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。     

低纬高原地区南支槽强降水中尺度MCS系统的模拟与分析

选取2002年5月11～13日云南地区的一次南支槽强降水过程，利用MM5非静力中尺度数值模式对这次降水过程进行了数值模拟，利用模式高分辨率的输出结果分析了这次强降水中尺度对流系统的结构特征。分析结果表明：强对流系统的低层环境风场为西南和东南气流辐合，高层则为一致的槽前西南气流。低层强正涡度暖湿气流辐合上升区紧邻辐合线的西南侧，槽前西南暖湿气流在辐合线附近冷空气的作用下辐合上升，形成强降水，强降水落区位于低层700hPa强正涡度暖湿气流辐合上升区的西南侧。对物理量要素的时间演变分析表明：在对流发展初期，沿辐合线的正负涡度、辐合辐散、上升与下沉运动在垂直方向和水平方向上相间分布，呈多个模态；当对流发展较强时演变为单一模态分布，即辐合线附近低层为正涡度辐合气流上升区，而高层为负涡度辐散气流下沉区。其中低层辐合较为浅薄，位于地面到600hPa高度，而正涡度和垂直速度较为深厚，可以从地面向上分别伸展到400hPa和200hPa高度。研究还揭示了低纬高原地区中尺度对流辐合系统的垂直轴线随高度向辐合区东北侧（高纬度地区）倾斜的特征，这是低纬高原地区南支槽强降水中尺度对流系统与其它切变线、准静止锋和低涡等中尺度对流系统不同的最主要特征之一。     

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对山东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展, 辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高层冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明：1）此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统（persistent elongated convective systems,PECS）和1个β中尺度持续拉长状对流系统（meso-β-scale PECS,MβECS）发生发展造成的。2）与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3）物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4）低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

东北冷涡背景下沈阳地区一次强降水过程分析

利用辽宁省区域自动站、探空和多普勒雷达观测资料及ECMWF再分析资料, 对2016年6月30日发生在沈阳地区一次局地短时强降水过程的天气特征及可预报性进行分析。结果表明: 此次天气过程为东北冷涡背景下典型的午后强对流天气, 白天太阳辐射加热使得沈阳城区温度高于周边区域, 配合中低层的高湿环境具有较好的不稳定能量; 暴雨发生前2 h, 近地面至300 hPa高度西南气流不断增强, 低空急流出口区减压, 使得垂直运动增强, 上升运动高度达到对流层顶, 有利于触发和加强对流, 1.5—3.0 km的16 m·s^-1的西南风脉动和急流减弱消失对降水发生和结束有较好的指示意义; 午后低层辐合、高层辐散的不稳定层结在强降水发生前2 h建立, 散度最大时段与强降水时间对应较好; 雷达观测反映这次降水以低质心暖云降水为主导, 具有较高的降水效率, 地面辐合线触发了对流, 并逐渐发展演变成带状对流系统。从数值预报的结果来看, 模式未能报出城市下垫面对气象要素的影响, 对于地面辐合线的预报存在明显的滞后偏弱, 导致强降水预报难度增加。     

一次梅雨锋暴雨发生发展机制的诊断与模拟

采用NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星资料和加密自动站资料,结合中尺度WRF模式对2013年苏皖地区的一次梅雨锋暴雨过程进行诊断与模拟。观测资料分析表明:在有利的环流背景和热动力条件下,此次暴雨发生在梅雨锋前暖区,雨带呈现"先带状后串波状"的分布特征,并随锋面南移。前期降水由地面中尺度辐合线触发,受两个相继发展的中α尺度的线状对流系统直接影响;后期降水受地面暖式切变线触发,有多个中β尺度对流系统沿切变线串状排列,并不断东移发展。模拟结果分析表明:降水过程中,大尺度非地转强迫作用也是强对流的触发机制之一。地面辐合线产生条带状的低层辐合区,从而产生条带状连续分布的上升运动,形成线状对流系统及带状降水。此外地面辐合线能够在暴雨区形成南北两个中尺度垂直次级环流,这是降水的增强机制。暖式切变线上的局部扰动在低层局部地区产生强辐合,由此沿切变线形成强上升弱下沉间隔分布的现象,局部强上升区使得对流系统于该处得到发展,并形成分散的强降水区。     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

一次后向传播对流风暴特征及传播机制

利用常规观测资料、FY 4A气象卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料，分析了2019年5月17日夜间发生在京津冀中部伴有强冰雹、短时强降水和短时大风的强对流天气过程。利用VDRAS资料与国家自动站资料进一步揭示对流风暴形成的环境条件以及后向传播的机制。结果表明：在有利于强对流发生发展的大尺度环流背景场下，京津冀中部的对流系统迅速发展。前期京津一带的强对流天气形成较强的东北风冷池出流，与渤海湾的东南气流交汇，在廊坊北京交界一带形成了向南移动的地面辐合线,并触发了对流。由于新生风暴单体与成熟风暴之间的正反馈作用，使得在廊坊北部形成东西向带状风暴系统，造成对流风暴不断向西传播。向西传播的风暴与西北东南向的平流共同作用，最终导致风暴运动方向为西南方向，成为典型的后向传播风暴。     

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。     

北京“7.10”暴雨β-中尺度对流系统分析

采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明:此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θ_se暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。     

冀南地区一次强对流型强沙尘暴成因分析

利用常规观测资料、卫星云图、雷达及NECP等资料对2005年5月10日冀南地区强沙尘暴天气过程进行分析,探讨了这次强对流型沙尘天气的成因。结果表明,上冷下暖的垂直结构和午后地面受热增温,容易产生热对流不稳定;地面大风的形成主要源于冷锋前的飑线,雷达回波图上表现为典型的弓状回波,地面中尺度辐合线对飑线发生有重要的作用,高空急流的加强及其形成的次级环流使高空动量有效的下传到地面则是另一个重要原因;沙尘暴区位于高低空急流交汇的区域,700hPa螺旋度正值与高能舌重合区和高空300hPa螺旋度正值区梯度较大的地区,对流层螺旋度大小对沙尘暴预报有一定的指示意义。     

偏东风冷空气与地形相互作用背景下北京局地强降水成因分析

综合使用自动站、卫星TBB、探空、BJ-ANC雷达拼图、雷达变分同化分析系统（VDRAS）风场以及NCEP/GFS0.5°×0.5°分析资料,对漏报的2013年6月4日白天北京局地强降水天气过程及成因进行详细分析。结果表明：（1）该过程是在弱天气尺度背景（即没有明显西来槽和高空冷空气等天气尺度系统强迫）下产生的,且北京地区低层被由渤海湾侵入的偏东风（冷空气）控制,大气层结上暖下冷,有别于通常意义上的夏季强对流天气发生背景,因此造成其预报失误。（2）高空正涡度平流提供了一定的动力条件,但不足以触发强对流,其主要触发机制是低层偏东风冷空气侵入以及暖湿空气在冷空气和地形相互作用下强迫抬升,这一点在今后强对流预报中尤须关注。（3）当夏季早晨850 h Pa以下出现逆温层时,若当日白天太阳辐射升温状况良好,08时探空资料在使用时应进行订正,T-logp图订正后显示北京具有显著对流有效位能（CAPE）;此外,较大的中低层垂直风切变和边界层内较大的湿度层结均为雷暴下山后明显增强并造成局地强降水提供了有利的环境条件。（4）雷暴前侧出流与东南风形成的辐合线造成了中尺度对流单体不断东移。     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

浙北沿海连续3次飑线演变过程的环境条件

利用雷达和地面加密自动气象站、日本气象厅（JMA）区域谱模式（RSM）再分析资料,对2008年7月2日发生在浙北的连续3次飑线过程（其中第3次在近海生成了弓形回波）进行诊断分析。分别探讨3条飑线发展演变情况和对应的各种环境场条件,侧重对比下垫面温度、湿度、风辐合等条件与对流发展演变的关系,尤其是海陆边界对对流新生与加强的作用。从水平、垂直方向分析第3条典型弓形飑线形成过程中单体的发展、减弱、出流、入流、新单体生成、传播等过程。研究发现,在天气背景相似的小范围区域内,气温高、湿度大之处、锋面、辐合线、海岸线附近容易新生单体和加强对流。强对流系统对下垫面也有反馈作用,进而影响对流系统的发展变化:强雷暴单体的下沉气流在近地面形成冷池,其前侧冷空气向外辐散形成阵风锋,迫使锋前暖湿气流在冷池上抬升,在阵风锋附近产生新的对流单体,形成对流系统的传播。强单体经常在海岸线附近生成、加强,尤其是阵风锋与海岸线相交时。     

地形、冷池出流和暖湿空气相互作用造成北京一次局地强降水的观测分析

利用地面和探空常规探测资料、多普勒天气雷达以及风廓线雷达资料,对2015年8月7日发生于北京的一次伴随有闪电和冰雹的突发性局地强降水过程的成因进行了分析。结果表明:这次过程发生在强层结不稳定环境中,对流层中层低槽配合低层切变线,促进河北西北部对流发展,并向东南方向移动,形成北京西北部短时强降水;北京中部地区强降水的直接制造者则是新生的局地性雷暴单体,由雷暴冷池出流和暖湿空气在边界层交绥和辐合所触发。北京西北部地形促使冷池出流下山速度加快、冷池出流高度抬高,以及偏东暖湿气流的辐合抬升作用,则是局地雷暴新生的重要影响因子。     

浙东冬季和夏季两次强雷暴天气过程对比分析

利用多种观测资料,结合NCEP再分析资料,对比分析了浙东冬季和夏季两次强雷暴过程中的各种环境条件,结果表明:以对流有效位能CAPE表达的深厚湿对流潜势条件夏季个例的比冬季的好,二者分别为1148 J·kg~(-1)和490 J·kg~(-1)。冬季个例的动力抬升条件更好:低层到地面受冷锋影响;700、850 h Pa因急流风向风速的不连续而产生较强的辐合;500 h Pa处于长波槽前的上升气流中,最大的垂直速度达1.1 Pa·s~(-1)。两次过程的共同特点是强回波分布与地面θ_(se)高值区和切变线叠加区对应关系比较好,为雷暴系统的临近预报提供了重要线索。地面有冷锋影响时,要考虑冷锋入海后风力加大,地面辐合加强,使对流发展。由海陆不同比热属性造成的海陆之间白天和夜间的不同温差,对白天和夜晚系统入海后的强度变化有不一样的影响。10个浙东冬季雷暴个例天气形势分析结果表明,冬季雷暴的共同特点是都有冷暖空气在浙东强烈交汇,华南到华东中低层有很强的西南急流,850 h Pa最大风速达到20 m·s~(-1)以上。两季雷暴各种对流参数对比分析结果显示,冬季雷暴比较好的预报指标是总指数和垂直风切变,重点关注西南急流的强度、冷锋和850-500 h Pa的对流稳定性及动力抬升条件。     

北京首都国际机场暖切初雷天气的特征分析

针对近两年北京首都国际机场的两次暖切初雷进行研究,总结预报经验,探讨预报的可行性,结果表明:1)两次暖切初雷中,500 h Pa高度层均有浅槽存在,且500 h Pa高度层的正涡度区到达本场附近的时间与雷雨发生时间一致,同时低层有较强的辐合抬升;2)从雷达图像来看,两次雷雨发生时,本场附近均存在明显的速度辐合,雷雨回波为局地生成;3)相当黑体温度(Black Body Temperature,TBB)越低,对流越旺盛,所以TBB等值线图可以用来推断对流的发展趋势;4)在雷雨发生时段,基于风云2号气象卫星的雷暴云指数值介于0~0.5之间,雷暴云指数的变化趋势可以较准确表征雷雨发生的时间。