合肥机场一次低空风切变机理分析

应用地面、探空、机场自动观测、NCEP再分析资料、多普勒雷达等资料,重点分析了多普勒雷达数据产品,探讨了机场低空风切变形成原因。结果表明:(1)机场低空风切变的主要原因是γ中尺度对流单体底部的紊乱气流造成,此对流单体由北阵风锋与地面中尺度辐合线交汇诱发生成,多个γ中尺度对流单体迅速消亡后产生的下沉气流加强了地面中尺度辐合线,阵风锋和辐合线引起机场低空风切变的产生;(2)风切变过程发生前,皖北地区为不稳定大气层结,925hPa的风场辐合为强对流天气提供触发机制,流经黄海的偏东气流为低层带来充足水汽,皖北强对流风暴的发展和消亡是北阵风锋发生的根本原因;(3)风暴后侧中层干冷空气的侵入阻碍了风暴前沿上升的暖湿气流,促进了风暴内部冷空气的下沉和垂直动量交换,增强了近地层出流强度,两次强反射率因子核高度的迅速下降是北阵风锋发生的直接原因。     

西南地区低空风切变事件分析

利用2008年3月²011年9月西南地区航空器空中报告,NCEP再分析资料及机场雷达和自动观测资料,对西南地区低空风切变事件进行统计分析,并讨论成都、昆明、贵阳、拉萨和丽江机场低空风切变事件的影响天气系统:西南地区低空风切变事件发生的时间主要集中在春季和夏季,昆明机场风切变事件最多,并且强的低空风切变报告最多,热低压和低空急流是昆明机场低空风切变的主要影响系统,68%的风切变与之有关;拉萨的低空风切变主要受到高空槽过境影响,云贵准静止锋是贵阳机场的主要影响系统;成都机场的低空风切变事件主要是由于对流单体或者雷暴触发的阵风锋引起;利用多普勒雷达能有效检测和预警由阵风锋产生的低空风切变。     

广州白云机场一次微下击暴流引起的低空风切变过程分析

对2017年8月1日在广州白云机场产生的42.1 m/s强阵风成因进行分析,发现此次强阵风是微下击暴流的下沉气流到达地面造成的。利用广州白云机场的地面自动观测资料和C波段多普勒天气雷达资料分析微下击暴流经过机场时地面各气象要素的演变特征以及产生强风切变的对流单体的移动和强度演变情况。分析表明:微下击暴流到达地面后造成了强烈的风速和风向的低空风切变,气压骤升,温度迅速降低,利用高时空分辨率的地面自动观测数据可以发布低空风切变的告警;在微下击暴流产生强地面风前,对流风暴单体的雷达回波反射率强度突然降低、回波顶高减弱,径向速度图上出现了中气旋以及在近地层有强烈的反气旋辐散,可利用多普勒天气雷达发布低空风切变的预警。     

吉林省中部一次局地大暴雨的中尺度成因分析

利用探空资料、常规气象资料、中尺度气象加密观测资料及多普勒雷达回波产品等资料,对2010年7月25日吉林省双阳站局地大暴雨的中尺度系统演变特征、动力、不稳定条件及雷达回波特征进行了分析。分析结果表明：低空中尺度切变、地面中尺度辐合线是本次局地暴雨的主要中尺度系统,850hPa露点锋提供本次局地暴雨的触发机制;局地暴雨发生在较强的对流不稳定及冷空气侵入导致迅速增强的垂直风切变的条件下;暴雨发生前中低空有明显较强的上升运动,冷空气开始下沉入侵形成垂直环流,为暴雨的发生提供了动力条件;雷达回波图上“人”字型回波带合并,其上多个对流单体新生持续经过暴雨区造成强降水,回波带上的逆风区与局地暴雨有较好的对应关系,强回波及逆风区对局地暴雨有较好的指示意义。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。     

成都双流机场“7.9”低空风切变天气过程分析

利用多普勒雷达对2010年7月9日发生在成都双流机场的两次低空风切变飞行事件进行分析,这两次低空风切变过程是由中尺度对流系统（MCS）产生的阵风锋和下沉气流造成的。利用实时的多普勒气象雷达和地面自动观测数据,确定阵风锋的传播方向和速度,估计阵风锋引起的风切变发生的时段和位置;多普勒反射率因子的形态及多普勒速度图像能有效判断下沉气流的区域,对下沉气流造成的风切变有很好的指示和预警作用。     

成都双流机场“7.9”低空风切变天气过程分析

利用多普勒雷达对2010年7月9日发生在成都双流机场的两次低空风切变飞行事件进行分析, 这两次低空风切变过程是由中尺度对流系统 (MCS) 产生的阵风锋和下沉气流造成的。利用实时的多普勒气象雷达和地面自动观测数据, 确定阵风锋的传播方向和速度, 估计阵风锋引起的风切变发生的时段和位置;多普勒反射率因子的形态及多普勒速度图像能有效判断下沉气流的区域, 对下沉气流造成的风切变有很好的指示和预警作用。      

台风尼伯特(1601)残留低压局地大暴雨成因分析

利用常规观气象观测资料、地面自动站资料、NCEP/FNL逐6h的1°×1°再分析资料、多普勒天气雷达和风廓线雷达资料及GPS-PWV资料等,对江苏南通2016年7月11日一次大暴雨到特大暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)该过程发生在台风尼伯特(1601号)残留低压、高空冷涡低槽和副热带高压共同作用的背景下;台风残留低压北侧倒槽顶部大的气旋性曲率和高空槽前减压导致低层苏南附近α中尺度低压生成,台风残留低压并入该低压,使低压发展,气压梯度加大,气压梯度力做功使动能增大,导致低空西南急流形成,利于暴雨发生;α中尺度低压内先后有D1、D2和D3等3个β中尺度低涡生成,其中D3造成了南通地区的大暴雨,中心位于南通大学附近,最大雨强达151.2mm·h~(-1)。(2)南通地区对流风暴触发后,降水的凝结潜热释放增强了对流风暴内的上升运动,促使低空中尺度偏东急流和其左前侧β中尺度低涡D3的形成和发展;之后,中层干冷空气入侵加强了对流不稳定和垂直风切变,使D3右侧多个低质心的γ中尺度单体风暴强烈发展且受低空风影响移动缓慢,强降水得以持续和跃增。(3)风垂直切变突增时间较强降水出现峰值时间早约30min,以及多普勒天气雷达径向速度的低空辐合(辐散)较对流风暴的发展(减弱)明显提前,对临近预报有一定的参考意义。     

广西临桂极端大风天气过程的中尺度特征分析

利用常规观测资料、桂林多普勒天气雷达资料,对2019年3月21日夜间广西桂林市临桂区极端大风天气过程的气象要素变化特征、对流潜势和对流风暴的中尺度特征进行分析。结果表明,这是一次由超级单体造成的下击暴流过程,极端大风出现在最强分钟降水之前,气压在极端大风出现前后变化剧烈;过程发生在冷锋前低空急流前端的不稳定层结下,地面中尺度辐合中心触发对流,在强的风切变环境下迅速发展成超级单体风暴;雷达图上具有前侧入流缺口、后侧弱回波通道、回波悬垂、强中气旋、地面强辐散等特征;雷达提前一小时识别出TVS,在今后的临近预警中值得高度重视。     

台风梅花引发局地特大暴雨的多普勒雷达分析

利用NCEP 1.0×1.0格点资料、常规天气资料和新一代多普勒雷达等资料,分析辽宁省营口市小石棚乡特大暴雨过程的天气背景和中尺度演变特征。结果表明：(1)太平洋副热带高压(以下简称副高)西伸,强热带风暴梅花登陆后转向西北移动,热带风暴东侧的西南气流将海上充沛的水汽输送到辽宁大部,贝加尔湖弱冷空气沿脊前西北气流南下,这是辽宁营口小石棚乡产生局地特大暴雨的大尺度背景。(2) 特大暴雨落区附近探空环境场中存在深厚湿层、狭长的CAPE区域和相对弱的垂直风切变,比较有利于出现强对流降水。(3)强降水发生时, 特大暴雨落区不断有新的中尺度对流单体生成,35 dBz回波反射率因子高度达到5 km以上,低空1.5～2.4 km高度径向速度有24 m·s-1的最大风速区存在, 低空西北急流变化过程与强降水的强弱变化基本同步,中低层暖湿气流呈气旋辐合起到了触发对流和加强对流的作用,中尺度强对流单体不断生成和中低空西北急流输送充沛的水汽辐合抬升是造成小石棚回波强度超过40 dBz达5 h以上主要原因。同时小石棚乡两山夹一沟的山谷地形条件对此次特大暴雨的发生发展也具有重要影响。     

利用多普勒雷达资料识别低空风切变和辐合线方法研究

该文研究了利用多普勒雷达径向速度资料识别低空风切变和辐合线的方法, 讨论了不同的计算“窗口”大小对资料预处理效果和梯度计算的影响, 并对几次强对流天气进行识别、分析。结果表明:预处理采取先中值滤波后滑动平均, 选择合适的“窗口”能在有效去除库间脉动的同时保持中尺度信息; 经过资料预处理后, 从径向速度计算的切变结果与径向速度中反映的中尺度结构比较一致, 能够从这些资料中自动提取辐合和切变的中尺度信息; 强降水回波与风切变高值区位置、变化趋势一致; 垂直切变能够提供径向风场的高低层配置信息; 利用径向速度资料可以实现对风切变和辐合线的自动识别, 为灾害性天气预警、预报提供重要的客观依据。     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17—19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料。在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1)这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2)200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成。在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场。而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压。文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3)在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变。此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4)飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动。这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助。     

新疆地区一次对流性降水的三维中尺度风场研究

利用2004年外场试验获得的乌鲁木齐和五家渠C波段双多普勒雷达资料, 分析了双多普勒雷达风场反演方法和资料的可靠性, 研究了2004年8月8日发生在乌鲁木齐和五家渠的一次强对流性降水的回波和风场中尺度结构及演变过程。结果表明:这两部雷达观测的回波强度相关很好, 雷达基线上的径向速度基本一致, 资料可靠, 适合进行双多普勒雷达观测; Cressman插值的影响半径的变化对风场的中尺度结构基本没有影响, 径向速度误差引起的风场反演误差与该点所处的位置有关, 1 m/s径向速度误差也不会改变风场的中尺度结构。该过程为对流单体发展为对流带状回波的过程, 在对流单体的左侧生成新的对流单体, 逐步发展为长度约90 km范围的带状对流系统, 该系统恰与较强的东北风和较弱的西风形成的辐合相对应, 上升气流与强对流回波相对应, 不同对流单体有各自相独立的风场结构。用双多普勒雷达观测得到对流系统的内部风场有利于了解对流系统的内部动力过程, 从而探讨降水的形成和演变机理。     

基于多普勒天气雷达的低空多普勒速度的切变识别算法研究

低空风切变是影响航空器起飞和着陆安全的重要因素,利用多普勒天气雷达径向速度数据,从风的空间和时间变化上对低空风切变的识别进行了研究,并利用一次飑线过程和一次低空急流过程的资料对识别算法进行了验证。识别算法的核心是分别计算二维合成风切变、垂直风切变和时间风切变。在计算二维合成风切变时,先利用风切变强度因子自适应地选择拟合“窗口”的大小,再利用最小二乘线性拟合方法,得到水平风切变。结果表明:自适应多尺度最小二乘法得到的合成风切变,在低空风切变识别效果、切变连续性和边缘数据处理等方面都优于我国多普勒天气雷达的PUP合成风切变;垂直风切变反映了雷达径向速度的高低空配置情况;时间风切变可提供径向速度随时间的变化情况。算法还可应用于民航机场低空风切变的识别和预警。      

江苏一次大暴雨过程的诊断与中尺度分析

利用FY-2E卫星TBB资料、加密自动气象站资料、多普勒雷达产品、NECP格点资料,对2010年7月12—13日发生在江苏沿江地区的一次大暴雨过程进行了诊断和中尺度分析。结果表明:此次大暴雨过程是在有利的大尺度环流形势稳定维持下发生的,强度大、中尺度特征非常明显;高空辐散低空辐合的有利配置和垂直螺旋度是此次暴雨过程的动力机制;非地转风和垂直环流圈的上升支气流触发了不稳定能量释放,激发了暴雨过程;正反环流圈不断地加强和补充暴雨所需的水汽和能量,使暴雨得以维持;10个中尺度雨团的频繁活动直接造成了此次暴雨。其中,起重要作用的是合并而成的A、B雨团,雨团的合并使雨区扩大、雨势更强、生命史更长;3个β-MCS是造成此次暴雨的中尺度对流系统,与雨团发展直接相联系的是≤-62℃,甚至≤-72℃的冷云盖。1号β-MCS影响时段内,由多个对流单体回波合并形成的块状对流回波。3号β-MCS影响时段内,对流单体回波合并后形成一条东西向带状回波,在径向速度场上则出现了逆风区特征。地面中尺度辐合系统与雨团的发生发展关系十分密切,且对雨团的发生发展具有一定的预示作用。     

一次中尺度对流风暴成因及CINRAD回波特征分析

用常规天气图、云图和CINRAD资料，分析2005年3月22日影响华南地区一次中尺度对流风暴过程，揭示中尺度对流风暴的环流背景条件及其成因：500hPa槽前西南急流和850hPa低涡切变东移南压及低空西南急流为对流风暴生成发展提供了有利条件；边界层华南西部低涡切变系统和地面中气旋及冷空气南下影响的共同作用是此次对流风暴的触发机制。该风暴的发生发展过程是在中等偏强的垂直风切变条件下，有利于发展成组织性完好的对流风暴。CINRAD回波结构及特征有：此次中尺度强对流风暴反射率因子表征为飑线回波带，强回波区呈弓状，其后侧有弱回波通道，预示有灾害性大风；弓状强回波头部及其带上出现了中气旋；径向速度图有逆风区及风暴相对径向速度图上有辐合区出现，在弓状回波头部有气旋性辐合等特征。分析结果有助于对流风暴的探测和预警预报服务工作。     

一次冷锋大暴雨过程的多普勒雷达观测分析

2003年6月22—23日受冷锋和低空急流影响, 湖北省东部地区出现了一次区域性大暴雨过程。用每6 min一次的武汉多普勒雷达资料, 详细分析了冷锋和低空急流天气系统在多普勒雷达径向速度PPI、速度垂直剖面VCS和速度谱宽产品上的主要特征和演变特点。结果表明:PPI上冷锋对应一条径向速度辐合线, 由于多普勒雷达所测的是径向速度, 辐合线在向雷达站移动过程中出现逐渐“变短”的现象。因在冷锋附近低层的风垂直切变相对较大, 多普勒雷达所测的速度谱宽很大, 这一特征对确定冷锋的位置很有帮助。中尺度低空急流在PPI速度图上表现为有较大径向速度切向梯度的大风核, 且距离雷达站越远这一特征越明显。在上述分析基础上, 还结合地面逐时雨量资料等分析讨论了产生暴雨中尺度对流系统的传播与冷锋和低空急流的关系。     

山东半岛典型冷涡暴雪个例对流云及风场特征的观测与模拟

利用卫星云图、 多普勒天气雷达资料、 常规观测资料和MM5模式模拟结果, 分析了2005年12月4日典型冷涡造成山东半岛暴雪的云带变化、 对流单体的生成与发展、 低空急流特征及雷达强回波带的变化特征。结果表明： 冬季冷涡携带强冷空气南下, 经过渤海暖湿下垫面后影响山东半岛时, 卫星云图上从渤海到山东半岛可以清楚地分析出造成暴雪的西南-东北向结构特征的横向云带; 雷达图上, 在渤海到山东半岛形成一强降雪回波带, PPI径向速度图上可清楚地分析出暴雪区的低空急流和中尺度对流的低空辐合, 雷达径向速度垂直剖面反映暴雪产生在零速度线附近和低空急流的存在; MM5模式模拟结果显示： 暴雪发生时山东半岛在1.5 km存在低空急流, 水平风的时间-高度垂直剖面反映暴雪发生时干冷空气经过暖湿的渤海海面在700 hPa以下出现暖平流, 垂直上升运动和散度的低层辐合、 高层辐散与雷达图像反映的强降雪回波是相对应的。     

2017年8月6日山东罕见雷暴大风成因分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料,分析了2017年8月6日山东东部地区一次罕见的极大风速达到12～13级的雷暴大风事件。此次过程发生在高空西北气流影响下,中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了有利环境条件。中尺度边界辐合线不断触发新的对流单体,最终形成飑线结构。此次过程10级以上雷暴大风在雷达图上的主要特征包括：近地层显著的径向辐散（速度差≥35 m·s-1）或者大的径向速度（速度绝对值≥29 m·s-1）;较显著的中层径向辐合（MARC）特征（速度差≥30 m·s-1）或者强中反气旋结构（速度差≥31 m·s-1）;中气旋底部高度扩展至2 km以下等特征。     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。