“鲇鱼”台风闽东阶段性暴雨物理量特征与地形模拟试验

采用NCEP全球再分析资料、区域自动站资料、雷达回波等,对2016年第17号台风"鲇鱼"登陆福建时造成闽东地区历史罕见洪涝灾害的大暴雨成因进行初步分析,研究不同阶段的暴雨物理量特征,并利用WRF数值模式对闽东地形和台湾岛地形进行敏感性试验,分析不同阶段地形对暴雨增幅作用的敏感性程度。结果发现,此次台风暴雨过程存在两个明显的阶段性特征,第一阶段台风系统深厚,为整层正涡度,较强的低层辐合和高层辐散的垂直配置使上升运动发展和维持,动力条件好;第二阶段深厚的台风系统开始减弱,高层辐散和低层辐合强度明显减弱;涡度场上为低层正涡度、高层负涡度,且结构倾斜,表明有冷空气入侵。高低空急流的耦合作用有利于上升运动;偏东风和偏南风低空急流是主要的水汽通道和能量通道,第一阶段宁德地区受台风北侧宽广的偏东风-东南风急流辐合影响,各层高能区达到强盛期,暴雨区域广、强度强;第二阶段偏东风急流和偏南风急流在宁德北部汇合,假相当位温的中心值有所减弱,高能区分散,使得宁德北部地区暴雨表现为较明显的局地性特征;闽东地形对降水的增幅作用显著。     

一次江淮流域特大暴雨过程的观测分析

利用常规观测和NCEP/NCAR再分析资料,对2015年6月26-28日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断分析,得到以下结论:①此次暴雨发生在500hPa西风带系统中,冷暖空气交汇形成的梅雨锋及其切变线稳定维持在江淮流域上空,切变线南侧为强盛的西南低空急流;②暴雨过程主要有2条水汽来源,分别来自孟加拉湾和我国南海。水汽通量输送主要集中在800hPa以下,925hPa水汽通量辐合中心与强降水中心对应;③在降水区形成冷中心与其南侧高温高湿的不稳定气流对峙,形成温度密集带,有利于梅雨锋上中尺度对流系统的发生、发展和维持。     

2016年5月9日闽北暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料,分析2016年5月9日闽北地区暖区暴雨天气过程的形成机理,并对其物理量场进行诊断分析。结果表明,此次暴雨过程发生在高空槽的西南急流中。锋前暖区中边界层内浅薄冷空气侵入、地面中尺度辐合线是暖区暴雨触发的关键因素。东西向的中尺度雨带对雨区分布和强度起到了决定性作用。物理量场诊断分析表明,强降水期间,闽北上空湿层深厚,不稳定能量堆积,高层辐散,低层辐合,有利于强降水的发生。     

两个相似台风强降水空间分布差异成因

1307号台风"苏力"和1513号台风"苏迪罗"路径相似,登陆位置相近,登陆之前均达到了超强台风级别,造成的强降水落区却大有不同。该文从高低空环流配置、水汽、垂直运动和冷暖平流等方面对二者降水落区成因进行分析,得到以下结论:南亚高压和低空西南急流的垂直配置造成"苏力"南侧强降水,而副热带西风急流入口区和低空东南风急流的垂直配置造成"苏迪罗"北侧强降水;副热带高压的相对位置可能对台风东北侧的垂直运动有重要影响。台风"苏力"的水汽来源于南海,台风"苏迪罗"的水汽来源于孟加拉湾;"苏力"北侧偏南风急流形成辐散区,南侧东北气流和南风气流形成辐合区,而"苏迪罗"北侧为强盛的东南气流,形成强辐合区,南侧辐合偏弱,整层水汽辐合的象限不同是造成强降水落区南北差异的必要条件。两个台风垂直运动的非对称性分布是形成台风单侧强降水的重要条件。台风登陆前后中低层上冷下暖的垂直分布造成大气层结的不稳定,进而触发对流,对强降水落区有重要的指示意义,"苏迪罗"登陆过程中冷空气南下,形成了北侧强降水增幅。     

德化县“713”极端强降水特征分析

2018年7月13日,德化县出现了一次极端的短时强降水过程,德化本站小时雨强最大为82.6mm,突破历史极值。该文利用常规气象观测资料、再分析资料和泉州雷达等资料对该过程进行诊断分析。结果表明,副高边缘存在不稳定层结,低层存在东南急流,带来充足的水汽,并有低层风速辐合,抬升凝结高度低,深厚的湿层,为强降水的产生提供了良好的环境条件;对流在德化县东南部由地形和风速辐合触发,风暴具有弱回波区,回波悬垂和风暴顶辐散等特征,且为后向传播风暴,使得风暴能长时间维持并且移动缓慢,同时风暴的降水效率高,共同作用下,产生了德化的极端降水。     

漳州南部一次强雷暴天气过程分析

2013年8月20日,漳州南部遭受一次强雷暴天气的袭击,给人民生命财产带来一定的损失。该文通过对雷暴发生前后的环流背景、物理量场、雷达回波演变进行分析,结果表明,高空200hPa冷涡东移及强东南风辐散、低层925hPa东北风辐合的耦合配置,强烈的大气垂直运动及大气中的不稳定层结为此次雷暴天气提供了必要的条件,1312号台风"潭美"外围强烈的辐合运动触动了不稳定能量,是此次雷暴的诱发因素。     

一次闽北连续强对流天气的诊断分析

该文利用常规探空观测资料、物理量分析和NCEP再分析资料,分析了2014年3月26~29日福建北部持续性强对流天气过程的形成机制。结果表明:副高稳定少动,南支槽不断东移,二者之间的空间不断缩小,增强了水汽输送;26~29日,闽北上空急流强度大并伴有高空辐散;28日后期到29日,中高层急流轴在闽北滞留,且200h Pa出现辐散,同时500h Pa急流强度强,为产生强对流天气提供了有利条件;26日冷空气南下,引起各层冷暖气流在福建北部交汇,利于强降水的发生;强对流天气连续发生期间,闽北较高的K指数、垂直风切变及cape值为强对流发展提供了必要的热动力条件。由此,重点分析EC预报的天气形势变化是做好强对流天气预报预警的有效方法。     

多源探测资料在一次中尺度暴雨分析中的应用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达和风廓线雷达等多源探测资料,对2018年4月24日漳州中南部一次中尺度暴雨的形成机制、环境条件和雷达资料特征等进行了分析。结果表明,此次过程是发生在500hPa短波槽过境,地面弱冷空气南下的大尺度环流背景下,地面中尺度辐合线是此次过程的重要触发和维持机制,多普勒雷达的逆风区可作为中尺度暴雨发展成熟的标志之一;风廓线的水平风资料可以反映出水平风场的演变,从而对降水强度、持续时间做出预报,垂直速度对降水的开始、加强和减弱时间段有很好的指示作用,同时也是对流发展强度的重要判据。     

2019年3月5日福建暴雨落区预报偏差原因分析

利用EC细网格预报场、风廓线雷达、雷达回波及常规观测资料,对2019年3月5日福建省暴雨落区预报偏北的成因进行分析,并将模式预报结果作了对比。结果表明,①本次暴雨过程是受南支槽、低层切变线、低空急流、地面倒槽和弱冷空气共同影响造成的;②在暴雨预报中不仅要考虑大尺度降水系统变化,也要考虑在有利的大尺度环流背景下激发的中小尺度系统的发生发展;③全球模式对中小尺度系统的发生发展预报能力仍有较大误差,因此要加强对模式预报能力检验评估,选取综合评分较高的模式作为主要参考依据;④日常业务中应加强对风廓线雷达等新型探测资料的应用,在判断中小尺度系统中有很好的指示意义。     

一次斜压锋生类飑线及飑前强烈降雹大风天气过程分析

通过对区域自动站、风廓线雷达、闪电和福建省新一代天气雷达回波等多源资料及常规观测资料分析,寻找2016年4月26日福建省西部北部雷雨大风及降雹天气的潜势预报和临近预报的着眼点。结果表明,26日,福建处于倒槽南侧暖区内,地面强烈增温增湿;伴随高空槽东移和低层低涡切变东移南压,冷暖空气在福建西部强烈交汇,显著的锋区和地面辐合线的触发及南支槽前强烈辐合抬升形成的动力强迫产生了飑线、冰雹等强对流天气。此次飑线为斜压锋生所致,呈现明显的弓状回波,后部入流急流和前部辐合特征;直径达3cm的冰雹发生在锋前暖区内,在飑线前80km热低压辐合区内发生发展的超级单体,沿环境平均风场偏右约25°方向移动,属右移型雹暴,具有钩状回波特征且回波强度强,65d Bz以上强回波区面积大、维持时间长达1个小时,并出现移动路径"右旋"、中高层强回波悬垂、低层弱回波区、VIL"跃增"及"中气旋"等特征。850h Pa比湿大于12g/kg和24小时正变温;850h Pa与500h Pa温差达25℃,层结上干下湿,Cape达2364J/kg和较大的DCAPE值,适宜的0℃和-20℃高度,925和500h Pa垂直风切变达20m/s等有利的物理条件形成此次斜压锋生类强对流天气过程。     

福建一次春季海雾的边界层特征及其成因分析

2018年3月3～4日,福建沿海及台湾海峡出现一次大范围自南向北发展的海雾过程,该文利用沿海自动站、浮标站资料、微波辐射计、风廓线雷达及ERA-Interim再分析资料对海雾成因及生消机理进行分析,着重探讨了海雾过程中的边界层特征及气海温差。结果表明,近地面逆温层、大湿度区维持、中层"干暖盖"、风速适宜、温度露点差小、液态水含量及综合水汽加大,对海雾形成有利;垂直风切变减小,海气界面之间湍流混合强度减弱,致使低层的暖湿空气不易向上输送,有利于海雾的生成发展;在海雾形成过程中,气温高于海温,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾。     

台风“巨爵”特征及其成因分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料等,采用大尺度环流、天气尺度特征、物理量诊断等方法对1524号台风"巨爵"的强度和移动路径特点进行分析,结果表明:"巨爵"的移动路径与副热带高压、双台风间的相互作用、中纬度西风槽的活动有密切关系,海温、环境垂直风切变及高低层散度场对"巨爵"的强度变化也有较好的预示作用。     

一次低层冷空气触发下的局地强对流过程分析

从环流背景、影响系统、物理量条件、雷达产品四个方面,对2019年4月10日福州地区局地出现冰雹、雷雨大风等强对流天气特征进行了分析。结果表明,①本次局地风雹过程,回波在锋前暖区、闽中山脉附近发展,海上南下冷空气与暖空气的交汇及925hPa三支气流的辐合作用下迅速加强;②过程发生时地面高温高能,静止锋与地面热低压相结合触发强对流发展;③涡度锋区和θse锋区与冷空气南下的位置对应,强对流发生在Δθ_(se)(500-850)负值中心附近,能量锋有利于激发释放大量不稳定能量,易产生强对流天气;④在回波发展的成熟阶段,雹暴最强回波达到70dBz以上,VIL最大值55kg/m~2。VIL在降雹前出现跃增,-20℃层高度回波强度超过50dBz,单体结构出现明显的前倾,并具有回波悬垂、有界弱回波区、三体散射长钉等回波特征,但0℃层高度相对于福建春季降雹略偏高,所以此次冰雹不大,局地性强;⑤在强对流监测预警中,关注雷达的风暴追踪产品,其对冰雹的预报具有很好参考价值,提前量10分钟左右,主要对下游地区的指导意义较大;⑥分析中尺度系统时,当该系统距离最近的探空站超过20km,尤其是有锋面存在时,对t-logp的订正要用该区域本站的要素进行修正。     

一次副高控制下的南平市暴雨天气过程分析

利用自动站观测资料、多普勒雷达和风廓线雷达等资料,对2018年9月23日南平市暴雨天气过程进行分析。结果表明,此次暴雨过程是在副热带高压控制下,东亚大槽伸入副热带高压内部,低层为弱切变的情况下发生的。环境场表现为高能、高湿。风廓线雷达上可看到中小尺度的高空波动与低层切变系统位置叠置,影响时间集中,且有干冷空气的侵入,使得大气中的能量在短时间内大量释放,激发出强的短时降水。     

尤溪县区域自动站暴雨天气系统统计特征及其应用

利用尤溪县气象站及各乡镇2009—2016年区域自动站最新降水量资料,对128个暴雨及以上降水过程按影响天气系统进行分类,采用统计县站及各区域站间年雨量、暴雨及大暴雨天气过程两两之间的相关系数,分析各地降水量的关联性以及暴雨天气系统分布规律。结果表明,①尤溪县各区域站之间暴雨降雨量存在显著相关,但各区域站大暴雨降雨量的相关性较差。②暴雨天气系统分类中,Ⅰ类:低层切变(伴高空槽、冷空气)出现次数最多,占总数的68%;Ⅱ类:台风(含热带风暴或其环流)占总数的16%;Ⅲ类:副高边缘(含副高控制)、Ⅳ类:偏南风辐合(含东风波)合计占总数的16%。前两类各区域站之间暴雨降水量存在显著相关,通过信度0.01检验的占比达91%和76%;Ⅳ类关联性较差,而Ⅲ类基本没有关联,因此后两类暴雨尤其是大暴雨降水预报中应以报部分乡镇或局部性为宜。③根据各区域站之间强降水雨量两两相关系数,确定了尤溪中部区域、尤溪东南部戴云山脉区域、尤溪西北部玳瑁山脉区域等强降水一致区,作为短临天气预警预报的依据之一。     

不同天气形势下福建省环境空气质量特征研究

该文利用2014年9月~2015年8月福建省9个设区市PM10、PM2.5逐日浓度资料及NCEP/NCAR再分析逐日高度场、风场(垂直方向为17层,分辨率为2.5°×2.5°)资料,分析福建省不同天气形势下的污染物浓度变化特征,并将其应用于环境空气质量预报业务中。得出结论:(1)高空脊、暖区辐合为不利扩散的环流形势,高空脊影响过程中,多个设区市环境空气质量处于轻度污染水平;受暖区辐合影响时,多个设区市环境空气质量处于良的水平,多个时段出现轻度污染事件。(2)高空槽、副热带高压及其边缘、台风及其外围为有利扩散的环流形势,受其影响期间,各设区市环境空气质量处于优良水平。(3)西北气流带、西南气流带、平直西风气流带在不同的季节,其扩散能力不同,各设区市环境空气质量处于良的水平。     

武夷山北段地形对闽北不同时间尺度降水的影响分析

选择武夷山北段(杉岭)为研究区,根据北溪河谷和南坡各5个区域自动站2014年降水观测资料,分析北溪河谷和南坡年、春季、夏季的降水特征,结合当年雨季和台风季的两次降水过程,以及相应的风廓线资料,探讨地形对不同时间尺度降水的影响。结果表明:(1)年降水量的垂直变化和地理位置有关。北溪河谷年降水量垂直梯度不明显,或与其地形尺度和所选站点海拔相对高度差较小有关。南坡年降水量垂直梯度显著,达到了44.3mm/100m,或许和其地形阻挡和抬升作用,以及最高峰黄岗山列入南坡有关。(2)地形也影响了降水的季节分布。早春季,北溪河谷随海拔升高降水有增加趋势;南坡在早春季和夏季则都较为显著的降水垂直梯度变化,两个季节的降水垂直梯度分别为15.7mm/100m和20.5mm/100m。(3)地形对不同天气系统造成的降水影响不同。雨季冷锋和台风季台风两种天气系统经过武夷山,北溪河谷降水垂直梯度变化都不显著。南坡在冷锋过境,降水随海拔升高有减少趋势;台风过境时,因所选台风个例是在研究区域北面过境,南坡会对其低层暖湿西南急流起到阻挡和强迫抬升作用,形成显著的降水地形增幅效应。(4)地形引发的热力效应对昼夜降水具有重要影响,早春季夜雨较多,其中北溪河谷夜雨占62%,南坡占67%;夏季昼雨较多,其中北溪河谷昼雨占70%,南坡占56%;另年昼夜降水量垂直递度昼雨大于夜雨。     

福建台风极端强降水的时空分布及环流特征

利用福建省1979—2018年国家气象站和2007—2018年区域自动站1h降水观测资料,采用国际上在气候极值变化研究中通用的取某个百分位值作为阈值的方法,确定不同时间分辨率下福建台风极端强降水阈值标准。以6h为例,分析了台风极端强降水的时空分布及环流形势特征,结果如下:①随着2007年以后区域自动站的增多,降水的极值更容易被观测到,极端强降水的阈值也明显提高;②无论是出现极端强降水的台风个数还是台风极端强降水的出现次数,都有随时间增多的趋势,台风极端强降水主要出现在沿海各地市和内陆的局部县市;③极端强降水强度并不随台风强度减弱而减弱,热带风暴、热带低压影响下出现的极端强降水常比强热带风暴和台风强。极端强降水出现前台风中心主要位于福建沿海地市及台湾海峡,其次是江西境内及闽赣交界处、广东东部沿海及南海北部;④极端强降水的产生与台风环流低层不同来向气流之间的辐合、海上气流的水汽输送以及福建沿海地形的抬升作用有关,台湾岛地形对台风外围气流的分流作用也为福建极端强降水的产生提供有利条件。     

福建烤烟种植区暴雨变化特征分析

利用1971~2014年福建省烤烟种植区28个站的降水资料,对烟区暴雨日数和暴雨强度的变化特征进行分析。结果表明,福建烟区烤烟主要生长期内暴雨日数月变化呈现随烤烟生育进程而增加的趋势,其中南平烟区暴雨天气主要发生在烤烟成熟期,而龙岩和三明烟区暴雨日数则在移栽期和成熟期略多,暴雨日数年际变化总体呈现随年份递增而增加的趋势,其中南平市增加趋势不明显,而龙岩和三明市暴雨日数增加趋势较显著;烤烟主要生长期内暴雨强度的月变化小,且各地区差异也小,暴雨强度平均值在67.5~79.8mm/d,暴雨强度年际变化总体呈现随年份递增而增加的趋势,其中南平烟区暴雨强度略有增加,但增加趋势不明显,而龙岩和三明烟区年均暴雨强度增加趋势较显著。     

福州地区近20年台风降水特征分析

利用2000—2019年的台风历史资料和2010—2019年的区域自动站逐时雨量资料,分析影响福州地区的台风和台风暴雨的时空分布特征,将登陆台风按照登陆地点分为7类,分析不同登陆地点的台风对福州地区降水的影响。结果表明,近20年来福州地区台风暴雨的年均发生频次、降水量、台风过程最大降水量、日最大降水量、台风暴雨降水量占全年总降水量的平均比例和最大比例都呈减少趋势。不同登陆地点的台风对福州地区降水的空间分布不同,但大多数台风的过程雨量大值区和短时强降水高发区均在福清市西部、闽侯县和永泰县交界处、晋安区中部、罗源县北部;另外,登陆莆田到泉州区域的台风对福州地区降水产生的影响最大,其次为登陆福州地区的台风。