东亚强对流云的季节变化及其与对流层顶关系初探

利用GMS 5/VISSR长波红外（10.5～11.5 μm）和水汽通道（6.5～7.0 μm）探测原理的差异, 结合红外阈值法和区域平滑滤波技术提取 “高、 厚、 密” 强对流云, 分析了东亚强对流云活动的空间分布及其季节变化规律。GMS 5卫星视场内各个子地区强对流云云顶温度与发生频率的季节变化基本为单峰单谷型, 前者夏低冬高, 但不同地区引起的原因不同。强对流云发生频率36°N以北夏低冬高, 以南夏高冬低。东亚对流层顶由冬春至夏秋升高, 对流层顶气压随之降低, 而对流层顶温度的季节变化以45°N为界, 北部夏高冬低, 南部夏低冬高。作者所研究的东亚几个子地区强对流云与对流层顶季节变化位相基本保持同步, 2000年强对流云云顶温度与对流层顶温度的月均值相关系数达0.757, 强对流云云顶温度与对流层顶气压的月均值相关系数达0.901, 对流层顶温度比强对流云云顶温度平均低9.42℃。强对流云的发展受对流层顶制约作用显著。     

2013年8月河南三次西南气流型强对流天气分析

利用常规气象观测、区域加密自动站、NCEP/NCAR 逐6 h 1°×1°再分析资料和多普勒雷达探测资料,对2013年8月河南三次西南气流型强对流天气的环境条件、回波特征和成因进行了分析,结果表明:（1）三次强对流天气均发生在中纬度低槽和副热带高压相互作用,河南高、中、低层受一致西南气流影响的环流背景下,地面存在温度和露点温度梯度及辐合线,大范围强对流天气是在高空槽动力作用和地面辐合线的触发作用下,使得不稳定能量释放而引起。（2）三次强对流天气对流层中下层有比较深厚的暖湿层结,热力和水汽条件充分,对流层中上层有明显干层,从而形成了低层暖湿、上层比较干冷的对流不稳定大气层结。强的垂直风切变位于对流层中下层,对流有效位能非常大,配合一定的动力抬升条件,有利于超级单体和飑线的发生和发展。综合来看,8月1日不稳定、水汽、垂直切变和动力条件最强,11日次之,7日相对较弱。强对流形成条件的强弱对对流系统的组织结构有一定影响。（3）雷达和自动站加密观测资料显示,强天气过程初始阶段,主要表现为多单体回波结构,初始对流都在河南西南部和西部到山西南部的辐合线、干线附近生成,随后逐渐加强,形成多单体回波群（其中部分发展成为非典型超级单体）。成熟阶段,都发展成为线状对流系统,8月7日在河南北部形成由强对流单体组成的不连续的东北—西南向线状对流回波,8月1和11日在河南黄淮平原和华北平原高温高湿环境中形成了有组织的飑线。飑线东移过程中其前侧不断有暖湿空气辐合上升、后侧冷空气下沉辐散,互为对峙的上升和下沉气流相互作用是飑线得以发展和维持的主要原因。（4）对流层中低层相对深厚的暖湿层结及其以上的干层是盛夏西南气流形势下河南强对流天气预报值得关注的内容,CAPE、Δθse（850-500）、ΔT850-500、K指数、对流层中低层垂直风切变等对西南气流超级单体、飑线等强风暴的形成具有很好的指示意义。     

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。     

江苏北部一次由MCC引发的致洪暴雨综合分析

利用卫星云图、NCEP资料和MICAPS系统提供的实况资料和物理量等,对2008年7月23日江苏北部一次中尺度对流复合体（MCC）和暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明：MCC是造成暴雨的直接影响系统;200hPa中尺度反气旋环流的形成．配合500hPa西南急流左侧切变线生成以及边界层925hPa锋生与西南强风带或西南急流左侧中尺度低涡生成,有利于MCC生成和发展：925hPa以下边界层10．7m·s^-1·km^-1强风速垂直切变的形成,配合边界层正涡度中心生成、对流层高层辐散增强,是激发MCC生成和发展的动力机制;850hPa江苏中北部MPV1≤-0．5PVU的中尺度对流不稳定中心的生成,配合北方MPV2≥0．6PVU湿斜压场纬向高值带的生成和稳定,有利于江苏北部地区中尺度强对流系统重复出现和MCC生成发展。     

江苏北部一次由MCG引发的致洪暴雨综合分析

利用卫星云图、NCEP资料和MICAPS系统提供的实况资料和物理量等,对2008年7月23日江苏北部一次中尺度对流复合体(MCC)和暴雨天气过程进行诊断分析.结果表明:MCC是造成暴雨的直接影响系统;200 hPa中尺度反气旋环流的形成,配合500 hPa西南急流左侧切变线生成以及边界层925 hPa锋生与西南强风带或西南急流左侧中尺度低涡生成,有利于MCC生成和发展;925 hPa以下边界层10.7 m·s-1·km-1强风速垂直切变的形成.配合边界层正涡度中心生成、对流层高层辐散增强,是激发MCC生成和发展的动力机制;850 hPa江苏中北部MPV1≤-0.5 PVU的中尺度对流不稳定中心的生成,配合北方MPV2≥0.6 PVU湿斜压场纬向高值带的生成和稳定,有利于江苏北部地区中尺度强对流系统重复出现和MCC生成发展.     

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。     

2003年4月江西一次强对流天气过程的诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、TBB资料、探空资料及多普勒雷达资料等对2003年4月12日发生在江西以及福建北部的强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:此次强对流天气过程是在高空槽和低层低涡切变线的有利形势下产生的, 这种下层暖湿、上层干冷的对流不稳定层结非常有利于强对流天气的产生; 强对流天气发生发展伴有多个中尺度对流云团东移南压的演变过程; 多普勒雷达资料分析表明, 冰雹发生时可观测到79 dBz的反射率因子极值并伴有弓状回波; 对流有效位能积累、释放随时间的演变过程, 对于此次强对流天气过程有很好的指示意义; 强对流天气发生前高层的干冷空气倾斜状向下侵入到对流层中低层附近, 对此次强对流天气的发生发展起了非常重要的作用; 能量锋区及锋区上强的垂直涡柱为该次强对流天气过程提供了有利的热力和动力学条件。     

一种对资源不稳定性敏感的EASY-backfill算法

利用合成技术对1995—2006年冬季（11月—次年2月）生成在西北太平洋上的34个热带气旋（tropicalcyclone,TC）个例进行分析,研究冬季西北太平洋TC生成的大尺度环流特征及其生成机制,结果表明：冬季TC生成的大尺度环流特征型为东风波西传型;北半球冬季对流层低层出现的跨赤道气旋对是冬季北半球TC形成的重要特征;太平洋中部赤道混合Rossby重力波西北传,与强对流中心重合,性质转为＂热带低压型扰动＂,为冬季热带气旋生成提供扰动源。对合成TC初始场的涡动扰动动能的收支分析表明,涡动有效位能和正压不稳定转换为TC形成提供了能量,这两种能量分别与积云对流加热和水平不均匀气流有关。正压不稳定能量转换为动能主要位于对流层中下层,而扰动有效位能的转换主要位于对流层中上层。低层热带东风波动从平均气流中获得正压不稳定能量,并与强积云对流耦合,热力和动力共同作用下形成TC。     

海风锋导致雷暴生成和加强规律研究

应用雷达和地面自动气象站资料结合订正的天津探空资料,分三种类型统计分析了2004—2009年雷达监测到的50次由渤海湾海风锋导致雷暴生成和加强的规律及对应的天气背景;应用VDRAS系统资料分析了第三种类型（在不稳定环境下,沿海风锋直接触发雷暴）的热力、动力结构特征。结果表明:（1）强对流不稳定环境下,沿海风锋可以直接触发雷暴并沿海风锋移动的同时发展加强;（2）不同的类型在雷暴生成的位置、发展加强的速度、强度等方面都有明显的不同;（3）Ⅰ型对应背景场的动力条件更为有利,强对流天气更为剧烈,Ⅲ型对应背景场的热力、动力条件和水汽条件更为有利,对流抑制指数（CIN）小;（4）海风锋使得低层形成中尺度辐合线,沿海风锋垂直上升速度从地面一直延伸至3 km高度,强中心出现在1.5～3.0 km高度,最大风速达1.9 m·s^-1。     

一次强对流天气过程中尺度对流系统特征分析

利用NCEP／NCAR再分析资料、FY2C云图及广州新一代多普勒天气雷达产品,对2007年6月9～10日发生在广东省的一次强对流天气过程中的中尺度对流系统（MCS）进行了分析,主要结论有：1）对流层中高层辐散低层辐合,以及“上千下湿”相配置的垂直环流结构特征,和不稳定的大气层结为此次暴雨的形成提供了所需的动力条件和水汽条件;2）MCS云系生成、发展于南支槽和西南低涡东南侧的暖湿气流所形成的云系中;3）在雷达回波图上,MβCS回波的发展具有明显的右移风暴移动特点和“列车效应”,且发展成熟阶段的回波呈显著的“弓形”和“人字形”水平回波演变结构。     

一次强对流天气的中尺度分析

本文对2002年8月27日的强对流天气进行了分析,这次强对流是在对流层中层非常干燥,具有强不稳定层结和中等垂直切变条件下发生的,而中尺度自动站资料和多普勒雷达资料对确定强对流发生的具体时间和落区有非常重要的意义。     

东亚春季强冷锋结构及其动力学诊断研究 I. 东亚春季强冷锋结构

本文利用常规探空资料和华东中尺度试验的部分资料，对1983年春季一次快速南下，并在江淮地区产生大范围强对流天气的冷锋进行了三维结构的分析。通过研究发现，这次冷锋过程主要有以下特征: （1） 与冷锋相对应的高空槽前存在一支下沉（DVM）气流；（2）有一强的辐合区出现在对流层中层，锋前上升运动的最大值也出现在对流层中层；（3）比较强的锋生过程主要集中于对流层中下层；（4）存在一支明显的热力直接环流（TDC），即暖湿空气沿冷锋倾斜上升；（5）在冷锋后存在一支较强的下沉气流（DVM），这支DVM对冷锋逆温层（或等温层）的形成可能有重要作用。并将此次东亚春季强冷锋个例与小仓义光（Ogura）等分析的北美春季冷锋（SESAME）个例作了对比，发现此次冷锋个例中，锋区的温度密集区主要在对流层中层，而北美SESAME个例温度密集区主要在对流层低层。这可能是由于东亚高空急流较强，动力强迫而引发锋生所致。     

西北地区退耕还林对区域气候的影响

利用NCEP再分析资料对2009年3月20日夜至21日凌晨豫北强对流天气过程进行了分析,结果表明：①导致这次强对流天气发生的湿位涡场分布特征为,对流层低层MPV1〉0,同时MPV2〈0;强对流发生时,对流高层表现为MPV1〉0,同时MPV2〈0,即高低层均为异常的湿对流稳定区。②强对流的发生发展与湿位涡的时空演变有着很好的对应关系,对流层高低层湿位涡“正负区垂直叠加”的配置是强对流天气发展的有利形势。这次强对流天气发生在低层湿位涡正压项等值线密集的零线附近以及大于零的区域和湿位涡斜压项的负值区,同时高层为湿位涡正压项等值线密集正值区域和湿位涡斜压项的负值区。③中低层急流和地面东路冷空气入侵高温高湿不稳定区是形成这次强对流天气的主要原因,中尺度对流云团是造成此次强对流天气的直接影响系统,且强对流发生前,近地面存在逆温层。     

2019年6月17日河北张家口线状对流中的龙卷环境场与特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析资料以及卫星雷达资料，对2019年6月17日发生在张家口的一次与线状对流伴随的龙卷天气进行分析。结果表明：（1）龙卷天气发生在对流层中低层高能中心、强垂直风切变以及中层强风速区的环境中。（2）中低层强的正水平螺旋度、低层强辐合与高层强辐散配置为龙卷发生提供了有利的环境条件。（3）在对流不稳定区，边界层辐合线是对流的触发条件，弧状云线的发展加强和上冲云顶的识别分析有利于判断对流云团的发展趋势，对强对流的短临预警有重要参考意义。（4）通过雷达资料与风场反演分析，线状对流中的龙卷是由γ中尺度涡旋在低层强辐合与上升气流的拉伸下形成的。强辐合区主要位于3 km高度以下。     

2010年5月潍坊一次强对流天气过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站、数值预报及潍坊713雷达资料,对2010年5月30日潍坊强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:这次强对流天气的主要影响系统是高空冷涡、低层切变线。存在上干冷,下暖湿结构,有较强的对流不稳定层结;对流层低层切变线是造成这次强对流天气的触发机制,地面风场上出现了"对头风"的强风向辐合中心;对流不稳定区的风垂直切变大,有较强的垂直上升运动。     

远距离台风影响陕北突发性暴雨成因分析

该文对2002年7月4～5日发生在陕西子长县受远距离台风影响而产生的突发性暴雨进行了诊断分析。结果表明:子长特大暴雨是由于β-中尺度强对流云团在子长重复出现而产生的。中低纬度系统的相互作用形成了有利于中尺度强对流云团在子长生成、发展和重复出现的水汽条件、不稳定条件、动力条件和天气尺度环流背景。湿位涡诊断分析表明:当台风向西北方向行进时, (1)暴雨区对流层低层MPV1负值发展的同时伴随对流高层MPV1正值的发展, 为对流层低层不稳定能量的充分积累创造了条件;(2)暴雨区形成有利于中尺度强对流云团生成发展的湿位涡正压项、斜压项垂直结构配置;(3)850 hPa等压面上MP V2等值线密集区和MPV1=-2 PVU中尺度强对流不稳定核心区形成耦合, 耦合区对下游中尺度强对流云团发生发展指示意义明显。当台风向北偏东方向行进时, 暴雨区对流层低层和高层形成双层不稳定;850 hPaMPV2等值线密集区东移, 暴雨区MPV2正值发展, 积累的对流不稳定能量在子长形成集中猛烈释放。     

我国西南地区一次暴雨过程特征及成因

利用卫星云图、多普勒天气雷达资料和高空风等各种天气学资料,对2009年6月8—9日广西、贵州、以及和湖南交界地带的一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明,暴雨是由中尺度对流复合体东移、β中尺度强对流云团发展、以及二者合并造成的;地面α中尺度低压带配合α中尺度纬向切变线的生成,为中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）的东移发展、β中尺度强对流云团的发展、以及二者的合并创造了有利条件;地面能量比低值舌的活动是MCC和β中尺度强对流云团生成和发展的触发机制之一;在多普勒雷达径向速度图上,MCC的生成和发展,伴随西南低空急流的建立和维持,大范围的逆风区的生成;MCC的消亡,伴随西南低空急流的减弱和消失,对应西北气流建立和东扩。MCC发展期和β中尺度强对流云团发展期、MCC消散期和β中尺度强对流云团消散期的涡度收支以及视热源和视水汽汇有很大的不同。     

一次局地强降水过程的中尺度特征及预报难点分析

利用常规气象资料和客观物理量场、卫星云图、多普勒雷达回波产品资料,对2007年8月30日发生在宜昌市北部的强降水天气过程的中尺度特征和预报难点进行了分析。结果表明：（1）地面中尺度辐合线、中尺度对流云团是造成此次强降水的重要中尺度系统;（2）强降水主要南-中尺度“人”字型雷达回波带稳定少动造成,回波带中有强对流单体不断新生、合并使强降水得以维持;（3）回波带上出现的逆风区与强降水落区有较好的对应关系,风切变区面积扩大和切变值增大是强对流回波单体不断发展并在一地维持的主要原因;（4）中低层偏南风到高层偏北风的转变所形成的垂直风切变为强降水的发生提供了动力条件,同时中低层暖湿平流加强为强对流云团的稳定维持提供了充足的水汽;（5）强对流单体,强回波短带,速度资料上的“逆风区”和风切变区等,可作为判断强降水落区的依据。     

2018年4月桂西南一次冰雹天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP(1°×1°)再分析资料对2018年4月14日下午—15日凌晨左右发生在桂西南的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:此次强对流天气过程具有持续时间长、影响范围广、小时雨强较大、前期以降雹为主、后期以短历时强降水为主的特点;近地层锋面和辐合线是此次强对流天气发生的重要触发机制;200 hPa高空辐散流场有利于底层辐合上升运动的加强,可以弥补500 hPa弱槽槽前动力抬升机制的不足;对流层中层具有干冷空气的侵入是预报强对流天气的关键因子,而地面强对流天气容易发生在干空气侵入700 hPa层之后数小时内;强对流天气容易发生在θse大值区或者舌区;对流层正涡度从中层下传到底层对于预报强对流天气的出现具有一定的指示意义;雷达产品分析表明回波具有明显的悬垂回波、弱回波区、辐合区、中气旋、三体散射长钉和旁瓣回波特征。     

青藏高原对流层顶高度与臭氧总量及上升运动的耦合关系

根据1979-2008年青藏高原地区14个探空站对流层项气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP／NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS／SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顸高度的耦合关系。结果表明：高原第一（二）对流层顶高度全年处在300～200hPa（100hPa附近）高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顸高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高（低）时,相应高度上的温度偏低（高）。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200（100）hPa附近有上升运动时,有利于第一（二）对流层项高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少（增加）时,该对流层顶高度将偏高（偏低）,近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顸高度出现了明显的抬升。