哈尔滨雷暴大风天气分型和特征参数分析

使用MICAPS天气资料和探空资料,对哈尔滨市2016-2020年5-9月产生的雷暴大风天气以500 hPa天气系统为主进行分型,并统计低层影响系统和地面天气系统出现的比率。然后利用NCEP资料计算各个雷暴大风天气发生前的环境参量,并采用百分位数法统计各型发生时的物理量,以25%分位数为阈值给出临界值。结果表明:(1)哈尔滨市雷暴大风天气分为冷涡型、槽前型和西北气流型。(2)850 hPa与500 hPa温度差≥24℃,CAPE值≥310 J/kg,0-6 km垂直风切变≥10 m/s,地面露点温度≥12℃对于哈尔滨市雷暴大风天气有良好的指示意义。(3)槽前型雷暴大风天气的850 hPa与500 hPa温度差最小,西北气流型个例中高CAPE值并不多;水汽条件并不是制约冷涡型雷暴大风天气发生的重要因素。     

山东内陆和半岛雷暴大风的环境物理量参数特征

摘要：应用探空资料,对2009—2016年4—9月山东省205次雷暴大风天气过程的 12个环境物理量参数统计分析,研究各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月平均和阈值。结果表明,（1）T(850-500) 、CAPE和K指数在内陆高于半岛,T(850-500)在4—6月明显高于7—9月,K指数和CAPE值在7—8月最高。（2）在4—6月T(850-500)≥26℃的比率50.0～75.8 %;在内陆6—8月、半岛8月CAPE≥500J/kg的比率50～76.1%;在内陆4—5月、半岛5—6月DCAPE≥500J/kg的比率52.4～57.1%;在7—8月K指数≥30℃的比率58.3～88.9%。（3）5—9月θse(700-850)月平均值＜－1℃;7—8月SI的月平均值＜1℃、LI的月平均值＜0℃。（4）风暴强度指数≥250的比率在内陆4—5月、半岛4月和7—8月70%以上。强天气威胁指数在内陆6—8月、半岛7—9月≥150的比率75%以上。（5）大风指数在内陆5—8月、半岛4—5月＞17m/s的比率75%以上。（6）500hPa 风速≥12 m/s的比率在内陆4—5月、半岛4—6月和8—9月84.0％以上,850hPa 以偏南风为主,风速较小。     

郑州地区一次冷锋后高架雷暴天气过程特征及成因分析

利用常规气象观测资料和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)逐6 h再分析资料对2015年早春郑州地区一次高架雷暴天气过程的特征进行分析,探讨此次雷暴天气过程的成因。结果表明:地面冷垫、850 hPa和700 hPa强盛的暖湿急流及500 hPa高空槽为此次郑州地区高架雷暴天气过程的产生提供了有利的动力、热力和水汽条件,850—700 hPa之间的强垂直风切变和700—500 hPa之间较大的温差均表明逆温层以上对流不稳定度增大,有利于高架雷暴天气的产生。低空强比湿平流和负水汽通量散度为高架雷暴天气提供了丰富的水汽条件。高架雷暴天气过程发生前,700 hPa与500 hPa的θ_(se)差值Δθ_(se)大于0℃,表明700 hPa以上大气为对流不稳定,低层湿位涡的第一分量(MPV1)为负值又表明大气为湿对称不稳定,强雷暴落在对流不稳定区和MPV1负值区,因而此次高架雷暴天气过程是由对流不稳定和湿对称不稳定共同作用产生的。地面冷垫以上的暖湿气团逐步加强,进一步加剧了逆温层以上大气的层结不稳定度。通过与历史个例对比分析可知,郑州地区两次高架雷暴天气过程共同之处为:500 hPa高空槽前辐散气流的抽吸作用、低空切变线和低空急流左侧的辐合上升运动、地面冷垫的抬升作用均为高架雷暴天气预报的着眼点。     

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.     

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。      

华北地区雷暴大风的时空分布及物理量统计特征分析

利用2011—2015年4—9月华北地区主要区域(北京、天津、河北、山西)的重要天气报和雷暴观测资料,统计分析了该地区雷暴大风的时空分布等特征。结果表明,华北地区雷暴大风出现最多的月份为6—7月,最多的时次为下午到前半夜,大范围雷暴大风天气过程起始时间多为13:00(北京时,下同)-15:00,持续时间为4~8 h,高海拔地区出现雷暴大风的频次大于低海拔地区。在将华北地区站点分为高海拔站点和低海拔站点的基础上,使用2011—2013年4—9月的NCEP物理量分析场对雷暴大风过程的指示性进行统计分析,结果表明:多数常用的热力指标需考虑季节因素;下沉对流有效位能阈值基本不随季节变化,并对高海拔和低海拔区域的雷暴大风的出现及其范围均有一定的指示性;对流抑制能量、0~3 km垂直风切变、低层散度、500 hPa风场、整层可降水量、500 hPa相对湿度08:00—14:00变化等物理量在一些具体方面对于雷暴大风的出现及范围有一定的指示性。主要发生在高海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度均在50%以下;主要发生在低海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度基本在50%以上;850 hPa相对湿度较大的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差在24~28℃,850 hPa相对湿度较小的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差则常常达到30℃或以上。     

山东内陆和半岛雷暴大风的环境物理量特征

应用探空资料对2009—2016年4—9月山东省205次雷暴大风天气过程的12个大气环境物理量参数进行统计分析,研究各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月平均和阈值。结果表明,(1)T_(850-500)、CAPE和K指数在内陆高于半岛,T_(850-500)在4—6月明显高于7—9月,K指数和CAPE值在7—8月最高。(2)在4—6月T_(850-500)≥26℃的比率50.0%～75.8%;在内陆6—8月、半岛8月CAPE≥500 J/kg的比率为50%～76.1%;在内陆4—5月、半岛5—6月DCAPE≥500 J/kg的比率为52.4%～57.1%;在7—8月K指数≥30℃的比率为58.3%～88.9%。(3)5—9月θ_(se700-850)月平均值-1℃;7—8月SI的月平均值1℃、LI的月平均值0℃。(4)内陆4—5月、半岛4月和7—8月风暴强度指数≥250的比率在70%以上。内陆6—8月、半岛7—9月强天气威胁指数≥150的比率在75%以上。(5)内陆5—8月、半岛4—5月大风指数17 m/s的比率在75%以上。(6)内陆4—5月、半岛4—6月和8—9月500 h Pa风速≥12 m/s的比率在84.0%以上,850 h Pa以偏南风为主,风速较小。     

2008年7月14—15日川西暴雨过程的温度层结变化分析

2008年7月14-15日,四川盆地西部"5.12"汶川大地震重灾区在非典型热力条件下出现了一次暴雨天气过程.本文利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对其天气形势及温度层结变化特征进行了详细分析.结果表明:(1)暴雨发生在副热带高压不断西伸的环流背景下,低层偏南气流及其风速脉动对暴雨产生具有重要作用.(2)暴雨开始于850hPa θse下降及大气层结为弱稳定的非典型热力条件下,但700 hPa θse突增使得700-500 hPa对流性不稳定层建立,从而利于对流运动发展;暴雨过程后期,因850 hPa和700 hPa θse急剧下降和大气层结稳定度增大,对流上升受到明显抑制.(3)低层θse锋区和水汽辐合对强降水具有指示意义,暴雨落区位于850 hPa和700 hPa θse锋区前沿,降水中心位于水汽汇合中心附近.     

京津冀强对流天气的环境场条件及触发机制

利用MICAPS、自动气象站、FY2气象卫星和美国NCEP 1°×1°再分析等资料,对2019年7月29日出现在京津冀的一次区域性强对流天气过程进行综合分析,探讨了其发生的大尺度天气背景以及环境场和触发机制。结果表明：高空西风槽与副热带高压、低空切变线和地面冷锋是此次暖区强对流天气形成的主要影响系统,地面辐合线的生成对强天气的爆发起到了触发作用;副高外围的暖湿气流在850 hPa形成西南低空急流,配合低空切变线的作用使得水汽在京津冀地区强烈辐合,当850 hPa水汽通量散度降至-4×10-8 g/(cm2·hPa·s)以下时,预示着强降雨的出现,而700 hPa大气的辐合、500 hPa以上的强辐散加强了大气的垂直上升运动,对雨强产生明显的增幅作用;冀南地区中高层的干空气侵入使大气的层结不稳定增强,引发了雷暴大风,北京的深厚湿层则更利于产生高强度的降水,即雷暴大风的生成需要更强的大气层结不稳定性。     

中国短时强对流天气的若干环境参数特征分析

利用中国2005-2009年2 000多个国家级气象观测站雨量资料和2002-2011年部分探空站探空资料,研究了中国短时强降水、强冰雹、雷暴大风以及混合型强对流天气的环境参数特征,通过环境参数特征的对比分析,将上述四种强对流天气加以区分,并对所选取的探空数据和环境参数进行了分类和对比分析,结果表明:(1)通过T-logp图温湿曲线形态、500～700 hPa和850～500 hPa温差、0℃、20℃层和平衡层高度、地面和1.5 km高度的露点温度、1.5 km高度温度露点差、对流有效位能和0～6 km垂直风切变等区分上述四种类型强对流天气的环境背景;(2)纯粹短时强降水天气(包括1、II型)与强冰雹天气、雷暴大风天气环境参数的区别比较显著,前者与后两者相比主要表现在较小的700～500 hPa和850～500 hPa温差,弱的垂直风切变,较高的0℃层、-20℃层和平衡层高度,较大的地面和地面以上1.5 km处的露点温度,其中短时强降水I型(占了纯粹短时强降水的大多数)以其整层较高的相对湿度与其他类型强对流的环境背景差异最为明显;(3)混合型强天气与强冰雹天气、雷暴大风天气在T-logp图温湿曲线形态、对流有效位能及0～6 km垂直风切变诸方面特征相似,表现为对流层中层存在明显干层、较大的对流有效位能和0～6 km垂直风切变,但在相对较高的平衡层高度、较高地面和地面以上1.5 km处露点温度及较小的850～500hPa温差等方面与纯粹短时强降水更为接近.     

新疆北部降水相态的识别判据研究

利用2005—2014年春秋两季月降水资料,统计分析了近10 a新疆北部4个站点的雨雪天气;利用同时期的高空资料,选取了500 hPa和850 hPa高度差(H_(500-850))、700 hPa和850 hPa高度差(H_(700-850))、850 h Pa和925 hPa高度差(H_(850-925))、700 hPa和925 hPa高度差(H_(700-925))、500 hPa温度(T500)、700 hPa温度(T700)、850 hPa温度(T850)、925 hPa温度(T925)共8个指标参与统计,得出4个站点的主要影响因子及降水相态判别指标;并利用判别指标对2015年3—4月、10—11月伊宁及乌鲁木齐站点出现的降水相态进行检验。研究表明:(1)伊宁T925、T850分别为2.5℃、-2.5℃时;塔城站点T925、T850分别为1.8℃、-1.5℃时可作为雨雪分界指标;伊宁、塔城两站T700对降水相态的指示意义不大;阿勒泰T850、T700、T500分别为-2℃、-8.5℃、-25.3℃时;乌鲁木齐T850、T700分别为-1.75℃、-9.3℃时,可作为雨雪分界,T500对乌鲁木齐降水相态的指示意义不大。(2)伊宁H_(700-925)、H_(850-925)分别为2220 m、680 m时;塔城H_(700-925)、H_(850-925)分别为2 207.5 m、675 m时;阿勒泰H_(700-850)、H_(500-850)分别为1522 m、4 052.5 m时;乌鲁木齐H_(700-850)、H_(500-850)分别为1520 m、4 067.5 m时,可作为雨雪的简单分界。(3)通过检验,总结出的雨雪判别指标可为新疆北部降水相态客观预报提供较好的参考。     

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.     

太原雷暴大风潜势预报方法研究

利用太原市7个国家观测站实况、探空以及MICAPS等资料，对1998—2018年5—9月太原的雷暴大风进行天气学分型，选取雷暴大风的消空因子以及不同天气型下的预报因子并确定其阈值，利用指标叠套法，建立雷暴大风潜势预报方法，并进行预报检验。结果表明：(1)选取700 hPa温度露点差、850 hPa与500 hPa的温差、条件性稳定度指数和混合相层4个环境参数作为消空因子并确定了消空阈值。（2）将雷暴大风分为高空槽型、冷涡型、切变线型、西北气流型和副高边缘型5类，选取了5类天气型下雷暴大风的预报因子，利用指标叠套法，建立了太原雷暴大风潜势预报方法。(3)运用雷暴大风潜势预报方法开展历史样本回报检验和2019-2020年试预报检验，取得了较好的预报效果。     

郑州强对流天气成因分析

对2004年郑州出现的7次强对流天气过程的天气形势、影响系统及稳定度的分析结果表明华北低涡和NW气流形势下存在着低层升温、高层降温机制,使大气层结趋于不稳定,当测站高低空温差或温度平流差达到一定量值,且近地层存在辐合系统时,易出现强对流; SW气流或高压控制时,大气高温高湿,具有较强不稳定能量,若850 hPa或地面出现辐合系统时,易产生强对流;地面湿度连续数天加大或保持在某一值域,其上空温湿24 h变化呈上趋冷下趋暖或上趋干下趋湿并达到一定量值,预示强对流的发生;700～500 hPa湿度明显减小,24 h温度露点差加大4 ℃以上,或近地层θse≥350K,中低层Δθse≥26 K,θse小值位于700 hPa或500 hPa,其厚度≥2000 m,易出现强雷雨大风; 700 hPa以下t-td≤4.3 ℃,或连续4天850 hPa t-td≤7 ℃、700 hPa t-td≤5 ℃、500 hPa t-td≤9 ℃,PW≥12,可预示短时暴雨的出现.     

郑州强对流天气成因分析

对2004年郑州出现的7次强对流天气过程的天气形势、影响系统及稳定度的分析结果表明：华北低涡和NW气流形势下存在着低层升温、高层降温机制,使大气层结趋于不稳定,当测站高低空温差或温度平流差达到一定量值,且近地层存在辐合系统时,易出现强对流; SW气流或高压控制时,大气高温高湿,具有较强不稳定能量,若850 hPa或地面出现辐合系统时,易产生强对流;地面湿度连续数天加大或保持在某一值域,其上空温湿24 h变化呈上趋冷下趋暖或上趋干下趋湿并达到一定量值,预示强对流的发生;700～500 hPa湿度明显减小,24 h温度露点差加大4 ℃以上,或近地层θse≥350K,中低层Δθse≥26 K,θse小值位于700 hPa或500 hPa,其厚度≥2000 m,易出现强雷雨大风; 700 hPa以下t-td≤4.3 ℃,或连续4天850 hPa t-td≤7 ℃、700 hPa t-td≤5 ℃、500 hPa t-td≤9 ℃,PW≥12,可预示短时暴雨的出现.     

湘西地区高架雷暴类冰雹的基本特征与关键预报因子

利用常规气象观测资料,对2005—2014年湖南省湘西州2—3月高架雷暴类冰雹的时空分布特征、天气系统配置及环境场要素特征等进行统计分析,探讨高架雷暴类冰雹发生发展的物理机制。结果表明,湘西早春时期的高架雷暴类冰雹南部地区多于中北部地区,具有一定的日变化。影响高架雷暴类冰雹的主要天气系统为高空槽、700hPa急流以及冷空气等。潜势预报指标包括:850hPa相对湿度大于等于92%,700hPa相对湿度大于等于60%,500hPa相对湿度小于等于48.5%;850hPa存在强的温度锋区,温差大于等于13℃/5个纬度;700hPa与500hPa的温差大于等于15℃;700hPa有风速大于等于16m·s~(-1)的西南急流,且850hPa与700hPa的垂直风切变大于等于19m·s~(-1);0℃层高度为3~4km,-20℃层高度为6~7km。     

强对流天气概念模型在江西"3·4"极端大风预报中的应用

对强对流天气12 h以上的潜势预报尤其是分类预报,目前仍是天气预报业务中的难点。2018年3月4日江西遭遇一次极端雷暴大风天气过程(简称"3·4"江西雷暴大风过程),虽然江西省气象台3月2日对外发布了区域性雷暴大风、冰雹等强对流天气预报,但对其极端性和开始影响江西的时间等事先估计不足。利用主流数值预报模式产品,对照强对流概念模型条件,对"3·4"江西雷暴大风过程的实时预报思路、经验和不足进行了总结分析与反思。结果表明:(1)该过程天气形势符合我国槽前暖平流强迫类强对流概念模型,其有利的环境条件为500 h Pa有大经向度高空低槽东移,且槽前有干冷舌;低层有异常强盛的西南急流及脉动,其脉动加强特征与我国南方西南急流通常在早上加强的日变化特征完全不同;同时低层湿舌明显增强,与500 hPa形势对应,形成上干冷、下暖湿环境条件。(2)地面低压倒槽异常发展,超低空急流上有风向或风速辐合时,导致地面暖区辐合线生成,是判断强对流午后先在强西南气流的暖区中形成的重要判据之一。(3) 3月4日江南地区850 hPa与500 hPa温差(T850-500)、对流有效位能(CAPE)等多个不稳定指数异常偏强,均明显高出其气候平均态。(4)深刻理解强对流概念模型、准确把握气象要素和物理量平均值态与异常、细致分析有别于其日变化的急流变化特征,是做好此类罕见致灾性雷暴大风潜势预报的关键着眼点。     

2019年江西省早春一次高架雷暴过程分析

利用常规气象观测资料、探空资料和雷达资料,对2019年2月19—20日江西省早春一次高架雷暴过程的环流形势、物理量和雷达回波特征进行分析,结果表明:(1)对流发生在地面冷锋后,925—850 hPa逆温之上,500 hPa上高度槽落后于温度槽,700 hPa上存在一支20 m·s-1西南急流,850 hPa有辐合切变线,是一次典型的高架雷暴过程。(2)700 hPa强盛西南气流为中层提供热力、水汽条件,700—500 hPa温度梯度配合850 hPa切变线、温度锋区为中层对流不稳定发展提供动力抬升条件。(3)700 hPa与850 hPa风矢量差为5 m·s-1,风垂直切变不强,700 hPa以下温度 0℃,融化层温度较高,不利于冰雹产生。(4)高架雷暴从2 km左右高度上产生,并向上和向下发展。40 dBz回波在2～6 km之间发展,回波质心偏低,有利于产生短时强降水。     

河南省一次副高边缘对流性暴雨的多尺度特征

利用多元观测和探测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,诊断2019年8月1日河南省一次分散性对流暴雨过程。结果表明:(1)副热带高压边缘西南暖湿气流与西风槽携带的冷空气在河南上空交汇,高空急流的强大动力作用等,是本次暴雨天气的大尺度环流背景;(2)过程发生前700、850 hPa系统呈前倾结构,郑州站CAPE值达1717.8 J·kg~(-1),850 hPa与500 hPa温差大于27℃、850 hPa比湿大于14 g·kg~(-1);(3)700 hPa低涡和切变线、850 hPa切变线及地面弱冷空气是触发对流的中α尺度系统;出流边界、地面辐合线及中β尺度低压是触发对流的中β尺度系统;(4)当出流边界远离雷暴母体并移速较快时不易触发对流,但若与另一出流边界或中尺度辐合线、中尺度低压等相结合时,则易触发新的对流;(5)后向传播的新生单体在引导气流作用下不断向下游移动,易产生列车效应,利于暴雨发生;(6)基于诊断分析结果归纳出此次对流暴雨的天气概念模型。     

山东夏季强降水的影响系统和物理量特征

应用2009—2013年6—9月山东全省加密自动站资料、地面和探空观测资料,选出了98次区域性强降水过程。统计分析了产生强降水的天气系统特征,把500 hPa天气系统分为6种类型,850～700 hPa天气系统分为5种类型,地面影响系统分为7种类型。统计分析了强降水过程中及前期24个代表大气热力、水汽和动力特征的物理量,给出了最小值、最大值、平均值和各阈值所占百分率。850 hPa 和700 hPa偏南风达到急流（≥12 m·s-1）强度的分别占56.1%和62.2%。对流有效位能（CAPE）≥300 J·kg-1占72.6%。K指数≥30 ℃占86.7%。沙氏指数SI≤0占75.5%。925 hPaθse≥68 ℃占82.2%,850 hPa θse≥66 ℃占74.8%。GPS/MET水汽监测大气可降水量≥55 mm占81.8%。850 hPa和700 hPa的水汽通量平均值分别为8.0和5.9 g·(cm·hPa·s)-1,水汽通量散度平均值分别为-4.6×10-9和-2.7×10-9 g·(hPa·cm2·s)-1。925 hPa、850 hPa和700 hPa的涡度平均值分别为12.6×10-6、12.3×10-6和9×10-6 s-1,散度平均值分别为-5.5×10-6、-3.1×10-6、-3.4×10-6 s-1。850 hPa、700 hPa和500 hPa的垂直速度平均值分别为-4.5×10-4、-7.4×10-4和-11.1×10-4 hPa·s-1。