2012年4月广东左移和飑线内超级单体的环境条件和结构对比分析

2012年4月开汛后广东省接连出现强对流天气,尤其是冰雹日数更是超过历史同期平均。本文利用常规天气观测资料和雷达、自动站等非常规资料对广东首次观测到的风暴分裂中左移超级单体风暴和飑线内超级单体风暴引发的两次强对流天气过程进行了对比分析。结果表明:"4·10"冰雹和雷雨大风天气是由局地强烈加热产生的"热雷暴"发展成超级单体风暴造成的;"4·12"冰雹、雷雨大风和短时强降水天气由飑线及飑线内超级单体风暴造成的,其产生于切变线、较强冷空气南下过程中的低层暖平流和中层冷槽共同作用的环境条件下,较强的平流过程使垂直风切变明显增大;两次过程中0℃层高度都低于4月当地0℃层高度平均值。风切变矢量随高度的变化决定了左移和右移风暴的发展趋势,"4.10"风切变矢量随高度逆时针变化,使风暴分裂后左移风暴得以发展成超级单体;"4·12"风切变矢量随高度顺时针变化,有利于有组织风暴即飑线和飑线内超级单体的形成和发展,超级单体向承载层平均风的右侧运动。左移超级单体回波具有中反气旋、弱回波区和旁瓣回波及强回波中心位于其移动方向左侧等特点;飑线内超级单体的中气旋、弱回波区和强回波中心位于回波移动方向右侧,三体散射长钉长度和中层辐合厚度都很大,后侧下击暴流产生了31.1 m·s~(-1)地面强风。     

相同季节和相似区域华南两次飑线过程比较分析

利用常规观测资料以及广东省中尺度自动气象站资料、多普勒天气雷达产品、风廓线雷达资料、卫星云图以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对分别发生在2016年4月13日和17日的华南两次飑线过程(前者简称"4.13"飑线,后者简称"4.17"飑线)的特征及其差异进行了分析,重点探讨了相同季节、相似区域不同飑线过程对同一地区所带来的灾情影响差异较大的原因。结果表明:(1)两次飑线发生的环流背景相似,但后期对广东的影响差异较大,"4.13"飑线影响范围小而强,其进入广东境内发展成弓形回波;"4.17"飑线范围大而相对较弱,其进入广东境内后逐渐减弱。(2)"4.13"飑线过程存在有利于其发生并增强的前倾槽结构和较强垂直风切变;"4.17"飑线过程下游地区有冷空气浸入,不利于强天气发生。(3)低层暖平流及中层干冷空气下沉造成"4.13"飑线过程强不稳定层结,在广州附近形成气旋性中尺度辐合线有利于飑线在此加强。(4)两次飑线过程造成地面大风的原因不同,"4.13"飑线大风由弓形顶下击暴流产生,后部入流很强,强回波质心高;"4.17"飑线大风由普通超级单体造成,回波质心较低,雨滴的重力拖曳作用较小,致使地面雷雨大风强度相对较弱。     

一次强飑线天气过程分析和龙卷强度级别判定

利用WSR-88D多普勒天气雷达的连续探测资料,对2004年7月12日影响上海地区的强飑线天气过程进行了研究。通过飑线回波带的组成、移动、变化等分析了这次飑线系统的发展演变过程及其雷达回波特征,重点讨论了飑线与前方线状回波的交汇在飑线发展加强和弓状回波形成中的作用,并指出弱线状回波的存在是由温度和风的不连续而引起的。文中还提出利用多普勒雷达产品—中气旋的最大流入流出速度计算中气旋旋转速度,可对龙卷强度等级做出判定,并与实况灾情信息判定结果进行了比较。     

海南一次飑线过程的多普勒雷达回波分析

利用常规观测、NCEP 1°×1°逐6h、自动站观测以及新一代天气雷达回波等资料对2006年11月22日影响海南的飑线过程进行了分析,分析指出:该飑线是高空槽前上干下湿、低空急流、边界层干线以及低层冷空气侵入引起的不稳定中尺度对流天气系统;通过对飑线中小尺度系统的分析,发现逗点回波、强的后侧入流急流、中气旋以及弱回波区是造成此次飑线过程产生灾害性大风的成因。     

三门峡地区一次飑线天气成因及特征分析

2013年7月31日20时-8月1日08时,三门峡地区出现了一次飑线天气过程。对本次过程高低空天气形势、卫星资料、NCEP再分析物理量、雷达产品等资料的分析结果表明:这次飑线天气过程是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,地面辐合线是这次飑线产生的触发机制;飑线发生前热力不稳定层结的存在和中低层的正涡度区、高层的辐散区,对预报强对流天气有一定指示作用;飑线天气发生在Tbb梯度最大区。从雷达回波看,这次飑线过程分为生成、旺盛和消散三个阶段。东西方向飑线由对流单体合并而成,在移动过程中,受中条山地形抬升和黄河湿热河面影响得到发展和增强;南北方向飑线由上游陕西东移过来,受低层强的偏西急流影响形成弓形回波;两个飑线合并成"人字形"共同影响三门峡地区。在飑线旺盛阶段,雷达回波存在低层有界弱回波区和中高层悬垂回波结构,冰雹发生在南北向飑线(弓形回波)后侧;两条飑线回波合并处出现明显的中气旋特征,是产生局地强降水的有利条件。     

长生命史飑线在强、弱对流降水过程中的异同点分析

利用常规气象资料、自动站资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,对发生在我国中纬度地区不同对流环境下两次长生命史飑线过程的物理机制和中尺度特征进行了分析。结果表明:(1)飑线在近地面层有较强的水汽辐合,但强对流降水过程中的飑线湿层深厚,水汽辐合的层次更为深广、强度更强,存在较低的抬升凝结高度。(2)高层强冷平流与低层暖平流的叠加是飑线的共同特征之一;不同之处在于弱对流降水过程中飑线不稳定层结的建立更多地依靠高层冷平流的作用,有更高的温度直减率,具有弱降水超级单体的一些特征;强对流降水过程中飑线低层暖平流的加强也是造成大气不稳定的重要原因,θse在中层呈现出湿中性层结特征,存在更大的热力不稳定度,是典型的强降水超级单体特性。(3)长生命史飑线的发展离不开强环境风垂直风切变;强对流降水过程中垂直风切变主要是风速随高度变化而产生的,弱对流降水过程中垂直风切变主要表现为风向随高度的变化。(4)飑线沿着出流边界和引导气流方向移动。(5)飑线在雷达回波上的共同点:都出现典型弓形回波,减弱的标志亦是阵风锋逐渐远离回波主体,弓形回波逐渐断裂,强回波后侧的层状云回波面积开始增大;不同点在于弓形回波的演变方式不同,弱对流降水过程中的弓形回波有超级单体风暴的典型结构,而强对流降水过程中弓形回波的形成是由强降水超级单体的发展而来,单体结构明显不同于经典超级单体中非降水或弱降水超级单体。(6)速度场上低层存在着径向速度的大值区,中低层有辐合,并伴有中气旋存在,中层存在明显的MARC(Mid-Altitude Radial Convergence)。1km高度以下的径向速度大值区、MARC和中气旋对地面灾害性大风有提前预警作用。     

雷达彩色显示

1986—1987年,我们刊载了一系列气象卫星云图照片。1988年,我们将选登一些典型的雷达回波彩色显示照片。 1987年8月24日,产生于高空蒙古冷涡南部西北气流中的飑线,以50—60km的时速向东南方向移动,造成河北北部和北京地区的雷雨大风和冰雹等强烈天气。 由上图可见,飑线大致呈NE—SW走向,强回波区呈狭窄的带状位于飑线降水回波带的前沿,最强为50—60 dBZ(红色)。从RHI上(下图)可看出典型的冰雹云回波特征,50—60dB Z的强回波区位于4—10km高度,云顶高度达14km。     

浙江飑线天气过程的对比分析

2005年5月两次飑线过程严重影响浙江省。针对这两次过程,利用天气雷达、卫星云图、实况资料及NCEP资料对比分析了飑线发生发展的环境条件、云图及回波特征,进而揭示出此类飑线发生发展的物理机制及可预报性。分析发现,两次飑线具有相似的环境特征,江淮低压冷锋南下型的地面形势是浙江境内产生飑线的主要背景场,低压系统东南方的水汽通量极值区往往是飑线的触发区;雷达回波中,飑线前沿的辐合带和中气旋是大风产生的重要特征;卫星云图中,云带移动前方的亮温梯度和大风相联系,并指示云带的移动方向,西南急流输送前方的对流单体得到能量和水汽供应发展更为旺盛。     

华南暖区暴雨中一次飑线的中尺度分析

利用地面加密观测资料、高空观测资料、多普勒雷达观测和雷达风场反演资料等,分析造成2010年5月6—7日华南暴雨中一次飑线的演变过程及三维结构特征。结果表明:(1)此次飑线过程发生于200 hPa高空辐散区、500 hPa高空槽后、地面准静止锋锋前暖区内,850 hPa飑线北侧为切变线,东南侧存在低空急流,中低层为中等强度垂直风切变。(2)该飑线系统初始对流单体由西风受广西大瑶山脉地形阻挡而触发。发展过程中两广交界处不断生成新单体,东移发展并入对流带,单体发展及对流带的形成与地面中尺度辐合线关系密切。(3)该飑线在形成过程中存在对流带与对流单体的锢囚过程,锢囚过程中地面辐合线及中层中气旋起组织作用,至盛期对流带东段出现弓形回波结构。强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流,造成地面冷池及后部辐散出流,促进弓形回波发展。(4)成熟期飑线系统包含弓形回波、冷池及不明显的层状云区,三维结构特征与经典飑线类似,但无涡旋对,雷暴高压也不明显。     

东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对近10年东北冷涡天气背景下强对流天气过程的物理机制和中尺度特征进行了分析,并重点分析了在东北冷涡背景下,2009年6月3、5和14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气。结果表明,在东北冷涡发展阶段,即温压结构不对称、大气斜压性强时,冷涡的西、西南、南至东南部容易发生雷雨大风、冰雹等强对流天气。在东北冷涡形势下,飑线生成时具备以下特征:(1)存在明显的中尺度气旋式环流,850 hPa、925 hPa和地面有辐合线或干线存在;(2)静力不稳定,中低层温度直减率大;(3)风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400~500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;(4)伴随着飑线发展,在飑线后侧有显著升压,雷暴高压的强弱不仅指示了飑线发展的不同阶段,同时可作为地面大风预报的参考依据;(5)飑线的移动与对流回波的传播、出流边界和引导气流密切相关。     

2018年一次罕见早春飑线大风过程演变和机理分析

2018年3月4—5日,华南、江南等地发生了一次大范围强对流过程,发生时间早,落区范围广,多地伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水等剧烈对流天气,尤其飑线在江西境内造成了严重大风灾害。基于大气环流和雷达回波发展演变特征,将该次过程分为初始、发展和减弱三个阶段：初始阶段西风槽前西南急流造成的低压倒槽为强对流提供大尺度触发条件;发展阶段对流活动位于槽前暖区中,飑线在江西造成极端大风;入夜后,冷锋南下,对流进入减弱阶段。环境场及对流参数诊断表明江西中北部低层高温高湿,中层干冷,温度垂直递减率大,有利于产生雷暴大风。南昌探空长时间序列分析表明温湿要素气候态异常,与历史同期比,低层明显偏暖偏湿,中层偏干,有利于极端对流天气发生。综合多源观测资料和雷达资料分析中小尺度特征,本次江西飑线过程特点及成因包括：（1）受引导气流和前向传播共同作用,飑线移动速度快。（2）自动站分析显示飑锋后雷暴高压强,与锋前暖低压作用造成强密度流,有利于产生大范围直线型大风;（3）通过对比飑线弓状回波南北段回波结构差异表明,飑线后侧中层干后向入流促使降水粒子相变,剧烈降温形成的强下沉运动(下击暴流)是导致极端大风的主要原因,后部层云区下沉气流增强雷暴高压加之动量下传作用对雷暴大风有增幅作用。     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。     

2019年4月9日四川东北部一次飑线大风的成因分析

本文利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料、自动站观测资料等多种资料，对2019年4月9日发生在四川东北部的一次飑线大风天气进行了分析。结果表明：本次飑线大风天气过程为低层暖平流强迫类型，低层西南急流和暖脊使得热力不稳定增长，配合低槽东移影响，加强了大气层结的不稳定性，在地面辐合线的作用下，最终触发了本次飑线天气过程。飑线后部存在的中尺度雷暴高压和超强冷池，造成了强冷池密度流，利于产生大风；后向入流和低层显著干区加强了降水粒子的蒸发、冷却，形成了强烈的下沉气流；高空动量下传，对地面大风有增幅作用；飑线移动迅速，前向传播明显，有利于大风的产生。     

桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。      

湖北东部雷暴大风雷达回波特征分析

通过对2003-2009年湖北省东部26个雷暴大风过程的雷达、地面、高空、NCEP6h再分析场等资料的研究,依据雷达回波形态特征,将造成雷暴大风的雷达回波分为3种类型,即单体型、弓状型和飑线型。统计分析了每种类型雷达回波强度、回波顶高、垂直液态含水量、中层辐合特征、入流急流、中气旋及环境场条件等特征,研究了这3种雷暴大风天气的雷达回波生命史演变规律,并建立了其雷达回波概念模型。分析表明,单体型雷暴大风提前预警难度较大,但对弓状型和飑线型雷暴大风多数可以提前30min左右做出预警。     

广州机场终端区“4.30”飑线过程的诊断分析和数值模拟

利用常规观测资料、多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达资料及NCEP/NCAR再分析资料,对2013年4月30日发生在广州白云机场终端区的飑线过程进行了诊断分析和数值模拟.结果表明:此次过程是由高空槽东移带动地面弱冷空气南下造成的;高分辨率WRF(Weather Research and Forecasting)模式较好地模拟出了这次飑线的形态和发展变化过程;飑线内部有较明显的倾斜气流,发展阶段内部以上升气流为主,成熟阶段强的上升运动主要位于600 hPa以上,中低层则由于拖曳作用有显著的下沉气流;此次飑线过程有明显的地面冷池和雷暴高压配合,飑线的强度变化与地面冷池的变化存在明显相关,发展阶段雷暴高压出现在整个飑线的下方及后部,在成熟阶段其下方的正变压与后部的负变压呈对称结构.     

中国江南—华南地区一次强飑线天气过程位涡诊断分析

应用FY-4A卫星红外和水汽云图资料,结合NCEP分析场资料以及地面自动气象站变压、变温、大风及降水资料,计算等熵面位涡,分析2018年3月4日中国江南—华南地区强飑线过程的发生发展机制及持续性大风产生的主要原因。结果表明：对流单体触发于低层辐合系统,由于雷暴下沉气流与其前方的低层暖湿西南气流形成地面辐合线,并且移入地区的水汽、静力不稳定及垂直风切变条件对强对流风暴的发展均十分有利,使得导致极端对流大风的强对流风暴持续发展。极端大风主要分布在飑线中弓形结构的顶端,落区与亮温梯度和变压梯度相对应,导致变压风增大;飑线的移动与引导气流方向一致,系统走向和低层西南急流接近于垂直,系统移速加快,动量下传效应增强,均是导致极端地面大风的成因。位涡分布表明高位涡的侵入和呈弓形分布的低位涡区的形成具有一定关联,干侵入区与等熵面上高位涡区有着较好的对应,飑线后部的暗区正是干侵入的前沿,高层高位涡的下传是飑线系统持续发展的成因。     

浙江一次强飑线系统结构特征的数值研究

利用常规观测资料、自动气象站资料、NCEP再分析资料和高分辨率WRF模式,对2016年5月5日发生在浙江地区的一次强飑线过程进行模拟研究。结果表明,切变线是影响此次强飑线过程的主要天气系统,飑线发生在充沛的水汽,较弱的对流有效位能和中等强度垂直风切变大气环境下。WRF模式对此次飑线的演变过程和降水分布有较好的模拟能力。通过进一步分析模拟资料发现,雷暴高压和地面冷池是此次飑线风暴的重要边界层特征,边界层辐合线有利于飑线的发展和维持。飑线后侧对流层中层以下的强下沉气流,是造成此次雷暴大风的关键因素。     

一次强飑线过程极端大风的中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动气象站加密观测资料和GFS 0.25°×0.25°逐6 h的分析场数据以及多普勒雷达、风廓线等资料,通过背景形势场分析、物理量诊断分析和中尺度分析,对2018年3月4日发生在华东地区的强飑线天气过程进行了诊断分析。结果表明,这次过程具有发生时间(季节)早、移速快、范围广、致灾强等特点,是一次比较少见的早春(冬末)十分强烈的飑线天气过程,是在高空急流辐散区、低空西南急流轴前端、低涡南侧的暖区中发展起来的。飑线过程的地面要素变化十分剧烈,地面有强冷池,与飑线前暖空气之间构成了强的水平温度梯度,致使飑线强度更强;飑线经过时气压涌升所形成的雷暴高压、强气压梯度以及飑线的快速移动均有利于地面极端大风的出现。飑线发展过程中观测到弓形回波、超级单体等强天气系统。中高层动量下传和光滑湖面、喇叭口、狭管效应等特殊地形对于大风的增强效应比较显著,这些因素也加剧了地面极端大风的形成。      

2017年江西副热带高压边缘雷暴大风回波特征

利用MICAPS天气资料、WebGIS雷达拼图、自动站、强天气监测和雷电监测等数据,对2017年8月江西副热带高压边缘产生的4次雷暴大风天气过程,采用数据统计、形态特征对比等方法进行分析,结果表明:江西北部回波和南部回波发生辐合运动时,南面回波会发展的更为旺盛,形成飑线回波带。回波的传播方式一方面加快了回波移动速度,另一方面改变了回波的移动方向。副热带高压边缘雷达回波特征主要有两种:一是南北向短带回波,有时会发展为弓状回波;二是强回波单体,超级单体和复合单体回波。带状回波上,雷暴大风分布在回波带前沿,尤其是弓状回波带的头部,雷电分布则在回波带移动方向的后侧;强单体、超级单体和复合单体回波上,雷暴大风和雷电集中在强回波中心附近区域。超级单体回波具有55～60 dBZ块状回波结构,垂直液态水含量VIL达到60 kg·m~(-2);相对风暴速度SRM图上和垂直径向速度RHI_V图上,都具有相邻的正负速度对和达到中等以上中气旋标准。