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)。     

“2011.07.25”山东乳山强降水中尺度分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星FY-2E的TBB资料、多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明:(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850h Pa和925h Pa切变线附近,低层850h Pa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生在高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气(伴有下沉运动)相遇,从而触发对流不稳定能量释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63~-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m~(-3),这也是大冰雹的预报指标。     

德州市两次强对流冰雹天气过程对比分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达和卫星云图资料对2016年6月13日和2017年6月12日德州市两次强冰雹天气过程进行了诊断分析。结果表明:两次冰雹是高空冷涡和高空西北气流环流背景下,中高层冷空气的入侵,触发不稳定能量释放造成的。低层水汽饱和度较高,中高层干冷空气入侵导致大气不稳定度逐渐增加,这种低层湿、中高层干的大气层结特点,非常有利于冰雹生成发展。德州市强对流发生时云顶温度TBB在-40～-60℃,强对流最剧烈冰雹、大风天气主要发生在雷暴云团前方亮温梯度最大区域。造成两次冰雹天气的回波是多单体风暴,0℃层和-20℃层高度比较适宜,中心强度均在55DBZ以上,风暴强盛阶段单体顶高(TOP)维持在10km以上高度,强中心高度(HT)维持在4～8km高度,低层存在非常强的垂直风切变。降雹区垂直积分液态含水量(VIL)在50kg/m~2以上,DBZ、VIL等产品与降雹相关性很好,对冰雹预报有较好的指示作用。     

三峡坝区风暴降水强度差异的对比分析

从天气形势、多普勒雷达回波、大气层结、地面温湿气象要素变化的角度出发，分析了发生在三峡工地若干次风暴过程局地降水强度的差异，结果表明：低糟类风暴降水较强，高空冷平流偏东类风暴降水较弱；风暴对流体由西南向东北方向移动时降水强，而由偏北向偏南方向移动时，风暴降水一般较弱；层结不稳定、低层空气潮湿、自由对流高度低，风暴降水强；无论干湿风暴，过程前1－2小时，气温升至最高，而露点温度在风暴临近前1小时降至最低。     

“2011.07.25”山东乳山强降水分析

本文利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、分辨率为0.1°×0.1°卫星FY-2E的TBB资料,多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明：(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850hPa和925hPa切变线附近,低层850hPa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气伴有下沉运动相遇,从而触发对流不稳定能量的释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63～-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度要偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

一次罕见的左移超级单体风暴的特征

利用白山多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2012年7月2日发生在吉林省南部的一次左移超级单体风暴进行了研究。结果发现,此次天气过程发生在深厚东北冷涡的东南象限、超强高空急流核附近的北侧,且低空风垂直切变不强、对流有效位能不大;低空有较强的暖平流,并存在一个西南—东北走向的风切变区;低空辐合、高空辐散、位于露点锋附近以及高空急流核的存在为有利于的对流发展的重要因素。在风暴发生发展过程中,始终有一个中-β尺度反气旋环流(尺度为120 km)相伴随,其旋转半径由高到低逐渐增加并在东南偏南方向被拉伸为椭圆型结构,风暴发生在该环流的西北象限的西南偏南气流之中,并具有钩状回波、弱回波区、反中气旋等超级单体所具有的特征。反中气旋出现在对流风暴发展的旺盛期,旋转半径从低层到高层逐渐增加。在风暴经过地区出现了冰雹、强降温、瞬时大风等天气现象和气象灾害。     

0604号强热带风暴"碧利斯"特大暴雨的诊断研究

利用地面加密观测资料、自动站降水量资料和NCEP 1°×1°的每6 h再分析等资料,从能量、热量、水汽量以及环境场、冷空气和地形作用,分析了0604号强热带风暴"碧利斯"造成华南6省区大范围的强暴雨过程。结果表明:西太平洋副热带高压和大陆高压合并、西南季风异常活跃、高空强辐散流场和弱垂直切等均变有利于碧利斯陆上维持不消,越赤道气流致使西南季风强盛并将孟加拉湾和南海的水汽源源不断输入强暴雨区。分析发现:(1)风暴区域能量主要依靠潜热能平流的输送,维持暖性结构和产生强降雨;造成台风剧烈天气的动能是由非地转风穿越等压线,大气斜压性增强所制造的。(2)垂直输送项造成Q1和Q2的异常,是低层暖湿气流被抬升到高层产生凝结和潜热释放所造成的,积云对流所释放的凝结潜热对台风环流的反馈作用在台风暴雨中起到十分重要的作用。(3)冷空气从风暴东西两侧向低层嵌入,触发对流运动发展,近地层涡度和散度的形变项使山区处于一涡源状态,不断触发中尺度降水系统,促使暴雨增幅。     

一次西南气流中长生命史多单体风暴过程的演变特征及成因

利用常规天气探测资料、自动站资料、FY-2G云顶温度资料、多普勒天气雷达产品和闪电定位资料,对2017年4月8日造成江西省东北部强雷暴大风的长生命史多单体风暴过程进行了分析。结果表明:对流层中层干的西南气流叠加在低层西南暖湿气流之上和发展旺盛的地面倒槽,为江西东北部提供了较强的动力、热力不稳定环境。中低层风速矢端图表现为单一方向的风切变,强的垂直风切变集中在低层,有利于风暴的发生和维持。风暴移动和传播同向,呈前向传播特征。风暴前冷池与移动前方高温区之间的局地温度锋区与地面辐合线是风暴的触发条件和维持机制。雷暴下沉气流及地面辐散、高空动量下传和地面气压梯度风的共同作用,导致了地面大风。地闪活动演变超前地面大风1—2 h。     

新书架上

《(利用气象卫星资料确定北半球云层特点)》1981。本专著综合了五年来利用气象卫星观测北半球云层所得数据资料的处理结果,分析了冬季和夏季的总云量以及各种云的季节分布特点。作者研究了北半球大型天气过程中云量的分布及其特性。主要内容有:(1)云量分布的研究现状,(2)利用卫星资料计算云量多年分布,(3)根据卫星资料确定的北半球高空总云量的特点,(4)北半球高空云的形成特点。     

脉冲风暴造成的山西北部三次冰雹天气对比分析

利用加密自动气象站资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料、灾情调查等资料,对2017年出现在山西北部的三次冰雹天气过程进行了对比分析。结果表明:(1)三次脉冲风暴冰雹过程均发生在500 hPa中高纬地区为"两槽一脊"型、槽后偏西北气流的环流背景下,低层切变线或涡旋是主要触发系统。冰雹出现在低层辐合线的东南侧暖区内。低层触发系统不同,大气不稳定度不同,造成的强对流落区和强度差异很大。(2)脉冲风暴冰雹过程中,从低层到高层风向随高度呈现一致的顺时针旋转,从低层到700 h Pa附近风速随高度增加,0～6 km风垂直切变为1×10^(-4)～7×10^(-4)s^(-1),均小于冰雹天气阈值。(3)脉冲风暴的雷达回波呈块状,强回波中心高度位于-10℃等温线所在高度以上,初始高度在7 km以上,上冲云顶高度大于12 km;脉冲风暴的形成、发展和结束与雷暴云顶的上冲、下降和崩溃紧密联系。可以利用上冲云顶的形态判断风暴的生消,但要抬高仰角到8 km左右高度观测,才有助于提前发现脉冲风暴。径向速度场上三次过程有明显差异,表现为降雹持续时间与辐合层厚度密切相关,辐合层越厚降雹越剧烈,持续时间越长;以单体形式在低层出现辐合、高层辐散的速度场发展迅猛程度要比多单体更剧烈,带来的灾害更严重;强对流发生前,VIL最大值大于35 kg·m-2,降雹前VIL出现跃增,跃增量大于29 kg·m-2。(4)基本反射率剖面图上,脉冲风暴产生的旁瓣回波的空间结构表现为与高反射率因子核区垂直,强度小于20 d BZ的弱回波带,旁瓣回波从风暴强中心边缘向低方位角方向伸展。三次过程中,出现旁瓣回波和三体散射的冰雹过程持续时间更长、灾害程度更重。     

非超级单体龙卷风暴低层流场特征及模拟分析

基于多普勒天气雷达资料,结合中尺度数值模拟结果,对发生在黄淮流域的2次EF2级非超级单体龙卷风暴结构及低层流场结构特征进行了诊断分析。结果表明,2次龙卷过程都发生在副高边缘,低层存在较大的垂直风切变和强烈的水汽辐合;2次龙卷都有多次及地的特征,其母体风暴生命期都在2h以上;低层速度产品上有显著的小尺度涡旋特征,涡旋中心相邻像素之间的速度差＞20m?s-1,对EF2级龙卷预警具有6～20min的时间提前量;风暴后部中下层相对风暴的速度切变显著加强并迅速下传是诱发20100717龙卷涡旋的主因;风暴内部强烈上升气流导致低层涡旋发展,诱发20120818龙卷涡旋的产生。中尺度WRF模式模拟结果能够较好地再现风暴底部气流结构特征。     

一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究

利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的三维概念模型.结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点.高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件.位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的人流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件.暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层.在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素.     

9617号热带风暴Tom变性过程数值模拟分析

利用中尺度模式MM5对西北太平洋9617号热带风暴Tom转变温带气旋的变性过程进行了模拟.通过对其变性过程的模拟分析发现:热带风暴Tom与西风槽相互作用,风暴东侧低层暖湿气流与槽前正涡度平流发生耦合有利于气旋发展;槽前暖平流与槽后冷平流使风暴形成具有西冷东暖的热力分布结构,诱使风暴向斜压转变;高空急流入口处右侧的气旋式切变及出口处右侧的反气旋式切变有利于风暴右侧气流上升和左侧气流下沉运动,有利于风暴由正压向斜压性转变;来自风暴西北侧的干冷空气自700hPa附近向风暴中心侵入,使风暴中心暖柱体发生自低层向高层的西北一东南向的倾斜,其暖性特征遭到破坏;由于干冷空气的侵入,低层700hPa分为南北两个暖中心,北侧暖中心北侧出现了明显的暖锋锋生,西南侧另一个暖心附近有冷锋锋生迹象;平流层高值PV异常下传有利于变性后的热带风暴的再次加强.     

营口一次百年一遇大冰雹天气过程分析

利用常规气象资料,卫星、营口S波段多普勒天气雷达资料等,对2013年6月3日发生在东北冷涡背景下的一次大冰雹过程进行分析。结果表明:(1)在高空东北冷涡环流背景下,高层干冷、低层暖湿的层结配置形成了大气层结不稳定,较强的垂直风切变和适宜的0℃、-20℃层高度有利于强冰雹天气的发生。(2)产生大冰雹的对流风暴是一个超级单体强雹暴。该风暴在反射率因子图上具有高悬的强回波、弱回波区、钩状回波等特征;在径向速度图上具有风暴顶辐散、中层径向辐合、中气旋等特征;在反射率因子和径向速度图上均可以看到三体散射的存在;同时较高的VIL含量和密度也预示了大冰雹的出现。     

多个超级单体风暴诱发的EF3级强龙卷特征分析

2021年6月25日内蒙古锡林郭勒盟太仆寺旗发生了历史罕见的EF3级强龙卷,导致6人死亡,大量建筑物等严重损毁。利用常规高空和地面观测、区域自动气象观测站、FY4卫星云图、河北省张北CB型多普勒雷达等观测资料,以及NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对这次强龙卷过程进行分析。结果表明:此次龙卷发生在前倾槽不稳定层结环境背景下,较强的对流层中低层条件不稳定(850 hPa与500 hPa温度垂直减温率约为7.7℃·km^-1)、低层丰富的水汽、中等强度的对流有效位能和强的0～6 km垂直风切变为超级单体风暴形成提供了有利环境背景。此外,0～1 km风矢量差为8 m·s^-1,抬升凝结高度为1.0 km,为超级单体龙卷的发生提供了相对有利的环境条件。与地面干线伴随的辐合线触发了产生龙卷的母风暴,随后演变为超级单体,其雷达反射率因子呈现典型的钩状回波、低层暖湿气流入流缺口、低层弱回波区和中高层回波悬垂,以及中等强度的中气旋等特征;龙卷的生成和消亡过程中有三个超级单体风暴相继形成,都呈现为孤立的对流风暴形态,龙卷发生在其中一个超级单体钩状回波的顶端,...     

非超级单体龙卷风暴多普勒天气雷达产品特征及预警

利用济南和烟台多普勒天气雷达资料,结合环境物理量和天气实况,对发生在山东境内的6个非超级单体龙卷风暴特征进行了分析。6个非超级单体龙卷风暴产生于5次天气过程,其中4次过程属于后倾槽结构,1次是西北气流结构。6个非超级单体龙卷中EF0级龙卷2次,EF1级龙卷3次,EF2级龙卷1次。综合分析结果表明,低层大的湿度和0~1 km垂直风切变≥7 m·s~(-1)是非超级单体龙卷发生的有利条件。平均径向速度产品上,方位上相邻距离库之间速度差值超过20 m·s~(-1),或者,相对风暴平均径向速度产品上,方位上相邻距离库之间速度差值超过15 m·s~(-1),可预警龙卷。6次龙卷有4次发生在风暴单体迅猛发展的阶段,风暴顶在1个体扫时间内迅速增高。风暴单体迅猛发展需要强上升气流配合,强上升气流将低层辐合线上的小涡旋迅速拉伸,使得旋转运动进一步发展,诱发小尺度范围的强切变,从而导致龙卷发生。     

华南一次非中气旋海面龙卷的大气条件和雷达特征分析

利用S波段双偏振雷达、风廓线雷达、L波段探空雷达、区域自动站等观测资料和ERA5再分析资料, 对2019年5月26日发生在华南地区一次季风暴雨中海上龙卷过程的大气条件和雷达特征进行了详细分析。(1)低层辐合、高层辐散、中层短波槽东移的环流特征为龙卷的对流风暴提供了有利的大尺度动力抬升条件, 与大多数陆龙卷的形成机制相似。(2)该龙卷形成的环境条件也与一般非中气旋陆龙卷近似, 具有中等大小的对流有效位能, 对流抑制能量接近0, 为该对流风暴发生发展提供了热力条件, 具有发生龙卷的潜势; 强0~1 km低层风垂直切变和0~6 km深层风垂直切变为该对流风暴发展提供了动力条件, 其中低层风垂直切变远高于过去对陆龙卷低层风垂直切变统计的下限。(3)雷达发现: 龙卷出现前后, TVS(Tornadic Vortex Signature)雷达产品多次定位提醒, 但中气旋产品并未有提醒, 有一定示警作用; 径向速度产品揭示了龙卷正负速度对的发展变化; 龙卷低层旋转速度大值区多位于带状回波前沿, 对应的差分反射率Z_DR减小, 相关系数CC较低, 有利于确定龙卷的持续时间和影响范围。      

甘肃东部两次短时强降水天气过程对比分析

利用FY-2E卫星云图、NCEP/NCAR1°×1°逐6 h再分析资料、甘肃省区域自动站资料等,对比分析两次发生在8月中旬及相同气候背景、相同地形条件下的短时强降水天气过程(2014年8月16—17日和2015年8月11—12日)。结果表明:两次强降水天气过程的形成机制有所区别,分别由高空冷平流强迫和低层暖平流强迫造成;高空冷平流强迫造成的短时强降水落区较为分散,低层暖平流强迫造成的强降水落区则更为集中;高空冷平流强迫对抬升条件的要求比低层暖平流强迫低,而低层暖平流强迫引起的垂直速度强度弱于高空冷平流强迫;在大致相同的地形条件下,水汽条件是发生短时强降水的主要因素,在这两次大气环流背景基本相同的情况下,水汽条件好的天气过程雨强更大,短时强降水出现站次也更多。