2017年7月一次微下击暴流背景的多尺度特征

利用中尺度数值模式WRFV3.6模拟了2017年7月12日宁波机场附近的一次微下击暴流天气过程,结合浙江省自动站资料、机场自动观测数据、多普勒天气雷达资料等分析微下击暴流成因,结果表明：此次微下击暴流是由海风锋触发的强雷雨引起的,机场自动观测数据显示的风、温、压等气象要素的变化均呈现出明显的微下击暴流特征;数值模式较好地模拟出微下击暴流的水平风场结构;拖曳作用、下沉过程中冰雹融化、液态水和雨水持续蒸发降温作用是形成此次下击暴流的重要原因;低层位温扰动加强了垂直运动,中低层位涡异常增大区与雷暴强降水区域有较好对应关系。     

基于S波段新一代天气雷达观测的下击暴流临近预报方法

下击暴流是对流风暴最常发生的天气现象,预报其初始爆发是强对流风暴预报中最具挑战性的内容之一。提出一种综合使用雷达和探空观测资料的下击暴流临近预报算法。在对雷达基数据进行地物杂波抑制和径向速度退模糊以及对探空资料进行处理得到0℃、-20℃和最小相当位温高度的基础上,该算法首先进行风暴单体识别追踪和冰雹指数的计算;然后进行中层径向辐合特征和中气旋识别,并使之与识别的风暴单体相关联;最后提取诸多风暴单体的雷达特征量,经批量下击暴流和非下击暴流个例统计分析后挑选出下击暴流的雷达先兆因子9个作为模糊逻辑法的输入,建立下击暴流临近预报方程。使用2015年6月1日发生在湖北监利导致"东方之星"客轮倾覆的下击暴流个例对该算法进行了测试,结果表明从20:41—21:21共有8个体扫时次预报了引起沉船事件的那个风暴单体将会产生下击暴流,首次预报时间比客轮侧翻时间21:28早47 min。使用2019年6—8月发生在湖北省的所有雷暴大风个例对下击暴流临近预报算法进行了效果评估,结果表明该算法预报下击暴流的击中率为86.4%,平均预报时效为39 min。按回波形态分类评估,则飑线类、线状对流类(飑线除外)和非线状对流类风暴的下击暴流临近预报击中率分别为93.2%、90.5%和75.6%。该算法模块已集成到中国气象局武汉暴雨研究所研发的分类强对流天气自动识别预警系统中,并于2019年开始投入业务运行。     

下击暴流的数值模拟研究

下击暴流是危害飞行安全的一种重要天气现象，特别是尺度为１—４ｋｍ的微下击暴流。为了了解下击暴流的发展过程，以及大气环境条件和云－降水微物理结构对下击暴流发生演变的影响，利用我们设计发展的非静力全弹性中尺度－γ模式，以一次发生了下击暴流的大气的温、湿、风实测资料为算例进行了数值模拟研究。计算结果给出了下击暴流发生发展的过程，以及在发展过程中各种物理量的变化，得出一些大气环境条件及水凝物粒子微结构对下击暴流发展的影响机理，有助于台站预报员掌握这种天气现象的出现和演变。     

微下击暴流的数值模拟

建立了一个具有极高分辨率的二维面对称微下击暴流数值模式，对干、湿两类微下击暴流线在云下的生成和演变过程进行了模拟试验，取得较理想结果。模拟湿微下击暴流线的各种主要结构和演变特征与实测结果吻合较好。干型微下击暴流由冰晶降水元在干绝热气层中下落时的蒸发致冷驱动，只产生了很小的地面降水和降温。 几百米厚的弱稳定层对干微下击暴流有明显阻挡和削弱作用。     

一次连续下击暴流天气的成因分析

基于多普勒雷达、闪电定位、地面观测资料和现场勘察情况,对2016年5月2日皖西南发生的一次连续下击暴流天气的成因进行分析。结果表明:引起2次微下击暴流的风暴为同一风暴单体,且为超级单体,旺盛阶段的雷达回波表现为钩状分布和倾斜结构;下击暴流产生的初始原因是液态或固态降水粒子下降的拖曳作用,中后期则主要源于热力不稳定、对流层中层的动量下传和补偿性气流作用,伴随的水成物与环境之间的负浮力增大是下击暴流发生的重要原因;对流层中层盛行风向造成的动量下传决定了2次微下击暴流的地面风走向;超级单体风暴具有反射率因子核最高和下降速度最快的特点,反射率因子核高度超过6 km,1个体扫间隔下降3 km左右或以上;当6 min降水达4 mm以上时,是发生下击暴流的征兆之一。     

北京一次下击暴流的三维数值模拟分析

应用中尺度气象数值模式WRF模拟再现了2001年8月23日北京时间14时至24日00时发生在北京密云县附近的一次典型强对流风暴天气,重点发掘并分析了密云水库附近一次茁中尺度下击暴流的形成与演变过程。研究表明：（1）WRF模拟结果显示该茁中尺度下击暴流的生命期为1 h左右,水平尺度约为20 km,其水平和垂直流场与下击暴流流场的理论结构基本一致,但辐散气流流速在近地面层未能达到下击暴流定义的18 m/s;（2）模拟的下击暴流环境场中扰动位温、各水成物的比含水量与层结不稳定性以及上升气流的联系紧密,并可推断强下沉气流主要由雨水粒子拖曳作用产生,较大的位温扰动则加强了气流上升运动,迫使暖湿气块更大程度抬升,进一步维持和发展下击暴流系统。     

三次下击暴流雷达回波特征分析

利用济南、徐州和临沂多普勒天气雷达资料,对发生在山东境内的3次下击暴流进行了分析.2009年6月27日和2006年7月25日强风暴不仅产生了尺度大于4 km的宏下击暴流,而且还产生了冰雹和强降水天气,风暴最大反射率因子维持在60 dBz以上,单体VIL在45～70kg·m-2之间.2009年7月8日对流风暴只产生了尺度...     

三门峡市2006年两次下击暴流天气过程诊断分析

2006年5月26日和6月25日三门峡辖区均出现了以地面大风、冰雹为主的灾害性天气.利用常规观测资料和非常规加密探测资料以及雷达、卫星云图资料对这两次灾害性天气过程进行诊断分析,结果表明:这两次灾害性天气均是由500 hPa华北冷涡后部的下滑槽或横槽转竖带动北方冷空气急剧南下造成的下击暴流引发的强对流天气.当雷达回波顶高超过10 km、强度≥50 dBz并出现回波悬垂结构的超级对流单体或多单体超级对流风暴移来时,易产生强对流天气;强回波质心在移动过程中不断下降或回波悬垂结构、低层弱回波区出现在风暴后部时,是下击暴流发生的前兆;冰雹指数、风暴跟踪信息、中气旋3个产品叠加对强对流风暴发生、发展、移向的预报具有较好的参考作用.     

一次下击暴流风暴的成因和结构特征分析

2017年7月28日四川省东北部出现了一次罕见的湿下击暴流大风天气过程。本文利用地面自动站、雷达、卫星等观测资料以及FNL数据、视频资料,对下击暴流风暴的成因和结构特征进行研究分析。研究表明:此过程发生前,对流层中低层的环境温度及其直减率均达到同期历史极端值,有利于雷暴大风类型中尺度对流风暴的形成;此次下击暴流,主要由阵风锋与地面中尺度辐合线相交后触发,阵风锋水平涡度不断输入对流系统内,产生正的相对风暴螺旋度,利于对流风暴持续发展到较高高度,为下击暴流的产生提供条件;下击暴流发生前的对流风暴,在视频截图和反射率因子剖面图上均表现为悬垂倾斜结构,倾斜方向与对流层中层平均风向较一致;对流风暴中层的气旋性涡旋结构特征可作为下击暴流的预警指标之一。     

武汉天河机场一次下击暴流天气的多普勒雷达分析

利用常规气象资料、跑道自动观测资料(AWOS)、自动观测站资料和多普勒天气雷达资料等,对武汉天河机场的一次下击暴流天气过程进行了分析。结果表明:1)本次下击暴流发生在副热带高压减弱,西风槽向东移动,地面辐合线相配合的天气背景下;2)下击暴流影响机场期间,具有气压陡升、温度骤降、风向变化和风速突增等气象要素的演变特征;3)阵风锋与雷暴之间距离的变化一定程度上可以预示未来雷暴的强弱;4)本次下击暴流与阵风锋有紧密的联系,阵风锋北移过程中激发出β中尺度对流单体,β中尺度对流单体产生了下击暴流,并且雷达速度图上沿雷达径向的正负大值速度对是下击暴流发生的典型特征之一。     

北京一次大风和强降水天气过程形成机理的数值模拟

利用3维强风暴冰雹分档模式(IPA—HBM)对2001年8月23日北京的一次伴有大风、暴雨和冰雹的强对流天气过程进行模拟和分析，并与部分观测资料进行了比较分析。结果表明，该模式对此次强风暴的生命史、降水分布、降雹的大小等要素做了较好的模拟，并能够模拟出伴随强风暴过程所产生的强下沉气流和及地面强风速切变(下去暴流)。从云微物理学角度分析了此次局地性大风的形成原因，认为由高空冰雹粒子的拖曳产生的负浮力作用是促发强下沉气流产生的主要原因，其次是冰雹的融化和雨水蒸发冷却对下沉气流起加速作用，冰雹的拖曳和融化作用对下沉气流具有决定性作用。强风暴所产生的爆发性强下沉气流最终导致了局地大风的形成。     

Numerical Study on a Severe Downburst-Producing Thunderstorm on 23 August 2001 in Beijing

A thunderstorm that produced severe wind, heavy rain and hail on 23 August 2001 in Beijing was studied by a three-dimensional cloud model including hail-bin microphysics. This model can provide important information for hail size at the surface, which is not available in hail parameterization cloud models. The results shows that the cloud model, using hail-bin microphysics, could reasonably reflect the storm＇s characteristics such as life cycle, rainfall distribution and the diameter of the hailstones and also can reproduce developing processes of downbursts, where they can then be compared with the observed features of the storm. The downburst formation mechanism was investigated based on the cloud microphysics of the simulated storm and it was found that the downburst was primarily produced by hail-loading and enhanced by cooling processes that were due to hail melting and rain evaporation. The loading and melting of hail played crucial roles in the formation of downbursts within the storm.     

Doppler radar observation, CG lightning activity and aerial survey of a multiple downburst in southern Germany on 23 March 2001

Two downburst events from one thunderstorm are investigated, which occurred on 23 March 2001, in Germany's climatologic annual minimum of downburst activity. Observations by two Doppler radars are combined with hail reports, ground lightning detection and an aerial survey conducted after the event. The downburst-producing storm had formed at a synoptic convergence line within the warm sector of a cyclone. It had a remarkably high propagation speed of up to 31 m s^− 1 corresponding to the mid-tropospheric flow. Thus, by superposition with the storm motion, even two weak downbursts were sufficient to cause the observed damage of F1 and F2 intensity, respectively. While in its late stages, the storm was dynamically characterized by lower- and mid-tropospheric divergence; at about the time of the first downburst, a mesocyclonic vortex signature was verified. Aside from mid-tropospheric dry air entrainment, a thermodynamic explanation for the triggering of the two downbursts by melting of small hail according to recent findings by Atlas et al. [Atlas, D., Ulbrich, C.W., Williams, C.R., 2004. Physical origin of a wet microburst: observations and theory. J. Atmos. Sci. 61, 1186–1196] appears probable. Despite the lack of warnings to the public, the storm's potential for hail and strong straight-line winds was detected by the German weather service radar software CONRAD more than a half hour before the downbursts occurred.     

“07．7”鄂东南强对流天气的多普勒雷达资料分析

利用武汉多普勒天气雷达资料,对2007年7月27日发生在武汉及其周边部分地区的一次强对流天气过程,特别是引起武汉、洪湖的冰雹和地面大风灾害的2个强风暴（A、B）进行了详细分析,得到如下结论：（1）这次强对流天气的主要天气背景是,副热带高压西侧强烈的西南气流诱发了中小尺度扰动,强的低层垂直风切变,大的垂直不稳定,低层较干和中高层更干的水汽条件。（2）产生灾害性天气的对流系统最初是一条近乎南北向的断续型对流带,强风暴A和B在其成熟阶段都有低层弱回波和中高层悬垂回波结构,最大回波强度均大于60dBz;风暴A在其崩溃阶段,近地面径向速度迅速增大,随其北移．造成武汉市黄陂区大风灾害;风暴B在平均径向速度图上存在明显的中层气流辐合（MARC）,是即将出现地面强辐散风的标识。（3）强回波中心高度迅速降低是地面灾害性天气发生的标识,VIL密度比VIL本身更能反映风暴的强度,特别是当因雷达扫描策略的影响导致探测不到风暴顶或风暴底时。（4）在用冰雹探测算法（HDA）探测冰雹时,要注意修改可调参数．特别是0℃和-20℃环境温度的高度．这样才能大大降低冰雹误报率。     

一次雷暴大风引发的强沙尘暴天气的中尺度系统分析

使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。     

江苏典型下击暴流风暴结构特征统计分析

为了研究江苏地区下击暴流的结构特征,利用常规天气资料、雷达探测资料、自动气象站观测资料和ERA5再分析资料等,选取2007—2018年江苏地区19个典型下击暴流过程进行统计分析。结果表明:江苏下击暴流的分布呈北多南少,以湿下击暴流为主,7月是下击暴流的高发月份,孤立风暴型下击暴流具有弱的天气尺度强迫和上干下湿的结构,风暴移速较慢,飑线镶嵌型下击暴流具有很强的天气尺度强迫特征,风暴移速较快。下击暴流影响期间地面温度变化剧烈,温度降低伴随有明显风速增大过程。统计显示,产生下击暴流风暴的环境温度平均垂直递减率为6.8℃/km,能够保证负浮力的维持,干冷空气被中层辐合气流夹卷进入风暴内进一步加强了下沉气流,使得下击暴流得以维持和加强。下击暴流的初生阶段,强反射率因子核心和中层径向辐合出现在下击暴流发生前20—30 min,成熟阶段,强反射率因子核心高度有明显降低,低层呈辐散结构。      

青藏高原东北侧冰雹微物理过程模拟研究

以青藏高原东北侧及毗邻地区诱发冰雹灾害的东移短小切变线天气过程为研究背景,采用中国科学院大气物理研究所三维冰雹云分档模式,用MM5V3中尺度气象模式提供冰雹云模拟研究所需的环境大气状况,模拟研究了冰雹形成和增长的微物理过程。结果表明：模式再现了当时冰雹、大风及暴雨的实况;中尺度水分和动力条件是冰雹形成和增长的重要因素,它们决定了冰雹云的强度和冰雹的大小;冰雹形成和增长过程中的微物理过程决定了冰雹云的消亡,冰雹在空中形成的潜热释放延长了降雹的时间;云中冰雹发生、增长的主要区域和云内上升气流配合良好,是防雹消雹的主要范围。     

山东半岛秋季一次脉冲风暴下击暴流观测分析

利用山东威海CINRDA/SA多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面自动气象观测站资料等,对2018年9月8日发生在威海文登机场附近的一次下击暴流天气特征进行分析。结果表明：1)此次下击暴流天气发生在高低空一致的西北气流背景下,午后太阳辐射使得低空大气加热显著,形成了强烈的不稳定层结。2)大气层结特征呈喇叭状温湿分布,850 hPa以下接近干绝热的温度直减率,为下击暴流的发生提供了有利环境条件。3)地面辐合线为风暴单体的产生提供了动力抬升条件。4)从多普勒雷达产品上看,风暴初始回波发生在午后海风锋触发的晴空窄带回波上,通过单体间的合并加强,发展成为多单体风暴;下击暴流出现前,对流风暴回波强度及高度明显发展,成熟阶段的对流风暴伴有回波悬垂结构和三体散射特征,伴随着强反射率因子核心的持续下降,下击暴流迅速到达地面,径向速度图上存在明显的中层辐合、旋转、低层辐散的现象;5 km以上60 dBZ强反射率因子核心的下降,结合径向速度中层辐合、低层辐散特征可提前3～9 min预警下击暴流的发生。     

一次系列下击暴流事件的多普勒天气雷达分析

该文首次利用我国新一代天气雷达资料对一次系列下击暴流过程进行了详细分析。2003年6月6日在安徽定远县和肥东县交界处附近发展起来的一个孤立的强烈多单体风暴, 产生了一次伴随强降雹的系列下击暴流事件。此次系列下击暴流事件实际上是由多单体风暴中3个相继发展的对流单体分别产生的3次下击暴流构成的。每轮下击暴流触地前, 都伴随着相应对流单体反射率因子核心的逐渐下降。在首轮下沉气流触地前6 min, 1.5°到4.3°仰角的径向速度图上都出现向着风暴中心的辐合, 其中以2.4°仰角 (地面以上约3~4 km) 的辐合最明显。因此, 反射率因子核心的逐渐降低并伴随云底以上的速度辐合的多普勒雷达回波特征, 可以用来提前数分钟预警下击暴流的发生。