中国东部夏季中尺度对流系统以及中尺度对流涡旋的特征

中尺度对流系统及对流涡旋经常引起各种对流天气,造成大范围的暴雨,是一种具有强烈灾害性的中尺度天气系统.本文结合了前人方法,针对我国东部夏季中尺度对流系统及对流涡旋进行普查以及统计分析.从中尺度对流涡旋中心的高度分布、厚度分布、相对位置分布以及降水特征等着手,研究中尺度对流系统及对流涡旋之间的相互关系.研究分析结果表明:...     

一次对流性强降水过程的分析及诊断

为了更好地对江苏沿江及苏南地区夏季对流性强降水的预报提供参考和借鉴,利用美国国家环境预报中心资料,对2010年7月22日南京对流性强降水过程的天气形势、水汽输送、对流有效位能和中尺度对流系统作了分析和诊断,给出了该强降水的系统综合示意图。结果表明:500hPa上我国两槽一脊的分布态势及西太副高的西伸造成了弱冷空气和暖湿气流在南京上空的交汇;700hPa和850hPa存在急流和大风核;该强降水发生前,南京及其附近处于对流有效位能高值区,且位势不稳定;造成该强降水的中尺度对流系统是东北西南向强回波带(飑线)以及在该带西南端的中尺度对流复合体。分析表明,南京位于飑线和中尺度对流复合体的结合部是导致该强降水的直接原因。     

1998年7月20～25日湖北暴雨中尺度对流系统的分析研究

利用对低纬度地区的对流性降水有较好监测能力的热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪的85.5?GHz资料,和GMS逐时红外卫星云图资料,分析了1 998-07-20～25长江中下游地区湖北省附近的中尺度对流系统的活动,并对其发生的环境条件进行了客观分析诊断,还考察了GMS卫星红外云图云顶黑体温度(TBB)分布与湖北07-20 ～22日暴雨落区及雨峰之间的关系.结果表明,这次暴雨过程具有明显的中尺度特征,暴雨落区及雨峰与中尺度对流系统发展的初期有较好的联系.     

登陆台风中的中尺度对流系统的数值研究

应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功模拟出1996-08-03 到 05 Herb(1996)台风登陆后,发生在河北及周边地区台风低压暴雨中的两个连续发展的中α尺度对流系统的演变和结构,它们与降水量实况有很好地对应。由此根据模式输出结果分析了这两个中尺度对流系统(MCS)的中尺度结构和特点,最后给出了登陆台风低压暴雨的MCS结构模型;在MCS成熟期,低层大尺度的低空急流(LLJ)中出现中尺度扰动,即中尺度低空急流(mLLJ), mLLJ的左前方产生强辐合和上升运动,在上升气流的高空出流区域产生中尺度高空急流(mULJ),这种mULJ在常规观测资料中被验证。mULJ的右后方有强辐散发生。     

中国及其邻近地区中尺度对流系统的普查和时空…

将中尺度对流系统（ＭＣＳ）的普查工作从数量较少的中尺度对流复合体（ＭＣＣ）扩大到更为普遍的中－α尺度（ＭαＣＳ）和中－β尺度（ＭβＣＳ）的中尺度对流系统，通过对１９９３￣１９９５年３年夏季ＧＭＳ卫星红外云图的普查，共获得２３４个ＭαＣＳ和５８５个ＭβＣＳ，并给出了代表性较好的ＭＣＳ的地理分布。发现黄河和长江中下游地区也是ＭαＣＳ的多发区以及ＭαＣＳ存在两种不同的生命史，一种和ＭＣＣ相同，发生于夜间     

基于贝叶斯方法的中尺度对流系统移动方向研究

在朴素贝叶斯分类的基础上建立了一种增强型分类器系统,并在对1997～2002年夏季青藏高原上MCS(Mesoscale Convective System)进行自动追踪的基础上,对MCS的移动方向与其周边环境物理量场的分布特征进行了分类研究.进而,将分类结果与决策树、人工神经网络分类方法进行了比较.研究表明,与其他分类方法相比,使用增强型的贝叶斯分类器预测MCS的移动路径具有较好的效果,这为揭示高原上MCS的移动规律、提高长江中下游地区灾害天气预报的准确率提供了一种有效的方法.     

2008年6月我国南方持续暴雨过程中尺度对流系统特征分析

利用静止轨道业务环境卫星（GOES）红外通道逐时黑体亮温（TBB）资料,对2008年6月5日至6月19日出现在我国南方地区的中尺度强对流系统发生的位置、时间、强度和生命史进行了分析.发现比较强盛的长生命史的中尺度对流系统更容易形成于华南地区.对流云系以3～5d为周期向东传播.在6月1日至20日南方暴雨阶段,我国江南、华...     

华南前汛期一次暴雨过程中的中尺度对流系统

通过对卫星云图观测到的MCS云团生消过程和实测降水资料的分析，发现1998年5月23—24日发生在华南的一次前汛期暴雨过程主要是由多个相继生消的MCS造成的。利用MM5模式成功地模拟出了其中两个主要MCS的发生发展。对模拟结果进行分析发现这两个MCS的发生发展是冷暖空气交汇的结果，MCS生成于暖空气而消亡于冷空气中。两个MCS的上升运动都非常强，最大辐散位于400hPa左右，垂直方向上表现为气旋性的涡柱，右侧低层有中尺度的低空急流，高空有强的西南风区。     

中尺度对流系统的微波辐射和闪电特征分析

通过对1998年6-8三个月内发生在我国大陆和邻近洋面上的11个中尺度对流系统的分析,发现10.65和19.35 GHz垂直通道能较好的反应云中液态水和降水的吸收和发射;85.5和37.0 GHz垂直通道能较好的反应云中冰晶冰粒的散射.在此基础上,进一步探讨了85.5 GHz极化订正温度(PCT)和闪电的关系.结果表明闪电密度大的地方发生在PCT<220 K以下的等值线内;在220～260 K,闪电密度锐减;在260 K以上,几乎观察不到闪电现象.     

贵州2次MCC暴雨诊断和触发机制对比分析

用FY2-D卫星红外云图云顶亮温(TBB)、常规观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料对2008年5月29—30日("0529")与2010年6月16—17日("0616")贵州2次MCC暴雨天气过程进行诊断分析和触发机制讨论.结果显示:2次MCC发展的历程不同,"0529"MCC最初由多个较小的对流系统合并发展形成中β尺度对流系统,"0616"MCC却由单个对流系统迅速发展形成.2次MCC过程大气低层的影响天气系统明显不同,"0529"MCC天气过程中冷空气占据主导地位,"0616"MCC天气过程中,西南低空急流起到了关键性的作用.诊断分析发现:"0529"MCC,大气低层的动力条件和水汽辐合剧烈,因此对流和短时强降水更强."0616"MCC,动力条件和水汽辐合垂直方向伸展的高度高,水汽的输送持续,形成了较广范围的暴雨天气.利用锋生函数针对2次MCC过程触发机制的讨论显示:"0529"MCC,受冷锋影响,加大了经向风的东西向切变,Af伸长变形明显;同时形成θse密集区,有利的热力锋生条件,使得锋生加强."0616"MCC,低空急流的建立和加强,形成有利的动力锋生条件,使得伸长变形A f和切变变形B f均对锋生作出明显贡献.     

贵州2次MCC暴雨诊断和触发机制对比分析

用FY2-D卫星红外云图云顶亮温(TBB)、常规观测资料和NCEP1°×1°格点再分析资料对2008年5月29—30日(“0529”)与2010年6月16—17日(“0616”)贵州2次MCC暴雨天气过程进行诊断分析和触发机制讨论.结果显示:2次MCC发展的历程不同,“0529”MCC最初由多个较小的对流系统合并发展形成中β尺度对流系统,“0616”MCC却由单个对流系统迅速发展形成.2次MCC过程大气低层的影响天气系统明显不同,“0529”MCC天气过程中冷空气占据主导地位,“0616”MCC天气过程中,西南低空急流起到了关键性的作用.诊断分析发现:“0529”MCC,大气低层的动力条件和水汽辐合剧烈,因此对流和短时强降水更强.“0616”MCC,动力条件和水汽辐合垂直方向伸展的高度高,水汽的输送持续,形成了较广范围的暴雨天气.利用锋生函数针对2次MCC过程触发机制的讨论显示:“0529”MCC,受冷锋影响,加大了经向风的东西向切变,Af伸长变形明显;同时形成θse密集区,有利的热力锋生条件,使得锋生加强.“0616”MCC,低空急流的建立和加强,形成有利的动力锋生条件,使得伸长变形Af和切变变形Bf均对锋生作出明显贡献.     

1998年7月20—25日湖北暴雨中尺度对流系统的分析研究

利用对低纬度地区的对流性降水有较好监测能力的热带测雨卫星（TRMM）微波成像仪的85.5GHz资料，和GMS逐时红外卫星3去图资料，分析了1998－07－20－25长江中下游地区湖北省附近的中尺度对流系统的活动，并对其发生的环境条件进行了客观分析诊断，还考察了GMS卫星红外3云图云顶黑体温度（TBB）分布与湖北07－20－22日暴雨落区及雨峰之间的关系。结果表明，这次暴雨过程具有明显的中尺度特征，暴雨落区及雨峰与中尺度对流系统发展的初期有较好的联系。     

中国东北冷涡背景下连续发生的中尺度对流系统的组织演变特征个例分析

使用雷达、地面加密观测、探空数据和ERA5再分析数据研究2009年7月22日0400—2400 UTC的21小时内东北冷涡后部在京津地区连续发生的4次中尺度对流系统的组织形态演变和中尺度环境特征。研究结果表明, 在东北冷涡后部稳定的西北气流背景下, 由于东北冷涡后部对流层中层西北气流中的浅槽、其在对流层低层发展的低槽和低涡以及对流层低层高压脊西北部的西南暖湿气流与冷池之间复杂的相互作用, 导致4次过程中强对流的组织形态各异。第一次过程受冷涡西侧一个浅槽锋生影响, 在河北北部形成西南?东北走向弱对流线, 对流线位于北京北部的对流发展较强, 移动迅速, 发展为超级单体和弓形回波, 其冷池出流和西南暖湿气流辐合形成西北?东南走向的后部增生型组织形态, 横贯京津地区。第二次过程是第一次过程位于北京南部的冷池出流触发, 形成超级单体, 之后受第一次过程冷池向西出流的影响, 产生西南?东北走向的后部增生型对流线。第三次过程发生在第一个浅槽造成对流层低层低涡发展的环境下, 低涡西侧的偏北风与低层高压脊北部的偏南风在冷池上面辐合, 造成多条平行的西北?东南走向的后部增生型对流线, 产生列车效应, 造成天津的强降水。第四次过程由冷涡西南部的又一个浅槽锋生和冷涡在天津北部调整出的切变线共同触发, 两个初始的西南?东北走向对流线合并形成一条西南?东北走向的线状对流, 最后南侧的对流发展为弓形回波。4次过程中出现的弓型回波部分还具有弓箭回波结构特征。     

云南西南部一次中尺度对流系统的地闪演变特征

利用雷电定位资料、多普勒雷达资料和FY-2E卫星红外资料对发生在滇西南的一次MCS过程进行了分析,结果表明:西移的"凡亚比"热带低压和低空东风急流为MCS的发展提供了较好的暖湿条件;整个MCS过程负地闪占主导地位,发展阶段负地闪频数波动增加.成熟阶段以负地闪占绝对优势,负地闪频数>150次/10 min,正地闪开始出现并缓慢增加,消亡阶段,负地闪明显减弱,正地闪频数剧增;MCS的3次飑线过程较好地对应着负地闪频数的3个峰期,负地闪密集出现在MCS成熟阶段云顶亮温≤-60℃的区域和前部云顶亮温梯度大值区,正地闪出现在密集负地闪后部和云团中部;在多普勒天气雷达上,MCS表现为由多个不同尺度对流单体组成、具有不均匀结构的中尺度带状回波,上升气流的倾斜特征使负地闪密集出现在强回波区左后侧强度≥40 dBz、回波顶高≥10 km的区域,与最大回波区位置并不重合,回波顶高与地闪发生位置有较好的正相关;负地闪频数达到最大峰值后正地闪开始出现;飑线减弱阶段正地闪频数增加且分散在强回波后部边缘或后部弱对流回波和层状云回波上;>12 m/s的大风区不利于产生强地闪活动.     

江淮梅雨峰暴雨的数值模拟与诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料结合新一代中尺度天气研究预报(WRF)模式对2013年7月5-6日发生在江淮地区的一次梅雨锋暴雨过程进行了30 km分辨率数值模拟并对模拟结果进行了诊断分析.结果表明,本次江淮地区暴雨过程24 h累积降水呈东西带状分布,中心最大累积降水量超过180 mm;环流形势分析表明东北冷涡、副热带高压及江淮切变线构成了影响此次暴雨的关键系统.WRF高分辨率数值模拟可以准确地再现本次降水过程的范围和强度.通过分析高分辨率的模式输出结果发现,造成本次暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)呈带状分布特征,系统内部高层辐散和低层辐合相配合,其中新生单体高层辐散强于低层辐合,有利于系统上升运动的增强,发展成熟的对流体高层辐散与低层辐合强度相当;在MCS发展初期,南北两侧的次级环流促进了对流的发展,在MCS发展到成熟阶段后,次级环流开始抑制对流作用;在MCS演变过程中产生的水汽相变凝结潜热对暴雨区的对称不稳定及上升运动起到促进作用,对MCS的发展起间接的正贡献.     

青藏高原上中尺度对流系统东移的热力场特征

利用国家气象中心高分辨率有限区域分析预报系统产品(HLAFS)中的数值格点预报资料,运用空间数据挖掘中的聚类方法 (K 均值法和CLARANS法),对影响1998年夏季青藏高原上中尺度对流系统（MCSs）东移的热力场的空间分布特征进行了研究,得到了有利于MCSs移动和传播的热力学条件.结果表明,MCSs周边热力场中的温度场、湿度场以及水汽通量散度场空间分布特征的变化可以为MCSs发展和演变的预测提供重要线索,从而为探讨高原上MCSs的移动规律,揭示其发生和发展的机理提供了一种有效的新途径.     

2008年7月31日辽宁暴雨的中尺度分析

利用FNL客观分析资料,常规探空、地面观测以及卫星云图资料,结合滤波和物理量诊断方法对2008年7月31日辽宁一次大暴雨过程进行分析.结果表明:在高空500 hPa冷槽缓慢南下与西太平洋副热带高压北抬的有利大尺度环流场形势下,中尺度辐合系统在冷暖锋的暖区内形成发展是造成此次暴雨过程的直接原因,利用滤波方法可以很好地分离出中尺度系统.此次暴雨过程主要分为两个阶段,第一阶段降水过程基本发生在暖区内,而并非锋面上,第二阶段的雨带呈现东北—西南走向.暴雨发生发展过程中,大尺度环流和中尺度环流系统都对水汽的输送起促进作用,到暴雨消散期则都不利于水汽的供应.这也表示暴雨发展期间,中尺度环流系统对水汽输送有着重要的作用.     

一次特大暴雨中尺度系统结构特征和机理分析

为了研究“04.6”湖南特大暴雨过程的发生发展机理,在天气分析的基础上,利用非静力中尺度模式MM 5-V 3.6对本次过程进行了数值模拟。结果表明:高分辨中尺度模式MM 5可以较好地模拟中尺度低涡切变线的发生和发展。模拟结果显示,中尺度低涡发展过程中,不断有扰动在低涡前部发展,并激发出强烈的中尺度对流系统M CS(m esoscale convective system)。暴雨区上空具有同向双圈垂直环流结构特征,使中尺度对流系统更加组织化。根据湿位涡守恒和倾斜位涡发展理论分析了暴雨和M CS形成和发展的原因。对流不稳定和条件对称不稳定的建立以及对流有效位能的集中释放是此次特大暴雨产生和持续发展的重要条件。     

台湾地形对1998年6月7—8日中尺度对流系统降雨的影响

利用中尺度模式MM5研究了台湾地形对中尺度对流系统所引起的降雨的影响。通过一系列不同模式分辨率和不同精确度地形高度的敏感性实验, 发现模式的分辨率对降水的预报起决定作用,同时,地形的精确度也可以改变降水的分布和强度。为了得到合理的模拟,6km 的模式分辨率和18km 的地形精确度是必须的。去掉台湾地形的敏感性实验表明,台湾中央山脉对降水的影响可以分为两类,即“强迫”和“修正”效应。在对流层低层,中央山脉对中α尺度低压有阻挡作用,并强迫局地中β尺度的低压。中β尺度的低压和中α尺度低压相互作用,在台湾北部“强迫”出暴雨;而在台湾中部,中尺度对流系统登陆的地方,中央山脉对降雨的落区和强度都给予了“修正”。     

大别山区地形对春季冷锋附近中尺度对流系统影响的数值模拟研究

安徽省地处亚热带气候和温带气候的过渡带,从副热带高压边缘和孟加拉湾汇合而来的西南暖湿空气与北方南下的干冷空气经常在江准流域相遇,带来丰沛降水.其中,当大别山受暖湿西南气流影响时,其北部易触发对流,出现中小尺度对流系统;当有冷锋等系统影响时,山区北部易出现对流旺盛的中尺度对流系统(MCS).选取2005年3月10日的冷锋过程用天气研究预报模式(WRF)分析研究了大别山地形对冷锋附近MCS发生发展的影响.研究表明:由于大别山地形的作用,山区北部的温度和湿度明显高于平原地区,这一方面产生平原和山区之间的水平气压梯度,形成局地中尺度力管环流,具有触发对流的作用;另一方面,又使山区北部的大气层有大的对流有效位能(CAPE),一旦对流发生,容易剧烈发展.此外,当冷锋移近时,由于大别山的影响,锋后东北风在山区北侧发生堆积和偏转,形成了额外水平风场辐合,使MCS更易形成和维持.