2020年梅雨期上海一次强降水过程垂直结构的综合观测分析

利用2010—2020年上海地区79个自动气象观测站逐小时观测资料和2016—2020年上海中心气象台和上海各区气象台发布的暴雨预警信号资料,采用趋势分析、累积频率等统计方法,分析了上海地区暴雨的时空分布特征,并且在对不同级别暴雨预警信号发布频次、预警时效进行统计分析的基础上,对不同天气形势下暴雨预警时效的差异进行了研究。结果表明: 上海地区6 h雨量标准的暴雨呈现显著上升趋势,其中暴雨蓝色预警上升趋势最为明显;7月6 h雨量标准的暴雨出现了明显的低谷,而1 h雨量标准的暴雨较6月仍然有所增加,显示出7月副高控制下上海地区多短时暴雨的特征。上海午后暴雨一般持续时间相对较短,而持续时间较长的暴雨多出现在上午。暴雨频次在中心城区和浦东靠近黄浦江地区存在大值中心,这可能与城市热岛效应有关。上海地区暴雨预警信号发布时间呈现双峰型变化特征,第一峰值出现在中午12∶00,12∶00—17∶00预警信号发布相对集中,第二峰值出现在早晨06∶00,各级别预警信号持续时间平均为5.9 h。上海地区暴雨预警命中率平均为82.4%,暴雨预警时效平均为1.3 h;副高边缘强对流型暴雨预警时效最短,台风本体或外围螺旋雨带型暴雨较易出现漏报,需要特别关注。

     

强降水过程风廓线雷达资料的极值特征

基于微波辐射计、微雨雷达、风廓线雷达和毫米波云雷达获得的高时空分辨率多源新型遥感探测资料,对上海梅雨期一次强降水过程（2020年6月15日）的大气热力、动力、云雨等垂直结构特征进行了分析。主要结论如下：（1）降水发生前一日（6月14日）上午,强西南风为上海地区输送了大量水汽,对流层中低层水汽明显增多、气温偏高,大气不稳定性增加,K指数在降水前10多个小时逐渐增至35℃甚至更高;降水之后,对流层低层气温下降、水汽减少。（2）此次降水过程云层较深厚,主要降水时段云层厚度基本都维持在12 km以上,最厚可达14 km,融化层位于约4.7 km高度。（3）降水各阶段对应的云雨结构特征差异较大。降水前期,强回波垂直方向集中在3 km以下,且时间上间歇出现;降水中期,云体融化层连续且稳定,强回波区持续出现,且垂直方向扩展至4 km及以上,雨滴下降速度稳定维持在6 m·s^-1以上;降水后期,云顶高度下降至9 km及以下,降水回波减弱,弱降水特征明显。

     

2008年浙江省梅雨期强降水特征分析

利用常规气象资料、micaps资料和NcEP资料,分析了2008年浙江梅雨期环流背景及强降水的特征,得出以下结论:大气环流形势异常为2008年浙江省提早进入梅雨期提供了环流背景,主要表现在高纬地区低涡明显偏强,中纬地区多槽脊活动,低纬地区南支槽明显,西太平洋副高偏西偏北;强降水特征表现为暴雨过程频繁、突发性强和落区分布不均,主要强降水中心集中在浙江省高山区,这与地形的抬升作用有关;西太平洋副高的西伸脊点和北界位置对浙江省梅雨期发生强降水有重要的指示意义.     

青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地基雷达观测对比分析

为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识,利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料及地基垂直指向雷达（C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达）资料,对第三次青藏高原大气科学试验期间2014年7月9日13-16时（北京时）发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析,得到的结果如下:（1）深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度均较小（10-20 km）,垂直发展高度较高（15-16 km,均指海拔高度）;深厚强对流云在0℃层以下雷达反射率因子递增非常快,表明对流云内固态降水粒子下落至0℃层以下后融化过程有很重要的作用;在对流减弱阶段有明显的0℃层亮带出现,亮带位于5.5 km左右（距地1 km）;（2）对比TRMM测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子,发现TRMM测雨雷达在11 km以下存在高估;（3）深对流云主要为冰相云,云内10 km以上主要是丰富小冰粒子,而10 km以下是较少的大冰晶粒子;深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程,混合相过程分为两种:一种是-25℃（深厚强对流云）或-29℃（深厚弱对流云）高度以下以凇附增长为主,另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主,该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了青藏高原深对流云的垂直结构特征,为模式模拟青藏高原深对流云的检验提供了依据。      

运城地区一次强降水过程分析

运城地区1998年7月7日－8日普降大雨,部分地区出现暴雨,局部地区出现大暴雨。本文从高空及地面天气图上分析了有利于这次降水的天气形势及影响系统,并探讨了物理量及要素变化与降水的对应关系。     

泰山一次强降水过程的综合诊断分析

利用T213数值预报产品资料、常规观测资料及雷达回波资料对2005年7月2日02—09时泰山一次突发性强降水过程进行综合诊断分析,揭示了强降水过程的环流形势、影响系统以及产生强降水的热力条件及动力条件,发现了对强降水预报有意义的指标。分析表明：切变线辐合在触发本次强降水产生中起了关键作用,次级环流的形成促进了强降水的加强和发展,地形强迫抬升对于强降水的加强与分布起到了重要作用,θse高能区与强降水的产生具有显著的对应关系,对于强降水预报有一定指示意义。     

2010年8月豫北一次短时强降水过程分析

利用常规观测资料、卫星云图和NCEP全球分析资料（FNL）,对2010年8月13日豫北沿黄地区出现的短时强降水过程进行了诊断分析。结果表明：这次强降水过程是在低槽东移、副高东退南压的形势下,由高、低空急流,中低层切变线,以及地面倒槽和弱冷空气等影响系统共同作用造成的。强降水发生时暴雨区低层水汽辐合跃增,配合强劲的垂直上...     

内蒙古巴彦淖尔市一次强降水过程诊断分析

运用常规气象资料和自动站实测资料,从低涡系统的演变规律及物理机制等方面对2010年9月6-9日发生在内蒙古巴彦淖尔市一次强降水过程进行诊断分析.结果表明:此过程是在中高纬稳定的大尺度环流背景下,由地面气旋、低涡和副热带高压共同作用下产生的,东移的冷空气与西南暖湿气流在巴彦淖尔市上空交绥是造成此次强降水的主要原因.充足、稳定的水汽输送和较强的水汽辐合,为此次强降水提供了充足的水汽条件.高空强烈的辐散,通过抽吸作用引起低层强烈的辐合,从而促使垂直上升运动增强,是此次降水天气发生的动力.500 hPa层以上大气层结稳定,阻挡暖湿空气向上输送,促使不稳定能量在500 hPa层以下积累,为此次强降水发生提供了足够的能量条件.850 hPa偏东风暖湿气流受阴山的阻挡和抬升,降水量增加,而山后降水量减少.乌拉山与白云查汗山形成狭长山谷,边界层东风气流穿过,狭管效应有利于此地风速增大,将大量的水汽输送到巴彦淖尔市上空.     

桂林市一次夏季持续强降水过程成因分析

利用气象资料和V-3θ图,对2002年夏季桂林市一次持续强降水过程进行分析,探讨其成因、维持及结束的条件。     

延安盛夏一次强降水天气过程成因分析

利用NCEP1°×1°的6h再分析资料对2013年延安地区盛夏一次强降水天气过程进行诊断分析。结果表明:暴雨发生时,延安地区上空高层反气旋性涡度,低层气旋性涡度及700hPa以上强烈的上升运动为该地区持续性强降水的发生、发展提供了动力条件。暴雨前期700hPa水汽一部分沿副高外围从南海进入陕西境内,另一部分来自孟加拉湾;暴雨后期延安地区水汽一部分来自孟加拉湾,另一部分来自台风苏力外围的偏东气流。等θse线密集区集中在延安附近,是不稳定能量集中的区域,为延安地区出现强降水提供了充足的能量。     

2013年鄂东北一次梅雨期强降雨日变化分析

利用FY2E卫星观测TBB、GFS0.5°×0.5°再分析资料与湖北GPS网观测PWV等资料,应用环流特征、T_BB、物理量场等,诊断分析2013年7月梅雨末期鄂东北连续强降雨成因。结果表明:强降雨主要发生在5-6日,夜间超过白天,日变化明显。5日夜间鄂东北云团发展旺盛但移速较快,降雨发展。6日夜间云带在移出鄂东北的同时,其西侧又新生多个对流云单体;这些对流云单体合并后形成东移缓慢的β中尺度云团,降雨达到峰值。强降雨期间鄂东北位于200 hPa南亚高压东伸脊北侧的较强辐散区内。5、6日两天早晨,湖南南岳一带西南风异常加大有利于暖湿气流向东北方向输送;午后鄂东北地面对流有效位能加大,大气层结非常不稳定;入夜后动力抬升机制加强,降雨明显增幅。降雨全过程鄂东北PWV夜间比白天均有所增加。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统触发和组织化的观测分析

利用观测和NCEP再分析资料,对2015年6月26-28日江淮流域梅雨锋暴雨天气对流的触发和中尺度对流系统（MCS）的组织方式进行了分析。结果表明:梅雨锋附近发展的2个线状中尺度对流系统是暴雨的直接制造者。MCS2的发展有2种组织方式,26日夜间到27日凌晨,东西向雨带的不断后部建立和随后对流单体的列车效应是其发展的主要方式。27日凌晨到白天,初期新单体不断在线状MCS2的南缘触发,形成多个近乎平行的东北-西南向短雨带,后期梅雨锋锋面雨带从西部不断东移,经过强降水区;对流元有2种尺度的组织方式:新生对流单体沿着单个雨带向东北方向的列车效应以及东北-西南向雨带沿线状中尺度对流系统向东平移的"列车带"效应;持续的后部建立型和沿着同一路径不断的"列车带"效应使MCS2发展和维持。梅雨锋前不稳定空气的地形抬升和边界层辐合上升是初始对流的主要触发机制;26日夜间对流产生的冷池对对流的触发和MCS2的组织化及维持起重要作用,中尺度对流系统的组织特征和发生、发展受近地面环境场制约。      

2020年6—7月长江中下游极端梅雨天气特征分析

雨滴谱是反映降水微物理特征的重要参数,研究雨滴谱垂直结构特征有助于认识降水演变过程和改善雷达定量降水估计。基于秭归、荆州和南京三站并址观测的微雨雷达和二维视频雨滴谱仪数据,探讨了2020年梅雨期不同地区、不同降水强度下的雨滴谱垂直结构特征。结果表明,雨滴下落过程中,小雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在减少,中等雨滴和大雨滴的数浓度和对降水强度的贡献在增加,最后导致对地面降水强度有最显著贡献的是中等雨滴。不同降水强度的雨滴谱垂直结构存在明显差异,弱降水时,雨滴谱较窄,雨滴蒸发和碰并作用相均衡,雨滴谱参数变化小;强降水时,雨滴谱明显拓宽增高,雨滴间存在明显的碰并过程,中滴和大滴数浓度随高度降低而增大,雨滴谱参数出现明显变化。统计分析显示,雨滴谱有明显的区域性差异,秭归数浓度最高但雨滴直径最小,荆州数浓度中等且雨滴直径中等,南京数浓度最低但雨滴直径最大。不同地区的μ-Λ关系具有差异,采用不同地区构建的Z-R关系估算的降水强度与观测值比较一致。

     

传统梅雨区西北部梅雨期降水特征研究

本文从气候平均角度及年际时间尺度对传统梅雨区(28°~34°N,110°~123°E)的西北部(NW区)梅雨期降水及其与大气环流和海温的关系进行了研究,重点比较其与典型梅雨区梅雨期降水的异同。结果表明:(1)气候平均而言,850 hPa层次上大于40 g·m·kg^-1·s^-1的水汽输送带无法覆盖NW区,导致该地区在35~37候没有类似于江南地区、长江中下游地区和江淮地区梅汛期集中性降水的特征。(2)1979—2017年共39 a中,NW区有24 a出现了梅雨现象,有15 a为空梅,平均入梅日期为6月27日,比长江流域偏晚13 d,平均出梅日期为7月13日,与长江流域相近,梅雨期平均日降水量与长江流域相当。(3)NW区梅雨期时,雨量偏多的地区在我国黄淮地区,此时江南地区雨量偏少。东亚夏季风系统成员,如南亚高压、西太平洋副热带高压、青藏高原南部梅雨锚槽、低层西北太平洋反气旋等都比长江流域梅雨时偏北。(4)与典型梅雨区不同,NW区的入梅时间与赤道印度洋、赤道中东太平洋等关键区海温没有显著关联。     

湖北梅雨期３次大暴雨过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料,选取1991年7月9日、1998年7月21日、2010年7月8日湖北省梅雨期的三次大暴雨过程,对影响三次暴雨天气背景以及暴雨发生所需的动力、水汽、热力条件进行诊断分析。试图总结这类区域性暴雨的预报着眼点。结果表明：三次过程的高、低空急流的位置,水汽输送路径有一定相似性;影响三次过程的中尺度系统为西南涡-切变线。850 hPa正涡度中心、水汽通量散度中心与暴雨落区有较好对应,反映了中低层风的辐合和垂直上升运动有利于降水的维持。三次过程暴雨区域700 hPa湿正压项和斜压项绝对值之和均在0.5～0.6 PVU之间,柱状的水汽饱和区均延伸至500 hPa以上;此类暴雨的预报着眼点为：西南涡-切变线以及低空急流的位置是暴雨落区预报的重点,低层的涡度、水汽通量散度、假相当位温高能舌,以及大气运动的垂直结构对暴雨落区预报有较好的参考价值。     

A case study of the error growth and predictability of a Meiyu frontal heavy precipitation event

The Advanced Regional Eta-coordinate Model (AREM) is used to explore the predictability of a heavy rainfall event along the Meiyu front in China during 3-4 July 2003. Based on the sensitivity of precipitation prediction to initial data sources and initial uncertainties in different variables, the evolution of error growth and the associated mechanism are described and discussed in detail in this paper. The results indicate that the smaller-amplitude initial error presents a faster growth rate and its growth...     

2020年7月一场梅雨暴雨的异常空间分布及形成机制

利用GPCP逐日降水资料、NCEP/NCAR和ERA5再分析资料,研究了2020年7月17—19日长江梅雨大暴雨异常空间分布及成因。结果表明,强降水主雨带在长江下游呈纬向分布,与长江干流位置重合、走向一致、长江中游雨带为西南—东北走向。中高层大气环流出现"两脊一槽"的异常大气环流型,南亚高压主体强盛东伸,副高西北侧水汽通道持续维持,为暴雨的形成和维持提供了有利环流背景。17—18日高空西风急流呈纬向分布、副高控制华南、低空西南急流持续加强并东移;19日高空西风急流转为"V"型分布,江淮气旋形成,长江中下游位于高空急流入口区南侧、副高的西北侧和低空西南急流出口区北侧。"两脊一槽"和"V"型大气环流配置结构使得上层的"抽吸"作用和下层的抬升活动相重叠,伴有江淮气旋的辐合作用,导致强烈的上升运动,易产生大暴雨。过程内高低空急流和副高位置和形态的变化是暴雨空间分布出现变化的主要原因。诊断结果显示,热力因子对抬升活动起主要作用,位涡垂直输送和非绝热加热随气压变化项均有利于位涡增强,假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的峰值、强上升运动和位涡高值区与强降水中心重合为本次大暴雨形成提供了有利的热力与动力条件。假相当位温在500 hPa与850 hPa之差的谷值具有较好前期预报指示意义。     

IMERG卫星降水产品在我国梅雨极端降水期的适用性评估

为考察GPM卫星降水产品IMERG在梅雨极端降水期的适用性,以中国自动气象站观测数据与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集资料作为参考,采用均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE统计指标,对IMERG卫星降水产品在长江中下游地区2020年梅雨极端降水期的适用性进行评估。结果表明:IMERG卫星降水产品整体上与实测结果趋势一致,对于12 h和24 h累计降水,在强降水区域易出现高估。反演的3 h累计降水与实际降水一致性较好,累计降水量大于20、50、80、100 mm四种情况下的RMSE和MAE平均值均为10 mm左右。     

一次梅汛期强降雨过程的中期时效预报误差分析

2016年6月30日至7月4日,中国长江流域发生了入汛以来最强的一次极端降雨过程,但对雨带位置的预报却出现了显著误差。为此,本文基于欧洲中期天气预报中心的预报资料,利用天气学诊断方法,分析了确定性和集合预报的基本情况,讨论了预报误差产生原因及其演变特征。结果表明：梅雨锋上次天气尺度波动在中国黄淮—辽东半岛到朝鲜半岛—日本东部一带呈“负—正—负”的分布,它的强弱对雨带位置的变化起着重要影响。当该波动偏强时,有利于低层季风向北伸展,加之冷空气强度偏弱,进而造成雨带位置偏北,反之亦然。此外,通过对比集合预报成员中的准确和偏北成员组,发现该次天气尺度波动来源于青藏高原东北部的初始误差场。伴随着中纬度西风波动的向东传播,该误差在中低层沿着梅雨锋向东移动、并不断增强,最终造成中国长江中下游地区雨带位置明显偏北。     

梅汛期区域性暴雨的多尺度分析及临近预警

利用常规观测数据、NECP1°×1°逐6 h再分析资料、FY2E卫星黑体亮度温度TBB资料以及南京、常州多普勒天气雷达产品,对2012年江苏出梅之前的最后一场区域性暴雨过程进行多尺度分析。在此基础上,探索该类暴雨的临近预警线索,结果表明:(1)此次过程的雨带呈准纬向分布,属于典型的梅汛期静止锋降水。过程中主要有两次降水集中时段,两个阶段的降水性质存在差异,但都具备较高的降水效率。(2)中高纬大范围稳定的阻塞形势,为此次持续性暴雨过程的产生提供了有利的大尺度环流背景。而在此过程中,两段降水集中期的形成与地面触发系统的出现和维持有着较为密切的联系。(3)此次过程中两段降水集中期内的物理量特征以及TBB的演变情况和其对应的降水特征存在异同。(4)雷达特征分析表明,此次过程具有较高的降水效率和较长的持续时间。实际业务工作中可以通过判断回波的质心高度和边界层风速有无跃增来估计降水效率的潜势。当推断较高的降水效率潜势将持续较长时间时,应及时发布暴雨警报。