冷涡底部一次弓状强飑线的演变和机理

综合利用多种观测资料和NCEP分析资料,分析了2016年6月30日发生在冷涡南部暖区的一次长生命史弓状飑线(以下简称飑线)的环境条件、触发、演变和维持机制以及预报难点。其发生环境条件为超过4000 J·kg~(-1)以上的对流有效位能(CAPE)、中等强度0～6 km垂直风切变,是超级单体形成和维持的有利条件;湿球温度0℃高度3. 6 km是有利大冰雹形成的融化层高度;整层相对干(对流层中层达28℃温度露点差)、大的垂直减温率和下沉对流有效位能(DCAPE)都是形成弓状回波和地面强风的有利条件。前期较大对流抑制能量(CIN)抑制了对流初生;随着地面温湿度增加CAPE显著增大、CIN减小,加之边界层辐合显著增强因而触发了对流。老的对流出流气流,环境低空西南气流增强为急流和上游的低空西北偏西气流增强了边界层辐合。飑线发展过程表现出以下特征:TBB演变表明飑线是由线状积云发展成为一个中尺度对流复合体,以正闪为主的闪电和地面大风主要分布于TBB低值处;可见光云图显示具有粗糙的纹理、显著的上冲云顶和旋转等特征;雷达反射率因子显示其由一个β中尺度线状对流系统发展成为一个α中尺度弓状飑线系统;成熟阶段具有显著的回波悬垂、有界弱回波区、中气旋、强中层后侧入流、后侧入流缺口、前侧入流缺口和中层径向速度辐合等特征,异常的垂直液态水含量值是产生大冰雹和雷暴大风的典型雷达回波特征;由于高层分流气流和其西侧不断有新生对流使其组织成非对称尖锥状。对流层中层大的温度露点差和强的后侧入流导致的强下沉辐散气流是形成弓状回波结构的主要原因。位于飑线前沿辐合区后侧的强前侧入流是飑线和弓状回波维持的主要原因。500 hPa风速初期偏弱后期增强、前期较大的CIN及后续迅速减小和抬升触发条件相对弱是该飑线的短期时效预报难点。     

北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析

分析了2006年6月24日北京地区一次罕见的瞬时极大风速超过32 m.s-1的雷暴大风事件。多普勒天气雷达观测表明,此次强雷暴大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关。后侧入流急流促使飑线回波带南段快速移动并与其前面的新生单体合并加强形成弓形回波。深厚的中气旋、低层径向速度辐合和高层辐散等在构成弓形回波的强对流单体形成过程中起了重要的作用。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风直接由构成弓形回波的一个强对流单体内的下击暴流导致。使用微波辐射计和风廓线仪的观测资料揭示了上述强风暴发生的环境条件,即高的对流有效位能值、中等强度的风垂直切变,以及风切变的分布特征为飑线等的产生提供了有利条件。下沉对流有效位能和对流层低层环境大气温度直减率明显增加并接近干绝热,这对即将到来的下击暴流具有指示意义。     

“0613”华北飑线过程的多普勒雷达回波特征

利用常规气象观测和新型监测资料,分析了2016年6月13—14日华北飑线过程的卫星云图、雷达回波、自动站极大风速风场等特征。结果表明:(1)"0613"飑线过程发生在"上干下湿"的水汽垂直分布环境条件下;在蒙古冷涡影响背景下,河套地区生成的对流云团在前倾结构700 h Pa与850 h Pa冷式切变线之间发展合并,形成有组织的飑线系统。(2)在强盛阶段,飑线具有明显的弱回波通道,飑线西段为偏西风与偏东风形成的气旋式切变,东段为强的反气旋式切变;弓形回波顶点处风向、风速辐合显著,飑线内部后侧倾斜向下的入流急流将中层高动能的干冷空气向地面引导,加强了对流风暴的下沉运动,并与后侧倾斜向下的冷空气入流共同作用加强了飑线前侧的气压梯度,是地面大风形成的主要原因。(3)飑线前部低压暖区生成的对流云泡在自动站极大风速风场切变线附近发展合并形成超级单体风暴,其后侧中高层入流将高动能的干冷空气向地面引导,促使地面出流及风暴前沿辐合抬升运动增强,使得超级单体风暴生命维持较长,是山西长治大冰雹持续近4 h的主要原因。(4)同一飑线系统在不同环境条件下其垂直结构、移速及带来的强天气有明显差异。(5)自动站极大风速切变线的生成较雷暴大风带的出现提前30~40 min,这对飑线大风预警有指示意义。     

基于VDRAS资料探究河北中南部一次弓状强飑线的演变和机理

利用常规气象资料、ERA5再分析资料、北京VDRAS资料以及雷达资料，对2021年7月31日发生在河北中南部的一次弓状强飑线过程进行分析。结果表明：（1）此次飑线过程发生在冷涡的背景下，500 hPa涡后的冷空气与850 hPa的暖脊叠加，建立了不稳定层结，在地面辐合线附近触发。（2）雷达回波由分散的对流单体合并加强，强弓形出现时，最大强度值超过55 dBZ，存在径向速度大值区和中层径向辐合等特征，这些都预示地面大风的出现，而回波悬垂预示冰雹出现。（3）雷达反演的风场可以显示飑线的水平和垂直结构，能清楚地指示飑线的出流、入流以及辐合区，对指示飑线不同部位的发展趋势有重要指示意义。（4）地面风场辐合导致雷暴单体触发，雷暴单体在不稳定的大气层结中获得快速发展，发展过程中0～3 km的垂直风切变逐渐增强，低层形成冷池，热力不均匀区域扩大，沿着扰动温度梯度大值区与风场辐合区，新生对流向东向南传播，分散对流单体合并演变为飑线。（5）从飑线发展阶段的热动力结构分析中发现，由倾斜上升气流与下沉气流形成垂直环流，下沉气流增强时，冷池效应增强，低层环境垂直风切变也增强，环境条件的改变是飑线发展的结果，同...     

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:（1）这次雷暴大风过程发生在500 hPa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;（2）对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;（3）在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;（4）阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;（5）地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。      

2014年3月广东一次飑线过程观测及数值模拟分析

对2014年3月31日广东省一次飑线过程进行了观测资料分析和数值模拟研究。观测资料分析表明:飑线发生在强低空垂直风切变和"上干下湿"的水汽垂直分布的环境条件下。在强盛阶段,飑线上的对流单体多表现为强降水超级单体,有明显的有界弱回波区(BWER)和回波悬垂结构。飑线前沿有明显阵风锋,后侧有弱回波通道,弱回波通道和后侧入流急流(RIJ)相对应,RIJ维持时间较长,对"弓"形回波的形成、地面大风、飑线的维持和快速移动具有重要的作用。模式输出的高分辨率资料分析表明:在减弱阶段飑线移入残留的冷池中,冷池得到加强,此时西南暖湿气流加强,飑线二次发展。成熟飑线的三维结构表现为低层为2支入流、高层为2支出流,且前侧出流速度较快,使得气流倾斜上升,容易形成悬挂回波和弱回波区(WER)。后侧入流下部(600 h Pa高度层以下)的辐散下沉气流是地面大风形成的原因。对流两侧的"涡旋串"(Vortex bunch)对冷暖空气加速入流、对流发展强度和高度以及对流的长时间维持有很大的作用。     

一次弓形回波结构和演变机制的观测分析

基于单多普勒天气雷达观测和双多普勒雷达反演风场,对2009年6月3日河南商丘发生的一次弓形回波的结构和演变机制进行细致分析。系统发生前的环境均具有中等对流有效位能和中等偏弱低空垂直风切变。雷达分析显示,该弓形回波从超级单体开始,经过风暴合并发展而成的经典弓形回波结构,生命史约3 h。在超级单体阶段,具有中纬度典型超级单体的低层钩状回波、中层有界弱回波区和中气旋结构。超级单体减弱后,因强降水拖曳和降水蒸发冷却,引起云内强的下沉运动,将云外干冷空气带到云内,形成中层后方入流,并在地面形成强冷池,触发干冷后向入流,回波逐渐演化成为弓形。弓形回波成熟阶段,风暴相对后向入流急流在对流区后部2 km高度加速下沉,系统前沿增强至20 m·s^-1。在中层,系统后侧南北两端形成气旋和反气旋涡旋对,此中层涡旋对后向入流强度贡献约20%。在系统前缘低层（1.5 km）、出流边界附近,存在一气旋式涡旋。受后向入流急流和此低层涡旋的共同作用,在顶点附近产生超过32 m·s^-1的最大地面相对风速。至减弱期,低层出流扩展至系统前方20 km,截断了低层暖湿入流,使其快速减弱。     

一次飑线型的多普勒雷达资料特征分析

此次飑线型弓形回波发生在高空前倾槽天气形势下,低层浅薄的水汽辐合及高空中等强度垂直切变为飑线发生发展提供了有利条件。飑线弓形回波北端具有明显的气旋性特征,飑线型弓形回波由许多小弓形回波组成,在弓形回波后部有后侧入流急流存在,弓形回波顶点中空有明显的涡旋式辐合,与弓形回波顶点相对应地面出现灾害性大风和小冰雹。飑线型弓形回波受高空WNW偏移引导气流右侧30°移动,平均移速60km/h。将2部雷达资料相结合,可以提前1h发布强对流天气预警。     

一次黄海之滨中尺度对流复合体多尺度结构特征观测研究

2006年7月3日傍晚到4日凌晨,苏北到黄海的一个中尺度对流复合体(MCC)产生了系列龙卷、直线型对流大风和强降水,利用常规高空地面观测、区域自动气象站、卫星云图以及多普勒天气雷达资料,详细分析此次中尺度对流复合体的结构和产生的天气背景。主要结论如下:(1)该中尺度对流复合体高层为对应分离背景场的强辐散,中层在副热带高压西北侧和500 hPa东移的短波槽前,地面位于锋面气旋暖区内;该中尺度对流复合体发生在中等到强的对流有效位能、强的深层(0—6 km)和低层(0—1 km)风垂直切变环境下;(2)该中尺度对流复合体主要垂直环流特征为:近地层东南气流和其上的中低层西南暖湿气流从对流复合体南部流入到复合体中心,复合体后部对流层中低层和中层为较干冷的西北气流夹卷进入中尺度对流复合体,导致降水蒸发冷却形成强烈下沉气流,产生带有西北风动量的下沉气流,到地面形成β中尺度冷池,冷池与周边暖湿气流的交界处为β中尺度阵风锋,同时中尺度对流复合体位于对流层低层到地面部分形成深厚冷池导致的雷暴高压,阵风锋前部有β中尺度暖低压;中尺度对流复合体中高层由于水汽凝结潜热释放加热形成暖心结构,位于对流层中层的主要特征为β中尺度气旋性涡旋对应的中尺度低压,对流层高层存在β中尺度辐散反气旋环流;(3)多普勒天气雷达探测揭示该中尺度对流复合体成熟阶段主要呈现为线性结构,主要构成是一条尺度在150—200 km的活跃弓形飑线,还有数条较弱的呈气旋性弯曲的对流雨带,雨带旋入共同的涡旋中心,该涡旋中心与地面锋面气旋的中心相对应(重合),同时也是相应中尺度对流复合体的β中尺度气旋的中心,直径为40—60 km;(4)在上述活跃弓形飑线的前侧出现多个中尺度涡旋,4个EF2级龙卷和3个EF1级龙卷都发生在这些中尺度涡旋内,导致龙卷的中尺度涡旋水平尺度为4—5 km,旋转速度接近超级单体的强中气旋旋转速度,垂直伸展比超级单体中气旋浅薄,形成机制也与超级单体中气旋有明显差异;(5)该中尺度对流复合体成熟阶段的云系尺度为1000 km,其中低于220 K (-52℃)冷云盖的尺度在400 km左右,其内部结构的主要构成是一条150—200 km长的活跃弓形飑线,地面β中尺度冷池和阵风锋,沿着弓形飑线前侧出现多个尺度为4—5 km的中尺度涡旋,其中部分中尺度涡旋导致尺度只有几十至几百米的EF1和EF2级龙卷,呈现出明显的多尺度结构特征。      

京津冀地区中α尺度飑线过程中大风特征分析及成因初探

应用常规天气观测资料、地面加密自动气象站资料、大风灾情报资料、京津冀地区7部多普勒天气雷达组网观测资料及VDRAS资料,从多个角度对2013年8月4日京津冀地区一次飑线过程产生的大范围大风天气过程进行了分析,结果显示:此次过程是在高空冷空气南下、低层暖湿气流北上、系统前倾及位势不稳定的有利层结条件下,由多单体风暴演变为中α尺度的强飑线所致。飑线形成于低层垂直切变加强、冷池合并之后;大风主要发生在飑线主体回波中,其次是主体回波前和中前,主体回波后很少发生。大风发生的位置取决于飑线结构中气流的性质,气流的性质与冷池前进的程度和对流的强度关系密切。大风大部分由下沉冷气流产生,少数为近地面上升暖气流导致。大风发生的范围和强度与低层风垂直切变的强度呈正比,大范围低层风垂直切变的加强增强了飑线入流和出流的强度,是大范围大风、局部强风形成的重要原因。大风发生站次与冷池的强度和范围密切相关,冷池的加强和范围的扩大加强了后侧冷入流和前侧暖入流的强度和范围,也是大范围大风形成的重要因素。     

基于多源资料的一次弓状强飑线成熟结构研究

利用局地分析和预报系统(Local Analysis and Prediction System, LAPS),结合多源资料,分析了2018年3月4日暖区强飑线成熟阶段的热动力结构和大风形成机制。结果表明：暖区内层结不稳定范围向东扩展和强的垂直风切变,驱动飑线组织化加强并向前移动和发展。成熟阶段飑线热动力结构呈现出两支强入流和冷池的典型特征,即前侧入流在低层(0～3.0 km)辐合上升,部分气流在高层翻转流向系统前侧,无后向流出;后侧中层(4.0～5.5 km)入流进入云体后部,在水凝物强烈相变降温作用下,密度增大转而下沉;下沉气流区降雨蒸发冷却增强了雷暴冷池。相比于飑线南段单一的对流线,北段弓形特点突出,后侧入流下降,加之存在尾随层状云,有更大的潜在冷却作用,促进气流加速下沉增强地面雷暴高压,最终导致更强的极端大风。     

“6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析

利用商丘和郑州雷达资料,结合地面加密观测等多种资料,分析了2009年6月3日傍晚至次日凌晨,河南商丘、安徽和江苏北部出现的大范围致灾雷暴大风。本文分两个阶段从中尺度环境、风暴结构、风暴与环境相互作用、雷暴间相互作用的角度对商丘风暴的发展、维持及灾害性大风成因进行了深入探讨,得到以下结论:(1)商丘雷暴大风环境类似美国暖季型Derecho环境;(2)商丘风暴由晋冀雷暴群下沉气流导致的出流阵风锋移动到水汽相对充沛处触发,在有利的环境条件下迅速发展成具有较强的中层径向辐合超级单体风暴,多个超级单体的强下沉气流合并产生了超级单体阶段的地面大风;(3)飑线发展、维持的原因是飑线的自组织结构,飑线与环境入流的相互作用既有利于强上升气流发展,亦有利于强下沉气流发展,干线及叠加在干线上扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端;(4)根据径向速度增幅估计,风暴强下沉气流辐散、强冷池密度流和层状云部分降水粒子蒸发对弓形回波阶段地面灾害性大风的增幅作用几乎相当,冷池合并是商丘极端雷暴大风产生的重要原因。     

一次典型飑线过程的个例分析

利用太原c波段多普勒天气雷达资料,结合NCEP数据资料,对2008年6月28日发生在山西的一次大范围飑线过程进行了综合分析后发现：该飑线产生于对流层中高层槽后干冷空气向南扩散,低层辐合,大气层结极不稳定,垂直风切变强的大背景下,在其影响的区域产生的主要灾害天气现象为大风、冰雹和暴雨。飑线呈现出典型的弓形回波特征,后部人流急流（rear inflow jet）和后部人流缺口（RIN）,前部的阵风锋等典型特征。弓形回波两端存在中尺度流型,即北端的气旋式旋转和南端的反气旋式旋转。北端的气旋式旋转在演变过程中不断加强而变成一个旋转的逗点头,而南端的反气旋式旋转在演变过程中基本保持不变,弓形回波的形状也从开始时的南北对称结构逐渐转变为南北不对称的结构。另外,弓形回波前沿中低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂,强回波区延伸到0℃等温线之上,表明雷暴内上升气流很强,有利于冰雹和强降水形成。     

Single-Doppler Radar Observations of a High Precipitation Supercell Accompanying the 12 April 2003 Severe Squall Line in Fujian Province

In this study,single Doppler radar data were used to examine the structure and evolution of a high precipitation(HP) supercell embedded in a cold front near Jianyang,Fujian Province on 12 April 2003.The synoptic environment was characterized by high humidity at low levels,moderate CAPE(convective available potential energy;1601 J kg~(-1)),moderate wind shear(22 m s~(-1) in 0-5 km),and veering of the horizontal winds with height,similar to those HP supercells previously observed in midlatitudes.In additio...     

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。     

两种垂直风切变条件下飑线过程对比分析

本文应用常规天气图资料、地面加密降水观测资料、探空资料及美国NCEP/NCAR再分析资料,对2010年7月19日山东飑线过程和2011年7月26日河北飑线过程进行了分析研究。结果表明, 两次过程的相同点是：都位于500 hPa高空槽前;两次飑线过程均产生了雷雨大风和短时强降水天气;湿层均较深厚;下沉有效位能均较大。不同点为：2010年7月19日山东飑线过程属于有明显垂直风切变环境中的飑线;对流不稳定能量相对较低。而2011年7月26日河北飑线过程属于风垂直切变相对小的环境中的飑线;对流不稳定能量很大。除了雷雨大风和短时强降水天气之外还产生了冰雹。     

一次弓形回波中超级单体发展造成的大风、冰雹天气分析

利用Micaps常规资料、自动站资料及灾情调查资料、雷达回波资料等,综合分析了2011年4月15日出现在安顺市的大风、冰雹天气,此次天气直接触发系统是地面辐合线。通过对加密自动站的数据分析表明此次过程是一次典型的飑线过程。对多普勒雷达资料的分析进一步表明是一次＂后续线＂发展型飑线影响,其中有超级单体风暴产生,弓形回波前最凸起部位前侧＂v＂型缺口处的强辐合入流造成镇宁站的大风,弓形回波特征减弱时后部弱回波通道中的下击暴流造成西秀区岩腊乡和紫云县猫营镇大风灾害。这两次大风灾害发生于强对流系统不同的发展阶段,产生的机制有所不同。