一次中尺度低压降水机理分析培训讲学

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一次中尺度低压降水机理分析-一次中尺度低压降水机理分析摘要：结合大尺度环流背景、区域自动站实况资料、雷达基本反射率产品和径向速度产品、风廓线雷达产品，对2010年9月下旬上海一次层云降水过程进行中尺度分析。发现在此次层云降水过程中，近地面中尺度低压环流活动与降水强度变化关系密切。使用多普勒天气雷达径向速度产品和风廓线雷达产品，可以捕捉到近地面中尺度低压环流的活动，且与降水情况对应较好。关键词：层云降水；中尺度低压；雷达作者简介：浦佳伟（1976-），工程师，从事气象预报工作。中图分类号P458.121.

2、1文献标志码B在各种大型户外活动中，往往不仅需要降水时段的预报，还需要对降水强弱变化情况进行预报和描述。层云降水一般为连续型降水1-3，对于层状云降水物理特征的研究国内外有很多成果，李铁林等4通过对一次降水性层状云微物理结构特征及降水机制的分析发现，此次降水云系云中微物理量的垂直和水平分布不均匀，且液态含水量最高值区在云的底部，并对应有逆温层存在且位于逆温层顶的下方。杨洁凡等5对一次锋面抬升引起的层状云降水系统进行模拟研究，定量分析该例中冰晶层、混合层和暖层中凝华、凝结、碰并等微物理过程对粒子谱型的影响及其对地面降水的贡献率，发现三层云对降水的贡献分别为3.5%、38.5%和58.0%。在短临

3、预报中，要对层状云造成的连续型降水的强度变化趋势进行判断并作出准确预报，就要寻找出影响其强度变化的因子并提供有效的观测预报手段1。1天气实况及环流形势1.1天气实况2010年9月25-27日，上海市普降中雨（具体降水情况见表1）。以世博园区气象站为例，该站9月25日20：00以后开始下雨，26日08：00前12h降水量为8.0mm；26日白天降水持续，当日8：0020：00，12h降水量为11.2mm，20：00以后仍有弱降水，至降水结束降水量为0.1mm。12形势分析在25日08：00地面天气图上（图略），上海处于冷锋后冷高压底部，其南侧可分析出一个气旋性风向环流；上海中低空处于700hPa

4、850hPa切边线，辐合上升运动条件较好，从近地面到中低空的上升运动显著。由于500hPa处于高压脊控制，对下层的水汽抬升有较强的的压制作用，有利于中低层水汽的堆积和保留2。分析显示上海近地面气旋式风向环流（以下简称中尺度低压）25日08：0026日20：00的活动情况，可以看到25日08：00中尺度低压位于上海东南侧海面上，至25日20：00已经北抬至上海西北侧，26日08：00该低压有所南落，-26日20：00又移到上海市东部海面；在集中降水时段（25日夜间-26日白天），本地都处于中尺度低压的影响区域。25日20：00后低压南落，本地逐渐处于中尺度低压的顶部，上升运动活跃，与低空切变配合

5、，25日夜间出现小到中雨天气；26日08：00前后高空有浅槽过境，同时中低空切变有所东移，此时原先降水已造成本地低空湿度较大，中尺度低压产生辐合造成水汽聚集，中低空上升运动抬升水汽，又造成当天白天的中雨过程。由于时间间隔较长（12h），图1只能大概描述中尺度低压移动与降水强弱变化之间的关系，下文中将用继续用一些具体的观测产品来探寻其造成的影响3。2中尺度气象要素分析2.1中尺度风场分析通过区域自动站资料可以看到中尺度低压的活动对降水造成的影响。如图3a所示，25日20：以前，上海本地风向以偏东风或者东北风为主；20：18分开始，浦东南汇地区出现气旋式风向切变，即地面低压中心开始出现。从此时刻开

6、始，该低压始终维持并自南向北摆动，至22：24分可以看到（如图3b所示），此时低压切变明显加强，影响范围扩大。从实况看，世博园区25日夜间-26日降水强度的变化与此低压活动关系密切。2.2水汽条件分析在日常预报工作中，一般将T-Td4的区域看作较湿的区域。从850hPa温度露点差实况来（图略）看，25日20：00本地附近850hPa层次的湿度条件较差，温度露点差值大于8，上空湿层主要集中在700hPa以上；而26日08：00，湿层已经抵达地面，本地温度露点差值小于4。世博园区站湿度变化看，主要降水时段的相对湿度均大于90%，近地面水汽充沛。分析其原因，主要是由于低空切变与地面中尺度低压辐合给本

7、地底层带来了水汽，加上25日白天500hPa高度为脊区西北偏西气流控制，对下层的水汽抬升有一定抑制作用，水平辐合的水汽在垂直空间上得不到扩散，逐渐在中低空和近地面堆积，为降水带来有利的水汽条件4。2.3多普勒雷达图分析降水的反射率因子回波大致可分为3种类型：积云降水回波、层状云降水回波、积云层状云混合降水回波。降水回波的反射率因子一般在15dBZ以上，层状云降水回波的强度很少超过35dBZ3。本次降水过程中本地云系主要以中低云为主，层云降水，降水范围较广，持续时间较长。从9月26日10：21时的雷达基本反射率图上可以看到（图略），26日上午本地上空主要是层状云，从0.5仰角上看云体纹理较为均匀

8、，平均反射率因子一般为25dBZ，本地东南侧云体最为密实，反射率因子最大为35dBZ，本地北侧云体则较为稀疏，本地西南侧则无大片降水云系存在；当仰角抬高至1.5后本地东南侧仍是云体密实区域，反射率因子最大为35dBZ，其他方位上则较为松散。以上说明此时本地上空层云高度较低，云层并不厚，对应降水强度也不强。同时，本地东南侧云体密实区域也与中尺度低压环流的方位对应。2.4风廓线雷达资料实况分析从世博园区20日22：30-23日08：00的风廓线实况（图略）可以看到，降水时段内近地面风向从东南风逆转为东北风，1500m高空风向由东南风转为南到西南风。高空的风向变化是由暖切北抬造成的，而近地面的风向波

9、动则是由于中尺度低压活动造成的。3小结与讨论2010年9月下旬的层云降水过程中，对于降水时段的预报通过常规天气分析手段就可以得到结果，但对于降水强弱变化的预报，则可以结合近地面中尺度低压环流的活动来进行。通过研究发现：当本地处于中尺度低压环流顶部时，降水强度较强；当低压环流移出或远离本地时，降水趋于减弱或中断。同时，多普勒天气雷达的基本反射率产品可以分析降水云系的性质，其径向速度产品对近地面低压环流的活动也能有所捕捉；结合风廓线雷达在垂直空间上的风场描述，可以对降水过程中影响其强弱变化的低压环流进行中尺度分析和短临预报。参考文献1陆汉城,杨国祥.中尺度天气原理和预报(第二版).北京：气象出版社

10、，2009:107-109.2朱乾根,林锦瑞,寿绍文，等.天气学原理与方法(第四版).北京：气象出版社3俞小鼎,姚秀萍,熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用.北京：气象出版社，2008:78.4李铁林，雷恒池，刘艳华，等.河南春季一次层状冷云的微物理结构特征分析.气象,2010,36(9):74-80.AmesoscalelowprecipitationmechanismanalysisPickto:basedonthelargescalecirculationbackground,regionalautomaticstationoflivedata,radarbasereflectivi

11、tyandradialvelocityproducts,andthewindprofileradarproducts,toShanghaiinlateSeptember2010amesoscaleanalysisstratusprecipitationprocess.Foundinthestratusprecipitationprocess,thesurfacemesoscalelowpressureCirculationactivitiescloselyassociatedwithrainfallintensitychanges.Usingdopplerweatherradarradialv

12、elocityandwindprofileradarproducts,youcancapturethesurfacemesoscalelowpressurecirculationoftheactivities,andhavecorrespondingwiththeprecipitationisbetter.Keywords:stratusprecipitation;Themesoscalelowpressure;radarAuthorintroduction:PuJiaWei(1976-),engineer,workintheweatherforecast.Chineselibraryclas

13、sificationnumberidentificationcodeBP458.121.1literatureInallkindsoflarge-scaleoutdooractivitiesandoftenrequiresnotonlyprecipitationtimeforecast,alsoneedtoforecastchangesinprecipitationintensityanddescription.Stratusprecipitationforcontinuousprecipitationcommonly1-3,forstratifiedcloudphysicalcharacte

14、risticsoftheresearchathomeandabroadhasalotofachievements,LiTielin4bymeansofawaterdrop,suchasstratiformcloudmicrophysicalstructurecharacteristicsandprecipitationmechanismanalysisfoundthattheprecipitationcloudcloudmicroquantitiesofverticalandhorizontaldistributionuneven,andthepeakareaatthebottomofthec

15、loudliquidwatercontent,andduetotemperatureinversionexistsandislocatedintheinversionlayeronthetopofthebelow.YangJiefan5toafrontalupliftofstratiformcloudprecipitationcausedbysystemsimulationresearch,quantitativeanalysisofthecase,icecrystals,mixedlayerandlayerofsublimation,condensation,touchandphysical

16、processoftheinfluenceofparticlespectrumtype,andtheground,thecontributionrateofprecipitation,foundthatthreelayersofcloudscontributiontotheprecipitationwere3.5%,38.5%and58.0%,respectively.Short-termandimpendingprediction,intothestratiformcloudcausedbythecontinuousrainfallintensityandchangetrendofaccur

17、ateforecast,tofindoutthefactorsaffectingitsstrengthchangeandprovideeffectivemeansofobservationforecast1.1actualweatherandcirculationsituation1.1theweatherliveonSeptember25to27,2010,theShanghairainhasfallen(seetable1)precipitation.Weathertheexposite,forexample,thestationitbegantorainafter8PMonSeptemb

18、er25,2608:00before12hprecipitationis8.0mm;26precipitationcontinuedduringtheday,theday8:00to20:00,12hprecipitationis11.2mm,PMlaterthereisstillaweakprecipitation,untiltheendofprecipitationprecipitationis0.1mm.12situationanalysisin2508:00groundweathermap),Shanghaiisinthefrontafterthecoldhighpressureatt

19、hebottom,thesouthcananalyzeacyclonicwindcirculation;Shanghailowat700hPaand850hPacuttingedges,convergenceascendingmotionconditionisgood,fromclosetothegroundtothelowlevelofupwardmovement.Becauseof500hPainapressureridgecontrol,ofthelowerwatervaporrisehasstrongsuppressioneffect,ishelpfultolowerwatervapo

20、rintheaccumulationandkeep2.AnalysisshowsthatShanghaineargroundcyclonicwindcirculation(hereinafterreferredtoasthemesoscalelowpressure)25,2608:0020:00activity,cansee2508:00mesoscalelowpressureattheShanghaiseasurface,to25PMhasnorthtoShanghai,2608:00thelow-pressuresouthfallssomewhat,26-20:00andmovedtoth

21、eShanghaieastsea;Incentralizedprecipitationtime(25-26)duringthedaynight,localareallintheareaofinfluenceofthemesoscalelowpressure.25PMlowsouthafterthefall,thelocalatthetopofthemesoscalelowpressuregradually,upwardmovement,activecooperatewithlowshear,25nightappearsmalltomoderateraintheweather;2608:00be

22、foreandafterthehighaltitudehaveashallowgroovetransit,atthesametimeinthelowlevelsheareastward,theprecipitationhascausedlocaloriginallowhumidityisbigger,themesoscalelowpressurevaporconvergencegenerated,alowriseupwardmovementinthewatervapor,andcausedtheprocessofmoderaterainduringtheday.Duetothetimeinte

23、rvalislonger(12h),figure1onlymoveaboutdescriptionofmesoscalelowpressureandtherelationshipbetweentheprecipitationintensitychange,belowwillbeusedtocontinuetouseobservationsofsomespecificproductstoexploretheeffectsof3.2mesoscalemeteorologicalelementsanalysis2.1mesoscalewindfieldanalysisbyregionalautoma

24、ticstationdatacanseetheeffectsontheprecipitationofthemesoscalelowpressureactivity.Asshowninfigure3a,25,20:previously,ShanghailocalwinddirectionisgivenprioritytowithPianDongFengornortheast;Prepare,pudongnanhuiareacyclonicwindshear,thegroundalow-pressurecenterbegantoemerge.Sinceitisthecase,thelowpress

25、uremomentalwaysmaintainandfromsouthtonorth,swing,tomypointscanbeseen(asshowninfigure3b),thelowpressureshearstrengthenobviouslyandinfluenceexpanding.Lookfromlive,25-26,atnighttheexpositecloselyrelatedtothelowactivitywiththechangeofprecipitationintensity.2.2watervaporconditionanalysisindailyforecastwo

26、rk,generalwillT-Td4areasasthewetarea.Fromthe850hPatemperaturedewpointsentlive),25,8850hPalevelnearthelocalhumidityconditionsispoorer,differenceisgreaterthanthedewpointtemperature8,mainlyconcentratedinthemorethan700hPaoverthewetlayer;And2608:00,wetlayerhasreachedtheground,thelocaltemperaturedifferenc

27、eislessthanthedewpoint4.Standthehumiditychanges,theexpositemainprecipitationintimenotlessthan90%relativehumidity,surfacewatervapor.Analysisofitsreason,ismainlyduetothelowlevelshearthemesoscalelowpressureandgroundbroughtwatervaporconvergencetothelocalgroundfloor,plus25500hPaheightduringthedaytoridgew

28、est-northwestairflowcontrolarea,hascertaininhibitoryactiontolowerwatervaporrise,horizontalconvergenceofwatervaporontheverticalspaceisnotspread,graduallyaccumulatedinthelowlevelandnearground,bringprecipitationfavorablemoistureconditions4.2.3reflectivityechodopplerradarmapanalysisprecipitationcanberou

29、ghlydividedintothreetypes:cumulusprecipitationecho,stratiformcloudprecipitationechoandmixedcloudscloudprecipitationecho.Precipitationechointhereflectivitygenerallyabove15dBZ,stratiformcloudprecipitationechointensityisrarelymorethan35dBZ3.Thelocalstructuresaremainlycomposedofacloudlyinglowintheprecip

30、itationprocess,stratusprecipitation,precipitationrangewide,alongerduration.FromSeptember26restrauntwhentheradarbasereflectivitygraphyoucansee),mainlyisthelayerabovethelocal26,morningcloud,from0.5Angleonthecloudtextureisrelativelyuniform,averagereflectivityiscommonly25dBZ,localanjimostdenseclouds,ref

31、lectivityfactorupto35dBZ,localnorthcloudsaresparse,southwestside,nolargelocalrainfallcloudsystemexists;WhentheelevationAngleupto1.5localisstillcloudformationcompactionarea,themaximumreflectivity35dBZ,otherlocationarelooser.Aboveillustratethecloudsoverthelocalheightislow,thecloudsarenotthick,correspo

32、ndingtotheprecipitationintensityisnotstrong.Atthesametime,localanjiclouddenseareacorrespondingtotheorientationofthemesoscalelowpressurecirculation.2.4livewindprofileradardataanalysisfrom08:0022:30on20-23oftheexpositewindprofilelive)asyoucansee,theprecipitationperiodneargroundwindfromsoutheastwindbac

33、ktonortheast,1500mhighaltitudewindintosouthtosouthwestwindsfromthesoutheast.Highaltitudewindsofchangeiscausedbycutwarmnorth,andneargroundwindfluctuationiscausedbymesoscalelowpressureactivity.3summaryanddiscussionInlateSeptember2010layerintheprocessofcloudprecipitation,precipitationtimeforforecastbyroutineweatheranalysismethodcangetresults,butforprecipitationforecastofthevariationofintensity,canb