陕西北部一次对流性特大暴雨的中尺度分析

利用常规气象资料、FY-2E卫星云图资料、榆林CINRAD/CB雷达资料和NCEP1°×1°再分析资料,对陕西北部绥德县2012年7月15日夜间一次短时特大暴雨过程进行分析,结果表明:高对流有效位能为大暴雨积累了能量条件,850hPa两条湿舌为该次大暴雨的主要水汽来源。850hPa的"人"字型切变和地面中尺度低压加强了暴雨区辐合上升运动,干线过境触发了强对流天气的爆发。强降水时段在卫星云图上表现为2个中尺度对流系统(MCS)合并增强且缓慢移动;雷达回波显示3个对流单体发展较快,后向传播且合并增强为深厚的湿对流风暴,其中一个对流单体有中气旋生成,水平尺度12km,垂直累积液态水含量65kg/m2,并有三体散射现象,强降水开始后,三体散射消失。     

鄂西山区一次早春局地强冰雹过程分析

利用常规的地面、高空形势图以及雷达观测资料,对2017年4月15日发生在湖北恩施山区的一次局地性强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明:锋前地面暖低压的热效应,加强了地面辐合和不稳定能量的积聚,使上干冷下暖湿的不稳定层结更加明显,地面辐合线和中低层切变辐合区的存在,为风暴单体形成提供了良好的环境条件;在中尺度辐合线动力抬升作用下,低层辐合上升触发了对流不稳定能量的释放,加上山区"喇叭口"有利地形的抬升作用,更激发了强对流天气的发展;此次强对流天气过程中,表现出了多单体风暴此消彼长的特征,在有利的大气环境条件和地形条件下,多单体风暴的发展加强,强风暴较长时间维持,是此次局地出现强冰雹的重要原因。雹暴单体的垂直结构反映出了低层入流、弱回波区、高强回波悬垂等典型特征,中层径向辐合和风暴顶辐散共同作用,有利于风暴单体得以维持和发展,也是造成局地冰雹天气的重要原因。单体风暴反射率因子较长时间维持在60dBz以上,并对应较大的VIL值出现;此次强冰雹天气,局地性强,影响范围小,其主要原因是0～6km垂直风切变不大,同时,中低层湿层浅薄,地面湿区明显偏南,仅在冰雹落区附近出现一个小范围的近饱和湿区,不利于风暴天气有组织的大范围发展。     

一次长生命史超级单体风暴的雷达观测特征和维持机制

2016年6月14日一个长生命史的超级单体风暴在山东产生了大范围的冰雹和雷暴大风天气。利用常规观测资料、中尺度自动站资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对其天气背景、雷达观测特征进行分析,对其维持机制进行探讨。结果表明:在华北冷涡的背景下,在较强的深层垂直风切变和中等强度对流有效位能环境条件下,地面中尺度辐合中心触发生成强对流风暴;维持阶段风暴右前方低层一直存在暖湿气流的入流槽口,垂直结构呈现出经典超级单体的结构特征,中气旋发展深厚且强盛,最大垂直涡度在1.0×10~(-2)s~(-1)以上,每次单体强中心高度的跃升和快速下降均伴有一次地面大冰雹事件的发生;发展和维持阶段地面冷池边界扩张与低层垂直风切变大小相当,达到平衡状态,在风暴前方形成较强的辐合上升运动,大于150m~2·s~(-2)的风暴相对螺旋度环境,风暴沿地面中尺度辐合线移动,这些都是超级单体风暴维持较长生命史的有利条件。     

一次冰雹强对流天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(2.5°×2.5°)再分析资料、FY-2G卫星云图资料和多普勒雷达等资料对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹等强对流天气过程进行分析,得出以下结论：(1)此次强对流天气过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、强对流发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次强对流天气提供较好的触发机制；强对流发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件；强垂直风切变可促使不稳定能量释放形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件；冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)卫星云图中MCS发展明显,容易给局地强对流输送能量,利于强对流的维持发展,且强对流区主要位于云顶亮温TBB低值区的后部和南部,多普勒雷达资料显示,引发强对流天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等强对流天气有很好的指示作用。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

强垂直风切变环境下对流单体对飓风强度的影响

利用高分辨率模式输出资料,诊断分析强垂直风切变环境下飓风Bonnie(1998)中风暴相对螺旋度的分布特征,再现了Molinari等(2008)利用下投式探空仪获得的该飓风内部风暴相对螺旋度的离散观测结果。通过对比不同垂直风切变环境下,不同区域风暴的相对螺旋度、对流有效位能及风速的水平分布,揭示出与高值风暴相对螺旋度相联系的强对流单体的分布与环境垂直风切变的密切联系。基于风暴相对螺旋度和对流有效位能的配置分析,研究强环境垂直风切变时段,眼壁附近的深厚涡旋对流以及螺旋雨带中的小型对流单体的三维结构和演变特征。分析表明,环境垂直风切变较强时,在眼壁附近的顺切变区存在典型的深厚涡旋对流系统,这类深厚涡旋系统能够激发二级垂直环流,有利于旋转上升运动的维持,并在近眼心区域引发补偿性的干暖下沉气流,有助于飓风暖心的维持和加强;同时,螺旋雨带中也存在以涡度为特征的小型对流单体,这些对流单体随着平流不断移入飓风中心,使得飓风中心垂直涡度增加,最终导致飓风强度的增强。      

成都一次脉冲风暴特征及成因分析

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线仪资料、加密自动气象站资料、常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2014年7月23日16:00在成都城区发生的一次局地强对流过程进行了分析。结果表明:晴空太阳辐射增温和低层偏南气流的暖湿水汽输送使得成都附近大气具备对流发展的能量和水汽条件;地面暖平流及成都城市热岛效应,使得成都城区低层抬升作用增强;在弱的垂直风切变环境中,南下阵风锋与成都城区西北部地面中尺度热中心和中尺度辐合线相遇,激发出脉冲风暴并迅速发展,进而产生局地强对流天气;多普勒天气雷达资料显示脉冲风暴强盛时期具有悬垂回波、有界弱回波区、中层径向辐合等强风暴的特征。     

青藏高原东侧边坡地区一次强对流天气过程中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2E卫星云顶亮温资料、兰州多普勒雷达资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2018年7月18日发生在青藏高原东侧边坡地区的一次强对流天气的环流背景、物理量场和中尺度系统特征进行了分析。结果表明:从高原中部东移的高原槽为此次强对流天气过程提供了有利的天气形势,地面辐合线和地形抬升共同触发此次强对流天气;700 hPa低空急流输送的暖湿水汽及其在暴雨区的辐合为强降水的发生提供了水汽和不稳定能量,上冷下暖的平流输送进一步增强了大气不稳定度;镶嵌在MCS中缓慢移动的中-β尺度对流风暴是产生局地短历时暴雨的直接系统。     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。     

关中一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用雷达、探空和自动站等观测资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2018年7月26日关中地区快速发展移动的强对流天气进行研究,重点分析了出流边界在对流风暴局地生成、快速发展中的作用。结果显示:26日上午关中东部地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定,低层强的偏南气流及暖平流;午后秦岭山区对流云团下山过程中和西安南部多个对流单体合并加强,形成强的冷池和雷暴高压,激发出阵风锋,阵风锋是本次强对流天气的触发机制;雷达图上新的对流单体在阵风锋前径向风风向切变最大处触发,大风天气出现在阵风锋后部强的反射率因子梯度区;阵风锋位于冷池前沿,两者的发展演变密切相关,雷暴合并补充加强了冷池强度,有利于阵风锋及强对流天气维持较长时间;边界层风向与阵风锋移动方向相反,而边界层以上的风向与之相同是阵风锋触发的对流风暴维持发展的一个因素。     

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。     

2001年8月23日华北强风暴动力机制的数值研究

利用非静力平衡模式(MM5 V3.5)对2001年8月23日发生在华北地区的一次强对流风暴过程进行了数值模拟,在取得合理模拟结果的基础上,着重分析了风暴发生的热力条件、太行山地形动力作用和风暴中尺度结构特征,并依据倾斜涡度发展理论,分析了强风暴的发展机制。结果表明:本次风暴是在以西北气流为主导的环流背景下产生的,低层增温,中高层降温和整层增湿是造成层结不稳定的重要原因。上游地区对流引发的干冷下沉气流沿太行山背风面下滑形成的下坡风是触发强风暴发生的直接动力机制。湿位涡分析表明,风暴发生区具有明显的等熵面倾斜,对流层中低层pm1<0区域,同时pm2>0,满足倾斜涡度发展的条件,对强风暴的发展具有一定指示性。风暴发展早期,其垂直方向次级环流可能与新雷暴的产生和雷暴的跳跃式传播有关。太行山地形引起的边界层风场的变化,包括下坡气流和边界层中尺度辐合线对风暴的触发、组织和移动发挥着重要作用。     

一次强风暴的垂直环境特征数值模拟分析

应用MM 5模式对东北冷涡诱发的 2 0 0 2年 7月 1 2日强风暴进行了数值模拟 ,较成功地模拟出中尺度强对流风暴。发现冷涡后部中层干冷空气绝热下沉是东北冷涡 70 0hPa附近干暖盖形成和维持的重要机制 ,而低层暖湿气流爬升及干暖盖的抑制作用是东北冷涡强对流不稳定能量积累的重要机制。风暴发生前持续的低层西南风到中层西北风的风垂直切变产生的差动平流 ,加剧了层结不稳定 ,而风暴临近风垂直切变方向的快速逆转使热成风不平衡 ,必须通过激发垂直环流以适应其变化 ,对风暴发展有重要作用。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。     

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

较强的热力不稳定和适宜的动力环境是强对流发展的基础 ,造成灾害的强对流一般是一种深厚对流 ,深对流指数和对流有效位能可反映对流上升运动的潜势和强度 ,对流有效位能还隐含地反映了对流层大气总体垂直热力结构。下沉对流有效位能和大风指数反映了对流下沉运动和下击暴流潜势 ,对流下沉和中层干空气的入侵高度、干燥程度及对流层中下层的稳定度和湿度有关。强风暴特别是超级单体一般都具有很高的螺旋性 ,高螺旋度有利于风暴生命的维持 ,而风暴相对螺旋度则对风暴发生及风暴类型有一定的预示。粗里查逊数反映了对流能量和环境场动力之间的平衡关系 ,能量螺旋度指数反映了动力和能量对强对流天气发展的共同效应 ,它们都综合了动力和热力两方面的因子 ,对强风暴及其类型的预报有指示意义。风暴强度指数和瑞士雷暴指数成功地把动力和对流能量参数结合起来 ,在实际研究和业务工作中这种方法值得借鉴。随着高分辨率中尺度和风暴模式的发展 ,模式输出的对流动力和能量参数将有广泛的应用前景。     

A Diagnostic Case Study on the Comparison Between the Frontal and Non-Frontal Convective Systems

Two major mesoscale convective clusters of different characters occurred during the heavy rainfall event in Guangxi Region and Guangdong Province on 20 June 2005,and they are preliminarily identified as a frontal mesoscale convective system(MCS1;a frontal cloud cluster) and a non-frontal MCS(MCS2;a warm sector cloud cluster).Comparative analyses on their convective intensity,maintenance mechanism, and moist potential vorticity(MPV) structure were further performed.The convective intensity analysis sugges...     

出流边界对京津冀地区强对流局地新生及快速增强的动力效应

针对2014年7月16日发生在京津冀地区包含三次风暴过程的强对流"事件",通过雷达、探空和自动站等观测资料分析,以及基于雷达资料快速刷新四维变分同化（RR4DVar）和三维数值云模式的高分辨率模拟,研究了在京津冀复杂地形条件下导致对流风暴局地新生及快速增强的对流尺度热力和动力机制,重点分析了出流边界在对流风暴局地新生及快速增强过程中的动力效应。探空观测和模拟结果均显示,16日当天从上午到傍晚,京津冀地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定、强的偏南低空急流和低层垂直风切变等。在本次强对流"事件"中,首先是东移的近地面切变线在中午12:00（北京时,下同）左右触发了天津地区多单体对流风暴的局地新生和快速加强,并产生了明显的向西北移动的出流边界。随后,在京津冀西北部山区形成的一个产生向南出流的风暴单体于下午18:00左右抵达北京西北部山边,由于地形强迫,沿山坡加速下滑的风暴出流与沿山坡上行的低层偏南暖湿气流相互作用,增强了山坡附近的低层辐合和垂直上升,同时在向南和向西北移动的出流边界"碰撞"形成的动力不稳定配合下,使得风暴单体在下山过程中迅速发展为强超级单体风暴。两条出流边界在风暴附近的"碰撞"及其和低层偏南暖湿气流的相互作用,具有复杂地形条件下导致风暴新生和加强的"三重点"关键区特征。在22:00左右,由超级单体风暴形成的出流边界抵达京津冀南部平原地区,与偏南低空急流和低层偏东风湿空气产生的辐合区相互作用,形成新的类似于"三重点"的关键区,导致在辐合区内沿出流边界出现暖湿空气的强烈上升。在出流边界的动力不稳定触发下,沿出流边界附近不断有对流单体新生和增强,最终在23:00左右形成了一条近似东西走向的线状多单体风暴系统。     

"05.6"东北暴雨中尺度对流系统研究Ⅱ:MCS动力结构特征的雷达卫星资料分析

应用多普勒雷达和卫星资料对2005年6月10日发生在黑龙江省沙兰河上游的暴雨MCS动力结构的演变特征作了进一步研究,以加深对东北暴雨中尺度对流系统动力学结构的认识。研究结果表明,导致2005年6月10日黑龙江省沙兰河上游暴雨的中尺度对流系统是一个具有多单体风暴结构特征的孤立对流系统,对流系统中个别对流单体的强烈发展导致了沙兰河上游的雷暴等剧烈天气过程。此外,研究还发现,对流系统在初生—发展—成熟3个阶段中,雷达反演的低空风场上显示出明显的规律性,随着降水加大,降水区附近的流场上反气旋性旋转疏散的特征显著增强。对整个对流系统来说,以对流云团移向方向(东北方)为前方,低空暖湿气流从云团左后方(西南方)入流,而在云团的右前方(偏东方)出流,即系统内的气流具有后方入流前方出流的特点。从对流系统的移动规律来看,云团左侧低空入流高空出流,右侧低空出流高空入流,即在云层平均风方向的左侧低空辐合高空辐散,右侧低空辐散高空辐合。这种有利于对流单体从系统的左后方新生,在右前方消亡的配置可能是导致沙兰河上游暴雨的雷暴云具有左移风暴特点的重要动力机制。     

AN OBSERVATIONAL ANALYSIS OF A TORRENTIAL RAINSTORM IN THE WARM SECTOR OF SOUTH CHINA COASTAL AREAS

On May 20 th 2007, a brief but severe downpour rainstorm occurred in the coastal areas of Maoming and Yangjiang with rainfall of 115 mm per hour. Data from NCEP/NCAR reanalysis with 1°×1° resolution, Doppler weather radar, conventional surface observations, high-altitude radiosonde and wind profiler radar were used to analyze characteristics and contributions of synoptic scale and mesoscale systems during this torrential rainstorm. The results showed that:(1) the storm was caused by a quasi-linear mesoscale convective system(MCS) and the slow-movement of this system was the primary trigger of the torrential downpour;(2) water vapor was abundant, nearly saturated and in steady state throughout the atmosphere before the storm; intrusion of the weak dry and cold air in the middle level and a striking "dry above and wet below " structure had increased the atmospheric instability;(3) low-level southwesterly airflow from a low pressure(trough) at the Beibu Gulf provided abundant water vapor at the onset of the rainstorm; a deep dry layer was formed by dry and cold air behind the high-level trough, which facilitated latent heat release;upper-level divergence and low-level convergence circulations also provided vertical uplift for warm and moist air at the lower level;(4) Topography only played a minor role as the MCS developed and strengthened over relatively flat coastal terrain. Low level density flow induced by convection triggered new convective cell generation at the leading edge of the convective system, thereby playing a key role in the change of temperature gradient at lower layers, and resulting in strengthening atmospheric instability.     

复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明：雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面：（1）地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;（2）地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;（3）地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是：组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区（朝阳地区）的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。