豫东一次超级单体风暴造成的强对流天气分析

利用常规观测资料、地面区域站加密观测资料以及多普勒雷达资料,对2017年8月9日河南东部地区一次典型超级单体风暴过程的环流形势、强对流天气与地面中尺度露点锋的关系进行了综合分析。结果表明:在贝湖低涡南部小槽东移发展与700 hPa前倾槽的形势下,地面中尺度辐合线尤其是中尺度露点锋为该次强对流天气的发生提供了有利的触发条件,雷达回波表现出在中尺度露点锋上有多个对流单体的初生、发展、合并形成超级单体,并沿着地面中尺度露点锋发展、移动。该次过程中的中尺度露点锋与我国常见的露点锋不同,其并非暖湿空气活跃北上后与干冷空气形成的干湿不连续,而是来自西侧和北侧的干暖空气为主导气流形成的干湿对比;天气发生前期伸出的干暖舌,对强对流的触发预报有一定的指示意义。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

盛夏杭州湾一次海风锋触发雷暴的数值模拟分析

利用常规气象观测资料、多普勒气象雷达资料、浙江省自动站加密资料、NCEP/FNL再分析资料,结合高分辨率中尺度数值模式WRF对杭州湾地区2016年7月28日一次海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征进行数值模拟。结果表明:1)海风锋是此次强雷暴天气过程的主要触发系统。2)中尺度模式WRF较好地模拟出此次雷暴过程的降水和低层风场、温度场分布以及海风锋水平垂直结构。3)海风锋对局地比湿及涡度特征的加强有明显的促进作用,为雷暴的发生发展提供有利的水汽和动力条件。4)分析对流参数演变曲线的突变位置,对雷暴发生的时间有一定的指示和预报意义,杭州湾南侧单纯的海风锋也可以触发雷暴的发生发展。     

玉溪一次强对流天气的中尺度特征分析

利用常规探空资料、NCEP/NCAR再分析资料、地面自动站加密观测资料及T639数值模式资料对2013年6月9-10日发生在玉溪的一次强对流天气进行了诊断分析。结果表明,此次强对流天气是高空槽后西北气流引导冷空气南下并与西南暖湿气流在云南中北部交汇引发的,对流层低层切变线和地面中尺度辐合线、气旋式辐合中心等是此次强对流天气的直接影响系统。其水汽主要源于孟加拉湾,水汽在低层集中和输送并在云南等地上空辐合,为此次强对流天气的发生提供了有利的水汽条件。中尺度强对流云带与地面中尺度辐合系统及对流有效位能(CAPE)不连续带有较好的对应关系,中尺度强对流云带发生、发展的位置和走向与前期地面辐合线基本一致,对流单体在CAPE不连续带大值区一侧容易加强和发展。综合分析地面流场和高分辨CAPE的分布,对强对流天气的短时临近预报有一定指示意义。     

江西秋季一次区域性强对流天气过程的模拟分析

利用常规地面观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块,对2009年11月9日江西的一次区域性秋季强对流天气过程进行数值模拟,探讨了此次强对流天气过程发生发展的物理机制。结果表明:(1)江西省基本均处于K指数大于36℃高值区,具备热力不稳定能量,K指数很好地反映此次过程的热力条件;(2)强的垂直风切变,为此次强对流提供发展的能量;(3)Δt850-500达到26℃,具有强垂直温度梯度;(4)此次强对流过程中,对流层中高层的干侵入可以向下伸展至700 hPa高度层以下,有利于对流不稳定能量在低层的积聚,对流不稳定能量的释放可以将低层的暖湿气流向上输送至较高的层次,加强了强对流天气的发生。     

沈阳地区一次冰雹天气过程形成机制的数值模拟

应用中尺度MM5数值预报模式对2003年6月28日发生在沈阳地区的一次冰雹强对流天气过程进行数值模拟和分析，并与实况观测资料进行比较，成功地模拟出中尺度强对流天气系统演变规律，得出这次强对流天气过程的触发机制，为冰雹强对流天气的预报提供有应用价值的思路和方法。此次冰雹强对流天气过程主要是受深厚的低涡天气系统作用的结果，高低空急流的耦合、干湿空气间强的风垂直切变和上层干冷、下层暖湿的位势不稳定层结是此次冰雹强对流爆发的重要触发机制。     

2006年6月5～8日梅雨锋上中尺度对流系统引发福建北部暴雨的诊断分析

利用1°×1°经纬度的NCEP再分析资料、地面1 h降水和卫星黑体辐射亮度温度资料,分析了2006年6月5～8日引发福建北部大暴雨的梅雨锋上的中尺度对流系统活动,探讨了梅雨锋上或锋前暖区一侧中尺度对流系统触发和增强的动力机制,并进一步研究了强降水凝结潜热造成的非绝热加热在对流系统发生发展中的作用。结果发现:福建北部强降水产生是由梅雨锋上或锋前多个β中尺度或α中尺度的强对流系统活动造成的,这些中尺度对流系统的发生发展与大尺度地转强迫造成的上升运动、武夷山脉等的地形动力强迫抬升作用、梅雨锋锋生以及锋面的阻挡和直接抬升作用有关。梅雨锋上强降水造成的非绝热加热在中尺度对流系统的形成和发展中起到了重要作用。最后,总结出梅雨锋上中尺度对流系统发生发展的概念模型。     

基于WRF模式对贵州一次山地暴雨数值模拟研究

采用中尺度天气模式WRFV3.6.1模拟发生在贵州西南部山区大暴雨天气,由于复杂的地形条件,数值模拟难度大。通过对降雨实况、高空对比分析,WRF模式能够很好模拟此次大暴雨天气过程。在此基础上,结合贵州地形下利用高分辨率的数值结果进行天气学诊断分析,得出:(1)WRF能够较好地模拟贵州一次山地暴雨天气过程的大尺度环境、降水分布,只是在贵州中北部的累计降水略偏大。(2)此次降雨过程存在着明显的低层辐合、高层辐散的形势配置,这有利于垂直运动的发展,进而产生剧烈的强对流天气。在垂直速度上也体现着在降雨中心存在着强对流发展,伸展高度高,垂直区域广。(3)低层深厚的湿层为暴雨发生提供了充足的水汽条件、充足的对流有效位能和比湿提供了能量条件、不稳定层结和强烈的上升运动也给此次大暴雨提供了有利配置,使得中尺度对流系统得到很好地发展,进而引发强降水。(4)700 h Pa上的垂直螺旋度与降水落区有着较好的对应关系,在实际业务中可以用来确定降雨落区,为确定落区提供科学依据。     

一场初冬“雷打雪”天气的中尺度特征分析

利用探空资料、T639数值预报产品和多普勒天气雷达资料,对2009年11月郑州地区的一场"雷打雪"天气过程进行了中尺度特征分析,结果表明:大尺度环流背景为暴雪的产生提供了有利条件,而中尺度露点锋是"雷打雪"天气发生的直接影响系统,中低层强烈的逆温层和"上干中湿下冷"的大气垂直结构为对流天气的产生储备了充足的不稳定能量,干暖盖指数对冬季对流天气的发生有一定的预报指示意义;多普勒天气雷达的径向速度产品是制作"雷打雪"天气短时临近预报的重要依据。     

孤立云团造成的一次强对流天气分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达拼图产品等,结合WRF中尺度数值模拟,对2013年5月22日发生在山西省中南部的强对流天气进行了分析。结果表明:此次强对流天气过程中,河套地区正涡度平流的持续输送是500 h Pa切断涡旋形成、维持和发展的重要原因;低层冷平流沿其前方输入,后部有更强的暖平流输入,使涡旋不断加深发展,在其附近激发孤立对流云团,孤立云团上空存在高层辐散、低层辐合的垂直结构,使得其上空上升运动持续加强,孤立对流云团得以维持和发展,其间形成的γ-中尺度和α-中尺度强对流云团是造成强对流天气的直接原因,而地面海上高压后部水汽的持续加强和高空脊前干空气南侵,产生明显干锋生作用,是强对流的重要触发机制。雷达组合反射率因子拼图显示,此次强对流过程是由单体回波发展合并加强造成的,这些单体回波的演变经历了"单体—加强合并—带状回波—弓形回波—减弱消亡"的过程;整个过程分为2个阶段,其回波面积、强度、移动速度不同,造成强对流天气特征差异明显。此次强对流天气存在3种类型,其温湿廓线结构及环境参数特征存在明显差异,可作为判断强对流天气类型的指标。     

甘肃东南部两次极端致灾暴雨对比分析

为了研究甘肃东南部相同气候背景条件下极端暴雨天气的成因,提高极端暴雨强度和落区预报的准确率,利用NCEP再分析、自动气象站降水、常规观测资料及卫星云图资料,对2013年8月7日和2017年8月7日发生在甘肃东南部两次极端暴雨进行对比分析。结果表明:两次极端暴雨天气过程都伴随着短时强降水等强对流性天气,具有降水量大、雨强强、灾害重的特点,其中冷空气的强度对暴雨落区、空间分布以及影响系统移动以及对流强度产生重要影响。在强冷空气和高空低槽、低层切变线影响下,暴雨区偏南,强降水区域小,持续时间短,不稳定条件更好,对流强度更强;在弱冷空气和高原槽、低层低涡、低空急流作用下,暴雨区偏北,强降水范围大,持续时间长,大气湿层厚度大,低层水汽辐合强度、涡度以及垂直速度更强,降水效率更高,但对流强度相对较弱。卫星云图上,在强冷空气的影响下对流发展旺盛,形成强中尺度对流云团,对流云团呈带状;在弱冷空气作用下对流云团尺度小,发展范围小,有暖云降水特征,降水效率高。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

一次后向传播对流风暴特征及传播机制

利用常规观测资料、FY 4A气象卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料，分析了2019年5月17日夜间发生在京津冀中部伴有强冰雹、短时强降水和短时大风的强对流天气过程。利用VDRAS资料与国家自动站资料进一步揭示对流风暴形成的环境条件以及后向传播的机制。结果表明：在有利于强对流发生发展的大尺度环流背景场下，京津冀中部的对流系统迅速发展。前期京津一带的强对流天气形成较强的东北风冷池出流，与渤海湾的东南气流交汇，在廊坊北京交界一带形成了向南移动的地面辐合线,并触发了对流。由于新生风暴单体与成熟风暴之间的正反馈作用，使得在廊坊北部形成东西向带状风暴系统，造成对流风暴不断向西传播。向西传播的风暴与西北东南向的平流共同作用，最终导致风暴运动方向为西南方向，成为典型的后向传播风暴。     

基于FY-2D的新疆强对流云的识别

利用2007-2013年新疆的十场强对流天气过程以及与之相应的FY-2D静止气象卫星数据,分析了强对流云红外一通道、红外二通道、水汽通道及通道差的光谱特征,提取强对流云团样本点,采用统计方法确定判识指标的阈值范围,构建多通道多阈值判识方法。利用三场天气过程的地面实测降水资料分别验证了单时次和整场天气过程强对流云判识的准确性,结果表明：单时次强对流云的识别区域与发生降雨台站一致的准确率为83%;在整个天气过程中,强对流频次分布与降水实况吻合度较高,说明随着对流云团的移动和发展,判识区域与地面降水区域保持一致,验证了判识方法有效,阈值选取合理,可以为监测暴雨天气系统的发生、发展提供支持。     

DIURNAL CYCLES OF CONVECTIVE AND STRATIFORM PRECIPITATION OVER NORTH CHINA DURING SUMMER

The diurnal cycles of precipitation over north China during summer in four strong rainfall years are examined using two-dimensional cloud-resolving modeling data. The diurnal signals are analyzed in terms of precipitation budget, fractional rainfall coverage and rain intensity over convective and stratiform rainfall area. The analysis of precipitation budget shows that the diurnal cycles of convective and stratiform precipitation mainly correspond respectively to those of water vapor convergence and transport of hydrometeor from convective rainfall area to stratiform rainfall area in 1964, 1994 and 1995, whereas they mainly correspond to those of water vapor convergence in 2013. The diurnal cycles of convective and stratiform precipitation are mainly associated with those of rain intensity in 1964, 1994 and 1995. In 2013, the diurnal cycle of stratiform precipitation is mainly related to that of fractional rainfall coverage over stratiform rainfall area. The multiple peaks of convective precipitation mainly correspond to the rain intensity maxima associated with strong water vapor convergence.     

2020年1月初怀化一次罕见强对流天气过程分析

利用国家气象观测站常规探测数据、怀化区域自动雨量站和雷达数据以及NCEP1°×1°再分析资料,对怀化2020年1月初一次罕见的强对流天气过程进行了研究分析。结果表明:此次强对流天气在怀化南北部表现出不同的特征,中北部强对流天气属于高架对流类,南部属于斜压锋生类,且强度明显强于中北部;“上干下湿”特征、较强的下沉对流有效位能以及强的垂直风切变,有利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气;中北部受逆温层抑制作用,而南部与中北部相比具有更有利于强对流天气发生发展的水汽条件、辐合上升运动条件以及不稳定条件,这也是造成两者差异的主要原因。雷达分析表明,怀化南部发展较高的强回波单体是造成局地短时强降水出现的主要原因,超级单体导致出现冰雹,低仰角速度大值区预示着雷达大风的产生,风廓线中中层干侵入现象对强对流天气开始、结束有较好的指示意义。     

沿海地区一次中尺度对流系统闪电活动及降水结构

利用TRMM卫星的测雨雷达,微波成像仪,闪电成像仪等探测数据,研究了2010年8月5日发生在江苏北部一次中尺度对流系统(MCS)的降水结构和闪电活动之间的关系.结果表明:MCS在发展阶段,对流云降水面积与层状云降水区相当;在减弱阶段,层状云降水区面积远大于对流云降水区.MCS的生命史中,大部分闪电发生在对流云区,仅有少数闪电发生在层状云区,在减弱阶段闪电多发生在对流云和层云的过渡区中.发生闪电的层云和对流云降水垂直廓线表明:在MCS的发展成熟和减弱中在4 km高度,层云降水率都达到最大值;在对流云降水区中发生闪电主要与对流云上空含丰富的冰相粒子和对流云发展厚度(顶高达17 km)有关.研究还表明闪电数目最大值一般回波强度在35～45 dBz之间,并非回波越强闪电越多.闪电主要发生在40～50 dBz之间,且明显向强回波区趋近,这对我们利用雷达回波预警闪电落区具有一定的参考意义.     

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。     

恩施“6·24”暴雨中尺度系统特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星TBB资料、雷达资料,对恩施州2016年6月24—25日发生的一次大范围暴雨过程进行分析。结果表明:本次强降水,具有典型的两槽一脊"单阻型"梅雨环流特征,在有利的大尺度环流背景下,在高空槽、低层低涡切变、西南急流、地面中尺度辐合线等中尺度天气系统的共同影响、相互作用下,形成了此次大范围强降水。此次暴雨空间上分布不均,局地性强,表现为明显的中尺度对流性特征,雷达回波图上降水性质表现为混合型降水,暴雨的直接影响系统是中β尺度对流系统,且中β尺度对流系统在多个中尺度对流云团合并后加强,时间尺度约为5 h。此次暴雨过程是在上干冷下暖湿强的大气层结不稳定条件下,梅雨锋、边界层辐合线和地形槽的触发作用将前期积累的能量释放产生的强对流天气,同时,副高外围西南气流将南海和西太平洋的水汽向恩施输送,为暴雨的发生提供了有利的条件。     

北京一次积层混合云系结构和水分收支的数值模拟分析

本文利用中国气象科学研究院(CAMS)中尺度云分辨模式对2007年10月的一次积层混合云降水过程进行了数值模拟。利用模拟结果结合实测资料, 研究了积层混合云系的宏微观结构和降水特征, 并分析了云系的水分收支及降水效率。结果表明:积层混合云是导致此次北京降水的主要云型;积层混合云降水分布不均匀, 云系中微物理量的水平和垂直分布都不均匀, 具有混合相云的云物理结构。冷云降水过程占主导地位, 雪的融化对雨水的形成贡献最大。北京区域降水过程的主要水汽源地为黄海海面及蒙古国, 两支气流在陕西北部汇合后的西南气流将水汽输送到华北地区, 北京区域以外, 水汽和水凝物主要从西边界和南边界输送到域内。北京区域降水主要时段内, 水物质通量在水平方向上为净流入。对北京区域水汽、水凝物和总水物质的水分收支各项的估算表明, 水物质基本达到平衡。北京区域从2007年10月5日20时至6日14时, 总水成物降水效率、凝结率、凝华率及总水凝物降水效率分别为5.6%、4.77%、4.19%、44.9%。