一次左移反气旋超级单体的观测分析

2006年8月10日在甘肃河西走廊山丹县境内发生了一次左移（反气旋）超级单体灾害性天气,在其2 h生命史期间,山丹县境内降了最大直径2 cm的冰雹。从其发生、发展的天气尺度环境条件、多普勒天气雷达反射率因子、径向速度以及风矢端图、相对风暴螺旋度等角度,揭示了左移超级单体的特征,并利用ID方法对这次左移超级单体的移动路径进行了预报。结果表明：风矢端图上,在1.2~4.5 km高度层,左移超级单体的垂直风切变矢量呈反时针旋转;左移超级单体在发展阶段,0~3 km内相对风暴螺旋度为负值;通过比较,ID方法预报的超级单体位置比现行PUP产品中的SCIT算法绝对误差要小。     

甘肃河西走廊两次强对流天气对比分析

使用地面高空观测资料、NCEP 1°×1°6小时再分析数据和张掖CINRAD/CC雷达观测数据,对2006年7月7日、8月10日发生在甘肃河西走廊中部的两次强对流天气的环流形势、大气稳定度、相对风暴螺旋度(SRH)、天气雷达回波特征进行了对比分析.分析结果表明:产生这两次强对流天气环流形势不同.7月7日飑线对流系统产生于北部沙漠戈壁由北向南移动,右移飑线前部结构为气旋式旋转;8月10日对流系统产生于青藏高原由南向北移动,来自高原上的暖湿气流水汽充足,不稳定层比7月7日深厚,产生冰雹的左移超级单体结构为反气旋式旋转.7月7日右移飑线相对风暴螺旋度降雹前为正值,降雹开始后转为负值;8月10日左移反气旋超级单体相对风暴螺旋度在发展期为负值,降雹开始后跃增到60m2·s-2以上.     

强垂直风切变环境下对流单体对飓风强度的影响

利用高分辨率模式输出资料,诊断分析强垂直风切变环境下飓风Bonnie(1998)中风暴相对螺旋度的分布特征,再现了Molinari等(2008)利用下投式探空仪获得的该飓风内部风暴相对螺旋度的离散观测结果。通过对比不同垂直风切变环境下,不同区域风暴的相对螺旋度、对流有效位能及风速的水平分布,揭示出与高值风暴相对螺旋度相联系的强对流单体的分布与环境垂直风切变的密切联系。基于风暴相对螺旋度和对流有效位能的配置分析,研究强环境垂直风切变时段,眼壁附近的深厚涡旋对流以及螺旋雨带中的小型对流单体的三维结构和演变特征。分析表明,环境垂直风切变较强时,在眼壁附近的顺切变区存在典型的深厚涡旋对流系统,这类深厚涡旋系统能够激发二级垂直环流,有利于旋转上升运动的维持,并在近眼心区域引发补偿性的干暖下沉气流,有助于飓风暖心的维持和加强;同时,螺旋雨带中也存在以涡度为特征的小型对流单体,这些对流单体随着平流不断移入飓风中心,使得飓风中心垂直涡度增加,最终导致飓风强度的增强。      

对流性强风暴系统的螺旋度动力学研究

利用风暴尺度的数值模式ＡＲＰＳ成功地模拟了１９７７年５月２０日在美国Ｏｋｌａｈｏｍａ州Ｄｅｌ Ｃｉｔｙ的一次强对流风暴过程。其模拟结果与实际的观测非常接近，模式积分 ４０分钟，初始对流单体发生了分裂，产生了新的对流单体。原有对流单体在原地维持成熟的结构，表现出较强的稳定性，而分裂出的新单体在移动过程中，逐渐向成熟位相发展，并且又分裂出新的单体。利用模拟结果，着重讨论了风暴发展过程中螺旋度和超螺旋度的空间结构和时间演变特征，以及在强风暴系统的对流发展过程中的动力学作用。初始环境场的螺旋性结构有利于风暴的发展。在风暴发展阶段，低螺旋度有利于大尺度向对流尺度的能量串级，而在风暴成熟阶段，高螺旋度则有利于对流单体的能量维持，从而形成长生命周期的对流系统。在风暴的发展过程中，风暴流场结构具有向Ｂｅｌｔｒａｍｉ流结构的调整趋势，螺旋度向高值发展。超螺旋度在流体粘性作用的影响下，可反映出螺旋度密度空间积分的时间变化趋势，负的超螺旋度可使螺旋度增加。在对流风暴发展阶段，超螺旋度为负值，对流单体的结构螺旋性增强、螺旋度的增大，在风暴到达成熟阶段后，超螺旋度转为正值。因此，超螺旋度可用来标志对流风暴系统的成熟程度。     

一次南方春季强对流过程中影响对流发展的环境场特征分析

利用地面自动站资料、多普勒雷达资料、FY-2E卫星云图及NCEP FNL 1°×1°逐6h分析场资料,分析了2010年5月5-7日我国南方春季大范围强对流天气过程中尺度对流系统(MesoscaleConvective System,MCS)的发生、发展特征,重点探讨了环境条件差异及其对MCS的影响。结果表明,由于环境场三维动力结构、水汽条件和热力不稳定条件配置的差异,造成对流发展的多样化特征。利用相对风暴螺旋度分析了环境场动力特征对MCS组织结构的影响。重庆上空中高层较干且具有较强的垂直切变,环境场气旋式旋转相对深厚,随着锋面强迫抬升克服对流抑制作用后,局地激发出相对孤立的类似超级单体的强对流风暴,造成冰雹和雷暴大风等天气;而贵州湿层相对深厚,高低空急流的耦合机制更明显,贵州北部的多单体对流风暴组织程度较高,MCS尺度相对较大,局地短时强降水较明显;广东具有最强的垂直切变和深厚湿层,在浅薄冷空气的触发机制下,发展出深厚湿对流形式的中尺度对流复合体,出现了高度组织化的线状对流带,MCS尺度大、持续时间长,造成较强的降水。     

2016年山东一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用常规观测、区域自动气象站、NCEP/NCAR再分析和雷达回波资料,对2016年6月30日山东一次阵风锋触发的强对流天气进行了分析。结果表明,此次强对流主要发生在高空槽与副热带高压相互作用、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,阵风锋、地面辐合线和负变压中心所产生的抬升作用及近地面层冷空气的侵入使气温骤降是触发对流的关键因素。低层水汽充沛、湿层厚,属于上干下湿的不稳定层结。强对流发生区域处在假相当位温差（Δθse）和风暴相对螺旋度（storm relative helicity,SRH）的大值中心及其右侧位置。对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、850 hPa与500 hPa之间温差、大风指数、强天气威胁指数等都对此次强对流有较好的指示作用。0 ℃层高度和融化层高度较高是此次过程未出现大冰雹的原因。较强的0～3 km垂直风切变在强对流预报业务中需要注意。此次强对流过程是线状回波带前侧风暴内出现了阵风锋,阵风锋又不断触发雷暴使个别强单体风暴发展加强成为超级单体风暴,具有持续时间较短的中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、风暴顶辐散、窄带回波、径向速度大值区等回波特征。风暴移动速度比风暴承载层平均风速大,缩短了超级单体存在时间。此外,风暴参数与天气的强烈程度密切相关。     

CAPE等环境参数在华北罕见秋季大暴雨中的应用

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2003年10月10～12日发生在华北地区的一次大暴雨过程进行模拟,利用模拟结果计算分析了对流有效位能(CAPE)、风暴相对螺旋度(SRH)、能量螺旋度指数(EHI),结果表明,以上3个参数对这次大暴雨的发生发展有较好的指示作用:在大暴雨发生前能量得到充分积累,大气处于强不稳定状态,强对流天气爆发后,不稳定能量逐渐释放减弱;大暴雨中心位于低层局地螺旋度大值中心南部等值线密集区。低层局地螺旋度大值中心轴线与切变线和地面倒槽辐合线走向一致,高层局地螺旋度与高空急流相对应;大暴雨过程主要发生在高风暴相对螺旋度结合低对流有效位能的环境中(SRH>200m2·s-2,CAPE<1500J·kg-1)。     

一次罕见飑前强降雹超级单体风暴特征分析

2009年6月5日,受一个飑线前超级单体雷暴的影响,上海部分地区出现了直径25—30mm的冰雹,随后,飑线尾随该超级单体扫过上海,造成大风、雷电和强降水天气。基于常规天气观测、多普勒天气雷达、风廓线仪和自动气象站等资料分析发现,该超级单体发生在东北冷涡西南侧的高空强冷平流与低空暖平流形成的强不稳定层结背景下,超级单体风暴发生、发展在飑线前的暖区中,经过由"热岛效应"和海陆风锋共同形成的低空辐合线时明显加强发展;该风暴呈现出"指"状、"楔"状、弱回波区(WER)等超级单体雷达反射率特征,"指"状回波处出现了中气旋的径向速度特征,具有标志大冰雹的三体散射长钉(TBSS)特征回波,通过三体散射长钉多普勒速度发现了大冰雹的下降区和增长区。分析还表明:东北冷涡西南侧横槽南摆导致中空降温,0℃层和-20℃层高度明显下降,为冰雹的空中增长提供较好的温度环境条件,较低的0℃层也保证冰雹在空中下落中融化较少。双风廓线仪对比观测表明,超级单体发展的低空风场环境中具有较大的垂直风切变和风暴相对螺旋度,中尺度对流系统与环境场的相互作用形成了有利于风暴发展和维持的正反馈机制。飑线前超级单体雷暴与飑线主体关系密切,起到类似"箭"与"弓"的引导作用,飑线主体的一部分进入超级单体所遗留下的"冷"区后明显减弱,东侧入海后也逐渐减弱,其余部分仍在发展加强;最终,强风暴逐渐减弱,超级单体特征也开始消失,飑线与之合并形成新的"人"字型中尺度对流系统,新的"弓"形回波带与原回波带相比移动方向发生右偏,因此,飑前超级单体在飑线主体移动和演变的临近预报中有重要指示意义。     

甘肃一次强对流天气的数值模拟和分析

分析了2005年5月28日甘肃中部强对流天气过程的环流形势,同时利用中尺度数值模式MM5对该强对流天气进行了数值模拟及成因分析。结果表明:这是一次较典型的蒙古低涡型强对流风暴;28日上午在甘肃中南部有不稳定能量区,午后由于局地热对流、地形等抬升作用,不稳定能量发展旺盛,地面冷锋经过甘肃中部时,由于其强烈的抬升作用,低层流场急剧辐合并有强烈的旋转上升运动,触发了不稳定能量的释放,为暴雨、冰雹等强对流天气提供了动力条件。风暴相对螺旋度和能量螺旋度指数高值区对暴雨、冰雹等强对流天气有很好的指示预警作用,强对流天气往往出现在风暴相对螺旋度极大值中心的右侧,出现时间较能量螺旋度最大值出现时间滞后1~2 h。     

基于风暴相对螺旋度的降雨预报方法研究

风暴相对螺旋度是一个衡量对流风暴发展强度的物理量,所以对强对流天气的预报具有实际意义。通过提取2008-2010年3年天津地区153个降雨过程的多普勒天气雷达风场数据来计算了风暴相对螺旋度,然后将风暴相对螺旋度与从雷达反射率因子图中提取的风暴信息相融合,得到基于风暴相对螺旋度的降雨预报模型。经过2014年4月到8月天津地区59个降雨过程对本文所提出的降雨预报模型进行验证,结果表明本文提出的降雨预报模型的准确率达到61%,其中提前2小时预测降雨占41%,在2小时间以内预测降雨占59%。上述结果说明,风暴相对螺旋度在结合其他降雨特征后对降雨具有良好的预报效果。     

甘肃夏季特强沙尘暴分析

夏季沙尘暴的气候特征表明,夏季是甘肃省沙尘暴的次多发季节,主要集中在民勤、鼎新、金塔。通过对一次罕见的甘肃省夏季强沙尘暴天气分析发现:高空小槽、切变线、热低压是引发夏季沙尘暴的主要天气系统,而春季沙尘暴一般是大尺度天气系统造成的;夏季沙尘暴发生前期高空急流反映并不明显,急流风速的突然加大和沙尘暴几乎同时发生,这是夏季沙尘暴预报的难点之一;沙尘暴发生前8~12 h的螺旋度场对沙尘暴预报有较好的指示意义,正值越大,沙尘暴越强,但当沙尘暴与强降水同时发生时,沙尘暴区螺旋度值明显小于强降水中心螺旋度值。     

螺旋度应用研究综述

螺旋度是一个描述环境风场气流沿运动方向旋转和运动强弱的物理参数,它反映了大气的运动场特征,能够很好地描述大气运动的性质和特点。文中介绍了螺旋度的理论研究动态和主要应用结果,从螺旋度诊断天气系统领域的拓展,螺旋度自身理论的不断完善以及螺旋度在应用研究中存在的不足等方面进行分析,指出螺旋度是天气预报以及与暴雨有关研究工作的最好工具之一,同时对螺旋度应用的研究前景作了展望。     

螺旋度——预报强风暴的风场参数

介绍了螺旋度概念,指出螺旋度作为描述环境风场是否有利于强对流风暴生成的一个物理参数,在业务预报中具有实用价值。并用实例讨论了将其用于强对流预报时应注意的问题。     

强沙尘暴天气形成机制个例分析

从气候背景、天气形势、地形作用、沙尘形成热力和动力学机制等方面,分别对2005年4月19、20日两天发生在冀南地区的扬沙、沙尘暴天气进行分析。结果表明:对流层低层横切变线和华北地形槽的存在使冀南地区沙尘天气加剧;沙尘发生前冀南弱辐合上升运动和上冷下暖的不稳定垂直结构可以迫使当地沙尘向空中扬起,上游地区较强的上升运动将当地的沙尘垂直输送到空中,在高空强西北气流的引导下将沙尘水平输送到下游地区;沙尘天气发生在上游地区对流层螺旋度最大正值区的下游,对流层螺旋度大小对沙尘暴预报有一定的指示意义。     

基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法,探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响,最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率,可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究,相较于15min和30min,1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑,更有利于直观分析和业务化;螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合,螺旋度变化一般提前于降水变化,有1—2h的提前预报量,可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。     

2004—07—16河南省特大暴雨过程螺旋度分析

应用螺旋度理论对2004年7月16～17日河南省特大暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：螺旋度分布低层天气系统有很好的对应关系，暴雨过程中相对垂直螺旋度大值区长轴始终与低层南北向切变线走向一致；大暴雨区与低空水平螺旋度大值区长轴走向一致，且与水平螺旋度梯度≥130m．s^-2的区域基本对应；暴雨首先产生在高湿中心与不稳定能量中心相重叠区域，并随相对垂直螺旋度正值增大而增强，且与水汽输送区相对应。     

一次强沙尘暴的近地层气象要素及内部热力、动力结构特征

针对2009年4月23-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,利用专门组织观测实验得到的加密探空资料、地面自动观测站资料和其他常规观测资料,深入分析研究了此次沙尘暴发生前后及发生期间,近地层气象要素变化及其内部热力、动力结构特征变化.结果表明,1）沙尘暴发生前,大气的温度垂直递减率大,湿度较大,近地层风速小,风向偏东;在沙尘暴发生期间,大气中出现逆温现象,大气湿度很小,各层风速明显增强,风向偏西且稳定;之后,低层温度显著下降,大气湿度迅速增大,各层风速减小,沙尘暴天气结束.2）沙尘暴发生前,大气层结是条件不稳定的,在沙尘暴过境时,低层大气层结是稳定的,在800600 hPa之间大气层结是中性的,此时低层大气干燥,而在沙尘暴移出测站后,湿度明显增大,因此,“3θ”曲线可以为沙尘暴的监测和预报提供一个有价值的参考数据.3）沙尘暴爆发时的螺旋度是所有观测时次中的最大值,螺旋度与沙尘暴的强度在时间上具有良好的对应关系,即螺旋度越大,对应沙尘暴越强.4）此次强沙尘暴的形成与发展不仅受到环境风速的影响,沙尘暴内部的切向旋转速度和垂直运动速度也对其起到重要的作用.     

基于Ｔ／２分数间隔的ＳＥＩ双模式盲均衡算法

采用NCEP/NCAR 1°×1°最后分析资料（final analysis,FNL）计算“圣帕”台风螺旋度,探讨各垂直层上水平螺旋度与强降水时间演变的关系、水平螺旋度与强降水落区的关系以及垂直螺旋度时间演变与强降水发生、发展的关系。结果表明,700 hPa螺旋度最能反映强降水时间演变,正螺旋度大值中心附近与暴雨落区一致,同区域内螺旋度中心值的强弱与该区域内降水的强弱关系密切;若垂直方向上高低层的螺旋度同时由负值转为正值,则强降水发生,反之降水减弱、停止;对于预报台风强降水时效,水平螺旋度远比垂直螺旋度、散度、垂直速度具有更多有效预报时间;对于预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势,若能利用垂直螺旋度对水平螺旋度预报强降水作出订正可能将有助于提高台风强降水预报准确率。     

s－r螺旋度在皖西南强风暴预报中的应用

应用常规探空资料，对皖西南地区强风暴天气的ｓ－ｒ螺旋度进行了计算分析。结果表明。ｓ－ｒ螺旋度作为一个新的诊断量，对皖西南非孤立龙卷、大范围冰雹及距测站５０ｋｍ内的局地龙卷有较好的预报能力。