关中阵风锋环境场和雷达特征分析

利用高空、地面天气图,宝鸡多普勒雷达资料统计分析了关中地区7例阵风锋天气成因及雷达回波特征。分析表明:西北气流携带的中空干冷平流是强对流发生的有利条件,地面干线是强对流的触发系统,地面气温35℃以上高温且湿度20%～35%是阵风锋发生的有利环境。雷达回波上,阵风锋从初生、发展、加强到减弱的生命史为1～3 h,与雷暴回波由强(≥55 dBz)减弱(≤30 dBz)的过程一致。阵风锋移动速度与雷暴径向速度有直接关系,雷暴出流快速达到最大(17 m/s)时,阵风锋发展达到强盛时段,其强度、长度达到最大;阵风锋移动方向与雷暴移动方向大体一致,呈西北—东南向;少数与主体风暴移向垂直,为东北—西南向。阵风锋在1.5°仰角出现最早,关注识别1.5°仰角阵风锋窄带回波前兆可为发布大风预警提供依据。     

上海地区移动型雷暴阵风锋特征统计分析

文章利用常规天气资料、双多普勒雷达资料、GFS 3 km分辨率分析场资料以及地面自动站资料等,统计分析了上海地区2009-2014年共18次移动型雷暴产生的阵风锋的个例,包括天气背景、温湿环境特征以及阵风锋在雷达图上的特征等。根据阵风锋生成的时段以及与其母体雷暴的相互作用和影响,将移动型雷暴产生的阵风锋分为两类:(1)一类出现在雷暴发展、成熟阶段,阵风锋通常与雷暴保持一定的距离同向运动,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有高悬的后侧人流急流,生命史长达2h以上;(2)另一类出现在雷暴的减弱消亡阶段,出现后即逐渐远离雷暴,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有从雷暴系统后侧倾斜向下正好到达雷暴前侧阵风锋处的后侧人流急流。阵风锋出现后,逐渐远离雷暴运动,大部分阵风锋(12个个例)出现在雷暴移动方向的前侧,与雷暴移动同向,少数阵风锋(4个个例)出现在雷暴移动方向的异侧,与雷暴移动不同向。统计分析结果表明:第一类阵风锋一方面与雷暴同向移动,不断将其前侧低层的暖湿空气抬升,并沿着阵风锋输送到雷暴中去;另一方面,由于较强的垂直风切变和较强的对流有效位能对后侧人流急流高度的维持起到了关键作用,高悬的后侧人流急流和垂直风切变共同产生的正涡度和冷池产生的负涡度平衡,有利于维持雷暴的发展传播。因此,阵风锋后侧的雷暴持续稳定的发展,并在其后侧可观测到雷暴的新生。第二类阵风锋生成后即逐渐远离雷暴主体,仅以孤立波的形式传播,受经过的环境的影响,其后侧的干冷气流的性质逐渐减弱。与雷暴同向运动的阵风锋切断了暖湿气流向雷暴的输送,不利于雷暴的发展;同时在弱-中等切变和弱-中等对流有效位能的环境中,从雷暴后侧向前侧倾斜向下的后侧人流急流和冷池共同产生的负涡度强于垂直风切变产生的正涡度,强冷池前沿的上升气流向后倾斜,不利于新对流单体的发展,雷暴大都在阵风锋出现2h内消亡。     

陕西两次阵风锋的多普勒雷达和自动气象站资料分析

对2004年7月发生在陕西中部的两次雷暴系统产生阵风锋的多普勒雷达观测和自动气象站资料进行了分析,结果表明:阵风锋位于雷暴前部10~50 km处,呈弧状;阵风锋的水平尺度为50~100km,宽度3~5 km,回波强度15~25 dBz,生命史1~5 h;阵风锋的典型速度为10 m.s-1;阵风锋过境时地面温度下降,风向转变、风速突增的现象明显;阵风锋的强度取决于雷暴的强度,雷暴群产生的阵风锋生命史更长;阵风锋对近距离的单体雷暴有显著的负反馈作用,对雷暴群的负反馈作用不明显;多普勒雷达径向速度场对阵风锋有较强的预报能力。     

北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析

为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征,使用2006—2015年暖季（5—9月）北京多普勒雷达探测资料及北京、河北、天津自动气象站观测资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明,346次阵风锋过程有232次触发了对流,占总数的67%,表明阵风锋对雷暴具有较强的抬升触发能力。阵风锋在6—8月出现的日数占5—9月阵风锋总日数的85%;出现的时段主要是午后至傍晚（12—21时,北京时）,维持时间0.5—3 h;阵风锋在北京东南方向生成的数量最多,且触发对流的次数也最多;其次为偏东和东北方向;偏南和西南方向生成阵风锋数量居中,而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对较少,触发对流的比例也相对较低。产生阵风锋的母风暴中48%为孤立雷暴（包括孤立多单体和超级单体风暴）,31%为雷暴群,21%为飑线;97%的母风暴最强回波在50 dBz以上,阵风锋的回波强度为10—25 dBz。91%的阵风锋移动速度集中在10—60 km/h,84%的阵风锋与母风暴的最大距离为1—60 km;在母风暴回波强度减弱到30 dBz以下时,80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2 h。阵风锋母风暴向东南方向移动的个例最多,从阵风锋和母风暴移动方向的关系来看,阵风锋与母风暴移向一致的情况占比最高,为32%,其次为母风暴无移动及阵风锋弧形扩散情况,各占17%;阵风锋与母风暴移向相反情况所占比例最低,只有3%。最后统计了阵风锋经过地面自动气象站时,自动观测量的变化情况。结果显示,阵风锋在经过地面自动气象站时会造成风速增大、温度降低、相对湿度增大、气压升高。      

山东中西部地区雷暴大风天气气候特征

利用实测资料和历史天气图，统计分析了1980－1997年山东中西部地区雷暴大风天气的气候规律、天气系统特点以及雷达回波特征，对其中12次强雷暴大风个例的相关物理量参数和能量、环境风分布进行了分析，总结出了产生雷暴大风的前期天气系统特征及预报指标。     

三次雷暴导致的阵风锋过程分析

利用多普勒天气雷达资料和自动站资料对2012年5月16日江苏、6月9日京津冀地区以及7月10日河北的三次阵风锋过程进行综合分析。结果表明：持续下沉的冷空气形成雷暴高压是阵风锋产生的直接原因。雷暴高压形成过程中,一方面,下沉气流在较小区域内迅速堆积形成雷暴高压,另一方面,新旧单体不断更替,风暴内稳定的下沉气流使雷暴高压发展。雷暴高压内强辐散气流与环境空气形成阵风锋。随着雷暴高压的移动和增强,阵风锋向前移动和增强,当雷暴高压减弱,阵风锋也逐渐消亡。温度梯度与气压梯度越大,瞬时大风越强,阵风锋也越强。阵风锋产生的瞬时大风与窄带回波的强度值不一定成正比。中层径向辐合对阵风锋产生有提前预示作用,提前量为半小时左右,辐合持续时间越长,阵风锋生命史越长。     

关中一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用雷达、探空和自动站等观测资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2018年7月26日关中地区快速发展移动的强对流天气进行研究,重点分析了出流边界在对流风暴局地生成、快速发展中的作用。结果显示:26日上午关中东部地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定,低层强的偏南气流及暖平流;午后秦岭山区对流云团下山过程中和西安南部多个对流单体合并加强,形成强的冷池和雷暴高压,激发出阵风锋,阵风锋是本次强对流天气的触发机制;雷达图上新的对流单体在阵风锋前径向风风向切变最大处触发,大风天气出现在阵风锋后部强的反射率因子梯度区;阵风锋位于冷池前沿,两者的发展演变密切相关,雷暴合并补充加强了冷池强度,有利于阵风锋及强对流天气维持较长时间;边界层风向与阵风锋移动方向相反,而边界层以上的风向与之相同是阵风锋触发的对流风暴维持发展的一个因素。     

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。     

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。     

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明：阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。     

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。     

春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

利用NCEP再分析资料、探空资料、闪电定位资料和南京、常州多普勒雷达资料,通过对比分析南京2012年2月22日春季雷暴和2011年8月10日夏季雷暴两次过程,研究不同季节影响雷暴发生的大气结构以及强弱雷暴地闪特征的差异。结果表明:风矢位温(V-3θ)图揭示的大气动力热力水汽特征能够为雷暴的潜势预报提供先兆信息。两者相较而言,春季雷暴的动力抬升作用明显;夏季雷暴主要由热对流引起,对流层上层的动力抽吸作用不明显。春季弱雷暴正地闪在总地闪中所占比例较高。无论春季弱雷暴还是夏季强雷暴,地闪落点与辐合区对应关系明显,且地闪的落点也与雷达反射率因子有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 d Bz)及其外围区域。但在较强雷暴云的发展阶段,地闪多发生在风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用,夏季强雷暴地闪簇集在垂直风切变区域。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

VDRAS产品在奥运气象服务中的应用

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味着降水要减弱。应用风廓线和自动气象站资料对VDRAS的信息做检验,表明在0.18～1.6km高度上风向基本一致,但是风速有时偏小2m/s;1.6～2.8km高度上,风向和风速大体一致;2.8～3.5km高度上,风向基本一致,但风速有时偏小2m/s。VDRAS气温高于地面自动站的气温约3～4℃。     

常州雷暴的气候特点及多普勒雷达回波特征

利用常州基本观测站1952-2007年长序列的雷暴观测资料和多普勒雷达回波资料,采用数理统计和小波变换方法,对常州雷暴的变化规律、周期特征以及雷达回波特征进行了分析.结果表明:(1)雷暴日数年代际间差异显著.(2)雷暴年际变化很大,最大值为最小值的5.9倍;雷暴日数总体呈显著减少的趋势.(3)夏季为雷暴高发季节,占总雷暴日数的66.8%.(4)月际变化差异大,雷暴集中出现在4-9月,其中7、8月为雷暴高发月.(5)从日分布来看,傍晚出现次数最多,其次为下午,上午出现最少.(6)常州年雷暴日数分布主要表现为12a(年代际)震荡周期贯穿在整个56年里;1952-2004年存在着非常明显7a左右的次周期特征;1968-2007年还存在3～4a的小周期特征.(7)常州雷暴的雷达回波基本反射率因子一般在30～65dBz之间,回波顶高为6～17km.(9)常州雷暴雷达回波移向主要有五类:西南东北向、东南西北向、西北东南向、旋转、局地生成.另外对常州雷雨大风和冰雹进行了统计分析,发现:7月为雷雨大风最高发月;5月和7月为冰雹最高发月.     

四川盆地暖区暴雨的雷达回波特征及分类识别

暖区暴雨强度大且降水集中,可造成严重气象灾害。利用四川盆地实况降水和7部天气雷达资料,分析了2012—2017年28次暖区暴雨过程的降水特征,按超过20 mm·h-1降水站数的突增,将暖区暴雨的雷暴群分为初生阶段和成熟阶段,根据不同降水类型成熟前后的雷达回波特征,将雷暴群分为3种类型,3类回波特征差异明显,雷暴的长时间生消、合并以及传播作用使暖区暴雨降水强度大、范围广。在28次暖区暴雨过程中,四川盆地西北部出现次数最多,持续时间最长,回波基本呈现东北—西南向,与四川盆地西部龙门山脉走向基本一致,地形（产生偏东风）抬升在暖区暴雨的发生发展中起关键作用。对3类雷暴群质心高度、顶高、最大回波强度等要素的统计显示,不同类型雷暴群在初生阶段和成熟阶段的概率密度曲线存在双峰和单峰等结构特征。利用雷暴群的多个参数构建暖区暴雨分类识别的特征向量,并采用随机森林机器学习方法进行识别,取得较好效果。