安徽汛期淮北区域性暴雨大尺度环流特征及成因分析

本研究利用合成分析、EOF分解、显著性差异检验、相关分析等方法对1960—2010年安徽淮北地区5—9月25个区域性暴雨个例进行分析来研究安徽地区淮河以北区域性暴雨时空分布、大尺度环流分型及物理量场分布特征,从气候背景角度出发了解其成因分析,为预报提供有益参考。研究表明：安徽淮北区域性暴雨大尺度环流特征主要表现为两脊两槽型。暴雨区多位于高空西风急流入口区南侧和低层低涡辐合中心东南侧、闭合经向垂直环流上升支下方。冷空气分别从高低层同时入侵,高层冷空气以高值位涡柱的形式向下入侵。暴雨区多位于垂直上升速度中心和湿位涡负值中心略偏北,垂直方向上呈现湿位涡正负区叠置的形势,且低层的对流不稳定和中高层的斜压不稳定相结合,使得大气不稳定性增强是造成淮北区域性暴雨的主要原因。     

呼伦贝尔市一次短时强降水特征分析

为了研究呼伦贝尔市短时强降水特征,防范短时强降水引发的洪涝灾害对农业产生的影响,利用地面逐时加密观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图资料,对2009年7月12日呼伦贝尔市出现局地短时强降水天气成因进行分析。结果表明：前倾槽结构为此次短时强降水提供了非常有利的大尺度环境。短时强降水发生在低层暖湿切变线辐合区与高空弱脊辐散区相叠置区域,MCC发展阶段的入流边界。短时强降水落区具有低层高温高湿强对流不稳定层结,强的垂直风切变,强烈上升运动,并伴有螺旋度正值区的特征,中高层干冷空气入侵触发了不稳定能量释放,产生此次短时强降水天气。     

一次强降水过程的干侵入分析

为了研究内蒙古地区干侵入与暴雨短时强降水相关性,认识实际系统的演变和发展及其对短时强降水暴雨的发生发展的作用进行诊断分析,基于气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和FY-2C2D卫星资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示东北冷涡影响下2014年7月7日发生的内蒙古兴安盟地区降水过程中干侵入的特征及其对短时强降水发生发展的作用机制。结果表明：（1）对于这次过程而言东北冷涡是直接影响系统,明显有从对流层高层到对流层低层的干侵入,对流层高层具有低湿、高位涡的冷空气不断地向对流层的中下层侵入,促使低层出现了“上干冷,下暖湿”的垂直结构,有利于对流不稳定层结的形成,此时在地面锋面斜压性非常强,使暖湿空气抬升有利于形成短时强降水,出现强降水出现时间段均与低层不稳定最强及θ_se等值线呈上下密集分布的时刻。（2）在红外云图上表现为形成逗点云系,黑体亮温高值区与干冷区相对应,干冷区的伸入使得对流云团边缘亮温梯度增大,中心亮温值达到-53℃,短时强降水发生在对流云团东侧亮温梯度最大区域,短时强降水落区与梯度较大的区域移动方向一致。     

山东南部一次极强降水的结构演变特征分析

为深入了解山东南部地区夏季暴雨发生机制,进一步提高预报准确率,应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2E逐时云顶亮温TBB资料、地面加密自动站资料及多普勒雷达资料等,对发生在山东南部地区的一次大暴雨天气过程进行详细分析。结果表明：该过程在有利的天气形势下发生;大气对流不稳定,低层有较强暖平流,中层干冷空气与低层的暖湿空气混合,使大气对流不稳定度加大;强降水出现在上下层正涡度相叠加、低层正涡度增大的过程中;暴雨中心与云顶亮温TBB的最低值中心及强度有密切关系;大暴雨期间多普勒雷达能及时捕捉到冷空气和强回波活动情况,此次强降水过程分别对应2个强降水时段。     

不同高度冷空气侵入登陆台风暴雨过程对比分析

为了解不同高度冷空气与登陆台风结合,暴雨事件的机理和降水特征差异。以1323号“菲特”和1601号“尼伯特”登陆台风,分别引起江苏东南部2013年10月7—8日和2016年7月11日异常暴雨事件为例,进行对比分析。结果表明：“10·7—8”暴雨期间,低层冷空气侵入“菲特”残留低压,与“丹娜丝”北侧东风急流结合,大气层结由对流不稳定转为条件性对称不稳定,低层斜压锋生、辐合加强,高层强辐散,倾斜对流发展,造成分布均匀持续时间长的层、积混合型强降水,暴雨中心与低层MPV2异常区和锋生区对应;“7·11”暴雨则是“尼伯特”残留低压倒槽顶部附近低层诱生出中尺度低压并发展,冷空气从中层侵入,强对流不稳定层结建立,对流有效位能释放形成强烈的垂直上升运动,造成分布不均、持续时间短、短时雨强大的对流性强降水,暴雨中心位于地面中尺度辐合线及温度脊附近。“10·7—8”暴雨过程,台风北侧的东风急流提供了充足的水汽;“7·11”暴雨过程的水汽,则主要来源于本地和中尺度低压右侧的偏东风输送。不同高度冷空气侵入登陆台风系统,造成大气层结稳定度和上升运动的形成机制不同,其降水特征存在显著差异,在预报业务中值得关注。     

2013年5月27日赣东区域性暴雨成因分析

为了提高暴雨预报准确率和预报服务水平,利用常规气象资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年5月27日赣东抚州市区域性暴雨成因从天气形势、影响系统、水汽、动力与热力不稳定等方面,运用垂直螺旋度理论进行综合分析。结果表明：（1）此次暴雨过程是一次江淮气旋东移过程中暖区短历时强对流暴雨,江淮气旋、500 hPa低槽、中低层低涡、西南风急流是暴雨主要影响系统;（2）暴雨区与垂直速度所表现的强烈上升区对应,并伴有高能高湿条件;暴雨区位于850 hPa水汽通量大值中心附近和温湿能等值线梯度密集带偏高值一侧;水汽通量散度负值中心与强降水区有较好的对应关系;（3）垂直螺旋度分析表明,这次暴雨落区位于700 hPa垂直螺旋度正大值中心附近,强降水出现与中低层的正螺旋度迅速增大,高层负螺旋度值迅速减小在时间上有一致性。分析结果对今后暴雨预报有指导意义。     

“7.21”特大暴雨的地形影响分析

为了深入研究地形对暴雨的影响,提高暴雨预报的精准度,本研究利用NCEP资料和WRF模式对“7.21”特大暴雨进行了数值模拟和分析。结果显示：“7.21”特大暴雨是在有利的环境场以及这一地区特殊地形作用下发生;强降水中心主要出现在山谷、山区与平原交界区域,与地形的影响密切相关。地形的影响主要表现热力和动力2个方面：风顺山谷而吹,形成明显的高温、高湿的水汽输送,同时形成辐合、上升运动;山区和平原交界地带温度梯度大,加上迎风坡作用,有利于对流的发生、发展。     

山东地区一次台风暴雨过程诊断分析

为了进一步研究台风“梅花”影响过程中暴雨的产生机制,对台风引起的暴雨过程有更好的把握,利用常规观测资料及NCEP/NCAR 1°?1°的6 h再分析资料,对2011年8月5—8日受台风“梅花”影响,山东部分地区出现的暴雨过程进行诊断分析。结果表明,干冷空气的卷入对台风强度的减弱有重要的影响;干空气与暴雨落区有一定相关性,暴雨区发生在干空气团（相对湿度<50%）前部,600~850 hPa处于湿度≥90%的干、湿气团交界处;暴雨区发生在MPV1、MPV2正负值交界处,靠近MPV1负值区,MPV2正值区一侧,对应高空850h~925 hPa等MPV1线密集,925 hPa等MPV2线密集。     

贵州2012 年7 月中旬两次强降水过程对比分析

2012年7月中旬贵州遭受区域性强降水,利用NCEP/NCAR逐6 h 1o×1o再分析资料、常规气象观测资料和地面加密观测资料,分为两阶段从影响系统和形成机制方面进行对比诊断分析。结果表明：第一阶段影响系统主要有高空槽、中低层切变线和低空急流,地面辐合线是强降水的主导因素,属于对流性降水天气,第二阶段主要受高空系统（高空槽和低涡）影响,对流性和稳定性降水并存;水汽通量辐合中心及强弱能很好的指示强降水落区,大气不稳定更易造成短时强对流天气,中低层气旋性涡度和高层反气旋性涡度的配置更有利于强降水的发生。     

2012年潍坊地区首场局地大暴雨天气成因分析

利用常规观测资料、地面加密区域自动站观测资料、NCEP/NCAR 资料、FY-2E卫星云图等资料对2012年7月4～5日潍坊地区出现的首场局地大暴雨天气过程进行了分析。分析表明：此次局地大暴雨的主要影响系统为高空低槽、低涡切变线、低空急流和气旋。局地大暴雨区域与水汽通量大值区和辐合中心比较对应。超低空急流出现的时间和位置对降水强度的增加和出现的区域具有重要作用。地面中小尺度辐合中心的持续时间对此次局地大暴雨的贡献较大。临朐区域站出现大暴雨与特殊地形有关。此次暴雨是出现在等θe线陡立密集区内、对流层低层MPV1<0的对流不稳定条件下且MPV2绝对值得到较大增长的区域。中尺度对流云团范围和强度的不断变化对判断暴雨的发生发展有重要的指示意义。     

2011年7月2—3日山东大范围暴雨过程的诊断分析

为了进一步探讨山东短时暴雨发生发展的中尺度物理机制,分析强对流来临之前的中尺度信息,提高山东地区暴雨预报的准确率,利用常规观测资料,FY-2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2011年7月2—3日山东大范围暴雨过程进行天气动力学诊断。结果表明,此次山东大范围暴雨是由高空冷涡、地面气旋、副热带高压等系统共同影响产生;副热带高压的稳定少动,低层切变线的出现,充沛而又深厚的水汽等条件的合理配置,造就了这次大范围暴雨;暴雨出现在850 hPa上MPV1正负值过渡带、MPV2弱负值区附近,是对流不稳定与斜压不稳定相结合的地区;研究中尺度对流云团范围和强度的不断变化对判断暴雨的发生发展有重要的指导作用。     

山东一次大范围暴雨过程的多尺度诊断分析

利用区域自动站资料、探空资料、NCEP再分析资料及雷达、卫星等多种观测资料,对2013年7月12—13日山东强降水进行了多尺度分析。结果表明：暴雨是在副高势力强、位置稳定的有利大尺度环流背景下产生的。暴雨发生在深厚的暖湿气流与强上升运动区内,暴雨落区及其移动方向与强的上升运动中心的相关性比较好。地面东南风与偏北风、东南风与偏东风形成的多个中小尺度辐合线与地形存在一定的对应关系,辐合线的位置与山脉的走向相一致,地形对降水强度有增幅作用。TBB上对应多个中尺度的对流云团,呈东西带状分布,最强云顶亮温低于-45℃。雷达上,层状云回波的南侧不断有新的中小尺度对流单体的发展,并排列成窄带状,造成很强的对流性降水。     

安徽淮河以南区域性暴雨大尺度环流背景分析

为了从气候平均态的角度掌握安徽淮河以南汛期区域性暴雨的大气环流背景和物理量配置的特征,为区域性暴雨预报提供有利参考,本研究利用合成分析、EOF分解、显著性差异检验、相关分析等方法,对1960—2013年安徽淮河以南地区5—9月171次区域性暴雨个例进行分析,以研究其时空分布、大尺度环流分型及物理量场分布特征。研究表明：安徽淮河以南区域性暴雨大尺度环流特征主要表现为中高纬“2脊1槽”型。暴雨主要是边界层偏南风急流、低空西南急流和高空西风急流三者垂直方向上耦合的结果,暴雨区多位于南亚高压北侧,高空西风急流南侧,低空急流左前方和边界层急流中心的左侧及850 hPa暖切南侧,且垂直方向上呈现湿位涡正负区叠置的形势,为暴雨的产生提供不稳定层结条件。     

2013年8月16日抚顺特大暴雨过程分析

利用常规观测、加密自动站气象站以及NCEP/NCAR再分析等资料,分析了2013年8月16日抚顺特大暴雨过程。结果表明,抚顺“8.16”特大暴雨过程是一次极端降水过程,具有雨量大、持续时间长、范围广的特点。降水前15天维持高温高湿,低气压特点 。地面蒙古气旋、低层切变线、500hPa西风槽和副热带高压是强降水的主要影响系统。本次降水过程的水汽由多方向气流汇合。低空急流左前方辐合和高空急流右后方辐散耦合,是强降水产生的动力条件。水汽通量散度在降水前为低层辐合,高层辐散。降水开始后辐合中心向下发展,高层辐散明显增大,低层辐合明显加强,对流发展更加旺盛。本次暴雨产生在850hPa假相当位温场高能舌区顶部,垂直分布具有上干下湿不稳定层结。高层干冷空气向低层渗透,触发低层高温高湿不稳定能量释放。地形对降水作用有：1.迎风坡对西南气流抬升作用,2.喇叭口地形汇聚作用,3.浑河河谷狭管作用,4.山地的阻滞作用,5.喇叭口地形再次辐合,五种地形作用叠加而成。     

2011.7山西区域性暴雨天气过程诊断分析

为了进一步研究山西区域性暴雨天气过程的主要成因,利用常规和非常规气象观测与监测资料,对2011年7月1—3日山西区域性暴雨天气,从大尺度环流背景、中低层影响系统、红外卫星云图、不稳定能量及物理量场的空间垂直剖面进行综合分析。结果表明：该次暴雨发生在东高西低副高影响的环流背景下,中低层切变为暴雨主要影响系统,强烈的上升运动、低层辐合高层辐散的流场配置为暴雨提供了有利的动力条件,涡度场与高低空系统的时空分布变化相一致,ki指数≥32℃的高能区、si＜0℃的不稳定区域在降水时段始终与中低层切变系统的位相一致,促进了持续性强降水的产生。     

一次辽宁大暴雨发生发展的动力和热力机制

利用WRF模式预报,对2013年8月16日辽宁东北部地区发生的大暴雨过程,进行逐小时的中尺度分析,旨在找出此次大暴雨发生发展的动力和热力机制。结果表明：（1）该地出现如此罕见的大量级降水,是中β尺度对流系统造成的。在辽宁东北部地区形成“列车效应”,跟随中低层的引导气流,使强对流性天气系统依次通过该地,致使造成重大灾害;（2）抚顺山区地形的强迫抬升及对流层高层的正涡度平流辐散启动了大暴雨的产生;（3）中层的偏西干冷气流配合低层的西南暖湿急流辐合系统之间的相互作用形成了聚能机制。暴雨区中低空的上升运动和近地面的动力锋生,使中低层的潜在不稳定加剧。潜在不稳定的触发机制为中高层产生的上升运动。     

贵州省西南部一次由MCC造成的区域性暴雨分析

为了研究MCC对暴雨过程的作用,利用观测资料和再分析资料等对2008 年5 月27 日的暴雨进行分析。结果表明：对流层低层暖湿气流加强和中层干冷空气叠加加强了对流不稳定,低层暖切变使对流云团发展成MCC,冷切变使MCC减弱消亡;在MCC形成发展阶段,雨团呈西北—东南走向且稳定少动,MCC的轴向与准东西向的850 hPa 暖切变一致,面积在暖切变两侧同时扩大;在MCC减弱阶段,雨团南压并在高压带冷区中传播并减弱。强降水出现在MCC轴线TBB≤-92℃的地方而非TBB梯度密集区;当偏东风达6 m/s 时,形成了明显的地形性垂直上升运动,对位于喇叭口地形两侧的望谟、贞丰大暴雨的形成有明显的地形增幅作用。     

“7.21”山西北部罕见区域暴雨的诊断分析

为了更好地认识山西省北部区域暴雨形成机制,为防灾减灾提供精细化的预报信息,利用常规地面和高空探测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、加密自动气象站资料以及FY-2E卫星TBB资料,对2012年7月20日20时—21日20时山西北部区域暴雨过程进行诊断分析。结果表明：（1）这次暴雨发生在200 hPa高空西风急流稳定加强、500 hPa阻塞背景下,低空低涡切变线是其主要影响系统,低空西南急流偏西偏北是其重要原因之一。（2）雨区上空对流层低层大气处于强对流不稳定状态,高层强的干侵入和低层弱北风的侵入是触发不稳定能量释放的重要机制。（3）地面自动站风场信息显示主要触发系统有中尺度涡旋、辐合和切变3种类型,3种类型造成的降水强度和持续时间均不同。（4）500 hPa垂直螺旋度的变化可表征强降水系统的发展和移动,而考虑水汽因子后的水汽垂直螺旋度能更好地反映雨区上空对流层中低层的动力场结构特征,对预报强降水落区和移动有很好的指示意义。     

广西汛期2次暖区暴雨成因的对比分析

为了加深对华南暖区暴雨的认识,提高此类暴雨的预报准确率,利用常规气象观测资料、广西中尺度站逐时雨量资料及NCEP1°×1°格点再分析资料,对广西2015 年5 月14—15 日（简称“5.14”）和6 月13—14 日（简称“6.13”）2 次暖区暴雨天气过程进行对比分析。结果表明：2 次过程均发生在850 hPa 一致的偏南气流中,暴雨发生前有不稳定能量的积蓄,低层925~850 hPa 较强的垂直风切变加强了对流系统的发展,中尺度地面辐合线是不稳定能量释放的触发机制。所不同的是：“5.14”暴雨过程期间副高加强西伸,中尺度对流系统呈现出准静止的特点,对流云发展旺盛,属于积状云为主的混合降水回波;锋前?型高能舌区较为宽广,低空急流强盛且伸展高度较高,有利于大气中低层水汽的输送以及垂直运动的发展。“6.13”暴雨过程期间副高减弱东退,“列车效应”造成持续降水,对流回波伸展高度较低,属于层状云和积状云混合降水;整层高湿的环境降低了蒸发率,有助于出现范围较大的降水。     

贵州西南部一次由MCC造成的区域性暴雨分析

为了研究MCC对暴雨过程的作用,利用观测资料和再分析资料等对2008年5月27日的暴雨进行分析。结果表明:对流层低层暖湿气流加强和中层干冷空气叠加加强了对流不稳定,低层暖切变使对流云团发展成MCC,冷切变使MCC减弱消亡;在MCC形成发展阶段,雨团呈西北—东南走向且稳定少动,MCC的轴向与准东西向的850 h Pa暖切变一致,面积在暖切变两侧同时扩大;在MCC减弱阶段,雨团南压并在高压带冷区中传播并减弱。强降水出现在MCC轴线TBB≤-92℃的地方而非TBB梯度密集区;当偏东风达6 m/s时,形成了明显的地形性垂直上升运动,对位于喇叭口地形两侧的望谟、贞丰大暴雨的形成有明显的地形增幅作用。