弱垂直风切变下台前飑线不同发展阶段的热、动力特征分析

以2014年7月18日09号超强台风"威马逊"影响期间,发生在湘赣地区的一次台前飑线过程为例,讨论了在垂直风切变明显弱于中纬度飑线情况下台前飑线的生成与发展机制。研究表明:1)在飑线初生阶段,弱垂直风切变与较弱冷池相平衡使得飑线垂直发展,其前部上干冷下暖湿的不稳定环境条件是其发展加强的热力因素;台风倒槽右侧风向水平切变、飑线前侧的阵风锋是其发展的动力条件。2)在飑线成熟阶段,飑线后侧的地面冷池范围变大、强度变强,导致飑线前方的水汽及能量补给减弱;同时飑线后部中层干冷空气入侵加强,飑线上升气流向冷池方向倾斜,垂直抬升条件减弱,不利于台前飑线的发展维持。成熟阶段的这两个特点表明台前飑线由盛转衰。3)在飑线消散阶段,由于飑线远离台风,台风的影响减弱,导致台前飑线水汽和动力条件不足,从而消亡。     

低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。     

冷涡背景下飑线过程统计分析

文章首先给出冷涡的定义,根据其定义,利用2008-2013年4-9月的天气图识别出73个冷涡,然后根据飑线的标准筛选出符合条件的飑线过程。利用多普勒雷达资料和1°×1°6 h的NCEP FNL资料,对飑线的时空分布、移动特征、形成、消散方式以及飑线和冷涡的关系等方面进行详细分析。结果表明:(1)2008-2013年6年共识别出73个冷涡、17条飑线,飑线主要形成于我国江淮流域、华北地区和东北地区。(2)飑线的发生有明显的月变化和日变化,约58.8%的飑线发生在7月,52.9%的飑线发生在午后到傍晚。(3)飑线主要形成在冷涡的南部,在冷涡的不同时期飑线形成的位置有所不同。(4)飑线一部分受西风带系统影响自西向东偏南方向移动,另一部分由西北向东南方向移动,具体移动方向具有不一致性。冷涡背景下的飑线移速较快。(5)本文统计的冷涡背景下飑线过程大都伴随短时强降水,主要形成方式为嵌套区线型(EA型),主要消散方式为颠倒破碎面型(RBA型),EA型飑线多产生于高潮湿环境中。     

广东一次强飑线的地面中尺度结构特征分析

利用广东省2 400余个地面自动气象站的观测资料及广州雷达站的多普勒雷达资料对2016年4月13日广东一次强飑线过程的地面中尺度特征和雷达特征进行了分析,结果表明:(1)飑线在发展旺盛时,沿着飑线方向略落后于飑线处有3个强辐合中心,强中心位于飑线凸起处;辐散区落后于飑线,大风区位于辐散中心前侧梯度最大处。大风区造成的气旋式涡度中心略落后于辐合中心。(2)飑线在地面表现为一条中尺度θ_se锋区。(3)飑线强盛阶段的地面中尺度场上可看到扰动高压处于辐合线顶点后侧偏右区域,扰动高压大小与阵风大小有一定正比关系。扰动低压超前于辐合中心,能作为飑线发展和大风是否出现的判断依据。(4)在飑线的弓形回波阶段的顶点处存在下击暴流,顶点后侧的弱回波通道表明伴有后侧入流急流RIJ,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。     

低层暖平流强迫背景下湖南两次飑线过程对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,对2017年5月11日和6月5日发生在湖南的两次飑线过程(以下分别简称"5·11"飑线过程和"6·5"飑线过程)进行了对比分析。结果表明:(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,"5·11"飑线过程发生前冷平流较明显,"6·5"飑线过程发生前暖湿气流更强盛,副热带高压位置不同导致后一过程水汽条件更好;(2)"5·11"飑线过程中层更干,0℃度层高度更低,有利于出现较大范围雷暴大风和小冰雹,而"6·5"飑线过程自由对流高度(LFC)相对较低、低层湿度更大,则易产生更大强度的短时降水;(3)"5·11"飑线过程产生大范围雷暴大风的环境条件明显好于"6·5"飑线过程,但后一过程因地面倒槽发展、暖湿气流更强、低涡东移使大气对流不稳定增大等原因,更有利于形成局地致灾性大风;(4)"6·5"飑线过程中气旋少且维持时间短,以及垂直风廓线产品(VWP)、径向速度图上雷暴大风特征不够典型,其预警难度更大。     

广西“4·20”暖区飑线的形成及结构

为深入了解暖区飑线的形成机理,利用多种观测资料对2016年4月20日暖区飑线过程的环境条件、形成及飑线的结构进行深入分析。结果表明:(1)高空槽前滞留的冷温槽利于产生强的对流不稳定,飑线发生前期低层强烈暖湿平流对建立静力不稳定起主导作用;(2)探空显示广西南部的环境条件更有利于对流的强盛发展和组织化加强;(3)近地面冷池出流与低层环境风场相互作用是飑线发展和维持的主要机制,飑线朝着其前方1 h负变压中心发展。此次飑线是具有前导对流线和尾随层状云区的飑线系统,以离散性传播为主。     

华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析

利用2012—2015年3—9月华南地区的雷暴大风和雷达数据,挑选了华南地区20次典型飑线过程并进行统计分析表明:华南地区的西风带飑线出现于春季和初夏,台风飑线出现于盛夏;3—4月的西风带飑线一般在凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,而7—9月的台风飑线一般在中午或下午开始发展,前半夜趋于减弱。挑选了4次西风带飑线过程和4次台风飑线过程,使用2012—2014年的NCEP物理量分析场,在考虑季节变化的基础上分析两类飑线各种物理量的异同点,结果表明:西风带飑线850 hPa与500 hPa的温差较大,台风飑线则是925 hPa与700 hPa的温差较大;西风带飑线低层暖平流较强但中层不明显,台风飑线相反;在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间的变化为显著负值,台风飑线则不明显;西风带飑线的高层辐散和低层辐合较台风飑线更强;台风飑线925 hPa的相对湿度较西风带飑线小,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa以干平流为主而925 hPa以湿平流为主,台风飑线则相反。对两种飑线过程进行对比分析表明,雷暴高压的持续加强、扩大及相应冷池的扩大导致西风带飑线的不断加强发展,而台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的等压线锋区可能对回波的生成和前期发展有重要作用。      

陕西2次强飑线天气卫星云图特征分析

通过对2003和2004年6月发生在陕西的2次强飑线天气的卫星云图特征进行分析,发现影响陕西的2次强飑线天气均出现在冷涡云系后部的晴空区,单个云团的水平尺度最大约在200~250km左右,16—18时为飑线最强盛阶段。飑线云带距冷涡云系后边界的距离,是影响强飑线天气降水强弱的一个因素。对此类灾害性天气的预报有一定指示意义。     

利用风廓线雷达资料分析大理机场飑线天气过程的风垂直变化特征

飑线天气现象是航空气象中危险和复杂的天气现象之一,2018年大理机场出现两次飑线天气过程,利用风廓线雷达资料和航空气象地面观测资料,分析两次飑线天气过程的风垂直变化特征。结果表明:(1)在飑线天气过程开始前2～4 h,从底层到高层均出现明显的上升运动,飑现象开始前后,上升运动和下沉运动同时存在,为大气中垂直热交换过程提供了有利条件;(2)飑线天气过程存在垂直风的水平切变及垂直切变,反映了强烈的对流发展,发展到离地高度5000 m以上;(3)飑线天气过程存在径向速度突变增大、谱宽变宽和单波束径向速度折叠现象,说明本场出现的是风雨交加的强对流天气;(4)高空到地面存在湍流运动,能量交换频繁,气流紊乱。     

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。     

广东地区一次飑线过程的地面雨滴谱特征分析

利用3台二维视频雨滴谱仪(2DVD)、广州S波段双偏振雷达以及C-FMCW雷达资料,分析广东地区2017年5月8日一次飑线过程不同降水部位的雨滴谱特征。根据雨强随时间变化,区分对流降水区,同时以对流降水区为分界线,将此次飑线过程划分为飑线前部、飑线中部和飑线后部。结果表明,飑线不同降水部位雨滴谱特征存在明显的差别。飑线前部,粒子谱分布变化剧烈,中小粒径的粒子居多,粒子数浓度较飑线中部偏低;飑线中部,粒子分布较分散,中等粒子比重较高,粒子数浓度最高,雨强的增加主要与雨滴数浓度有关;飑线后部,降水粒子分布较集中,且以高浓度中小粒子为主。另外,还研究了μ-Λ关系和Z-R关系。μ-Λ之间存在较好的二项式关系;不同降水部位Z-R关系差异较大,分别为Z=8.94R2.70、Z=526.98R1.22和Z=467.56R1.42。飑线不同部位雨滴谱演变特征存在一些明显差别,同时,同一部位不同空间位置也存在着一定的差异。      

相同季节和相似区域华南两次飑线过程比较分析

利用常规观测资料以及广东省中尺度自动气象站资料、多普勒天气雷达产品、风廓线雷达资料、卫星云图以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对分别发生在2016年4月13日和17日的华南两次飑线过程(前者简称"4.13"飑线,后者简称"4.17"飑线)的特征及其差异进行了分析,重点探讨了相同季节、相似区域不同飑线过程对同一地区所带来的灾情影响差异较大的原因。结果表明:(1)两次飑线发生的环流背景相似,但后期对广东的影响差异较大,"4.13"飑线影响范围小而强,其进入广东境内发展成弓形回波;"4.17"飑线范围大而相对较弱,其进入广东境内后逐渐减弱。(2)"4.13"飑线过程存在有利于其发生并增强的前倾槽结构和较强垂直风切变;"4.17"飑线过程下游地区有冷空气浸入,不利于强天气发生。(3)低层暖平流及中层干冷空气下沉造成"4.13"飑线过程强不稳定层结,在广州附近形成气旋性中尺度辐合线有利于飑线在此加强。(4)两次飑线过程造成地面大风的原因不同,"4.13"飑线大风由弓形顶下击暴流产生,后部入流很强,强回波质心高;"4.17"飑线大风由普通超级单体造成,回波质心较低,雨滴的重力拖曳作用较小,致使地面雷雨大风强度相对较弱。     

一次飑线过程的雷达观测和数值模拟分析

利用NCEP再分析资料、国家级自动气象站降水资料、武汉探空和多普勒雷达回波资料,借助WRF模式,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境场分析和数值模拟研究。结果表明:此次飑线发生在弱的垂直风切变和强对流不稳定环境下。飑线形成阶段,系统内存在左、右2条强对流回波带。对不断发展增强的左支回波带进一步模拟发现:初期,环境风垂直切变较弱,飑线前部强不稳定能量是飑线新生单体不断发展加强的主要原因;此后,不稳定能量逐渐释放,垂直于飑线系统水平动量的垂直逆梯度输送使得与飑线发展方向平行的对流层低层风垂直切变增强,为飑线发展提供动力条件。在飑线发展过程中,新生单体不断在对流区前沿触发加强以及对流单体合并与增长使得飑线系统得以长时间维持,而成熟单体减弱为后方的层状云降水区,正是单体的生消交替保证飑线系统向前传播。     

“0607”飑线过程的多普勒雷达回波分析

1引言 2005年6月7日15时后，受地面冷锋影响，吉林省自西向东有一次飑线过程。三小时内乾安降水量为10．0mm并降冰雹、前郭14．0mm、长岭18．0mm；农安一小时内温度下降9．0℃、长春下降8．3℃、榆树下降8.5℃；气压平均升高2．0hPa。本文对多普勒雷达资料及导出产品进行分析，发现该次飑线过程中，西北气流及西南气流的转变特征，在多普勒速度图上反映明显；而风廓线等导出产品则从侧面对测站上空的风场演变情况、飑线回波顶高等的变化情况有一定的反映，有较好的实用价值。     

滇南飑线的发生环境及其多普勒雷达回波特征

通过对NCEP资料、常规气象资料和CIND3830-CC多普勒雷达观测资料的统计分析,归纳出滇南普洱市2004—2009年18次飑线发生前的天气形势及物理量场特征、飑线的时间分布特征、飑线的移动路径等。总结了飑线在多普勒雷达图上的基本结构、飑线中强对流单体的基本反射率特征、径向速度特征及天气对应关系,并分析飑线中回波单体的结构与灾害天气类型的对应关系、垂直液态水含量(VIL)的变化与飑线中冰雹的相关关系等。根据灾害类型和飑线中单体的结构将飑线分为5种类型,对飑线的短时临近预报有指导作用。     

一次飑线引发的大风强沙尘暴诊断分析

利用常规探测、地面加密观测、T213数值预报产品和FY-2c/2d红外卫星云图资料,对2008年5月2日河西走廊东部飑线引发的大风强沙尘暴过程进行了天气动力诊断和中尺度分析.结果表明:飑线引发的强风暴是产生强沙尘暴的根本原因.河西走廊东部处在不稳定大气层结中,500hPa阶梯短波槽为飑线提供了大尺度环流背景;700hPa变形场是飑线的触发系统;地面热低压的发展加大了冷锋前后的气压和温度梯度,为对流发展提供了热力不稳定条件;高空急流对于飑线的生成、发展具有重要的作用.     

山西秋季一次飑线过程的云图特征及维持机制

利用Himawari-8卫星红外、水汽云图和FY-2E卫星可见光云图资料,以及多普勒天气雷达拼图和常规气象站、自动气象站、高空观测资料,对2017年9月21日发生在山西境内的一次飑线天气过程进行云图特征及维持机制分析。结果表明:(1)蒙古冷涡是本次飑线过程的大尺度天气影响系统,地面冷锋东移至不稳定潜势区触发了飑线云系的生成;高低空系统配置结构的转变及地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度气旋和辐合线,是飑线发展和维持的机制;对流云团在地面冷锋与850 hPa切变线之间合并发展,地面中尺度高压与低压的发展促使气压梯度增大,导致飑线增强,是飑线过境时地面大风形成的原因。(2)初生阶段,飑线形成于云顶亮温低值区后侧梯度大值区、云顶纹理粗糙区、干湿边界偏湿区一侧,冷云盖略超前于飑线;发展阶段,飑线回波在云顶亮温低值区加强,并沿着亮温低值中心移动的方向移动;成熟阶段,飑线雷达回波与云顶亮温低值区重合。(3)弧状云线、上冲云顶和对流云带一侧的暗影是对流云团加强发展的前期征兆。     

一次强飑线及飑前中小尺度系统特征分析

使用常规天气、灾情、自动站、卫星云图、雷达回波和风廓线雷达等资料,采用统计对比分析和特征提取等方法,对2012年4月10日强飑线天气系统进行分析和研究,结果表明:(1)此次强飑线是由若干个倾斜深厚对流单体所组成,具有紧密排列的回波带结构。(2)云图上表现为中尺度对流系统(MCS)结构特征,随着MCS东移降水冷却、西南气流输送暖湿空气和午后地面温度不断升高,地面开始形成温度梯度较大的温度锋区。(3)飑线形成前期,MCS南侧出现多条平行短带"梳状"回波特征,并在其南端不断产生对流单体回波,最后发展成飑线回波带。(4)飑线移动前方不断产生具有"前伸"、TBSS和假象回波结构的局地雹云超级单体回波群,这些飑前中小尺度系统是产生此次冰雹灾害的主要回波系统。(5)5 min风廓线雷达资料在前期阶段,能够观测到西南急流的演变情况,包括急流中的大风区。(6)当飑线系统临近时,受飑线中尺度环流的影响,飑线移动前方具有较强的上升运动,且伸展高度可以达到6000 m,但垂直速度、Cn~2和SNR都较小;当飑线系统过境时,具有很强的水平风切变,受到强降水的下曳作用,垂直速度、Cn~2和SNR都明显加大;飑线系统过境后,恢复到前期阶段。     

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。     

九岭山地形对弓形飑线形成影响的模拟分析

基于GSI-3DVar同化系统,将多部多普勒雷达径向风和反射率资料同化进入初始场,利用WRF-ARW模式对2016年4月16日发生在江西省西北部的一次飑线天气进行数值模拟,以分析九岭山地形对飑线形状演变的影响及其原因。结果表明：1） 真实地形下的试验基本再现了飑线在经过九岭山东移下山过程中由直线形演变成弓形的情景,而将地形高度减半后飑线未能由直线形演变成弓形,地形直接影响了飑线形状的演变。2） 九岭山地形影响飑线系统的近地面冷池和后侧入流急流的强度,其中九岭山地形存在时,气流下山增强,飑线后侧对流层低层形成强后侧入流急流,且形成近地面冷池,有利于飑线由直线形演变成弓形。若九岭山地形不存在时,后侧入流急流明显减弱,近地面冷池强度也有所减弱,飑线未能由直线形演变成弓形。