暴雨系统不同尺度动能相互作用过程

选取一次梅雨期暴雨过程，对实测资料用Ｂａｒｎｅｓ尺度分离方法经自适应技术处理后，应用动能相互作用方程组，计算出雨区内对流层高、中、低各层次方程各项的时空平均值．就整层而言，天气尺度动能主要源和汇分别是产生项和水平输出，而中尺度系统则为对流正反馈和空气逆气压梯度运动所消耗的动能两者接近平衡，两种尺度流场和质量场之间相互作用所制造的动能向两种尺度系统转换．     

1991年夏一次梅雨锋暴雨的能量研究

利用ＭＭ４模式模拟了１９９１年６月３０日００时～７月２日００时一次大暴雨过程．并将输出结果进行了能量平衡的计算。发现动能及其各收支项主要集中在高层；平均有有效位能问动能转换；散度风动能不足总动能的１％，但起着能量转换的中介作用。在暴雨时期，散度风动能、它的次网格转换、来自有效位能的转换以及其向旋转风动能的转换等均达到最大值，说明散度风动能和暴雨有更为密切的关系。     

西北东部一次暴雨天气过程的数值模拟研究

利用较高分辨率非静力中尺度数值模式MM5,对2003年8月28日西北东部一次致洪暴雨天气过程进行了数值模拟,重点研究了中-α和中-β尺度系统的发生发展和演变过程,对影响暴雨的物理量场进行了诊断分析.结果表明:中-α尺度低涡越山后迅速生成发展,历时约14 h,少动,并激发了多个中-β尺度系统,在这些不同尺度系统相互作用下,形成了这次区域性暴雨.强降水主要出现在低涡系统的发展与成熟阶段.700 hPa以上稳定的大气层结,抑制了水汽和能量的垂直扩散,有利于水汽和能量沿低空向雨区输送.在暴雨区上空,水汽和能量以垂直输送为主,同时伴有大量潜能释放.暴雨区上空有明显的正涡(位涡)柱和发展旺盛的上升气流区,低层辐合中心位于650 hPa,高层辐散中心位于400 hPa,无辐散层位于500 hPa.     

“2016.5.8”抚州市对流性暴雨成因分析

利用常规观测资料、卫星云图资料、NCEP 1°×1°再分析等资料,分析2016年5月8日抚州市对流性暴雨过程。结果表明:此次对流性暴雨过程是在北方冷空气南下过程中产生的,地面冷锋、地面中尺度辐合线、中低层西南风急流、700 hPa干线是主要影响系统;200 hPa急流辐散区与低层强辐合区叠加、高层冷平流与低层暖平流相互叠加,加强了大气对流不稳定,有利于中尺度对流系统生成与发展;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,暴雨及大暴雨区位于850 hPa假相当位温θse锋区的南侧高值中心附近;这次对流性暴雨是由中尺度对流复合体MCC和多个中尺度对流系统MCS造成的。     

"6·22"鄂东突发性大暴雨的观测分析和数值模拟

利用多种观测资料和中尺度数值模式输出资料,分析了一次中尺度对流系统造成的鄂东地区突发性大暴雨天气过程．结果表明：(1)鄂东中尺度暴雨团由-准东西向的中β尺度强降水窄带缓慢东移南压过程中形成,强降水窄带位于850hPa正涡度带上和冷式切变线西南暖湿气流一侧．(2)对流层中低层切变线提供天气尺度辐合,暖湿气流在辐合区气旋式旋转抬升至250hPa高度附近后辐散,并向南走在副高脊区下沉,构成一中α尺度垂直环流;对流层中上层干冷空气南侵下沉,与北进的暖湿空气对峙导致θse锋区的锋生,同时干冷的下沉气流与天气尺度辐合区的上升气流在锋区环绕逐渐形成另一中α尺度垂直次级环流,使θse锋区锋生加强,促使对流爆发形成暴雨．     

登陆台风衰减与变性过程的对比研究

本文对登陆台风Freda的衰减和变性阶段进行了水汽、动能的对比诊断研究,结果表明,水汽供应条件对于台风登陆后的强度变化十分重要。台风北上过程中,副高边缘的偏南低空急流是最主要的水汽输送带。台风登陆后在衰减过程中,可看作是一个动能的“准封闭系统”,次网格尺度效应及摩擦作用是台风衰减的主要因子;变性阶段,在对流层高层有大量的动能输出,次网格尺度效应成了重要的动能源,台风与西风带相互作用时的动能平衡与温带气旋类似。     

晋中地域一次暴雨天气过程分析

利用常规探测资料、T213资料、卫星云图和多普勒雷达资料对晋中地域一次暴雨过程进行天气动力学和中尺度诊断分析。结果表明：500hPa冷低槽、中低层切变线、副热带高压、地面的冷锋是造成晋中地域暴雨的主要影响系统;前期不稳定能量、水汽的积累和过程中物理量场的良好配置有利于产生暴雨;触发暴雨落区位于高能舌与对流不稳定重合的区域;中尺度辐合线为强降水提供了有利的触发条件。     

2010年云南“6.25”特大暴雨中尺度特征及成因的数值模拟分析

 使用1°×1°NCEP再分析资料、TBB黑体亮温资料和自动站逐时降水资料,应用MM5V3.6中尺度数值模式对2010年6月25日发生在云南曲靖马龙罕见的特大暴雨进行数值模拟,主要从动力结构和不稳定机制研究本次特大暴雨的中尺度特征及其成因.研究表明：降水发生期间中低层有较强的水汽辐合柱存在,强降水发生前中低层积累了较大的对流不稳定能量,近地层辐合线的形成诱发中低层辐合的产生,强烈的垂直上升运动促使对流不稳定能量迅速释放,触发强对流降水,高层辐散中低层辐合形成的“抽吸作用”以及利于垂直上升运动和降水的维持.地形敏感试验表明,近地层辐合线出现的位置与云南地形有很大的关系,从而影响强对流暴雨的落区.     

滇东一次局地特大暴雨的中尺度特征和地闪特征分析

 利用雷电定位资料、多普勒雷达资料和FY-2E卫星红外资料对2010年6月25-26日发生在马龙的一次局地特大暴雨过程进行分析,结果表明:高层冷空气和低层暖湿气流在滇中以东地区交汇,形成明显的辐合是本次局地特大暴雨过程的主要影响系统.多普勒雷达上表现为2条带状回波合并加强,后部小单体快速东移合并入同一地点,在马龙上空形成明显的"列车效应",中尺度低空急流和逆风区的出现使得抬升辐合运动加强,触发了马龙上空对流不稳定能量的释放,产生了特大暴雨.卫星云图上,多个MCS合并为中-β尺度对流云团再发展为中-β尺度对流云带,产生强降水的过程始终保持较大面积的低于-60℃的冷中心,冷中心长时间在马龙上空维持.暴雨过程伴随着频繁的地闪活动,地闪密集地出现在单体回波合并后的强回波区域、对应着径向速度≤10 m/s的辐合区和逆风区后部及≥15 km的回波顶高位置,TBB和地闪的峰值超前于强降水1~2 h.     

中国东部地区一个中尺度对流涡旋的涡度收支分析

中尺度对流涡旋(MCV),与其他中尺度涡旋不同,有着其独特的动力机制与发展途径.一旦MCV形成,极易产生灾害性天气过程.为了解我国的MCV,使用非静力中尺度模式天气预报和研究模式对中国东部2003年7月4至5日降水过程进行了高分辨率的双向三重嵌套的数值模拟.与观测资料比较,模拟结果较为准确地再现了当时的大气状况.采用了空间滤波的方法对模式结果进行了大尺度背景场与中尺度扰动场的尺度分离,对MCV的结构与移动进行分析,并追随MCV的活动对其的涡度收支情况进行诊断分析.分析表明,大尺度背景场与中尺度扰动场对MCV的作用有着明显的差异.MCV的移动由大尺度背景风场引导;其中辐合作用直接决定了MCV的形成与发展,大尺度水平运动对中尺度涡度的水平输送为水平平流项的主要部分.而由垂直风速的水平变化所导致的水平涡度的倾斜作用在此MCV形成与发展阶段作用并不明显.成熟时的MCV与成熟时的中尺度对流复合体类似有着3个明显的环流,在对流层高层与低层均为辐散反气旋性环流,对流层中层则为较为深厚的气旋性环流.     

Numerical study on structure of meso-β scale rainstorm system during IOP523 of HUAMEX

One of the scientific goals of HUAMEX (Torrential Rainfall Experiment over Both Sides of the Taiwan Strait and Adjacent Area), a special project in th e National "863" Scientific Project, is to reveal meso- scale structure of heavy rainfall. However, limited by the observational instruments, the resolution of the data attained from the outfield scientific observation network cannot reveal the meso-scale structure. A 36-h numerical simulation of heavy rainfall case from May 23 to May 24, 1998 during IOP523 of HUAMEX was performed by the mesosc ale numerical model of PSU/NCAR MM5, and the meso- scale structure of convective system was examined based on the model output in this note. The results point out that the meso- scale features of the heavy rainfall are clear considerably at low, middle and upper levels, respectively. There is a strong ageostrophic feature between the geopotential height field and the wind field on the upper leve l. The vertical cross sections of 54 km coarse grid and 18 km fine grid both sho w the vertical circulation cells of the rainstorm clearly, which include a desce nding middle-level rear inflow and strong ascending low-level inflow. More impor tantly, the 18 km fine grid vertical section reveals another shallow vertical ci rculation cell in the planetary boundary layer (PBL) below 900 hPa, which relate s to the draggle flow resulting from the falling raindrops.     

一次江淮暴雨的热量与水汽收支诊断分析

利用MM5中尺度模式对一次江淮地区的暴雨过程进行了数值模拟,应用模拟结果诊断分析了降水区热量和水汽收支的变化。结果发现：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,而强的Q1与Q2和强降水区基本是对应的。在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制;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。     

长江中下游一次暖区极端致洪暴雨特征及天气学成因分析

基于多源观测资料和再分析资料,采用天气学诊断分析方法研究了2019年5月长江中下游地区发生的一次致洪暴雨的特征及主要成因。结果表明:该次极端致洪暴雨过程是在稳定的“西低东高”天气形势下,由持续时间长的短时强降水累积而成,具有明显的中尺度和阶段性特征。直接造成极端暴雨的中尺度对流系统在低空急流前沿不断新生东移,表现出明显的“列车效应”和准静止特点。过程中低空急流和超低空急流异常强盛,为极端暴雨提供了持续有利的水汽和对流不稳定条件,特别是整层高湿、较低的抬升凝结高度和较大暖云层厚度有利于提高降水效率,产生雨强较大的短时强降水；高低空急流耦合是强降水发生发展的重要动力机制,强垂直风切变区与暴雨落区有较好的对应。     

Mesoscale analysis and simulation of heavy rainfall in Shanghai urban area by using non-conventional data

In this paper, a local record severe rainfall since 1949 occurring in the Shanghai urban area on 5-6 August, 2001 is investigated by using non-conventional observational data provided by the "973" basic research project of China, including automatic meteorological stations data, wind pro- filer data, Doppler radar echoes and GMS5 satellite data and NCEP data. By analyzing, it is revealed: (1) the heavy rain- fall, caused by a serious of mesoscale βconvective cloud clusters developing inside the landing tropical depression (TD), occurred suddenly with the typical characteristics of urban heavy rainfall disaster; (2) the landing tropical de- pression, moved eastward to Shanghai and re-intensified before entering the sea, was very favorable for the occur- rence of the heavy rainfall in Shanghai; (3) there may exists the interaction of different scale systems between the tropical depression and mesoscale convective cloud clusters; and (4) the various advanced intensive data contribute importantly to detect earlier and predict successfully the urban meteoro- logical disasters.     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

Spiral rainband in a numerically simulated tropical cyclone

Spiral rainband is a prominent structure of tropical cyclone. Though its forming mechanism, vortex Rossby wave theory, has been widely accepted in recent years,its internal structural features are still not well known. The spiral rainband in the severe tropical storm Kammuri (2002),which caused heavy rainfall in southeast China, is simulated using the mesoscale model MM5 (V3). Results show that the simulated spiral rainband propagates azimuthally at a speed close to that of vortex Rossby wave in theory, and is accompanied with energy dispersion in the radial direction. The structural features of simulated spiral rainband are analyzed with the high-resolution model output including the full physical process. Positive vorticity, ascending motion, horizontal momentum and so on are highly concentrated in the spiral rainband. The convergent moisture of spiral rainband comes mostly from the planetary boundary layer under 1 km.Airflow from the outside of spiral rainband is convective instability, which can provide instability energy for convection development. However, the atmospheric stratification in the inside of spiral rainband is neutral, implying that the instability energy has been released. There is a mesoscale strong wind band just near the spiral rainband in the outer side with a maximum wind speed exceeding 30 m/s, which results from the pressure force acceleration when the air flows into the spiral rainband along the gradient of pressure.