“6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析

利用商丘和郑州雷达资料,结合地面加密观测等多种资料,分析了2009年6月3日傍晚至次日凌晨,河南商丘、安徽和江苏北部出现的大范围致灾雷暴大风。本文分两个阶段从中尺度环境、风暴结构、风暴与环境相互作用、雷暴间相互作用的角度对商丘风暴的发展、维持及灾害性大风成因进行了深入探讨,得到以下结论:(1)商丘雷暴大风环境类似美国暖季型Derecho环境;(2)商丘风暴由晋冀雷暴群下沉气流导致的出流阵风锋移动到水汽相对充沛处触发,在有利的环境条件下迅速发展成具有较强的中层径向辐合超级单体风暴,多个超级单体的强下沉气流合并产生了超级单体阶段的地面大风;(3)飑线发展、维持的原因是飑线的自组织结构,飑线与环境入流的相互作用既有利于强上升气流发展,亦有利于强下沉气流发展,干线及叠加在干线上扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端;(4)根据径向速度增幅估计,风暴强下沉气流辐散、强冷池密度流和层状云部分降水粒子蒸发对弓形回波阶段地面灾害性大风的增幅作用几乎相当,冷池合并是商丘极端雷暴大风产生的重要原因。     

飑线优化识别及雷暴大风分析

飑线是产生灾害大风的重要系统,强度和影响范围大。本文在线状中尺度对流系统自动识别基础上,提出了飑线优化识别方法,识别主要参数选取反射率因子、长轴长度、系统面积和线性程度,按照反射率因子5 d BZ递增原则,选取四组识别参数对雷达回波多次识别,择优选取线性程度高且包含较强回波的飑线作为当前体扫的飑线最优识别结果。通过对140个体扫126个飑线识别效果检验和对应大风分析,结果表明:优化识别方法能够同时识别强、弱飑线,真实反应飑线发展的不同阶段,比单一参数识别效果明显改善,优化识别命中率分别比四组参数识别提高了26.3%、10%、40%和89%;在有利的环境条件下,雷暴大风出现在飑线的强回波带、弓形回波前沿和线风暴之间断裂带上,飑线识别区域与灾害大风吻合,可作为大风预警区域;飑线大风的风向基本沿风暴移动方向吹。     

多种观测资料在一次弱降水雷暴大风分析中的综合应用

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属于西北气流型雷暴大风,低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供有利环境条件;(2)此过程共经历弓形回波复合体、阵风锋和单体弓形回波3个阶段,雷暴大风的强度与强回波核伸展高度以及下落时间有关,回波核伸展高度越高,下落时间越短,雷暴大风强度越强;(3)强冷池的快速移动是弓形回波复合体阶段雷暴大风的直接原因,冷空气首先从2.3km高度入侵,10min后地面出现雷暴大风。天津南部具有不稳定能量高值中心,配合地面中尺度辐合线的触发作用导致单体弓形回波阶段雷暴大风;(4)阵风锋阶段上升与下沉气流共存,下沉速度峰值的下传特征较地面雷暴大风的出现提前20min,2km以上的对流层中低层为上升运动。     

传播运动在对流风暴合并过程中的作用

2012年8月18日下午,山东省境内飑线在形成过程中发生多次合并,强度增强,造成章丘和宁阳分别出现9级和10级雷暴大风。基于多普勒天气雷达反演风场和地面加密自动气象站资料,分析了传播运动在对流风暴合并过程中的作用。结果表明:1)地面冷池前沿阵风锋强度大,垂直厚度达2 km。受其影响,飑线向东移动的同时向东传播(前向传播),北段逐渐演变为弓形回波。2)弓形回波与单体E分别具有独立的垂直环流,均为前向传播,但位于上游的弓形回波传播速度快,二者最终合并,垂直环流合二为一。3)弓形回波与单体E合并过程中,水平风速与上升运动明显增大,气压降低,尺度减小,最终形成强烈旋转上升的小尺度低气压柱,造成章丘大风。4)飑线尾部水汽充沛,阵风锋辐合造成飑线前侧的暖湿空气抬升,不断产生新的对流单体并逐渐合并增强,导致飑线向西南方向传播(后向传播)。5)位于下游的对流单体传播方向与平流方向相反,在3 km高度产生云桥,最终与上游单体整层合并。飑线尾部对流风暴多次合并,强度持续增强,造成宁阳大风。     

佛山致灾雷暴大风环境背景和雷达回波特征分析

利用常规观测、区域自动站、多普勒雷达等资料,统计佛山近10年来雷暴大风灾害并对其发生的环境背景及雷达回波特征进行分析。结果表明:致灾雷暴大风多发在前汛期,占总数的70%;以5月最多,10月到次年2月没有雷暴大风灾害。致灾雷暴大风环流背景主要有锋面低槽型和暖区对流型。大风灾害对应温湿探空曲线"上干下湿",湿层较薄,中层存在明显干层,垂直风切变较大;雷击灾害对应对流不稳定能量更大,垂直风切变较小。飑线、弓形回波、带状回波、孤立单体等对流风暴是致灾雷暴大风的主要回波形态,速度图上表现为速度大值区、中气旋(中涡旋)、低层强烈辐散等特征。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析

分析了2006年6月24日北京地区一次罕见的瞬时极大风速超过32 m.s-1的雷暴大风事件。多普勒天气雷达观测表明,此次强雷暴大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关。后侧入流急流促使飑线回波带南段快速移动并与其前面的新生单体合并加强形成弓形回波。深厚的中气旋、低层径向速度辐合和高层辐散等在构成弓形回波的强对流单体形成过程中起了重要的作用。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风直接由构成弓形回波的一个强对流单体内的下击暴流导致。使用微波辐射计和风廓线仪的观测资料揭示了上述强风暴发生的环境条件,即高的对流有效位能值、中等强度的风垂直切变,以及风切变的分布特征为飑线等的产生提供了有利条件。下沉对流有效位能和对流层低层环境大气温度直减率明显增加并接近干绝热,这对即将到来的下击暴流具有指示意义。     

利用雷达回波三维拼图资料识别雷暴大风统计研究

应用雷达回波三维组网拼图数据、加密自动站和地面灾害大风资料,对2008—2012年京津冀地区20次区域性雷暴大风天气过程进行了统计。检验了基于模糊逻辑建立的利用回波强度识别大风的算法,分析了大风出现的位置。该大风识别算法确定了雷暴大风的6个雷达识别指标及其对应的权重系数和不同季节的隶属函数。检验分析块状回波、带状回波和片状回波3类大风过程的识别效果,结果表明：块状回波类大风是由孤立的强单体风暴引发的,风暴单体具有回波强、回波顶高、垂直积分液态水含量大和移动快等特点,雷暴大风多出现在风暴单体附近且二者移动路径一致;带状回波的长度远大于宽度,主要包含飑线和弓状回波,大风影响范围广且多位于带状回波的前沿一带;片状回波多指大面积层云回波中镶嵌着强回波单体块的混合回波,对应出现的雷暴大风多位于风暴单体的周边区域。3类回波识别到的可能出现大风区域与实测大风范围基本吻合,块状、带状和片状3种类型的雷暴大风命中率分别为96.2%、68.6%和45.3%,漏报率分别为3.8%、31.4%和54.7%。由于垂直积分液态水含量偏低和回波强度弱,片状雷暴大风识别漏报相对较多;空报原因除了与测站分布稀疏有很大关系外,也与识别算法本身有关。识别检验证明雷暴大风综合识别方法是合理可靠、切实可行的,可以为雷暴大风的短时临近预警业务和系统开发提供技术支撑,这一工作也为进一步预警大风出现的位置提供了基础。     

“0613”华北飑线过程的多普勒雷达回波特征

利用常规气象观测和新型监测资料,分析了2016年6月13—14日华北飑线过程的卫星云图、雷达回波、自动站极大风速风场等特征。结果表明:(1)"0613"飑线过程发生在"上干下湿"的水汽垂直分布环境条件下;在蒙古冷涡影响背景下,河套地区生成的对流云团在前倾结构700 h Pa与850 h Pa冷式切变线之间发展合并,形成有组织的飑线系统。(2)在强盛阶段,飑线具有明显的弱回波通道,飑线西段为偏西风与偏东风形成的气旋式切变,东段为强的反气旋式切变;弓形回波顶点处风向、风速辐合显著,飑线内部后侧倾斜向下的入流急流将中层高动能的干冷空气向地面引导,加强了对流风暴的下沉运动,并与后侧倾斜向下的冷空气入流共同作用加强了飑线前侧的气压梯度,是地面大风形成的主要原因。(3)飑线前部低压暖区生成的对流云泡在自动站极大风速风场切变线附近发展合并形成超级单体风暴,其后侧中高层入流将高动能的干冷空气向地面引导,促使地面出流及风暴前沿辐合抬升运动增强,使得超级单体风暴生命维持较长,是山西长治大冰雹持续近4 h的主要原因。(4)同一飑线系统在不同环境条件下其垂直结构、移速及带来的强天气有明显差异。(5)自动站极大风速切变线的生成较雷暴大风带的出现提前30~40 min,这对飑线大风预警有指示意义。     

一次鲁西北春季大风过程分析

利用常规资料、多普勒雷达资料和地面自动气象站逐小时资料,对2010年4月26日鲁西北一次大风天气过程进行分析后得出:(1)与高空冷涡相伴的中低层干冷空气侵入和地面较长时间干冷空气堆积是产生地面大风的主要原因;(2)梯度风和变压风共同作用是产生地面大风的直接原因;(3)地面中尺度切变线有助于将一些小单体组织起来,其后部强烈的辐散中心与地面大风有很好的对应关系;(4)多普勒天气雷达观测表明,此次大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关,"V"型无回波区与地面冷舌位置一致,从径向速度图上分析,低空急流的形成对地面大风的预报也有一定的指导意义。     

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...     

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。     

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。     

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。     

河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

应用河北省石家庄新乐CINRAD-SA雷达资料对2006—2008年河北省中南部地区262个站雷暴大风的雷达回波特征进行统计。分析发现, 雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波、阵风锋和径向速度大值区,出现其中一个或多个特征均可发布雷暴大风预警。根据以上雷达回波特征能够对66%的雷暴大风发布预警,34%的雷暴大风仅仅依据雷达资料无法预警,其中孤立块状回波占39%,带状回波占61%。弓形回波仅占雷暴大风的19.8%,能够观测到的阵风锋回波仅占16.8%,65.3%的雷暴大风观测到径向速度大值区,径向速度大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征。径向速度大值区的形成一般早于弓形回波和阵风锋回波,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。     

豫东地区“6.3”与“7.17”两次致灾大风雷达资料对比分析

利用加密自动站常规、非常规资料和多普勒雷达资料,分析了2009年6月3日(简称"6.3"过程)和2010年7月17日(简称"7.17"过程)在豫东地区出现的大范围强对流、大风天气过程。结果表明,"6.3"和"7.17"过程虽然都有高空槽和槽后西北气流引导北方冷空气南下,使中高层气温迅速下降,造成大气层结的极不稳定和高低空风的垂直切变,进而高空动量下传,形成强对流的发生、发展、维持和传播。雷达径向速度和风廓线显示,"6.3"过程"弓形"出现了强回波区并位于回波区前沿,其移动速度快,具有径向风速辐合等飑线特征;"7.17"过程则是在中尺度涡旋云系中形成多个局地对流旺盛的单体,最终造成强降雨、雷电和局地强风暴等强对流天气。     

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。     

京津冀一次飑线过程的精细时空演变特征分析

利用常规探空资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对2013年3月19日夜里到20日凌晨发生在湖南中南部和广东北部的一次区域性雷暴大风天气进行了分析,发现本次强对流天气过程的天气尺度背景是北支高压脊的崩溃和南支槽的建立,槽前出现较强的低空急流和切变线并在湖南中南部和广东北部形成了上干冷下暖湿的温湿配置结构下发生并强烈发展的;地面自动站观测显示北风侵入到前期露点温度较高的贵州黄平地区并形成风向辐合触发了对流,之后对流单体东移进入前期地面辐合线和露点锋相配合,同时500 hPa极为干冷的湖南中部偏南地区不断发展加强成对流带;雷达观测显示19日夜里在湖南西部不断出现对流单体并在其东移南下过程中最终形成飑线结构,该飑线中存在多个超级单体;通过多普勒天气雷达的中气旋产品与雷暴大风出现时间对应比较发现：大多数由中气旋引发的雷暴大风,在雷暴大风出现前2~3个体扫,其中气旋底高不断下降至2 km左右或以下,且在雷暴大风出现前1~2个体扫,中气旋的最强切变高度显著下降至中气旋底高位置附近;通过风廓线雷达数据与雷暴大风出现时间对应比较发现：底层大气折射率结构常数(C2n)大幅度的跃升通常在雷暴大风出现前10~15 min左右出现,其对雷暴大风的出现可能具有一定的指示意义。基于雷达资料快速更新四维变分同化（RR4DVar）分析系统,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达资料和区域（约700个）自动站资料对2013年7月30—31日京津冀地区一次飑线系统在移动过程中系统不同部位的热动力结构及其环境场时空演变特征进行了分析。结果表明,这次飑线过程是在有利的天气尺度背景形势下发生发展的。飑线形成初期,其中段和南段前部有强的暖湿空气辐合上升运动,并受到强的中层垂直风切变的影响,且在飑线中南段两侧水平正负涡度近似平衡,这种环境下,十分有利于飑线中南段的组织发展。而北段前部受弱的中层垂直风切变及辐散下沉运动影响,不利于北段系统有组织的发展;随着飑线移动下山,中段和南段前部在较强的中层垂直风切变控制下,出现强的暖湿空气辐合上升运动,且存在偏南暖湿气流稳定输送到系统上升运动区中,这对飑线系统中段和南段自身对流单体新生及高度组织化极为有利。随着飑线演变为弓形回波,中段环境场仍维持强的中层垂直风切变且位于冷池出流边界的控制之下,由于地形强迫效应,有利于弓形回波前沿低空偏南暖湿气流的辐合上升,是飑线下山迅速增强并发展成弓形回波,且稳定维持的主要原因。