2013年湖南首场致灾性强对流天气过程成因分析

应用湖南多部雷达和探空资料、中小尺度自动气象站资料、南岳高山站逐时观测资料及LAPS局地分析资料,对2013年3月19日湖南首场致灾性强对流天气过程的成因进行综合分析,并探讨强冰雹和雷暴大风预警着眼点及其可预警性。结果表明:强对流发生前,近地面晴空辐射增温、对流不稳定层结、强的垂直风切变、强温度梯度直减率以及近地层较好的水汽条件为强对流风暴发生发展提供了良好的潜势条件;中低层冷平流、地面中尺度辐合线、能量锋和露点锋以及近地面层弱辐散、中低层强辐合、高层强辐散的动力耦合结构是强对流发生的有利天气背景,中低层冷空气是这次强对流过程的触发机制;强对流风暴的前期以超级单体风暴和多单体风暴为主,超级单体风暴东移北上过程中与湖南西部不断新生的对流回波结合后发展成飑线,飑线维持、发展过程中出现"弓形"回波、中层径向辐合(MARC)、低层辐散、速度大值区等特征;在短临预警服务中,中低层明显的钩状回波结构、持续偏高的反射率因子和垂直积分液态水含量(VIL)值为靖州强冰雹预警的发布提供了有效依据,而低仰角距离地面1 km内的径向速度大值区(大于20 m.s-1)则为道县雷暴大风预警提供重要参考。     

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。     

云南中部一次出现多个超级单体雹暴的强对流过程环境场和雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达、NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2017年8月23日云南中部地区一次强对流风暴的环境参数和雷达回波特征进行分析,结果表明:此次强对流风暴发生在台风低压前侧、中高纬冷槽后部的强不稳定层结背景下,地面辐合线和强垂直风切变有利于对流风暴的维持和加强。强对流风暴受地形影响较为明显,共激发形成6个超级单体或类超级单体,在超级单体发展成熟前10 min,3个降雹超级单体强中心沿地形爬升,未降雹和小雹超级单体沿地形下降。6个超级单体或类超级单体呈现出中气旋或γ中尺度弱涡旋特征,最大速度对转动值超过10 m·s~(-1)时出现不同程度冰雹,冰雹直径15 mm的超级单体在2.4°～3.4°仰角上径向速度值达到中气旋标准,冰雹直径为15～20 mm的超级单体反射率因子质心点较高,回波核前倾,具有悬垂回波、弱回波区、回波墙和三体散射特征,其零速度线后倾,辐合区高度超过- 10℃层,顶部为强辐散区,- 20～0℃层回波最大强度超过55 dBz,50 dBz回波厚度6 km,垂直累积液态水含量(VIL)密度2.2 g·m~(-3)。冰雹直径5～8 mm和未降雹超级单体回波核直立,悬垂回波特征不显著,辐合区高度偏低,辐散区厚度大于辐合区厚度,不同等温层回波强度差别小,但50 dBz回波厚度6 km,VIL密度2.2 g·m~(-3)。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

单多普勒雷达对一次龙卷过程的观测和分析

本文利用泰州S波段多普勒雷达观测资料和探空、地面资料对2013年7月7日发生在江苏高邮的一次龙卷过程进行分析讨论。此次龙卷过程由超级单体风暴引发,环境分析显示高邮地区低层位于急流辐合区,高层位于急流辐散区,有利于对流发展。龙卷发生前具有强对流不稳定度和中等风切变。雷达回波资料分析显示超级单体在成熟阶段出现明显的钩状回波,有界回波区以及悬垂回波的特征。旋转速度最强时,有龙卷产生,之后超级单体进入消亡过程。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

鄂东一次下击暴流天气的中尺度分析

利用自动气象站观测网资料,计算了逐分钟地面散度场,并将散度场等与多普勒天气雷达资料叠加形成综合分析场,对2007年7月27日鄂东地区雷雨大风天气过程进行了中尺度分析。结果表明:地形辐合线对中尺度对流系统(MCS)触发和加强起到重要作用。MCS发生发展期间,多普勒天气雷达上相继有两个弓状回波形成。第一个弓状回波在速度图上因弓状回波移动方向与雷达波束有较大夹角后部入流急流特征不明显,但强度图上有弱回波通道特征;第二个弓状回波沿雷达径向移动,后部入流急流特征明显。武汉地区灾害性雷雨大风是一个强盛的多单体风暴所产生的系列下击暴流造成的,它位于第二弓状回波向前突出的位置。系列下击暴流发生期间,地面附近强辐散峰值与多单体风暴强回波高度显著下降的时间和位置基本一致。除弓状回波特征、后部入流急流、中层速度辐合及回波重心高度下降等特征外,弱回波通道、风暴相对速度图上沿雷达波束方向的正负速度对等也是下击暴流发生的典型特征。     

一次秋季强降水超级单体风暴过程分析

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳定建立的主要原因。(2)超级单体风暴低层强烈的后侧入流,不断为其输入暖湿气流,其前侧为强烈的上升气流,而高空有较强的后向流出。在这种流场的作用下,超级单体风暴的发展得到加强和维持。(3)对流首先在700 hPa相对湿度梯度大值区与地面中尺度辐合线相交处被触发,整个过程中强对流回波出现在地面中尺度辐合线附近,并伴随其东移。东移的地面辐合线与盐城东部局地生成的对流风暴所造成的地面辐散出流相遇,演变为一条新的地面辐合线,地面辐合显著增强,导致短时强降水的发生。中尺度地面辐合线的移动和增强在这次超级单体风暴过程中起到了触发和维持、加强的作用。(4)对流发展初期,地面辐合区对应着未来对流回波生成区域,有很好的超前性;随着对流发展,地面负散度大值区与对流回波区逐渐重合,当散度场出现临近正负散度中心对时,对流发展达到最强。     

一次阵风锋的观测实例和分析

针对2007年3月2日-4日出现在黄土高原干旱地区的一次大范围较强降雨过程,利用常规气象观测资料和多普勒雷达监测资料进行了分析,发现：这次降雨为积层混合云降水,在强度PPI上具有回波范围大,分布较均匀、连续,边缘不规则等连续性降雨回波特征;VIL的变化与降水发生有明显的正相关,对降水过程的发生有一定的指示意义;多普勒径向速度的PPI图像中各个圈层正、负速度值的大小和同一风速值所对应的面积大小可以判断各个高度层风向、风速的辐合辐散;由零速度线的走向可以定性判断辐合辐散与冷暖平流,进而推断降水的生消。通过对此次降水个例的分析,探讨了春季强降雨过程的雷达图像特征,为干旱区春季大面积降水预报积累经验、提供一定的参考依据。     

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。     

贵州镇远“4·17”大风冰雹天气过程多普勒雷达回波特征分析

利用常规实况资料、地面自动站资料和黔东南州新一代多普勒天气雷达资料,对2013年4月17日发生在镇远县城有气象记录以来的大风天气过程进行总结分析,发现:此次特大风灾发生在热低压外围暖区,"上干下湿"的大气不稳定层结、强垂直风切变和对流层中下层(500 hPa以下)大气环境较大温度直减率环境条件下,风暴沿地面辐合线发展东移,在镇远县城特殊的地形强迫作用下,触发大风灾害发生;雷雨大风、冰雹发生前雷达基本反射率因子图上有明显高悬强回波特征、钩状回波、弱回波区和三体散射特征,组合反射率图上存在明显的高反射率因子梯度区,基本径向速度图上存在逆风区和风暴顶辐散,风暴发生前VIL值呈跳跃式增减变化,最大值超过40 kg·m-2,且大于25 kg·m-2的面积呈明显增大现象,这些特征对大风预警具有指示意义。     

新疆天山北坡中部一次冰雹天气成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料和石河子CINRAD／CC多普勒天气雷达观测资料,对2010年7月11日发生在新疆天山北坡中部的一次强对流天气进行了综合分析。结果表明：这次冰雹天气发生在巴尔喀什湖低涡的环流背景形势下,较好的水汽条件、对流不稳定条件、0oC层和-20℃层的适宜高度以及较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展,同时山区和平原交界处的地形和热力不稳定作用对对流风暴的触发和发展成为冰雹云有着重要的作用。通过对多普勒雷达PUP产品的分析得出：这次强对流天气在组合反射率因子（CR）图出现了中心强度为63dBZ强对流单体和大面积〉50dBZ的强回波区;在反射率因子剖面（RCS）上表现为60dBZ强回波区的高度已达到5km,50dBZ强回波区的高度达到7．3km,整个回波顶高度达到12km的强回波墙,十分有利于冰雹的形成;在冰雹发生前期,平均径向速度图上出现了中气旋,促使对流风暴单体加强和维持;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;垂直累积液态含水量的跃增及其密度〉3．5g／m3十分利于冰雹的产生。     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率（DBZM）≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量（VIL）和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现＂POS＂报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。     

山东两次强对流天气雷达特征及环境场对比

利用常规地面和高空观测资料、加密自动站资料和多普勒雷达资料,对2016年6月山东两次强对流天气的雷达特征、环境条件等进行了对比分析,结果表明:6月14日强对流天气主要是横槽转竖引导冷空气南下引起,6月30日强对流天气发生在高空槽前、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,地面辐合线是两次过程的触发机制。6月14日垂直风切变和风暴承载层平均风均比30日大很多,致使14日的超级单体风暴持续时间更长、强度更强。风暴相对螺旋度的大小对强对流天气强弱程度有指示意义。两次过程都在地面辐合线附近生成,都具有中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等雷达特征,不同的是14日具有倒V形缺口、中层径向辐合、冰雹散射和钩状回波等特征,30日具有窄带回波、径向速度大值区等特征。两次过程都出现了弱旋转对应地面都带来小冰雹天气,这在预报业务中值得注意。两次降雹与风暴单体高度及强度、垂直累积液态水含量及密度、中气旋厚度、最大切变和持续时间密切相关。     

一次长生命史超级单体降雹演化机制及双偏振雷达回波分析

2019年3月21日一次长生命史超级单体导致浙江省中部多个县(市)降雹,为了研究超级单体得以长时间维持的环境背景及其云物理特征,利用常规资料以及宁波S波段双偏振雷达数据,结合粒子相态识别算法,对此次过程的演变进行了分析。结果表明:高空槽前、850 hPa切变线附近和地面冷锋为超级单体提供了合适的环流背景;风暴传播区域对流有效位能的增加、风暴承载层的平均风向与风暴移动方向相近、风速大、对流风暴沿地面假相当位温梯度大值区向东传播及沿海强垂直风切变,导致中气旋旋转速度和旋转厚度的增加,这些都是对流风暴长时间维持的原因。通过此次降雹单体风暴结构分析发现:整个生命史对流发展非常旺盛,最大反射率维持在60 dBz以上,风暴顶维持在8 km以上,风暴质心高度出现的三次明显波动,对应三次降雹过程。垂直累积液态含水量(VIL)跃增量虽不及传统指标,但结合垂直累积液态含水量密度(VILD)、VIL最大值及最大反射率因子大值区,对冰雹业务预报有指示作用。通过降雹单体双偏振特征分析发现:冰雹下落过程中的翻滚现象,导致差分反射率(Z_dr)值接近0 dB,水平和垂直偏振波差异导致三体散射特征(TBSS)根部Z_dr大值区的出现;冰雹降落融化产生的外包水膜现象,使其Z_dr值增大,相关系数(CC)值减小;通过偏振参数Z_dr和CC特征,有助于识别高空大冰雹;超级单体的有界弱回波区(BWER)附近的Z_dr柱不仅可指示上升运动,同时对降雹单体不同的成长阶段具有指示作用。     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

鲁西北地区一次秋季强对流天气的雷达识别分析

利用SA雷达探测和高空探空资料,结合防雹作业数据和灾情信息,对2016年9月11日发生在鲁西北地区的强对流天气过程中两个对流单体进行雷达识别分析。结果表明:两个对流单体发展迅速,在4-7个体扫(约25-45min)内,垂直液态水含量(VIL)分别跃增了27kg·m^-2、16kg·m^-2,达到64kg·m^-2、57kg·m^-2;在反射率因子图上都具有典型的冰雹回波特征:存在较明显的强回波墙、回波穹窿、有界弱回波区;实施防雹作业后,对流单体回波顶高、VIL、风暴质心高度、冰雹概率、强冰雹概率等指标持续下降,进一步证实了开展防雹作业可有效地减小降雹灾害。     

河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度分析产品和雷达资料对2013年8月1日凌晨发生在河南省西部、北部的一次致灾强对流天气过程进行分析.结果表明:这次强对流是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,较大的垂直风切变出现在强对流发生后,可能与强对流天气产生时间较晚有关;地面辐合线是这次强对流产生的触发机制,强对流发生在地面等温线和等露点线的密集区内.云图亮温的低值中心对应地面的强雨区.1日凌晨,对流回波东移加强,先后形成的两条弓形回波,均存在明显的低层弱回波区和中高层的悬垂回波结构,大风发生在弓形带状回波后侧;对流回波带低层有很强的西南风急流,使得强对流回波形成弓形带状回波;强回波带的前沿速度场上,有中尺度辐合线、辐合区、逆风区存在,它们的出现和维持是产生局地强降水的一个有用指标,中尺度系统的存在是强对流风暴产生、维持、发展的必要条件;较大垂直液态含水量的维持为产生强降水提供了有利条件,垂直液态含水量的增减,预示着地面强对流天气的开始和减弱.     

一次飑线天气过程多普勒雷达产品分析及临近预报

为了对飑线这类强天气作有效的预报、预警,同时对临近预报系统的预报效果作初步的检验,利用常规气象资料、自动站资料、多普勒雷达资料,结合临近预报系统分析了2006年8月1日北京地区飑线天气过程.结果表明:飑线是在有利的天气形势下发生的,飑线上强风暴的强度大、高度高;飑线速度剖面图中显示有低层辐散、中层辐合、高层辐散的特征;垂直累积液态水含量迅猛增加到比较大的数值对冰雹预报有很好的指示意义;在冰雹指数产品中以强冰雹概率大于30%作为冰雹预警门限则有较好的效果;边界层辐合线起到了触发对流和加强对流的作用.临近预报系统可作为强对流临近预报的有力工具.