一次极端降水过程中不同相态降水过程的锋生特征对比研究

2015年1月8日夜间~10日,云南出现暴雨和暴雪并存天气,是1961年以来1月最极端的一次降水过程,利用NCEP/NCAR再分析资料,对不同相态降水过程中锋生作用及其伴随的次级环流特征进行对比分析,探讨强雨雪产生机制。结果表明,孟加拉湾至滇南的水汽输送偏离气候平均度达3σ,滇南锋区中心强度为-5×10-5K·m-1,异常冷暖气流在云南交汇造成此次强雨雪天气。进一步地锋生函数分析表明,2015年初强雨雪中,暴雨前期低层水平辐合及上升运动加剧,使降水出现峰值,此后水平变形场(主要是切变变形)的增长,使锋生作用维持,但强度明显减弱;对于暴雪而言,第一次降雪峰值的形成主要是倾斜项作用;第二次降雪峰值的形成则主要是水平变形项中的伸长变形增长和倾斜项作用。次级环流上升支处的强上升运动为强雨雪天气提供了有利的动力条件。     

2021/2022年云南冬季异常气候特征及成因分析

基于云南省124个站点逐月气温和降水资料以及美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料，运用数理统计方法，分析了2021/2022年冬季云南气候异常的成因，得到(1)2021/2022年冬季，中低纬度地区维持北非槽、阿拉伯半岛脊、孟加拉湾槽的波列，有利于阿拉伯海、孟加拉湾、西太平洋和南海的水汽向云南境内输送，造成云南整个冬季降水偏多。(2)前(后)冬中高纬度的环流变化是造成冬季气温前暖后冷的直接原因。从前冬到后冬中高纬度欧洲大陆槽明显减弱北抬，西西伯利亚附近的脊增强，易形成阻塞高压；地面西伯利亚高压增强，东亚冬季风也明显增强。相应地冷空气从少而弱到频发并偏强，气温从明显偏高到显著偏低。(3)2021年12月到2022年2月东亚副热带急流从偏弱逐渐变为偏强，而极锋急流从偏强逐渐变为偏弱，导致冬季风逐渐增强，影响南下冷空气，致使云南冬季气温发生了前暖后冷的季节内异常变化。(4)云南上空整个冬季皆存在异常水汽辐合，水汽辐合抬升有利于降水生成。两个主要水汽输送通道一个是从阿拉伯海经孟加拉湾进入云南；另一个是从西太平洋海域经南海、中南半岛和孟加拉湾进入云南。     

淮河流域一次梅雨锋暴雨的中尺度动力特征分析

针对2007年7月8日发生在苏皖淮河流域的暴雨,采用WRF中尺度数值模式模拟结果、FNL每日4次1°*1°再分析资料、6h地面实况观测降水资料和FY-2相当黑体亮温TBB资料对该次降水的发生、发展过程进行了分析研究。结果表明:(1)该次降水在有利的大气环流形势下,强降水发生在呈准东西向分布的梅雨锋上。位于蒙古国与我国华北—东北交界处上空的切断低压给淮河流域输入了冷空气。冷空气与西南低空急流带来的暖湿气流交汇,增强了大气斜压性;(2)正的非热成风涡度的发展促进了高层相对于低层的辐散减压,有利于垂直上升运动的发展;(3)低空强急流带所形成的动力、热力和水汽条件对暴雨落区位置产生了重要影响。     

γ中尺度单体合并在昭通小河镇"201O.7.13"灾害性天气中的特征分析

低纬度高原特殊地形影响下的云和降水与其它地区相比有一些独特的情形,中-y尺度暴雨就是特征鲜明的一类,由此系统引发的降水突发性较强,常造成灾害.利用常规高空资料、卫星资料、加密乡镇雨量站资料和新一代多普勒雷达资料,对2010年7月13日云南昭通小河镇灾害性天气分析发现:短时性、高强度,在降水开始的1 h左右就达到暴雨量级,是此次过程的降水特点;中低层风向辐合、高冷低暖、整层潮湿,低层偏南暖湿气流输送水汽及对流不稳定能量堆积,以及边界层辐合线的触发提供了中尺度天气背景;强中尺度对流系统(MCS)是此次暴雨形成的云图中尺度特征;多普勒雷达观测资料分析表明,镶嵌在中-β尺度上的中-γ尺度单体为形成强降水的直接影响系统,该类系统以"单体合并型"和"自壮大升尺度型"居多,且"单体合并型"占较大比例;单体组织化合并可能是部分这类暴雨的触发与维持机制之一.     

南岭地形对湖南省冻雨形成与分布的敏感性研究

湖南南岭地形对冻雨形成与分布有重要影响。利用WRF模式模拟了南岭地形对冻雨进行了敏感性实验,结果显示:静止锋是湖南冻雨形成的主要背景,WRF模拟的冻雨区域与观测吻合。山脉的降低或抬升,仅轻微地影响冻雨的空间分布和冻雨量,静止锋对冻雨的影响远较地形要大。随着山脉降低,地面0 ℃线北移,逆温层强度增大,不利于冻雨发生;相反,山脉抬升使冷空气更易在湖南境内堆积,冻雨区变大。冻雨发生时,在南岭北部形成背风波,导致冻雨降水带呈西南-东北的条状带分布;随着地形抬升,背风波振幅增大且锋面坡度减小,其上的云团被背风波打碎成条状。同时,抬升的地形阻挡了西南暖湿气流,背风坡水汽变少,焚风效应增强,南岭以北的冻雨范围减小。     

一次低纬高原暖区暴雨对流系统演变及边界层触发

利用高空和地面区域站、FY2G卫星TBB、昆明C波段多普勒雷达、闪电观测资料和NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,分析了2017年7月12-13日云南副高外围暖区暴雨对流系统演变特征及边界层触发成因。结果表明,滇东中部和滇中中部暴雨,12日08:00以锋面降水为主,14:00后以暖区降水为主;环境场具有弱垂直风切变,湿层深厚,暖云厚度大,抬升凝结高度低等特征,利于降水持续及强降水触发,但昆明对流有效位能111.6~217.3 J/kg,暴雨对流性较弱;降水具有低质心对流结构,属于暖云性质,降水粒子以液态为主,伴有稀疏负闪;暴雨中心降水有3次波动,其中白邑初始对流的产生,是由于其西北侧山脉附近对流降水形成冷池,山脚地形性辐合线加强南移,此后在深厚偏南气流引导下,不断有25~30 dbz回波以1~5.1 m/s的速度经过白邑,形成列车效应,加之冷池作用下,地面辐合线再次加强影响白邑,形成午后降水峰值,夜间降水峰值的形成仅与偏南气流脉动有关,而格里三次降水波动,均是偏南气流脉动下形成列车效应,加之地面伴有中尺度气旋活动。     

盛夏昆明两次致灾大暴雨对比分析

应用常规观测资料、FY-2D、2E卫星观测资料及新一代多普勒雷达回波资料,对“2013.07.19”和“2017.07.20”昆明两次大暴雨对比分析,结果表明:两次过程均出现在全省强降水过程大背景下,强降水时段均出现在盛夏7月的夜间,集中在北部和东部。2013年过程降水量较大,持续时间较长,洪峰水位较高,而2017年过程小时雨强和雷暴次数为最强,城市内涝范围和灾情影响程度较大;两次环流系统均是两高辐合、低涡切变配合暖湿气流共同作用,但2017年有明显的系统前倾,辐合更强;不稳定特征显示,高冷低暖,对流特征指数均体现为对流性不稳定,但2017年CAPE较大、高层冷平流较强,高低空强垂直切变明显,对流层高层干冷空气下侵增强了对流不稳定;滇中昆明均处在MPV 1?0、MPV 2?0的大气对称不稳定条件下强的对称不稳定区,2017年过程由于积聚了大量的较强不稳定能量,强对流天气剧烈但持续时间较短;整层水汽通量散度辐合区分布基本一致,与降水区基本对应;中β尺度对流云团是两次大暴雨的直接影响中尺度系统,但2017年云团强度更强,对流性特征更明显;多普勒雷达回波特征表现, 2013年过程为带状混合型降水回波,持续少动,中尺度系统有暖平流、中尺度辐合区持续影响,回波顶高8～10 km,且最大回波强度46dBZ,而2017年过程为团状、涡旋状对流性降水回波,回波强度强于2013年,小时雨强较大。     

2011年陕西秋季强连阴雨天气的大气环流异常特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了陕西2011年秋季强连阴雨期间的欧亚大气环流异常特征。结果表明:这次强连阴雨天气具有雨量大,暴雨范围广,站次多、降水集中等特点。欧亚500 hPa高度距平场"北高南低"的分布是这次强连阴雨天气产生的大气环流背景,500 hPa乌拉尔山到中亚阻塞高压稳定维持,脊前偏北气流引导冷空气从贝加尔湖与巴尔喀什湖之间的蒙新高地南下,在贝加尔湖与巴尔喀什湖之间形成一条冷舌,同时西太平洋副热带高压稳定,强度偏强,冷空气在东移南下过程中,在秦岭山脉附近与西太平洋副热带高压外围暖湿气流持续交汇,对流层低层秦岭山脉及其邻近地区有较常年同期明显偏强的上升气流,700 hPa流场台湾岛以东气旋性环流的异常维持,偏强的华南偏东气流和高原东侧偏南气流为陕西持续性强降水或连阴雨天气中暴雨发生发展输送了充足水汽。这种环流分布有利于陕西持续性强降水天气产生与维持。而西太平洋副热带高压稳定与副热带急流中心入口右前方动力强迫作用激发的垂直运动,也为陕西强连阴雨中强降水天气产生提供了有利动力环境场。     

一次中尺度对流系统的发生发展特征分析

通过分析2008年6月23日形成于冷涡成熟阶段的中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征,得到:(1)MCS发生发展过程中,高空强垂直风切变维持,低层垂直风切变迅速增大。(2)湿Q矢量的低层辐合、高层辐散,加强了上升运动和次级环流,前者的增大对MCS的发展起了更大的作用。(3)雷达图上弱回波区、回波悬垂结构、三体散射现象、大的垂直累积液态水及低层速度图上的气旋式辐合的出现是冰雹发生前的有利信号。(4)湿斜压性及风垂直切变增大可能会促发MCS发生。地面风场辐合和水汽辐合加强了MCS的发展。对流层中高层干冷空气的侵入,使不稳定能量释放,导致了强对流天气的发生。     

珠江三角洲大暴雨的多普勒特征及形成机制

利用广州CINRAD-SA新一代多普勒天气雷达资料,结合天气形势分析,研究了华南地区夏季短时大暴雨的发生、发展过程,特别是中小尺度系统引发短时大暴雨不同发展阶段的多普勒特征以及辐合强度与短时大暴雨的关系,并对短时大暴雨的发展机制进行了初步探讨.通过分析发现,短时大暴雨产生于低空强盛西南气流等有利条件下,近地层雨区附近的气旋式扰动有利于激发对流,抽吸作用、局地锋生对对流的维持和加强起到了十分重要的作用.在短时大暴雨发生初期及发展旺盛期,大多数都伴有逆风区、辐合带等多普勒特征,中气旋更是与高强度降水、地面强风等剧烈天气密切相关.     

云南2009年秋季特大旱灾大气环流特征分析

利用云南省30个气象站的逐月降水资料以及1961-2009年NCEP/NCAR月平均资料,分析了云南2009年秋季特大旱灾时降水变化特征以及同期的环流特征。从水汽输送特征、西风带异常以及副热带高压等3个方面分析了环流特征。分析结果表明:2009年秋季云南降水是减少的;同期来自孟加拉湾地区、南海地区暖湿水汽减弱,来自内蒙古地区南下的冷空气与由孟加拉湾、中南半岛北部北上暖空气相互作用减弱;云南2009年9-11月份辐合上升水汽输送通量减弱,净获得水汽减少;2009年9-10月份西风带纬向环流增强,而11月经向环流较强,但内蒙古西部、宁夏、四川等地区700～500hPa经向风场减弱;2009年9和10月份副高偏西偏强,云南在副高控制下,辐合上升水汽减少;11月份副高西伸至孟加拉湾地区,偏南风只存在于北纬17.5°以北的孟加拉湾地区,这削弱了孟加拉湾地区向我国西南地区输送的水汽量。综合上述分析,笔者认为水汽通量异常、西风环流异常、西太平洋副热带高压偏西偏强是影响云南2009年秋季降水的重要因素。     

广东2010年5月一周两次暴雨过程的对比分析

2010年5月中旬,广东省在一周之内连续遭受了两次区域性暴雨过程,其频次之高、雨量之多、强度之大为历史同期所少有。对这两次暴雨过程从水汽输送、动力结构、大气稳定度和雷达特征等方面进行了对比分析。结果表明:两次暴雨过程的环流形势及影响系统不同,水汽输送和辐合强弱与暴雨范围有密切关系,降水强度不但受大气不稳定度影响,动力触发更可能是引发强降水的关键因素;产生暴雨的飑线通过吸收合并其移动前方和沿近地层辐合带新生单体得以维持和发展,飑线上的HP型超级单体是产生降水峰值的主要载体。     

多普勒雷达回波在一次大暴雨中的应用分析

利用多部新一代天气雷达资料结合常规探空资料和逐小时的自动站资料,对2007年7月18日发生在河北省东部平原(以下简称冀东平原)的一次区域性暴雨过程进行分析。结果发现:低层中α尺度切变线的南压、东移及"人"字形辐合线是本次降水过程的主要影响系统;降水发生前西南暖湿气流和冀东平原近地层偏东风是"人"字形辐合线形成的直接原因;在不稳定层结存续条件下,急流方向上上游雷达站中尺度低空急流的脉动对下游台站的短时暴雨预报具有一定时效的指示意义。     

“2014.5.10”云南怒江州福贡泥石流成因分析

2004年5月10日云南怒江州福贡县石月亮乡发生泥石流等地质灾害,造成人员、经济重大损失。分析了此次泥石流形成的条件,并着重探讨了天气学成因,结果表明:脆弱的地质环境、陡峻的迎风坡、便于集水、集物的地形地貌和丰富的松散物质是怒江贡山泥石流易发生的有利地质地貌条件;连续性累积降水及短时间暴雨的产生为泥石流提供了较好的水源条件;高原短波槽与孟加拉湾南支槽东移合并,中、低层槽前西偏南暖湿气流500 h Pa偏西北气流是形成怒江暴雨过程的大尺度天气环流背景;地面辐合线、干线、低层显著湿区、湿舌等是导致降水的中尺度系统;高能高湿的潜在不稳定及近地层的水汽辐合是暴雨发生的有利条件;多普勒雷达图10~20 d Bz分散的絮状回波、部分35 d Bz块絮状回波、卫星云图多絮状对流云、无强对流云团活动反映此次暴雨过程为非对流性暴雨。     

山西北部一次飑线大风的多普勒雷达特征

利用山西省北部大同地区多普勒雷达的基本反射率因子、组合反射率因子、速度剖面图、垂直液态含水量、回波顶及VWP产品,结合环流形势和自动站分钟数据资料,对2010年6月16日发生在大同地区的飑线天气过程进行了分析。结果表明:这次飑线过程发生在高中低三层的冷涡环流形势和地面冷锋前的暖区;飑线过境时压、风、温三要素出现剧烈变化;研究极大风速≥16.8 m.s-1的台站时发现:飑线过境时两个站出现的速度极大值与外流边界的影响时间相吻合,四个站出现的速度极大值与强回波下沉气流影响时间相对应;冷涡携带的冷空气使飑线后部入流不断得到补充,而前侧暖湿气流沿着后部入流爬升,不断产生新的单体,是飑线能够维持、发展的主要原因。     

短时大暴雨的多普勒雷达探测及暴雨预警信号发布

本文通过对环流背景和广州CINRAD-SA多普勒天气雷达资料的详细分析,探讨了发生在广州市的一次短时大暴雨的成因.结果表明：广州市夏季短时大暴雨在低空急流、低层辐合以及高空辐散和抽吸作用的有利环流背景下,多个单体接连穿越同一地区所造成,单体排列方向与单体移动方向一致.弱中气旋特征、逆风区和能量锋对对流的维持和加强起到了十分重要的作用.另外本文还对暴雨预警信号的发布技巧进行了探讨.     

2003年陕西持续性暴雨成因分析

对2003年发生在陕西的持续性暴雨分析认为: 乌山阻高与副热带高压的配置及稳定少动为这次持续性暴雨提供了有利的背景条件.贝湖低压底部分裂出小槽引导的冷空气与副高西北侧暖湿气流在高原东侧一带反复交绥是暴雨的主要成因.高低空急流耦合使高层辐散区迭加在低层辐合区的上方而产生强烈的上升运动,为深对流的发展提供了条件,促进了暴雨时中尺度系统的生成和维持.     

“7·20”郑州极端特大暴雨降水细节特征和成灾过程研究

基于常规探测资料、区域气象站资料、郑州双偏振多普勒雷达产品和ERA-5逐小时再分析数据等对“7·20”郑州特大暴雨降水细节演变、成灾过程和中尺度特征进行探究。结果表明：特大暴雨环流背景罕见，海上远距离台风起到了“水汽转运站”的作用；降水时空分布的复杂性致使西部山区和郑州主城区成灾原因不同；关键环境参数对比分析表明，极端强降水对CAPE值要求不高，高的暖云层厚度和近地面大的露点等指标利于高降水效率的产生，中等强度以上的深层垂直风切变有利于中尺度对流系统的高度组织化；西部山区强降水主要由中尺度孤立对流单体频繁影响所致，列车效应显著；郑州主城区强降水是由高降水效率的对流系统长时间维持造成的，降水粒子尺度大，数密度高，KDP值增大与雨强的突增对应关系较好。     

陕西MCC特征分析及预报与减灾对策研究

运用卫星云图、常规观测资料对发生在陕西的中尺度对流复合体(MCC)的环流形势、水汽输送等特征进行分析。结果表明:陕南出现的MCC约占全省总数的80%,多形成于傍晚至凌晨。陕西出现MCC时,200h Pa有着相似的环流形势,均出现在南压高压的东北侧、副热带高压西北侧边缘偏南暖湿气流区域;对流层中低层,甘南-四川东部地区都有低涡或切变配合;地面图上四川东部及陕西南部多为稳定少动的热低压,影响MCC的冷平流多经甘肃东部入侵陕西境内,增强了对流中低层的低涡斜压性进而触发对流。云图特征显示:陕西MCC以对流单体发展加强形成的居多,这类MCC多出现在陕南强降水过程中,具有稳定少动、北伸不明显的特征;也有对流云团合并、冷锋云前部暖区新生对流云团发展加强形成的MCC,该类MCC北伸、东移相对明显。云顶亮温(TBB)显示:陕西MCC的强降水出现在TBB梯度最大一侧,最大小时降雨量与TBB的最低时段对应较好。上述特征对研究陕西致洪暴雨的预报、预警及防灾减灾服务具有很好的借鉴作用。     

“1410”台风麦德姆强降水与地形关系的分析

利用多种资料对2014年第10号台风麦德姆的降水实况和环流形势进行分析;并以欧洲中心ERA-Interim资料为背景场使用WRF模式,对山东半岛地形对麦德姆强降水的影响进行敏感性试验。结果表明:中纬度西风槽和台风系统结合,冷空气从对流层低层入侵使麦德姆发生变性。山东半岛地形对麦德姆的移动路径、强度和降水均有一定影响。地形高度与强降水中心强度有较好的对应关系。地形高度的强迫抬升作用有利于水汽辐合增强,从而使降水量增大。地形高度与降水量减少不是简单的线性关系。