄｏｘ的中尺度对流复合体相类似的定义，对１９８４－１９８６年７，８月间活动于该地的一类尺度较大的对流系统的降雨特征进行了分析。该区内３０％－５０％以上的强降水（≥１０ｍｍ／ｈ）均由这些系统直接造成。一个系统平均约产生２．７３ｋｍ＾３的降水。这类降水有明显的日变化，最大值出现在后半夜４时左右（北京时间，下同），最小值出现在下午１８时     

2002年6月20—24日梅雨锋中尺度对流系统发生发展分析

利用GFS再分析资料、常规及非常规观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北特大暴雨中两个连续发生的MCSs(下面分别称为MCS1和MCS2)天气背景、雷达回波特征和地面中尺度系统演变,归纳了MCSs成熟阶段准静止一后向传播结构模型,结果表明：⑴东北冷涡的发展、西风低槽的缓慢东移及副热带高压的稳定导致南北气流长时间交汇于江淮流域形成梅雨锋切变和夜间低空急流的发展, 是两个MCSs形成的有利大尺度背景条件。MCS1发生于中层梅雨锋前倾结构下; MCS2则是发展加强于低层梅雨锋切变上。(2) MCS1比MCS2的“冷池”更深厚,与环境温差更大,对流触发更剧烈,但“冷池”运动方向与MCSs传播方向均一致。(3)两个MCSs都出现了后向传播特征,前者可能与大别山脉对冷池的阻挡有关,后者可能与对流更易在不稳定区触发相关; 成熟阶段时, MCSs因后向传播,移动缓慢甚至准静止,降水最强。(4)在回波结构上,MCS1向前传播时新生、成熟、消亡单体沿回波长轴自下风方向上风方排列,MCS1及MCS2后向传播时则反之。

     

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。      

“21·7”河南特大暴雨的中尺度系统活动特征

2021年7月17日至22日河南省遭遇了罕见特大暴雨过程,特别是郑州市在7月20日出现了极端降水事件。本文首先分析了有利的大尺度环流背景,然后采用多源高分辨率观测和再分析资料深入分析了此次特大暴雨过程中不同阶段的水汽来源以及中尺度系统的活动特征。此次特大暴雨过程主要分为三个阶段,其主要的中尺度系统包括：黄淮气旋、中尺度对流系统（MCS）以及与MCS伴随的中尺度对流涡旋（MCV）。第一阶段（7月17～18日）主要为分散性降雨,水汽主要来自于南海、东南沿海、西北太平洋、长江中游地区的近距离水汽输送和河套地区。影响河南地区的中尺度系统为黄淮气旋,其于7月15日11时（协调世界时,下同）生成河南的东北部,18日23时在河南西南部消亡,垂直伸展最大高度为1000～350 hPa,维持时间约为89小时。第二阶段（7月19～20日）,随着西太平洋副热带高压的北抬和台风“烟花”的西进北移发展,西北太平洋的水汽贡献也逐渐增多。由于黄淮气旋中心移动到河南西南部,其北部东南气流影响河南大部分地区。二级地形（伏牛山）东部的局地对流发展为MCS。由于地形的抬升作用,对流系统中强上升运动的维持有利于低层气旋性切变...     

中尺度数值模式中对流降水参数化方法述评

中尺度数值模式中对流降水参数化方法述评ＪｏｈｎＭｏｌｉｎａｒｉ；ＭｉｃｈａｅｌＤｕｄｅｋ（纽约州立大学大气科学系，奥尔巴尼）１引言在对流不稳定区，质量和湿静力能量的垂直输送不是由天气尺度环流而是由单个积云来完成的。数值模式中积云参数化的概念要求加进这...     

“5.7”广州局地突发特大暴雨中尺度特征及成因分析

2017年5月7日广州局地突发特大暴雨,降水集中爆发于广州北部复杂地形区,单点小时雨量大、强降雨持续时间长。然而降水发生于副热带高压边缘、无明显的低空急流等天气系统配合,为弱强迫背景下的华南前汛期暴雨,加之珠三角地形复杂,其触发和组织维持机制等问题引起了气象科研和预报工作者的广泛关注。针对其降水特点,采用5 min自动气象站观测、分钟雨量、风廓线雷达、葵花8号气象卫星红外等高时空分辨率观测数据探讨中尺度对流系统的触发和组织维持过程,发现:中纬度入海高压南侧偏东风和低层切变系统为珠三角边界层南风风速辐合提供了有利的天气背景,喇叭口地形增强了风速辐合。小尺度地形辐射降温配合城市热岛在山前形成高温度梯度区,山风与南风对峙使地面辐合线在山前移速变慢有助于热带云团的生成。地形阻挡抬升和高温度梯度加强上升运动,南风风速脉动使云团迅速向山前移动,最终对流爆发。以暖云降水为主的对流系统产生弱冷池驱动对流系统连续传播,使强降水回波面积增大并在小尺度地形影响下稳定位于增城附近,产生极端小时雨强;中尺度对流系统的单体移动方向和传播方向近乎相反导致系统移动非常缓慢,后向传播明显,最终导致长时间强降水。      

湖北“8·12”极端降水特征及成因初探

2021年8月11日20时—12日20时(北京时,下同)湖北北部发生极端降水,24 h降水量最大达518.5 mm,1 h降水量最大达117.9 mm,造成了严重灾害。基于常规气象观测资料和ERA5再分析资料,采用统计学方法和天气学诊断分析法,对该过程极端降水的特征及天气学成因进行初步分析。利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料,对2021年8月12日湖北省北部极端降水特征及其中尺度演变特征、环流形势和物理量极端性的天气学成因进行初步分析。结果表明：(1)不同区域降水性质不同,总体有累计降水量大、小时雨强强、降水时段集中、极端性突出、致灾性强等特点。(2) β中尺度对流云团发展迅速、持续时间长、东移速度慢是造成此次极端降水的主要因素。(3)高层南亚高压、高空急流以及中层副热带高压和低槽是主要影响系统,中低层切变线、低层低涡以及偏东急流是直接参与者。(4) 925—850 hPa低涡和偏东急流异常强盛且长时间维持,导致低层形成强动力辐合中心和强水汽辐合中心,有利于700 hPa以下上升运动发展和维持。偏东急流也有利于低层能量锋加强南压以及θse高能区和对流不稳定层结的建立,促进对流性强...     

1521号台风“杜鹃”生成阶段中尺度对流系统和降水演变特征

在热带气旋的生成过程中,从热带扰动向热带低压增强的过程研究较少,而这一过程必定伴随着中尺度对流系统（MCS）的生成、合并和发展。本文利用FNL分析资料和高分辨率模式对1521号台风“杜鹃”生成前3天进行数值模拟,着重探讨了“杜鹃”生成过程中MCS的发展演变特征。在“杜鹃”生成过程中,对流层上部槽（TUTT）位置偏东,“杜鹃”主要从季风涡旋（MG）的东南侧边缘向西北方向移动,因此,减弱的大尺度垂直风切和MG东南侧的低层辐合都为“杜鹃”的生成提供了有利的动力条件。在“杜鹃”生成前期阶段,新生成更多的MCS有利于在热带扰动阶段“杜鹃”的增强;“杜鹃”生成的中后期阶段,对流爆发,MCS发生合并使得MCS个数减少,MCS结构变得更加紧凑,面积最大的MCS逐渐向热带扰动中心区域收缩,“杜鹃”生成速度加快。对比MCS中的层云降水和对流云降水的特征发现,MCS中层云降水覆盖面积更大;对流云降水的降雨率比层云的降雨率更大,同时变化幅度更明显。层云降水百分比的增加与“杜鹃”增强的过程关系密切,但对流云降水的降雨率增加有利于MCS增强,层云和对流云的共同作用促进了“杜鹃”生成。     

京津冀“7·21”暴雨过程的中尺度分析

利用常规观测资料、地面加密自动站、卫星等多种观测资料和NCEP/NCAR 0.5°×0.5°再分析资料,以及雷达变分同化分析系统VDRAS的高分辨率分析场资料,对京津冀"7·21"暴雨过程的中尺度系统进行了分析。结果表明,在α中尺度雨带中镶嵌着β中尺度的雨团;α中尺度MCC后部不断有γ、β中尺度对流云团从西侧或西南侧合并补充;中尺度滤波后发现造成京津冀"7·21"暴雨的系统为低层的中尺度切变线,东移过程中加深为中尺度低涡扰动,中尺度切变或低涡位于对流层中低层(为近乎直立的正涡度柱),高层为辐散场(负涡度),但负涡度值与中低层正涡度值要小得多,说明主要是中低层的系统强;分析VDRAS资料同样发现对流层低层强辐合,存在中尺度涡度柱,其上方是中尺度反气旋,热力结构为上暖湿下冷湿。     

北京“23·7”极端强降雨特征和成因分析

利用北京地区加密气象站、补盲的北京市规划和自然资源委员会雨量站、双偏振雷达、风廓线雷达、GPS水汽等观测数据和ERA5再分析数据,对北京“23·7”极端强降雨阶段性特征和成因进行了分析。结果表明：“23·7”极端强降雨累计降水量（331mm）和单点最大降水量（1025mm）均打破历史纪录,最大雨强（126.6mm·h-1）排名历史第二位,具有显著的极端性。强降雨可分为5个阶段,其中第Ⅱ和第Ⅳ阶段降水量分别占过程累计降水量的37.1%和39.7%,第Ⅳ阶段雨强更大,对应急流更强,高温、高湿特征也更明显。地形对降雨的增幅作用显著,降水量在海拔100～300m山区迅速增加,极大值出现在海拔约400m的山区,第Ⅱ（第Ⅳ）阶段山区平均降水量和小时雨强分别是平原的2.1（3.0）倍和2.0（2.7）倍;第Ⅱ阶段主要为地形对急流的直接抬升,第Ⅳ阶段为地形绕流辐合和直接抬升共同作用。7月31日上午（第Ⅳ阶段）边界层急流出口区与低空急流入口区耦合导致低层上升运动增强,促使西部山前β中尺度对流系统由块状发展成线状并有γ中尺度涡旋产生,该β中尺度对流系统北上时形成短暂的列车效应,引发了西部山区8个站次100mm·h-1以上的极端短时强降水。     

大别山西侧极端降水中尺度对流系统结构与传播特征

2012年7月12—13日中国鄂东北连续2 d出现特大暴雨,过程最大总雨量达600 mm。重点利用卫星、雷达和地面自动气象站观测资料等,分析了7月12日大别山西南侧极端强降水型中尺度对流系统的发生发展过程、结构和传播特征等。研究表明:(1)鄂东北特大暴雨是由一个向后传播-准静态α中尺度强对流系统(后向建立中尺度对流系统)产生的。(2)该类型中尺度对流系统频发于鄂东北地区,与鄂东北东侧大别山脉对雷暴冷池的阻挡有密切关系。主要表现在,大别山山脉对雷暴冷池的阻挡导致冷空气在山前堆积并形成回流,回流使中尺度对流系统传播由向下风方转为向上风方。(3)向后传播方式演变的中尺度对流系统因少动或因列车效应明显,常在山前一定距离内产生极端强降水。(4)雷暴冷池向上风方运动导致对流单体向后向传播,是指状对流云团形成的重要机制之一。     

新疆特大暴雨过程中的中尺度对流系统特征

利用GMS-5卫星红外云图数值资料,普查结果表明新疆“96·7”特大暴雨期间共发生了6个中尺度对流系统,分析了它们的发生、发展过程及环境场特征。