渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的资料诊断分析

利用多普勒雷达资料和地面自动站以及再分析资料对近年来7次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程进行了分析。资料分析显示对流系统正面碰撞海风锋时(偏东西向碰撞)得到显著发展,而追赶碰撞海风锋时(偏南北向)则没有明显加强。海风锋移动沿途近地面出现明显的降温和风切变可以帮助判断海风锋的移动位置。高层稳定的偏西风有利于引导对流系统与西进海风锋发生正面碰撞。而低层的风场辐合则有利于碰撞过程中对流运动的发生,同时副高西北侧的水汽输送为降水的形成提供了有利条件。渤海湾地区地形的热力效应形成的低层偏中性层结有利于对流运动的发生,另外,在高空偏西风环境下地形可能对与海风锋碰撞的对流系统的触发或加强有促进作用。     

渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明：此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。     

上海夏季海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景分析

基于2011—2014年6—9月多普勒雷达、加密自动站和NCEP/NCAR再分析资料,对上海地区海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景进行统计,得出主要结论:(1)近4 a来上海夏季海风锋登陆65次,其中海风锋触发对流19次。海风锋最早于09时登陆,平均持续时间为5.2 h。海风锋触发对流时段为13—15时,对流平均维持时间为2.5 h。海风锋触发对流多出现在市区、北部郊区和浦东新区,呈现强局地性;(2)根据海风锋登陆点将海风锋分成北支、南支和双支3种类型。海风锋类型与环境风向密切相关,环境风为东北风时形成南支海风锋,环境风为偏南风和西南风时形成北支海风锋,环境风为偏西风时形成双支海风锋。南支海风锋不易触发对流,这与其出现时上海的热力条件不如北支和双支海风锋出现时有关;(3)海风锋触发对流日的环流背景为:500 hPa副热带高压强盛,上海受副高控制;中低层西南风增温、增湿,促进层结不稳定;低层925 hPa为弱西风。海风锋触发对流日的大气可降水量和K指数显著大于无对流日,但与其它对流日无明显差异。      

渤海北部东岸海风锋活动及其触发对流特征分析

利用常规观测、雷达、卫星及加密自动气象站等资料,对2015年、2018年和2019年渤海北部东岸海风锋活动及其触发的对流特征进行统计分析。结果表明：不同年份渤海北部东岸海风锋活动的差异较大,海风锋主要出现在6—8月,其中7月最多;海风锋可分为沿山型、北部沿海型和混合型3种,其中沿山型占比70%以上,海风锋东移到达沿山地区后维持加强,北部可伸展到沈阳地区;海风锋在雷达反射率图上表现为窄带回波,强度一般小于27 dBz,在速度图上表现为风向的辐合或风速的大值区,但在相关系数、差分反射率等雷达双偏振产品上没有可明显识别的特征;在各种天气背景下均能发生海风锋,其中在高空脊控制下最多,且可触发午后热对流,多为弱对流;在副热带高压后部、高空槽、冷涡背景下的海风锋容易触发强对流天气,带来冰雹、短时强降水、雷雨大风等灾害。     

盛夏杭州湾一次海风锋触发雷暴的数值模拟分析

利用常规气象观测资料、多普勒气象雷达资料、浙江省自动站加密资料、NCEP/FNL再分析资料,结合高分辨率中尺度数值模式WRF对杭州湾地区2016年7月28日一次海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征进行数值模拟。结果表明:1)海风锋是此次强雷暴天气过程的主要触发系统。2)中尺度模式WRF较好地模拟出此次雷暴过程的降水和低层风场、温度场分布以及海风锋水平垂直结构。3)海风锋对局地比湿及涡度特征的加强有明显的促进作用,为雷暴的发生发展提供有利的水汽和动力条件。4)分析对流参数演变曲线的突变位置,对雷暴发生的时间有一定的指示和预报意义,杭州湾南侧单纯的海风锋也可以触发雷暴的发生发展。     

一次海风锋触发的强对流天气分析

利用自动气象站、多普勒天气雷达等各种观测资料,分析了2009年6月5日江苏出现的罕见大范围强对流天气,同时利用WRFV3模式对这次海风锋的发生、发展过程进行了模拟。结果表明,由于地面加热不均和海陆温湿差异导致的变形场锋生所形成的海风锋,是造成这次强对流天气过程的主要中尺度激发和强化系统。对流云团进入锋区后在切变线的辐合作用下发展,并随平均风向向前传播。海风锋在雷暴高压下沉出流的推动下,移动路径偏离主回波,在移动过程中其后部不仅激发出对流单体,还组织新的MCS发展。海风锋起到了加强和触发强对流天气的作用,对流单体进入海风锋后发展剧烈,垂直速度和低层辐合明显加大。另外,在有利的温湿条件下,雷暴高压的出流能加强海风锋的上升气流。     

京津冀地区与海风锋相互作用的对流系统的发展预判分析

运用WRF模式,对京津冀地形触发对流系统与海风锋相互作用的两个个例开展了数值模拟,通过对两个个例模拟的广义湿位涡异常和雷达回波分布的对比分析,对广义湿位涡异常预判该类天气过程中对流系统发展的潜力进行了检验。分析结果显示,广义湿位涡异常较雷达回波提前0.5至1 h示踪到山地背风坡和海风锋处的对流系统的发展。斜压与水汽梯度相互作用和非绝热加热对广义湿位涡异常提前示踪山地背风坡和海风锋处对流系统发展有重要的贡献。过山气流的显著扰动和午后相对于陆地大气较为冷湿的海风辐合上升是分别造成山地背风坡和海风锋出现明显的斜压与水汽梯度相互作用的主要原因。     

渤海湾海风锋与雷暴天气

利用天津新一代天气雷达探测到的2008年6～9月共56次渤海湾海风锋天气过程资料、 255 m高的气象铁塔资料及相应的自动气象站资料, 统计分析了渤海湾海风锋的气候特征, 包括渤海湾海风锋出现的时间、 频率和海风锋触发形成雷暴天气的演变特征。结果表明, 2008年6～9月雷达共观测到渤海湾海风锋56次; 每日海风锋的形成时间有所不同, 最早形成时间是09：30（北京时, 下同）, 最晚在16：00; 维持时间也各有长短, 最长维持时间为6.5 h, 最短的仅1 h; 伸展到内陆的一般距离为70～80 km, 最远距离达120 km, 高度一般为1.5 km, 最高为2.0 km。同时, 结合2002-2007年典型的海风锋天气个例分析表明, 单一海风锋由于水平范围小, 垂直厚度最高为2 km, 一般不能形成雷暴天气。但是, 当它与西边很弱的冷锋形成一定角度（30°～90°）碰撞时, 在碰撞的交叉处能够形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统呈追赶碰撞时, 一般不能形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统平行碰撞时, 有时雷暴加强, 有时雷暴减弱。     

一次槽前“干”对流背景下阵风锋天气过程分析

对2015年8月23日发生在陕西关中的一次伴有阵风锋的强对流天气过程的不稳定度条件、卫星云图和雷达资料进行分析,结果表明:本次强对流天气过程虽然发生在槽前,但垂直环境配置为"上干下湿",属于槽前"干"对流,850 h Pa的切变线为强对流提供了初始扰动,地面辐合线触发了强对流天气的发生;两条阵风锋均出现在对流云团边缘TBB梯度最大的区域内、对流有效位能剧烈释放时;另外,两条阵风锋的相向运动,导致两条阵风锋之间强对流单体的产生。当强对流云团与阵风锋叠加时,一方面,二者相互抑制,互为削弱,阵风锋很快消散;另一方面,与阵风锋相联系的对流云团中因为有新的对流单体补充又迅速发展,产生更剧烈的强对流天气。     

南海港口大风的环流特征及其预报指标——以海南洋浦港为例

本文以海南洋浦港为例,利用2015—2019年大风资料,通过合成分析等方法深入探讨了不同类型大风过程的环流特征、发生机制及其预报指标。结果表明:(1)洋浦港大风过程按照影响系统可分为冷空气型、切变线型、热带气旋型和热低压型4种。(2)冷空气型大风主要是由强冷平流引发的;当925hPa关键区24h降温超过6℃且北风分量大于11.5m/s时,洋浦港6h后易发生冷空气型大风;切变线型大风主要产生于强对流引发的雷暴大风、飑线等;当925hPa低空切变线、500hPa南支槽等天气尺度系统出现有利配置,对流有效位能CAPE≥1500J·kg~(-1),且具有较合适的对流抑制能量CIN值时,易发生切变线型大风;热低压型大风与海陆热力差异引起的海风锋密切相关;当海南岛西北部陆地与近海海面的6h变温之差≥3.5℃,CAPE≥1500J·kg~(-1),CIN≤20J·kg~(-1)时,海风锋极易触发雷暴大风等强对流天气;热带气旋型大风主要发生在TC中心附近的等压线密集带以及外围螺旋雨带的中小尺度对流系统中。业务预报时可在数值预报基础上结合统计规律以及卫星、雷达等实况资料综合判定风力等级。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

广西一次槽前型暖区飑线的中尺度分析

利用自动站加密观测资料、常规观测资料、NCEP资料以及FY2G、雷达资料,对发生于2016年4月22日的广西暖区飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:(1)飑线移动快速(100km·h-1),主要引发湿对流天气(雷暴大风和短时强降雨);飑线过境前气压下降,过境时气温和露点骤降、气压涌升、风向突变、风速陡增,过境后气压再次下降;具有尾流低压、雷暴高压、飑锋和飑前低压等飑中系统特征。(2)此次暖区飑线是在500h Pa高空槽加深东移的大尺度背景下发生的,飑线A初始对流的触发与云贵准静止锋前的地面辐合线密切相关,飑线B初始对流则由红河与玉溪间的露点锋及其锋前西南风和东南风的辐合线所触发,对流触发后随高空槽和中层基本气流向东偏南方向移动发展,影响广西。(3)虽然没有冷锋伴随而下,此次暖区飑线依然是在较强的环境下维持,有较强垂直风切变、较高对流有效位能、层结曲线和露点曲线向上形成"喇叭"状配置(上干下湿对流不稳定);地面辐合线、边界层暖切对飑线的发展和维持有重要作用。     

江苏近海岸夏季两类海风锋特征及其对强对流的激发

利用观测资料、ECMWF Era-interim资料、江苏风塔资料、降水融合资料等,对江苏沿海区域夏季海风锋进行统计与诊断分析,并对海风锋激发强对流过程进行数值模拟。结果显示,海风锋主要显现在较稳定的高压系统边缘地带,可分为两类:Ⅰ类为海上西伸副高控制下的海风锋;Ⅱ类为大陆高压入海环流下的海风锋,Ⅱ类海风锋环流具有更多局地系统,常有强对流天气伴随。海风锋垂直剖面要素结构显示,来自海上的低层偏东风u分量构成海风锋前缘,影响锋面垂直抬升运动位置及强度。锋面附近二级环流,影响海风锋系统的环境不稳定性。海风锋在近海岸地区相遇内陆对流系统时,沿岸风塔资料在风的时序上出现突然的风向转变和迅速的风速增大。同时区域对流有效位能CAPE(convective available potential energy)的高值区显著增强。配合水汽通量辐合中心,构成有利于强对流系统激发及加强的环境条件。数值模拟显示,CAPE的水平分布指示了内陆强对流系统与海风锋的相对移动,CAPE的垂直分布显示海风锋激发强对流时能量增强与释放,强中心在2 h内迅速减弱。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

一次阵风锋的观测实例和分析

应用多普勒雷达观测资料和自动气象站资料,对2007年7月31目发生在陕西中部一次阵风锋天气过程分析,结果表明：阵风锋的强度为15-25dBz,生命史可达3h以上;阵风锋上有风向和（或）风速的辐合;阵风锋一般都对应边界层的弱辐合线,弱辐合线的演变与对流风暴和阵风锋的发生、发展、消亡密切相关;阵风锋过境时无降水产生,但会引起阵风涌升和产生灾害性大风;阵风锋可以作为未来目标区域大风预警的重要参考指标;阵风锋是触发新对流的因子之一。     

2014年宁波一次典型海陆风雷暴过程探析

用Micaps,地面自动站加密资料,新一代多普勒天气雷达资料和GFS 0.5°×0.5°再分析资料以及中尺度WRF模式输出资料对2014夏季发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了分析总结,得出:宁波新一代多普勒雷达反射率回波出现弱窄带回波时,对应边界层辐合线海风锋,在有利天气形势背景下易诱发强对流的发生发展。此次强雷雨过程是在有利天气背景条件下发生的,强对流发生在局地层结不稳定和较好的水汽条件下;利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;海风锋本身有一辐合抬升区,辐合上升运动的加强为雷暴的发生提供了有利的动力条件,从而触发了该地区不稳定能量的强烈释放,促使了雷暴的新生发展。     

不同天气系统影响下阵风锋的对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料和地面加密观测数据,对2014年6月8~9日发生在南宁的两次阵风锋天气进行分析。得到以下结论:阵风锋回波强度为10-20dBZ,水平尺度20km,呈弧状,成熟时高度大概1.5km,阵风锋只是对流层低层的浅薄系统。阵风锋移动速度与母体雷暴移动速度的关系对雷暴的发展与减弱有很好的指示作用。阵风锋前沿有明显的风速辐合,可以触发新的对流单体的生成。两条阵风锋的相遇合并会使得阵风锋加强,更易触发新的对流单体产生。阵风锋愈强,其过境时所引起的风速增大的现象就愈明显。单体质心的快速下降和反射率因子核心的快速下降对地面雷暴大风有很好的指示作用,约可提前半小时预警。     

渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成雷暴天气的诊断特征

对2007年8月13日天津多普勒天气雷达(CIN RAD WSR/98D)探测的雷暴天气个例进行分析,结果表明:此次雷暴天气是由渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成的;碰撞后,在海风锋前端、阵风锋前部有新的雷暴单体形成;阵风锋后部的对流回波主体加强,对流回波主体由椭圆状加强为典型的弓状。应用天津36个自动气象站的地面六要素资料和北京850 hPa以上探空资料,组成新的诊断资料,对该个例进行诊断分析,结果表明:雷达探测的海风锋前端具有较强的低层垂直风切变梯度和露点温度梯度大值区,海风锋前沿与0～3 km垂直风切变梯度密集区相对应,且与露点温度梯度变化较快的区域基本吻合;海风锋与阵风锋相互碰撞时,0～3 km垂直风切变在2 h内变化较快,且有明显的增加趋势,CAPE(convective available potential energy,对流有效位能)值在雷暴形成前有较明显增加;随着雷暴天气结束,上述特征随之消失。     

山东省初秋一次大范围强对流过程落区和抬升触发机制分析

利用常规观测、加密自动站、多普勒天气雷达、风廓线雷达及NCEP再分析资料,对2016年9月11日山东省初秋大范围强对流天气的落区和抬升触发机制进行了分析。结果表明:受高空槽影响,有、无对流区上空大气层结均不稳定,大的对流有效位能(CAPE)与小的对流抑制能量(CIN)环境条件下,强对流云团呈现"遍地开花型",抬升触发成为强对流发生的关键因素。地面辐合线、干线、海风锋、冷池出流是主要的抬升触发系统。由于对流抑制小,抬升强迫一般不需要太强,不同区域雷暴的抬升机制不同,鲁西北地区强对流天气由地面辐合线抬升触发,山东半岛地区的对流是由海风锋与冷锋共同触发,而鲁中地区强对流则由老的雷暴的冷池前沿阵风锋抬升触发,鲁东南地区的对流是由干线与地面辐合线共同作用造成的。辐合线抬升强迫的大小很重要,其量化可通过边界层散度衡量。在同样具备地面辐合线的情况下,不同温湿性质气团的中尺度边界对雷暴触发起关键作用。预报落区的偏差主要是因为短期阶段无法获取低空东南风气流这一关键中尺度系统,不同起报时间模式预报的调整趋势、季节等因素是对流强度预报偏弱的主要原因。经验表明,通过对大量个例的分析研究,提高对数值模式的订正能力是提高预报准确率的有效方法。