一次飑线大风的多种资料分析和临近预报

利用临沂新一代天气雷达(CINRAD/SC)观测资料,结合MICAPS资料、加密自动气象站观测资料、MM5模式数值预报产品,对2006年4月28日发生在临沂的一次以灾害性大风为主、有弱降水相伴随、局部还有冰雹发生的飑线天气过程进行了分析.文中利用多种资料重点探讨了弓形回波带来的灾害性大风的形成机制.模式产品分析表明:灾害性大风发生区处在高空急流左侧,此处是正涡度平流和辐散区,强的垂直风切变导致了重力波的产生,300～500 hPa高度上产生的中尺度重力波(MGW)是本次大风过程的启动机制.造成地面大风的强下沉气流是来自于对流层中上层的干冷空气.雷达观测表明:本次过程中,大风区雷达径向速度出现模糊,强回波区对应径向风速辐合,具有较小的VIL值、有界弱回波区和中层径向辐合等特征.雷达径向速度图上高层负径向速度中心值的迅速减小和低层负径向速度中心值迅速增大是高空下沉气流迅速下沉的结果,是产生地面灾害性大风的直观表现.     

多普勒雷达径向速度资料在对流天气预报中的应用

本文探讨了降水前多普勒天气雷达径向速度资料在对流性天气预报中的应用方法:图像定性分析法及EVAD技术定量分析法。并以2004年5日15时出现在石家庄的对流天气为例,详细介绍了利用这两种方法预报对流天气的步骤。通过对2004年10个对流性天气过程及其对应的径向速度资料的仔细分析,总结出几个定量的利用径向速度资料预报对流天气的指标,对流出现之前:(1)摩擦层开始出现辐合现象,辐合超前对流出现时间平均为8.2 h;(2)1.5°仰角径向速度图像上25 km范围内均出现了距离折叠现象;(3)25 km以内的低层50%出现了E或NE风,其他50%为S到SE风。另外,反查2004年5—6月径向速度资料发现:低层辐合和距离折叠均出现的日期,当天出现对流性降水的几率为77.3%。这些指标对预测预报石家庄地区对流性天气发生发展有一定指示作用,对其它地区也有一定的推广价值。     

灾害性大风发生机理与飑线结构特征的个例分析模拟研究

2009年6月3日在我国河南发生了历史罕见的强飑线天气过程, 造成了严重的人员伤亡和灾害。为了解此次飑线天气的特征和产生的机理, 本文采用卫星、雷达及地面加密观测资料, 结合中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)数值模式, 研究了此次飑线产生的天气背景、宏微观结构特征及造成灾害性大风的机理。结果表明, 此次飑线过程的主要影响系统是东北冷涡, 其后部横槽引导的南下冷空气与西南暖湿气流在河南新乡南部一带交汇促发强对流过程, 最后演变为飑线。但由于低层西南风偏弱, 水汽条件不足, 飑线发生的环境较为干冷。飑线产生区大气处于条件性不稳定状态, 对流有效位能(CAPE, Convective Available Potential Energy)在1300 J/kg左右, 并具有适平的垂直风切变。地面气象场显示飑线具有相对冷湿的雷暴高压和强冷池, 飑线过程产生的灾害性天气以大风而非强降水为主。数值模式结果显示飑线下沉气流的最大值仅为-13 m/s, 而地面风速最大值达到35 m/s, 是最大下沉气流的2.7倍。进一步的数值敏感试验表明, 降水粒子的蒸发和融化冷却过程对降低地面温度和产生地面强风速具有重要影响, 其中雨水蒸发过程产生的最大等效冷却率为-3 K/min, 远大于霰融化冷却率-0.7 K/min, 因此雨水蒸发过程是影响冷池强度的关键因素, 而地面强冷池在此次飑线灾害性大风的产生中具有重要作用。     

一次南岭山脉前汛期强对流天气过程诊断分析

利用常规观测资料、FY-2G/2E卫星黑体亮温(TBB)资料、多普勒天气雷达资料与ERA-Interim再分析资料,对2016年4月17—18日南岭山脉一次强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)该过程前期,受地面倒槽与辐合线影响出现暖区降水,后期随着地面冷空气侵入配合低空切变线与高空槽东移南压迅速转变为锋面降水,强降水落区与南岭山脉走向一致,大暴雨由多个中尺度对流系统(MCS)移入和有利地形作用造成;大冰雹、雷暴大风主要出现在暖区降水时段,暖区短时强降水以高质心降水为主,锋面越山之后强天气主要为低质心短时强降水,雷暴大风和冰雹较少出现。(2)雷达回波图上中层径向辐合的出现,对雷暴大风具有预警参考意义;中气旋、高垂直累积液态水含量(VIL)、回波悬垂、有界弱回波等回波特征对提前预警大冰雹有一定的指示作用。(3)不同类型强天气发生的大气层结条件存在差异,上层干区深厚、低层湿度条件较好有利于产生大冰雹,大的0—6 km垂直风切变有利于冰雹增长;大的下沉对流有效位能(DCAPE)是预报雷暴大风的一个参考指标;整层温度露点差和DCAPE小是判断只出现短时强降水的参考依据。(4)南岭及其附近地区"喇叭口"地形和迎风坡地形有利于低层气流辐合触发对流,造成暴雨多发和降水时间延长,南岭背风坡的锋生作用使南岭山脉南麓出现雷暴大风、冰雹等天气的可能性增大。     

两次下击暴流天气的环境背景及多普勒雷达特征

利用西安地面自动观测站资料、MICAPS资料和西安多普勒雷达资料对发生在陕西西安地区的两次下击暴流天气过程进行分析,结果表明：（1）2017年7月10日下击暴流发生在伴有冷空气侵入的环境背景场中,中低空垂直风切变弱,0～6 km垂直风切变为10 m/s,有弱的潜在不稳定能量;（2）2017年7月22日的下击暴流发生在副热带高压西北侧高温高湿的环境中,由局地热力条件触发,0～6 km垂直风切变为6 m/s,垂直风切变弱,有中等强度的潜在不稳定能量;（3）7月10日、7月22日两次天气过程中下沉气流同位相叠加,造成地面产生更加有破坏性的灾害性大风;（4）下击暴流初生时,下沉气流导致对流体中高层整体对流减弱,反射率因子减小,当下沉气流产生导致中层径向辐合出现后,中层辐合增强后产生的补偿作用,使得对流体中径向辐合区上部的对流得以再次增强,反射率因子出现短时增大,并维持了对流体底层辐散下沉。     

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。     

一次雷雨大风的形成机制及多普勒雷达特征分析

利用常规资料和多普勒天气雷达资料对2011年4月27日凌晨的一次弱降水雷雨大风进行了诊断分析,结果表明,此次过程以前倾槽为特征,高空干冷空气先行,叠加在低层暖湿气流之上,形成对流不稳定;横槽下摆,地面冷锋向南侵袭,在低层形成边界层切变辐合线,触发强对流爆发;中等到强的垂直风切变环境有利于强对流发生发展;0℃层高度适中,且对应一个较厚干层,不利于降水而有利于下沉气流发展;雷达回波上观测到飑线发展成"弓形"回波,且有一条10~15dBz的窄带回波,即可发布地面大风警报;径向速度图上观测到冷锋过境的风场变化特征,地面大风与径向速度大值区相对应,且有低层辐散、中层辐合并有气旋式旋转维持至大风结束。     

一次冰雹过程的卫星云图和雷达回波特征分析

应用常规资料、FY-2C红外云图和河南省三门峡市的多普勒雷达产品。对陕西中北部的一次强对流性天气过程进行分析,结果表明：影响系统是高空下滑冷槽、中低层暖平流和地面弱冷锋。上干冷、下湿暖的对流性不稳定层结为冰雹天气的形成提供了有利条件。卫星云图上,锋面前部形成的两个中-β尺度系统受锋面附近前冲冷流的触发,造成这次强对流性天气。雷达反射率图上,回波强度越大、强中心高度越高,造成的天气越强;径向速度图上的“逆风区”,说明该地为风速的大值区、风向也发生了突变;当对流回波处于强盛阶段时,VIL值先猛增、后相对稳定,当达到峰值时即出现冰雹,当突然减小时,影响地面将出现大风．因此VIL对冰雹和大风的判别有很好的预报意义。     

阿克苏地区一次强对流天气卫星云图及雷达特征分析

利用常规气象资料、FY-2F/G云图和CINRAD/CC雷达等资料对2016年7月8日阿克苏地区强对流天气的卫星云图及雷达特征进行了分析。结果表明:(1)锋区短波配合中层湿冷、低层干暖的大气层结,加之中低层较大的垂直风切变及地面中尺度触发(辐合线、干线)机制,有利于对流系统的生成、发展及维持;(2)探空物理量表现出一定的短时大风、冰雹等对流天气潜势;(3)V型云、楔形云、弧状云线、下风方向卷云羽及上冲云顶、褶皱及暗影表明对流云垂直发展高,垂直风切变大、上升气流强;(4)水汽云图上,头边界西南侧有晴空大气湍流发生,对流云沿干湿空气边界不断发展合并,最强天气出现TBB亮温梯度大值区;(5)影响温宿县、柯坪县产生大风的系统分别为脉冲风暴和阵风锋;(6)雷达图上表现出了三体散射、弱回波区、强回波偏移、径向速度辐合等特征。     

利用风廓线雷达资料分析大理机场飑线天气过程的风垂直变化特征

飑线天气现象是航空气象中危险和复杂的天气现象之一,2018年大理机场出现两次飑线天气过程,利用风廓线雷达资料和航空气象地面观测资料,分析两次飑线天气过程的风垂直变化特征。结果表明:(1)在飑线天气过程开始前2～4 h,从底层到高层均出现明显的上升运动,飑现象开始前后,上升运动和下沉运动同时存在,为大气中垂直热交换过程提供了有利条件;(2)飑线天气过程存在垂直风的水平切变及垂直切变,反映了强烈的对流发展,发展到离地高度5000 m以上;(3)飑线天气过程存在径向速度突变增大、谱宽变宽和单波束径向速度折叠现象,说明本场出现的是风雨交加的强对流天气;(4)高空到地面存在湍流运动,能量交换频繁,气流紊乱。     

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

一次华北飑线天气过程中环境条件与对流发展机制研究

利用多种观测和分析数据对2008年6月23日午后华北地区一次持续时间较长的强飑线天气过程进行了研究。分析表明这是一次在夏季冷涡背景下发生的强对流天气过程,相对孤立的MCSs在副冷锋附近发生发展。此次飑线天气过程中强风暴对流单体、超级单体活跃,对流组织化过程与地面风场辐合线以及锋面有紧密的关系。天气分析表明22日夜间主冷锋过境后,变性高压后部的偏东风以及偏南回流导致在华北东部的锋区开始增强,通过地面观测订正的探空分析表明,对流天气发生前华北地区局地具有较明显的对流潜势。从23日午后开始,河套地区对流层中低层有明显的短波槽扰动发展,在冷涡后部有副冷锋向华北地区逼近,对流的触发与副冷锋密切相关,并通过次级环流方程进一步诊断了锋面所造成的垂直运动;来自气旋后部对流层中高层的强下沉气流,造成了华北地区垂直方向上干湿对比明显,形成较强位势不稳定,有利于对流的触发以及地面大风的形成。通过对垂直风廓线结构和飑线移动速度的分析,表明在此次过程中冷池边界扩张速度与低层风垂直切变大致相当,因此MCS具有较强的强度并维持较长时间。     

苏北一次强降水超级单体风暴过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY2C卫星和多普勒雷达资料,对2008年7月22日发生在苏北的一次强降水超级单体风暴过程进行诊断分析。天气分析显示,风暴发生于高湿、较低的抬升凝结高度、强对流不稳定(3 445 J/kg)和中到强的垂直风切变(0~6 km,18 m/s)环境,这种大气环境非常有利于强降水超级单体风暴的发生发展。雷达回波分析揭示,该超级单体的演化可归结为"孤立单体—经典强降水超级单体—减弱东移"三个阶段,持续时间超过2 h。强降水超级单体风暴成熟期,呈现出典型的倒"V"型缺口、中低层有界弱回波区和反射率因子大值区由低层向高层往低层入流一侧倾斜的特征,相应的雷达径向速度场显示在倒"V"型缺口附近的强降水区中存在一个成熟的中气旋。湿位涡的诊断结果表明:高层干冷空气侵入触发潜在对流不稳定能量释放,有利于对流运动的发展;中低层大气对流不稳定与条件对称不稳定共存,既有垂直对流,又有倾斜对流发生,同时边界层的偏东风入流向暴雨区提供充沛的水汽,对暴雨的发生发展起增幅作用。     

“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。      

2016年北京地区一次雷暴大风的观测研究

利用常规气象观测资料、风廓线资料、北京观象台多普勒天气雷达产品、多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）的反演资料和地面自动气象站客观分析资料,对2016年7月27日北京地区出现的一次雷暴大风天气的环境条件特征、风暴结构特征及演变机制进行了分析。结果显示：本次雷暴大风天气过程出现在弱天气尺度强迫环境中,较好的热力不稳定增强机制促使线状对流发展为弓形回波,形成雷暴大风天气。探空曲线中低层接近于干绝热的环境温度直减率和下沉对流有效位能突增等现象,对预报大风天气有较好的指示意义。上游雷暴的冷池出流与山前偏南暖湿气流在北京西部形成了明显的风向辐合,在强烈的扰动温度梯度和地形抬升的共同作用下,位于地面辐合抬升最强处触发新生单体并迅速发展。新生单体与风暴主体合并下山过程中,由于地形作用抬升了冷池出流高度,与平原地区偏南暖湿气流形成显著的不稳定层结,产生显著的扰动温度梯度,触发不稳定能量使雷暴在下山过程中强度增强。多普勒雷达产品上也表现为强的反射率因子核,并出现回波悬垂和有界弱回波区等特征,速度产品上可看到一对明显的端点涡旋。在冷池不断加强和端点涡旋对后入气流不断加速的共同作用下,后侧入流气流加强成为后侧入流急流,在低仰角速度产品上表现为显著的大风区。后侧入流气流将环境中的干冷空气夹卷进入云体,通过蒸发作用产生负浮力,使冷空气加速下沉,加之降水粒子的拖曳作用,最终造成剧烈的地面大风。     

福建沿岸一次飑线过程发生发展机理分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR(1°×1°)的逐6h再分析资料结合ARW-WRF中尺度数值模式模拟结果对2018年6月20日发生在福建沿岸的一次飑线过程的发生发展机理进行了分析,结果表明:①本次飑线过程属于槽前型,对流层低层存在发展的低涡切变,切变南侧有冷空气南下,低空西南急流不明显,但有持续的暖湿气流输送至福建中北部地区,飑线生成于低涡南侧的沿岸附近。②飑线发展期间系统南侧低层风速不断增大且维持高的水汽输送和不稳定能量;前期对流的触发因子包括锋面对流系统的冷出流、地形的抬升以及海风锋造成的冷堆强迫抬升;后期冷出流边界与海风锋边界碰撞合并,加强了低层辐合促进了对流的发展,是飑线形成的主要原因。③飑线成熟时期地面存在中高压和尾流低压,高压后部为强烈的辐散区,风速较大;成熟时期内部存在两支气流,前向入流为低层暖湿气流在飑线前方流入并在对流云区被抬升,后向入流为中层干冷空气在飑线后方流入,在低层形成下沉运动,是地面大风形成的重要原因之一。     

2011年秋季河南省两个暴雨日特征对比分析

利用常规观测资料、加密观测资料及NCEP 1°×1°格点再分析资料,对2011年9月13-15日河南省连续两个暴雨日进行了对比分析,结果表明:这两次暴雨的落区均呈狭长带状,副热带高压与低槽的相互作用使冷暖气团在河南省上空交汇。第一个暴雨日为稳定性降水;第二个暴雨日对流性加强,有雷暴产生。第一个暴雨日中,锋面呈现出高低层基本一致的倾斜状态,暖湿气流沿着锋面倾斜上升;第二个暴雨日中,800-500 h Pa附近锋面陡立,产生了对流不稳定层结,强上升气流在750-500 h Pa附近接近于垂直发展,强度也显著增加。风场分析表明,第二个暴雨日,低层850 h Pa风速加强,而500、700 h Pa风速减弱,低层动力及热力作用的加强导致了不稳定因素增加。MPV1的演变表明,第一个暴雨日,锋区内部均为对流稳定;第二个暴雨日,MPV1正值带断裂,产生对流不稳定层结。MPV2的演变表明,第一个暴雨日,锋区存在着强斜压性及风垂直切变;第二个暴雨日,MPV2负值带断裂,斜压性加强,但风垂直切变有所减弱。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析

根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925 hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T_850-500大于27 ℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,B_li、B_CAPE等指示意义显著,而K指数和S_i指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。      

一次由“弓形回波”所引发的冰雹天气过程雷达特征分析

利用黔东南州新一代C波段多普勒天气雷达资料,对2015年5月8日凌晨发生在贵州东北部区域的强冰雹“弓形回波”雷达产品进行了详细分析。结果表明,反射率因子维持强度较大值及较长的持续时间是此次冰雹过程较为明显的特征,回波前沿飑线回波带的回波强度梯度较大,弓形结构保持时间较长;径向速度图上,零速度线两侧正负速度对差值的变化、零速度线的旋转、以及逆风区的出现都是强对流天气过程最常见的特性;RCS上,出现了典型的有界弱回波区和强回波悬垂,强回波伸展高度超过了当天-20℃高度层;VCS上,倾斜上升气流与中层下沉气流在风暴低层形成径向辐合区;垂直液态水含量的跳变与降雹有着很好的对应关系,降雹时,其VIL值维持较大数值。