福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型配置及环境条件分析

根据2002—2013年福建26次春季强对流天气过程中12例由西南急流暖湿强迫产生的强对流天气的高低空环流配置,利用常规高空、地面观测资料以及NCEP再分析资料,运用中尺度对流天气的天气图分析技术建立福建春季西南风低空急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型的识别方法,并统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素,初步揭示了福建省春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气过程的特征和规律。此类强对流天气是由对流层中、高层干冷空气位于低层强烈发展的暖湿平流之上形成显著条件不稳定层结,逆温、干暖盖、中低层有利的水汽条件,上干下湿的温湿廓线以及低空辐合、高空辐散为强对流天气的发生提供了有利的环境条件,强对流天气系统由地面的锋面、辐合线、热低压、925 hPa辐合线以及西南急流脉动等中尺度天气系统触发,对流生成后在西南风急流引导下移入有利于对流发展的不稳定区域使得对流持续发展,强垂直风切变配合较大的对流有效位能有利于对流风暴持续发展。     

湖州“4·9”强对流天气特征分析

利用NCEP再分析资料、常规气象资料、自动观测站资料和多普勒雷达等资料,分析了2019年4月9日发生在湖州地区的强对流天气过程。结果表明:500~700 hPa低槽配合强冷空气东移南下,中低层850 hPa切变东伸发展,西南暖湿气流加强,是这次强对流天气发生的有利天气背景场。上中层干冷、下层暖湿的温、湿场配置,为强对流的发生提供了大量不稳定能量;850 hPa以下冷空气渗透对不稳定能量的爆发起到了触发作用。强对流云团具有回波悬垂特征,出现的低悬强回波中心是高效率降水回波的标志,对短时强降水有指示意义。     

2009年6月5日灌南县一次强对流天气过程分析

利用各种常规(探空)和非常规(自动站)资料对2009年6月5日灌南县的一次强对流天气过程进行了分析,结果表明:500 hPa冷平流和850 hPa暖平流增强了大气层结的不稳定性;地面冷锋和700 hPa切变线触发了不稳定能量的释放;强对流天气发生在700 hPa(前倾)槽和地面锋线之间的区域.     

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.     

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。     

低空急流在一次初春混合强对流天气过程中的作用

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、强天气监测资料以及NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,从影响系统、环境场条件以及低空急流对混合强对流天气的水汽、热力、动力影响的诊断分析入手,对2019年3月4—5日贵州大范围雷雨大风、冰雹、短时强降水和暴雨等混合强对流天气过程进行综合分析。结果表明:低空急流建立并呈爆发式增强,使中低层水汽输送和辐合加强,大气上干冷、下暖湿的特征更显著,中低空能量锋区加强,垂直风切变增大,动力辐合加强,同时"低层辐合、高层辐散"的抽吸结构长时间维持,为混合强对流天气的发生发展提供了重要条件。超前的500 hPa温度槽叠加在中低空强暖湿气流之上,触发锋前暖区强对流天气,强对流天气发生在低空急流发展增强至最强盛期间,主要分布在700 hPa和850 hPa温度脊区附近强暖湿不稳定区;4日夜间南支槽配合低空切变线和活跃的静止锋,共同触发锋后冷区强降水天气,强降水主要发生在低空急流和水汽辐合达到最强之后,强降水主要分布在低空急流左前侧、850 hPa切变线南侧及850 hPa和700 hPa饱和湿区重叠区内。     

2018年4月桂西南一次冰雹天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP(1°×1°)再分析资料对2018年4月14日下午—15日凌晨左右发生在桂西南的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:此次强对流天气过程具有持续时间长、影响范围广、小时雨强较大、前期以降雹为主、后期以短历时强降水为主的特点;近地层锋面和辐合线是此次强对流天气发生的重要触发机制;200 hPa高空辐散流场有利于底层辐合上升运动的加强,可以弥补500 hPa弱槽槽前动力抬升机制的不足;对流层中层具有干冷空气的侵入是预报强对流天气的关键因子,而地面强对流天气容易发生在干空气侵入700 hPa层之后数小时内;强对流天气容易发生在θse大值区或者舌区;对流层正涡度从中层下传到底层对于预报强对流天气的出现具有一定的指示意义;雷达产品分析表明回波具有明显的悬垂回波、弱回波区、辐合区、中气旋、三体散射长钉和旁瓣回波特征。     

2003-05-18开封市强对流天气分析

2003年5月18日开封市强对流天气环流形势分析结果表明500 hPa横槽是产生这次强对流天气的大尺度环流背景,强对流天气发生在500 hPa横槽转竖的过程中.     

夏季午后雷州半岛一次典型局地强对流天气分析

利用常规观测资料、卫星云图、风廓线仪、多普勒雷达探测资料的部分基本产品和导出产品以及数值预报,对湛江2011年6月5日出现的局部强对流天气进行分析.结果表明:这次强对流天气是500hPa高空短波槽、850hPa低涡切变线及锋面低槽密切配合的作用产生的,此外暴雨发生前不稳定能能量累积和动力条件为这次暴雨的发生提供了有利的因素.     

我国春季冷锋后的高架雷暴特征分析

利用常规气象观测资料和国家气象中心对流天气综合监测等资料,对2010-2012年我国春季冷锋后的高架雷暴的时空分布特征和强对流天气特点等进行统计分析,并通过一次典型个例给出影响高架雷暴的主要天气系统,再结合雷暴物理条件的统计特征探讨高架雷暴发生发展的物理机制。研究结果表明,此类高架雷暴主要发生在我国南方地区,具有一定的日变化,常伴冰雹和短时强降水天气。影响高架雷暴的主要天气系统为高低空急流、低层切变线以及500 hPa西风槽等。预报着眼点主要为850和700 hPa大气相对湿度在70%以上;700与500 hPa的温差达16℃以上,有一定的热力不稳定;700 hPa上建立一支低空西南急流,配合500 hPa西风槽以及低层的切变线,这些因素为雷暴触发及发展提供条件。     

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。     

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。     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

天山北坡中部一次强对流天气中小尺度系统特征分析

利用Doppler雷达资料, 结合常规观测资料及T213再分析资料, 对2008年8月26日18:00~19:30发生在天山北坡中部石河子南部山区强对流天气的影响系统和中小尺度强对流天气落区形成的原因进行了详细分析。结果表明： 西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限分裂出的中尺度短波是造成“2008.8.26”强对流天气过程的直接影响系统; 地形辐合回波带是造成这次过程的主要系统; 地形辐合回波带上的中-γ对流单体滚动更迭是强对流天气落区形成的直接原因; 中高层干冷、 低层暖湿, 低层中尺度辐合切变线对强对流天气的发生具有重要作用。回波强度、 回波顶高度的迅速增加、 垂直累积液态水含量的跃增和面积的扩大, 中气旋的出现都对“2008.8.26”强对流天气的发生具有预警指示意义。当回波强度>50 dBz、 回波顶高度>8 km、 垂直累积液态水含量急增到50 kg·m-2以上时, 将预示有强对流天气出现。垂直累积液态水含量的大值区是对流云强度最强的地方, 与强对流天气落区相对应; 其高值区的强度和范围与强降水的强度和范围成正比。在暴雨发生前和发生期间落区附近近低层存在着西南暖湿气流向暴雨中心的输送。     

陕西省两次暴雪过程的对比分析

利用常规地面观测和探空资料、NCEP FNL 1°×1°以及GDAS 0.5°×0.5°再分析资料,对2016年11月21—23日和2017年3月12—13日陕西省两次区域性暴雪(分别简称"过程I"和"过程II")进行分析,分别从2次过程的观测特征、环流特征、水汽条件、对流条件等方面对比研究。结果表明:(1)2次过程在500 hPa均受切断低压和东北冷涡影响,中低层700～850 hPa存在低涡切变,地面受倒槽影响,并伴随回流性质的冷锋。(2)过程I的冷空气更加强盛,降水相态以雪为主,具有对流性质,降雪持续时间长、强度大;过程II冷空气相对较弱,以稳定的降雨和降雪为主。(3)过程I的水汽来源以冷湿气团为主,而过程II则由暖湿水汽占主导地位,且回流性更加显著。(4)过程I产生对流的主要原因是西南暖湿气流在强冷垫上方爬升,在中低层形成了逆温层,锋面过境后触发了对流不稳定,从而产生了对流性天气。     

北京地区4月一次罕见暴雪的形成机制分析

利用雨滴谱仪、多普勒天气雷达、微波辐射计、地面加密自动站、EC再分析资料及气候整编资料等多源观测资料,分析了2018年4月4—5日,北京地区罕见暴雪过程的极端性及形成机制。结果表明:(1)此次过程是北京地区4月首次出现纯雪日,降雪量和积雪深度均突破历史同期记录,1000～850 hPa温度标准化异常SD值均小于-3,日降雪量排在整个冷季的前5%,是一次极端天气过程。(2)低层强冷空气入侵形成冷垫,700 hPa强西南低空急流输送充沛水汽,使北京地区上空800～500 hPa产生条件性对称不稳定,暖空气在锋区以上的强上升运动触发不稳定能量,产生高架对流,局地雷达回波具有夏季对流单体的倾斜结构特征,有利于暴雪增幅。(3)降雪过程先后受到两次冷空气叠加影响,前期强冷空气持续剧烈降温导致低层温度偏低,使得温度达到降雪阈值,是此次极端降雪过程产生的主要原因。(4)微波辐射计监测显示,降雪的起止时间与逆温具有良好的对应关系,降水相态主要取决于1 km以下的温度变化。     

一次强对流天气中尺度涡旋结构和冰雹落区分析

利用临沂新一代天气雷达资料和中尺度数值模式MM5,模拟分析了2005年6月18日临沂市一次强对流天气过程.分析表明:强对流天气过程丰要发生在高空干冷气流、低空暖湿气流的不稳定大气层结下,影响系统为中层700 hPa的中尺度涡旋.涡旋的生成机制为:在西南风的背景场上,两北气流和东南气流分别从高空和低空向其嵌入,形成了巾尺度气旋性涡旋.该涡旋风场和温湿场结构东西不对称,冰雹落区主要位于涡旋中心东南侧;雷达回波的演变分析表明,强回波区回波强度中心由低到高几乎呈垂直分布;降雹过程中,回波强度增强,回波顶下降,VIL值迅速减小.     

西北地区退耕还林对区域气候的影响

利用NCEP再分析资料对2009年3月20日夜至21日凌晨豫北强对流天气过程进行了分析,结果表明：①导致这次强对流天气发生的湿位涡场分布特征为,对流层低层MPV1〉0,同时MPV2〈0;强对流发生时,对流高层表现为MPV1〉0,同时MPV2〈0,即高低层均为异常的湿对流稳定区。②强对流的发生发展与湿位涡的时空演变有着很好的对应关系,对流层高低层湿位涡“正负区垂直叠加”的配置是强对流天气发展的有利形势。这次强对流天气发生在低层湿位涡正压项等值线密集的零线附近以及大于零的区域和湿位涡斜压项的负值区,同时高层为湿位涡正压项等值线密集正值区域和湿位涡斜压项的负值区。③中低层急流和地面东路冷空气入侵高温高湿不稳定区是形成这次强对流天气的主要原因,中尺度对流云团是造成此次强对流天气的直接影响系统,且强对流发生前,近地面存在逆温层。     

联合概率方法在北京灾害天气预报中的应用研究

基于ECMWF模式的集合预报数据,利用联合概率方法,针对北京地区冬季影响最大的寒潮和夏季强对流两类灾害性天气,建立了适用于本地区的两种集合预报业务产品。选取2 m温度和10 m平均风速制作寒潮预警信号联合概率预报产品,选取对流有效位能和0-6 km垂直风切变制作强对流潜势联合概率预报产品。通过对北京地区近年寒潮和强对流天气的预报检验表明：寒潮预警信号联合概率方法,当预报概率达到10%及以上时,实况就有可能达寒潮蓝色预警信号的级别;此方法对北京西北部的预报性能较好,其次为北京的东南部地区;对达到蓝色预警信号标准的区域具有较高的预报命中率,但对达黄色预警信号级别的区域,漏报率较高。强对流潜势联合概率方法的空报率较高,当预报概率达90%-100%时,实况才有可能出现强对流;与局地强对流相比,全市性强对流天气的高概率预报区域较为集中。