不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时临近预报预警研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星资料、NCEP再分析资料,对2001—2010年安徽省强对流天气过程的物理机制、中尺度特征进行分析。结果表明：强对流天气其发生发展和一定的大尺度环流背景场有关,强对流发生的天气学条件即：丰富水汽、不稳定层结、抬升触发机制或强上升运动,强烈发展的强风暴常有逆温层、强的风垂直切变、中层干冷空气等有利条件。然而,这些条件在不同的大尺度环流背景下各要素的重要性不尽相同,产生的强对流天气类型也不相同。冷涡槽后类对流不稳定表现在中低层温度直减率大;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;存在明显的中尺度低压和辐合线、干线;主要造成雷雨大风和冰雹天气。槽前类通常对流不稳定能量较大,中低层有急流存在,风速水平切变和垂直切变大;快速东移的短波槽是触发强对流天气的主要机制;低层水汽条件较好;主要导致雷雨大风、短时强降水和龙卷天气。通过对不同类型大尺度环流背景下强对流天气各天气要素和物理量统计,提取环境场消空指标,明显提高了基于多普勒雷达反射率因子和平均径向速度的龙卷识别和预警水平。对比分析了2010年7月19—20日发生在副高边缘槽前类和在东北冷涡形势下的2009年6月3日、5日、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、冰雹等强对流天气产生的物理机制、中尺度特征差异,提高对不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时、临近预报水平。     

西行台风背景下云南一次短时强降水过程的成因分析

利用云南省自动气象站雨量资料、卫星和闪电定位仪资料、雷达回波资料、NCEP 1 °×1 °再分析资料和地面、高空常规观测资料对云南一次典型的台风前侧短时强降水过程的成因进行分析,结果表明:在2017年13号台风“天鸽”西行影响云南的天气背景之下,短时强降水出现在台风前侧700 hPa风速辐合区和边界层辐合线附近。台风前侧偏东低空急流向云南境内输送水汽和能量,边界层辐合线触发垂直上升运动,700 hPa风速辐合区利于垂直上升运动的维持和加强,促使水汽的辐合与不稳定能量的释放,引发短时强降水。在中等强度深层垂直风切变的作用下,云南东部中尺度对流系统(MCS)频繁产生并向西传播发展,MCS相互作用组织成飑线系统,在东北气流的引导下,飑线从云南中部移至云南西南部,MCS和飑线是大范围短时强降水的直接影响系统。      

一次短时强对流天气的雷达产品特征分析

对2016年8月27日芒市地区产生局地强对流天气的雷达回波资料进行分析。分析结果表明:这是一次典型的对流单体和飑线系统汇合加强影响下产生的短时强对流天气,RCS剖面对流高度能直观反应出单点强对流的发展情况;飑线生成、发展壮大过程中,飑线产生的短时强降水和雷暴天气是逐步加强的,而飑线系统与强对流风暴合并短时内导致雷暴天气加强和降雨量增大;飑线衰弱过程与雷达二次产品SS中的最大反射率所在位置高度的递减规律趋势符合,是飑线系统减弱的预报指标。这次强对流过程从天气形势上未做出准确预报,希望从多普勒天气雷达产品资料分析中得出的预报特征能帮助今后提前发布强对流天气预警。     

一次飑线过程的雷达观测和数值模拟分析

利用NCEP再分析资料、国家级自动气象站降水资料、武汉探空和多普勒雷达回波资料,借助WRF模式,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境场分析和数值模拟研究。结果表明:此次飑线发生在弱的垂直风切变和强对流不稳定环境下。飑线形成阶段,系统内存在左、右2条强对流回波带。对不断发展增强的左支回波带进一步模拟发现:初期,环境风垂直切变较弱,飑线前部强不稳定能量是飑线新生单体不断发展加强的主要原因;此后,不稳定能量逐渐释放,垂直于飑线系统水平动量的垂直逆梯度输送使得与飑线发展方向平行的对流层低层风垂直切变增强,为飑线发展提供动力条件。在飑线发展过程中,新生单体不断在对流区前沿触发加强以及对流单体合并与增长使得飑线系统得以长时间维持,而成熟单体减弱为后方的层状云降水区,正是单体的生消交替保证飑线系统向前传播。     

北京地区两条线状对流相继下山发展的边界层条件对比研究

利用北京地区稠密的观测资料和变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)再分析资料,分析了2017年7月7日相继影响北京地区并造成短时强降水、大风、小冰雹等的两条线状对流活动。两条对流均生成于北京西北的河北张家口山区,且在山脚和平原地区继续发展,但其边界层条件是不同的,第二条对流带在第一条影响后的冷垫上发展。结果表明:平原及山脚一带较好的热力、动力条件,包括高温高湿的边界层环境、低层环境风场与对流带前侧冷池出流形成的辐合,为第一条对流带在下山过程中快速组织化发展形成飑线提供了有利条件。飑线发展强盛阶段,冷池的发展与环境低层垂直风切变达到平衡,冷池前沿自地面至1.5 km高度处形成强辐合区,上升运动呈近乎垂直的形态。第二条对流带在前一条飑线形成的冷垫上继续发展,形成暖季高架对流,虽然风暴上升运动呈倾斜状且强度有所减弱,但是强回波(≥45 dBz)面积未减。一方面,第二条对流带受前一条飑线能量方面的抑制;但另一方面,两条对流带在合适的距离下,低层流场形成辐合,尤其是在第二条对流带的冷池与前一条飑线形成的冷垫靠近叠加以后低层辐合进一步加强,第二条对流带回波继续北上。本例高架对流发展的能量来源主要为边界层以上层结不稳定的大气,可能伴随在第一条飑线过境后由偏南暖湿气流带来的边界层以上对流能量重建过程。所以,在强对流短时临近预报业务中,需要综合考虑热力、动力等多重因素,而VDRAS快速更新同化的再分析资料可以提供有效参考。     

对流移入杭州湾后飑线发展机制分析

为加深对杭州湾影响下飑线维持机制的理解,利用多普勒天气雷达、常规和加密观测资料以及NCEP GFS资料,分析了2014年7月27日浙北飑线成因,并重点探讨了此次飑线过程中对流从北岸和南岸移入杭州湾的演变过程及对飑线整体发展的作用。分析表明:南北向辐合线触发新的雷暴单体生成及中等强度的深层垂直风切变,是此次飑线生成和发展的关键环境条件;飑线中对流从南北两岸移入杭州湾后强度均加强,使得飑线得到更好的维持发展;杭州湾上更好的水汽和更强不稳定能量条件,使从北岸移入杭州湾的对流单体加强并连接苏南、浙北两条线状对流,这是进而使得飑线持续发展的重要原因;杭州湾表面与陆地相当的温度和湿度,以及海上较强的垂直风切变,使南岸入海对流强度维持,并在地面冷池和后侧入流的共同影响下发展成弓形回波,这也是飑线维持的重要因素。     

2004年7月12日上海飑线天气过程分析

利用上海自动观测站资料、NCEP1°×1°的逐6小时分析资料、水汽云图和WSR88D多普勒雷达探测等资料,对2004年7月12日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析。结果表明上海处在上干冷、下暖湿的不稳定大气层结中,对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制。飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成,在对流单体的右侧不断新生单体,最终连接成弓状回波带,给上海带来雷雨大风。     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

"7.25"鹤北镇局地极端强降水的成因分析

2018年7月24日傍晚至25日白天,黑龙江省自西向东出现了一次区域性的暴雨和局地极端短时强降水天气过程。利用常规资料对25日黑龙江省鹤北镇形成的局地极端短时强降水原因进行分析。结果表明:此次极端强降水过程是由多种影响系统共同作用造成的,通过订正探空站,其对流不稳定能量增加,层结曲线表现为明显的短时强降水特征,暖云层厚度大,降水效率高,此次降水过程是以积云为主的混合性降水回波,强回波中心强度多为50 dBz以下,且垂直方向上高度均在融化层以下,表明产生此次极端短时强降水的特征为低质心的热带海洋型降水。     

豫西北一次弱降水环流形势的飑线冰雹过程数值分析

2015年5月6日夜间,河南省西北部出现了冰雹、飑线和大风灾害性天气。利用常规观测资料、NCEP(1°×1°)再分析资料及郑州多普勒雷达回波资料,对这次弱降水环流背景下的飑线冰雹过程进行数值分析。结果发现:常规天气尺度环流形势不利于对这次飑线冰雹过程的预判,借助中尺度分析与落区围区法能较好地预报这次冰雹飑线过程;豫西北上空CAPE能量场较弱,水汽条件和不稳定能量也不利于强降水的产生,但由于冷平流入侵和高温高湿不稳定能量在豫西北上空不断堆积,以及冷锋入侵和垂直风切变较大,致使豫西北地区存在对流触发机制;低层辐合、高层辐散的垂直层结结构和垂直上升运动的不断加深,使强对流加强并维持,导致形成冰雹和飑线;-20℃层和0℃层高度适宜,有利于豫西北降雹;V型缺口、雷达反射率因子特征及阵风锋和飑线南北两端的速度场分布,对冰雹和大风预报有较好的指示意义。     

SWAN系统在一次暴雨天气过程分析中的应用

对2011年7月25-26日镇江市暴雨天气过程的天气背景、稳定指数和垂直风切变进行分析,利用SWAN系统研究CAPPI回波和液态水含量的相关演变特征,并检验SWAN系统下TITAN风暴识别和追踪技术的精度和水平,得出结论:7月25-26日镇江市暴雨天气过程有着较好的动力、水汽、层结不稳定以及垂直风切变条件,构成了产生大风暴雨天气的有利环境场.两个降水集中时段风暴特征有所不同,第1阶段为飑线影响,第2阶段为风暴群影响,二者均包含了普通单体和强降水超级单体,此两种单体均具有中心强度大、回波顶高度高的特征.液态水含量的演变与风暴强度吻合较好.TITAN系统对风暴未来1h内位置和轮廓预报没有30 min内预报精确度高,对处在发展、成熟阶段的风暴,30 min跟踪和预报与实况接近,对处在减弱阶段的风暴,较实况则略有滞后.     

山东省一次积层混合云暴雨三维风场的双多普勒雷达探测

使用地基双多普勒天气雷达监测资料和常规探测资料,对2005年9月19日凌晨发生在鲁中地区的一次暴雨进行分析,结果表明：本时段暴雨是积层混合云降水所致,中低层存在切变线和辐合线,风场中尺度结构造成小尺度对流单体的发展,这些对流单体以带状结构组成回波群镶嵌在大面积的层状云中;伴随弱冷空气侵入,风场的中尺度结构主要出现在4km以下的层次,中低层切变线和冷空气的侵入是强回波单体发展的动力因素;在垂直方向上,强回波区有明显的垂直运动。风场的中尺度结构对鲁中强降水的发生和维持有重要作用。     

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料，对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明：（1）在河北南部，太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区，而前者强度更强，体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。（2）本次过程中，三种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段，环境风维持强深层垂直风切变，相应的u风差也显著增强，利于迎风坡降雨增强；降雨结束时，深层垂直风切变为弱垂直风切变。（3）强降雨阶段，水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变，且低层风垂直切变较大；降雨结束阶段，水平风垂直切变矢量方向变化复杂。（4）太行山脉高度以下的东风不断增强，最大东风分量达到8～28 m?s-1，利于山区和山前降雨的增强。     

基于VDRAS资料探究河北中南部一次弓状强飑线的演变和机理

利用常规气象资料、ERA5再分析资料、北京VDRAS资料以及雷达资料，对2021年7月31日发生在河北中南部的一次弓状强飑线过程进行分析。结果表明：（1）此次飑线过程发生在冷涡的背景下，500 hPa涡后的冷空气与850 hPa的暖脊叠加，建立了不稳定层结，在地面辐合线附近触发。（2）雷达回波由分散的对流单体合并加强，强弓形出现时，最大强度值超过55 dBZ，存在径向速度大值区和中层径向辐合等特征，这些都预示地面大风的出现，而回波悬垂预示冰雹出现。（3）雷达反演的风场可以显示飑线的水平和垂直结构，能清楚地指示飑线的出流、入流以及辐合区，对指示飑线不同部位的发展趋势有重要指示意义。（4）地面风场辐合导致雷暴单体触发，雷暴单体在不稳定的大气层结中获得快速发展，发展过程中0～3 km的垂直风切变逐渐增强，低层形成冷池，热力不均匀区域扩大，沿着扰动温度梯度大值区与风场辐合区，新生对流向东向南传播，分散对流单体合并演变为飑线。（5）从飑线发展阶段的热动力结构分析中发现，由倾斜上升气流与下沉气流形成垂直环流，下沉气流增强时，冷池效应增强，低层环境垂直风切变也增强，环境条件的改变是飑线发展的结果，同...     

利用风廓线雷达资料分析大理机场飑线天气过程的风垂直变化特征

飑线天气现象是航空气象中危险和复杂的天气现象之一,2018年大理机场出现两次飑线天气过程,利用风廓线雷达资料和航空气象地面观测资料,分析两次飑线天气过程的风垂直变化特征。结果表明:(1)在飑线天气过程开始前2～4 h,从底层到高层均出现明显的上升运动,飑现象开始前后,上升运动和下沉运动同时存在,为大气中垂直热交换过程提供了有利条件;(2)飑线天气过程存在垂直风的水平切变及垂直切变,反映了强烈的对流发展,发展到离地高度5000 m以上;(3)飑线天气过程存在径向速度突变增大、谱宽变宽和单波束径向速度折叠现象,说明本场出现的是风雨交加的强对流天气;(4)高空到地面存在湍流运动,能量交换频繁,气流紊乱。     

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。     

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。     

一次飑线过程雷达回波特征及环境条件分析

利用常规资料、NCEP/NCAR再分析资料及多普勒天气雷达资料等,对2014年3月30—31日广东一次飑线过程进行了分析。重点分析了飑线发生的环流背景、环境特征、不稳定条件、垂直风切变等及多普勒雷达回波演变过程。结果表明:(1)此次飑线过程发生在中高纬地区稳定的阻塞形势下,从四川盆地东移的高空槽和低涡切变线是造成广东强对流天气的主要影响系统。(2)低空急流水汽输送、低层强水汽辐合、强低空垂直风切变和上干下湿的水汽垂直分布为飑线的发生、发展提供了必要的热力和动力条件。(3)强盛阶段飑线具有明显的阵风锋和弱回波通道,速度图上飑线北端为强的气旋式切变,南端为弱的反气旋式切变,在"弓形"回波顶点处有强的速度辐合。飑线内部后侧为一支倾斜向下的冷空气入流,前沿是一支沿冷空气爬升的暖空气入流。(4)在"弓形"回波顶部后侧长时间维持着向后倾斜的后侧入流急流RIJ(Rear Inflow Jets),RIJ对"弓形"回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。     

利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构

山东齐河CINRAD/SA和滨州CINRAD/SC雷达相距125.5km,组成了双多普勒雷达观测网,利用2004年6月21—22日的一次强飑线过程的多普勒天气雷达探测资料,分析了双雷达观测资料的质量控制结果,并根据双多普勒雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构。结果表明,两部雷达探测的回波在水平位置上有2.0km的差别,回波强度滨州雷达低5.2dBz,回波结构也有一定的差别,径向速度在可比较的区域一致性很好。飑线不同位置的水平风场结构有很大不同,在飑线北端,低层是气旋性辐合风场,飑线南端是反气旋性辐合风场,而中部沿强对流窄带的前部是偏西和东南风的风场辐合。中高层云中风逐渐转为西北风,强对流回波带上空对应辐散风场;垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明:成熟阶段,强对流窄带前部的低层是入流气流,即东风气流,它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升,在中高层向前流出形成飑前砧状云。减弱阶段,低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带,导致前面的入流气流风速减弱、下边界抬高,这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致。     

双多普勒雷达对淮河流域特大暴雨的风场反演

在 2 0 0 3年 6月下旬至 7月上旬梅雨期 ,淮河流域出现了持续强暴雨。 7月 4日0 8时～ 5日 0 8时 ,安徽省部分地区出现特大暴雨 ,其中滁州 2 73 7mm ;滁州 4日 2 0时～ 5日 2 0时日雨量为 351 7mm。使用MUSCAT技术对这次特大暴雨进行了双多普勒雷达三维风场反演 ,研究表明 ,中低层辐合线和中尺度气旋是造成此次暴雨的重要原因 ;辐合线造成低层水汽的大量集中也为其提供了有利的环境条件