2014年7月14日新乡强对流过程成因分析

利用常规和区域自动站观测资料、卫星和多普勒雷达监测产品及NCEP再分析资料,对2014年7月14日新乡强对流过程进行了综合分析。结果表明：高空东移冷槽与低层暖脊叠加使新乡上空形成明显的不稳定层结,而中低层暖湿空气在午后表现出明显的北抬和向高空扩展的趋势,使大气对流不稳定度进一步加强,有利于雷暴大风和冰雹强对流天气的出现;同时,强对流天气发生前0—6 km垂直风切变达到中等偏强程度,有利于对流系统的形成和维持。地面中尺度辐合线起对流触发作用,辐合线尾部前侧的对流云团发展更强更快。云团合并导致对流云团迅猛加强,对流单体合并有利于对流回波的暴发性发展及回波顶快速抬升。过程中雷暴外流边界也是强对流的重要触发机制,太行山脉东侧的雷暴外流边界受地形抬升作用,触发大范围分散的对流单体,导致了局地短时强降水天气。风灾主要是由多单体风暴中的下击暴流和雷暴外流边界造成的,下击暴流造成的大风比由雷暴外流边界导致的大风更强。此外,强回波中心强度增强、质心高度迅速升高,回波顶高和VIL值跃增等对强对流过程中局地冰雹预报有较好的指示意义。     

冷涡背景下苏北地区连续两次强对流天气过程对比分析

利用地面观测资料、天气雷达资料和ECMWF-ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,主要从环境条件和触发机制两个方面,对2019年6月8日（简称过程A）、9日（简称过程B）影响江苏省北部的两次冷涡型强对流天气过程进行了对比分析。结果表明： 过程A是由暖湿气流引起的短时强降水伴随雷暴大风的湿对流天气;过程B则是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流天气。过程A,由暖湿气流形成强对流不稳定层结,垂直风切变强度一般,湿层深厚,有利于短时强降水的发生;过程B,中高层的较强干冷平流叠加在低层暖湿平流上而形成强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹的发生。两次天气过程的触发机制都是地面辐合线。过程A的预报重点为水汽条件和来自上游的对流系统与当地地面辐合线的耦合;过程B的预报重点为大气的不稳定度和冷涡后部冷空气的干侵入与地面辐合线的耦合。     

新疆西南部一次局地对流性暴雨成因分析

利用常规地面和探空气象资料、NCEP逐6h1°×1°的再分析资料和(CINRAD-CC)多普勒雷达探测资料,对2012年7月19日新疆阿图什罕见的短时对流性暴雨形成原因进行了诊断分析。结果表明:此次天气是在南疆低涡有利的环流背景下、低层中尺度低涡促进上升运动及触发不稳定能量释放产生的;冷空气的入侵是造成对流扰动发展的重要原因,同时地面小尺度系统对触发不稳定能量释放也有一定的作用;涡散场的配置、垂直速度、低层偏东急流和强不稳定能量满足了对流发生的基本条件,而较强的垂直风切变则使风暴明显增强;从喀什探空订正图来看,修正后的探空资料中各要素对开展强对流潜势预报有很好的指示意义,有待进一步总结验证;对多普勒雷达资料的分析表明,此次强降水具有强回波、强的垂直风切变、大的垂直液态水含量和较高回波顶高等,与强对流天气的发生发展及落区有较好的对应关系。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

伊犁一次区域性暴雨分析

利用伊宁新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2010年7月19日伊犁地区一次局地暴雨天气过程。结果表明：此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa中亚低槽、200hpa高空急流、低层风速辐合和地面雷暴高压。较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于对流的产生;云图和雷达资料分析表明,此次局地暴雨是由中尺度强对流云团产生,具有典型的对流单体形成、发展成回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波。     

陕西4月冰雹天气学特征及对流潜势指标分析

利用2015—2020年陕西4月99站地面观测资料、灾情报告,高空探测资料,多普勒雷达资料等,对陕西4月冰雹天气发生的天气形势、对流潜势指标及雷达回波特征进行统计分析,结果表明：陕西4月冰雹多发生在午后至傍晚（12—20时）,降雹相对高频区位于陕北南部和关中;按环流形势将冰雹天气分为槽后西北气流型和冷槽型两类,槽后西北气流型主要特征表现在中层强的干冷空气侵入造成强热力不稳定层结,冷槽型冰雹天气产生的主要原因为高层冷空气叠加于低层暖湿气流上,造成强的位势不稳定,天气尺度抬升促进对流进一步发展;共筛选出11个指标为4月冰雹天气潜势预报提供参考,业务应用中重点分析相比气候平均值差异较大的K指数、总指数、对流稳定度指数,作为冰雹天气潜势预报中不稳定层结及低层水汽条件的判别指标,同时需注意其他指标的配合使用,应用CAPE值做强对流天气潜势预报时必须要经过探空订正;降雹云团受地面中尺度系统触发,槽后西北气流型冰雹的雷达回波分散、持续时间短,冷槽型冰雹的雷达回波范围广,持续时间长。     

关中一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用雷达、探空和自动站等观测资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2018年7月26日关中地区快速发展移动的强对流天气进行研究,重点分析了出流边界在对流风暴局地生成、快速发展中的作用。结果显示:26日上午关中东部地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定,低层强的偏南气流及暖平流;午后秦岭山区对流云团下山过程中和西安南部多个对流单体合并加强,形成强的冷池和雷暴高压,激发出阵风锋,阵风锋是本次强对流天气的触发机制;雷达图上新的对流单体在阵风锋前径向风风向切变最大处触发,大风天气出现在阵风锋后部强的反射率因子梯度区;阵风锋位于冷池前沿,两者的发展演变密切相关,雷暴合并补充加强了冷池强度,有利于阵风锋及强对流天气维持较长时间;边界层风向与阵风锋移动方向相反,而边界层以上的风向与之相同是阵风锋触发的对流风暴维持发展的一个因素。     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

郑州地区3次冷涡型强对流天气对比分析

对2004年6月中下旬郑州地区3次比较典型的强对流天气的高低空形势、物理量场及雷达资料的对比分析结果表明:1)500 hPa冷涡的位置在42°N以南,郑州上游有较强冷平流侵入,并且700 hPa和850 hPa也有对应低值系统存在,是郑州地区强对流天气发生发展的大尺度环流背景.2)地面中尺度辐合线的存在是强对流天气的主要触发机制.3)动力因子的差异造成了不同类型的强对流天气.4)雷暴云中强下沉冷空气在近地层强烈辐散能够引起地面大风.5)水汽因子的差异决定了雷雨能否发生.上下层均为干冷空气时一般仅伴有大风天气;低层暖湿、中高层干冷时能增加大气的对流性不稳定,有利于强降水和局地冰雹的产生.     

一次南岭山脉前汛期强对流天气过程诊断分析

利用常规观测资料、FY-2G/2E卫星黑体亮温(TBB)资料、多普勒天气雷达资料与ERA-Interim再分析资料,对2016年4月17—18日南岭山脉一次强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)该过程前期,受地面倒槽与辐合线影响出现暖区降水,后期随着地面冷空气侵入配合低空切变线与高空槽东移南压迅速转变为锋面降水,强降水落区与南岭山脉走向一致,大暴雨由多个中尺度对流系统(MCS)移入和有利地形作用造成;大冰雹、雷暴大风主要出现在暖区降水时段,暖区短时强降水以高质心降水为主,锋面越山之后强天气主要为低质心短时强降水,雷暴大风和冰雹较少出现。(2)雷达回波图上中层径向辐合的出现,对雷暴大风具有预警参考意义;中气旋、高垂直累积液态水含量(VIL)、回波悬垂、有界弱回波等回波特征对提前预警大冰雹有一定的指示作用。(3)不同类型强天气发生的大气层结条件存在差异,上层干区深厚、低层湿度条件较好有利于产生大冰雹,大的0—6 km垂直风切变有利于冰雹增长;大的下沉对流有效位能(DCAPE)是预报雷暴大风的一个参考指标;整层温度露点差和DCAPE小是判断只出现短时强降水的参考依据。(4)南岭及其附近地区"喇叭口"地形和迎风坡地形有利于低层气流辐合触发对流,造成暴雨多发和降水时间延长,南岭背风坡的锋生作用使南岭山脉南麓出现雷暴大风、冰雹等天气的可能性增大。     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

浙东冬季和夏季两次强雷暴天气过程对比分析

利用多种观测资料,结合NCEP再分析资料,对比分析了浙东冬季和夏季两次强雷暴过程中的各种环境条件,结果表明:以对流有效位能CAPE表达的深厚湿对流潜势条件夏季个例的比冬季的好,二者分别为1148 J·kg~(-1)和490 J·kg~(-1)。冬季个例的动力抬升条件更好:低层到地面受冷锋影响;700、850 h Pa因急流风向风速的不连续而产生较强的辐合;500 h Pa处于长波槽前的上升气流中,最大的垂直速度达1.1 Pa·s~(-1)。两次过程的共同特点是强回波分布与地面θ_(se)高值区和切变线叠加区对应关系比较好,为雷暴系统的临近预报提供了重要线索。地面有冷锋影响时,要考虑冷锋入海后风力加大,地面辐合加强,使对流发展。由海陆不同比热属性造成的海陆之间白天和夜间的不同温差,对白天和夜晚系统入海后的强度变化有不一样的影响。10个浙东冬季雷暴个例天气形势分析结果表明,冬季雷暴的共同特点是都有冷暖空气在浙东强烈交汇,华南到华东中低层有很强的西南急流,850 h Pa最大风速达到20 m·s~(-1)以上。两季雷暴各种对流参数对比分析结果显示,冬季雷暴比较好的预报指标是总指数和垂直风切变,重点关注西南急流的强度、冷锋和850-500 h Pa的对流稳定性及动力抬升条件。     

基于集合预报极端天气预测指数的浙江分类强对流预报模型

利用2016—2021年ECWMF集合预报资料、浙江自动站实况资料等，计算浙江短时强降水、雷暴大风和冰雹等强对流天气相关物理量的极端天气预报指数（EFI：Extreme Forecast Index），分析EFI分布特征，并构建了分类强对流预报模型。结果表明：强对流天气与物理量的EFI有密切联系，发生短时强降水时，对流有效位能、整层可降水量、850 hPa与500 hPa温差和位温差的EFI较大，而垂直风切变的EFI为负值，因而较小的垂直风切变更有利于出现极端降水；发生雷暴大风和冰雹时，对流有效位能、850 hPa与500 hPa温差和位温差以及850 hPa温度露点差的EFI较大，700 hPa露点温度的EFI为负值，与上层干冷下层暖湿的有利层结条件有关。利用支持向量机多分类方法，将强对流天气相关物理量的EFI作为特征值开展训练，构建的预报模型对于非局地强对流天气有较好的预报效果，其中短时强降水的误判率明显低于雷暴大风。     

山东一次区域性暴雨中尺度特征分析

利用常规资料、地面自动站资料、FY2C卫星云图TBB和多普勒天气雷达资料,对2009年5月9—10日发生在山东的春季区域性暴雨进行分析和研究。结果表明:①强降水是在低层冷空气和深厚西南暖湿气流交汇的过程中产生的,副高异常偏强,制约850～700hPa切变线和地面辐合线停滞少动,产生较长时间的降水。②地面辐合线的形成和维持激发了边界层的辐合上升运动,为暴雨区提供了充足的水汽,冷空气从边界层楔入,与暖湿气流汇合并抬升暖湿气流辐合上升,使上升运动加强,降水增幅。③中尺度对流系统是造成暴雨的主要中尺度系统,多个单体更迭并移经同一区域,形成"列车效应"而产生区域性暴雨。④雷达径向速度图中逆风区和不同高度(超)低空急流的大小对短时强降水预报有一定的指示意义。     

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

2011年7月29日山西大暴雨过程的多尺度特征

利用1°×1°的NCEP再分析资料、红外辐射亮温（TBB）、多普勒雷达和气柱水汽总量等资料,对2011年7月28-29日发生在山西境内的区域性暴雨进行多尺度特征分析。结果表明：（1）乌拉尔山阻高崩溃,西风槽东移、副高进退是此次暴雨发生的环流特征;（2）850 hPa低涡切变和700 hPa暖式切变线及地面冷锋是暴雨发生的中α尺度触发系统;（3）〉30 dBZ的雷达回波呈南北向位于地面冷锋与700 hPa切变线之间,雷达回波随地面冷锋和700 hPa切变线的东移而东移;（4）低空低涡切变受500 hPa强盛西南气流的引导向东北移动,暴雨落区始终与低涡切变相伴随;（5）暴雨过程山西境内共有9个中β尺度对流云团活动,山西西南部的暴雨主要由5个中β尺度对流云团的相继移入并在自动站极大风速风场切变线附近触发对流发展所致;山西东南部的大暴雨则是3个中β尺度对流云团合并发展的结果,中γ尺度气旋是导致局地大暴雨发生的直接影响系统;（6）暴雨发生在气柱水汽总量空间分布图中水汽锋的南部和东部及靠近气柱水汽总量的大值区一侧,水汽锋的形成比降水开始提前17 h,比暴雨发生提前24 h以上,对暴雨的短期、短时预报有指示意义。     

北京“7.21”暴雨的不稳定性及其触发机制分析

本文利用WRF模拟的高分辨率资料对2012年7月21日北京特大暴雨过程的对流不稳定和条件对称不稳定性及其触发和维持机制进行了诊断分析。分析结果表明:(1)在临近暴雨发生时刻及暴雨初期, 大气低层主要以对流不稳定为主, 随后对流触发, 不稳定性减弱, 而低空急流和湿斜压性的增强, 使得条件性对称不稳定加强, 维持和加强了暴雨的不稳定性。(2)分析表明, 在暴雨过程中主要由于较强的水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量异常, 从而导致条件性对称不稳定的产生。(3)本文分别对暴雨发生过程中的对流不稳定与条件对称不稳定的触发机制进行了分析, 主要结论如下:暴雨初期对流性降水阶段, 切变线上有利的垂直上升环境与地形的强迫抬升相互配合, 触发了对流性降水。另外, 北京上空的干冷空气入侵, 也增强了大气的对流不稳定性, 更易触发对流;对称不稳定导致的降水阶段, 主要是由于北京上空冷暖空气的长期对峙, 冷空气逐渐深入到暖湿空气下方, 使得暖湿气团沿冷气团爬升, 从而触发对称不稳定, 造成持续性降水。此次暴雨过程中0900～1300 UTC时刻暴雨增幅的重要原因是0900 UTC北京风向突变, 转为偏东风, 且风速骤增, 北京西北侧的喇叭口状的地形的强迫抬升作用, 与上空750 hPa移来的切变线上的垂直运动相互叠加, 形成中尺度涡旋, 产生了强烈的上升运动, 触发不稳定, 产生大暴雨。     

冷平流强迫背景下攀枝花市一次雷暴过程综合分析

基于欧洲中心ERA5再分析资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达资料以及MICAPS气象资料,运用天气学方法对2020年4月13日四川省攀枝花市发生的冷平流强迫类雷暴天气过程进行综合分析。结果表明:本次雷暴过程混合了冰雹、短时强降水、雷暴大风等多种天气,其主要影响系统为200 hPa高空急流、500 hPa高原槽、700 hPa切变线和西南急流以及地面辐合线。200~500 hPa西北干冷空气顺高原槽南下对本次过程起主导作用,弱的700 hPa西南急流为本地输送了水汽和不稳定能量,中低层切变线和地面辐合线促进了暖湿气流的辐合抬升。此外,“上冷下暖”的气层结构、中低层较强的垂直风切变、气流的低层辐合与高层辐散、适宜的0℃和-20℃层高度、较强的CAPE和K指数、较大的700~500 hPa温度垂直递减率等因素也是本次雷暴天气过程发生发展的关键。      

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

福建西部山区一次中尺度对流系统触发机制分析

利用常规天气资料及地面自动站、风廓线雷达、新一代天气雷达资料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析资料,分析2015年5月19日福建西部山区一次极端降水的中尺度特征。结果表明:(1)极端降水分为锋前暖区降水和锋面降水两个阶段,暴雨区位于低空西南急流轴左侧,水汽充足,冷暖空气交汇,不稳定能量大,抬升凝结高度和自由对流高度低,大气可降水量大及中等强度的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统(mesoscale covective system, MCS)发展的环境条件。(2)锋前暖区降水期间,西南气流携带高能量和水汽充足的空气移入暴雨区被中尺度边界附近的冷出流空气抬升,不断产生新的对流单体,对流单体向东北偏东方向移动,排列形成短雨带;若干条东北—西南向长度不等的短雨带在中尺度出流边界北侧建立,缓慢向东移动,依次重复影响关键区;暴雨关键区存在辐合线和风速辐合,为降水提供了良好的动力抬升条件;向西南开口的河谷地形加强了对流的发展;对流单体不断后部建立和东北西南向多个短雨带重复影响同一地区的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。(3)锋面降水期间,对流单体在低涡切变南侧风速辐合、水汽和能量大值区发展东移南压,中高层先于低层转偏北气流,表现出前倾特征,垂直风切变加大,冷空气从中高层先扩散南下,与低层暖湿空气交汇使对流加强,冷暖气流的交汇叠加风速辐合使得强降水加强并维持。对流单体后向传播向东移动产生的列车效应是此阶段MCS主要发展方式。