一次强对流天气的成因及环境参数特征分析

本文利用观探测资料、NCEP/NCAR再分析资料、雷达资料等,对2018年3月4日广西、湖南、江西一次区域性雷暴大风、冰雹、飑线等强对流天气进行分析,结果表明：高低空急流耦合,700hPa暖中心,850hPa强暖湿低空急流+暖脊+切变线,地面暖低压倒槽+辐合线+冷锋,上述系统是此次强对流天气的触发者和组织者;极端温差及水汽分布形成异常热力不稳定和位势不稳定;中低层强垂直风切变形成的动力不稳定使飑线组织化发展且长时间维持;弓形飑线与中低层风向夹角大,在西南急流引导下,飑线以60～120km·h-1速度向东北加速移动。在强低层风切变下,冷池能够触发其前沿空气产生较强上升运动,有利于飑线发展和维持。大风发生前10～30min,中层存在大风速核明显下降现象。     

一次东北冷涡背景下的飑线天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料及FY-2E水汽图等资料,对2016年6月13 14日发生在山东的一次飑线天气过程进行综合分析。结果表明:此次大范围强对流过程是在东北冷涡背景下接连两次飑线影响而产生的,地面中尺度辐合线是触发不稳定能量释放的重要机制;强对流区上空的高CAPE值、中层干冷和低层暖湿的温湿垂直分布及中等以上强度的深层垂直风切变,都是这次强对流发生和维持的有利环境条件;强对流过程的干侵入主要来自于高空冷涡后部的偏北气流,引导冷空气向南入侵,随着干侵入的增强,其前侧的对流也随之增强;水汽图上"暗缝"的移动方向与500 h Pa气流的方向关系密切。     

连续两次飑线大风成因对比分析

采用多源气象观测资料,对2018年5月16日江苏省北部的连续两次飑线过程进行综合观测对比分析和数值模拟研究。结果表明:(1)两次飑线过程在相同天气系统影响下的不同环境场中产生,大别山背风坡的背风波扰动是这两次飑线的共同触发机制。(2)两次过程的雷达回波图上均有后部入流急流和中层径向辐合特征,第一次过程的后部入流急流强度更强、高度更高,中层径向辐合的强度更强、厚度更厚,环境风垂直切变的差异是两次飑线组织结构特征存在明显差异的主要因素。(3)在CAPE值相近条件下,第一次过程的整层水汽更丰富、垂直风切变更强、垂直切变伸展高度更高,导致第一次飑线对流系统发展强度更强。(4)两次飑线大风形成的主要物理机制不同,第一次飑线的后部入流急流引导中高层(5~8 km)干暖空气下沉并入侵风暴体,促使其降水粒子强烈蒸发并形成冷池,同时引导高层动量下传产生强烈的出流气流,最终导致地面大风的形成;而第二次飑线后部入流急流引导中低层(3~5 km)干冷空气入侵对流系统,形成冷池和地面大风。(5)第一次过程环境场垂直风切变条件下形成的飑线组织结构特征,更有利于降水粒子强烈蒸发形成更强的冷池和下沉气流,致使第一次飑线地面大风较第二次飑线更强。     

福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型配置及环境条件分析

根据2002—2013年福建26次春季强对流天气过程中12例由西南急流暖湿强迫产生的强对流天气的高低空环流配置,利用常规高空、地面观测资料以及NCEP再分析资料,运用中尺度对流天气的天气图分析技术建立福建春季西南风低空急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型的识别方法,并统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素,初步揭示了福建省春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气过程的特征和规律。此类强对流天气是由对流层中、高层干冷空气位于低层强烈发展的暖湿平流之上形成显著条件不稳定层结,逆温、干暖盖、中低层有利的水汽条件,上干下湿的温湿廓线以及低空辐合、高空辐散为强对流天气的发生提供了有利的环境条件,强对流天气系统由地面的锋面、辐合线、热低压、925 hPa辐合线以及西南急流脉动等中尺度天气系统触发,对流生成后在西南风急流引导下移入有利于对流发展的不稳定区域使得对流持续发展,强垂直风切变配合较大的对流有效位能有利于对流风暴持续发展。     

华南暖区暴雨中一次飑线的中尺度分析

利用地面加密观测资料、高空观测资料、多普勒雷达观测和雷达风场反演资料等,分析造成2010年5月6—7日华南暴雨中一次飑线的演变过程及三维结构特征。结果表明:(1)此次飑线过程发生于200 hPa高空辐散区、500 hPa高空槽后、地面准静止锋锋前暖区内,850 hPa飑线北侧为切变线,东南侧存在低空急流,中低层为中等强度垂直风切变。(2)该飑线系统初始对流单体由西风受广西大瑶山脉地形阻挡而触发。发展过程中两广交界处不断生成新单体,东移发展并入对流带,单体发展及对流带的形成与地面中尺度辐合线关系密切。(3)该飑线在形成过程中存在对流带与对流单体的锢囚过程,锢囚过程中地面辐合线及中层中气旋起组织作用,至盛期对流带东段出现弓形回波结构。强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流,造成地面冷池及后部辐散出流,促进弓形回波发展。(4)成熟期飑线系统包含弓形回波、冷池及不明显的层状云区,三维结构特征与经典飑线类似,但无涡旋对,雷暴高压也不明显。     

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

利用NCAR、NCEP和FSL/NOAA等共同研制的WRF中尺度数值模式,对2009年6月3日河南地区发生的一次飑线过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料对该次过程进行诊断分析。结果表明:WRF模式成功地再现了高低空环流形势演变及强对流的分布发展特征,高空冷涡后部冷空气南下,近地层较暖,形成了上冷下暖的位势不稳定层结及地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。强对流发生时,该地区出现的低空增温增湿、低空急流的爆发及低层急流核向东南快传、高空急流轴稳定在强对流天气发生地上空,对流有效位能积累和释放随时间的演变过程及垂直螺旋度大值中心等对此次强对流天气过程有较好的指示意义。     

长波调整背景下陕西关中东部强对流天气过程分析

利用常规高空和地面观测资料、FY-2E卫星云图资料、多普勒天气雷达及地面加密气象站资料,对2014年7月1日发生在陕西渭南的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:本次强对流天气过程是在500 h Pa长波调整过程中,冷空气不断从切断低压底部扩散南下,与中纬度中尺度切变线相互作用所致;垂直温度梯度大对渭南市强对流天气有较好的潜势预报意义;地形作用导致中低层风向垂直切变增强和地面小尺度辐合线形成。其中,垂直风切变的增强致使中层干空气卷入对流云团中,新鲜空气补充了云凝结核源,经过渭河之后,近地面气温升高、相对湿度增大,有利于冰雹转成短时暴雨。地面小尺度辐合线触发了不稳定能量进一步释放;强的垂直风切变和低层辐合共同作用,使对流云团增强,降雨强度增大。     

2009年6月河南一次飑线过程的成因分析

利用地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和雷达探测资料,从能量、动力和触发机制等角度,对2009年6月3日发生在河南东部地区的一次飑线过程进行综合分析。结果表明:东北冷涡是此次飑线过程的主要影响系统,涡后冷空气南下与低层暖湿空气叠加造成对流不稳定,高层的干冷空气侵入增强了对流不稳定;低层辐合、高层辐散为飑线强对流天气的发生发展提供了强烈上升运动的动力条件,地面维持并加强的干线所激发的次级环流可能是这次飑线系统发生发展的重要机制之一;中低层的垂直风切变稳定维持、加强、迅速减小与飑线强对流天气发生发展前后对应较好,其演变特征对此次飑线过程有很好的指示意义。     

2006年4月28日山东强飑线过程中尺度结构和动力机制分析

利用探空、地面自动气象站、多普勒天气雷达和NCEP/NCAR再分析等资料,对2006年4月28日影响山东大部的强飑线过程的中尺度结构进行了诊断分析。此次强飑线是由东北冷涡横槽沿西北气流下滑激发对流发展形成的,冷涡横槽底部为后倾的干冷下沉气流区,干空气侵入有利于位势不稳定能量的储存。冷涡横槽在300 hPa最为强盛,并连接横槽前后南北两支急流,对流层顶折叠特征明显;高空横槽区的地转调整运动引发中尺度重力波,促进了高空急流动量向对流层中下部的传输,加剧了地面大风灾害。风暴发生区具有明显的等熵面倾斜、对流不稳定和垂直风切变,具有倾斜涡度剧烈发展的条件。风暴发生区中低层散度场、垂直速度场和地面风压扰动场均具有典型中尺度重力波的结构特征,风暴和中尺度重力波相互耦合促进,是强飑线发展维持的重要动力机制。     

一次致灾强冰雹过程分析与高分辨率数值模拟研究

为提高冰雹天气过程的预报预警能力，减轻其对农业生产的影响，利用多种气象资料，对2018年5月16日南通市北部首场大冰雹过程从环流背景、水汽、热力条件等方面进行了详细分析；并应用中尺度非静力WRF模式，对该降雹过程进行数值模拟，再现了冰雹形成的背景条件及过程。分析表明：上冷下暖的配置导致大气层结不稳定，本次过程的动力抬升条件是由高低空急流、中低层切变线及露点锋等系统相配合提供的；地面切变线是触发系统。在高0 ℃层的不利背景下，高CAPE值、较强的深层风垂直切变、600 hPa以上明显的冷平流、低层较强的水汽输送及边界层 θse随高度明显减小均有利于冰雹天气的出现。深层垂直风切变、中低层温湿梯度大值区及边界层 θse锋区与高能舌重叠区均与冰雹落区有较好的对应。雹暴单体具有入流V型缺口、钩状回波、高悬的强反射率因子、三体散射、持续高VIL值等大冰雹回波特征；70 kg/m2 以上VIL 高值的稳定维持与大冰雹的出现对应较好。WRF模式较为成功地呈现了本次冰雹影响的全过程，是局地不断生成的对流单体与飑线相结合，促使飑线南段对流增强，飑线系统再次发展的过程。对流有效位能的释放、风垂直切变的加强、暖平流的增强及明显干入侵对强对流的发展增强有提前指示意义。     

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。     

载人飞船主着陆场区强对流天气成因

从数值预报资料入手,结合风廓线雷达、多普勒雷达及自动气象观测资料对2008年9月14日飞船主着陆场区一次雹暴过程进行分析。结果表明:这次雹暴过程中气象要素变化剧烈;侵入蒙古低压的冷锋带动中尺度辐合线移近场区时触发强对流迅猛发展;雹暴前期垂直风切变显著增大;深厚的对流不稳定层结、强烈的正涡度平流和垂直上升运动等是雹暴的主要成因;雹暴前期TBB值迅速降低,雷达RHI回波图上,在无回波穹窿区上部为雹源区;冰雹落在θse舌轴的北侧和高空锋区的南侧。     

2013年湖南首场致灾性强对流天气过程成因分析

应用湖南多部雷达和探空资料、中小尺度自动气象站资料、南岳高山站逐时观测资料及LAPS局地分析资料,对2013年3月19日湖南首场致灾性强对流天气过程的成因进行综合分析,并探讨强冰雹和雷暴大风预警着眼点及其可预警性。结果表明:强对流发生前,近地面晴空辐射增温、对流不稳定层结、强的垂直风切变、强温度梯度直减率以及近地层较好的水汽条件为强对流风暴发生发展提供了良好的潜势条件;中低层冷平流、地面中尺度辐合线、能量锋和露点锋以及近地面层弱辐散、中低层强辐合、高层强辐散的动力耦合结构是强对流发生的有利天气背景,中低层冷空气是这次强对流过程的触发机制;强对流风暴的前期以超级单体风暴和多单体风暴为主,超级单体风暴东移北上过程中与湖南西部不断新生的对流回波结合后发展成飑线,飑线维持、发展过程中出现"弓形"回波、中层径向辐合(MARC)、低层辐散、速度大值区等特征;在短临预警服务中,中低层明显的钩状回波结构、持续偏高的反射率因子和垂直积分液态水含量(VIL)值为靖州强冰雹预警的发布提供了有效依据,而低仰角距离地面1 km内的径向速度大值区(大于20 m.s-1)则为道县雷暴大风预警提供重要参考。     

2013年3月20日三明市大范围冰雹过程分析

利用常规观测资料、Micaps资料、三明市区域站加密资料以及多普勒雷达资料,对2013年3月20日三明市大范围冰雹大风过程进行诊断分析。结果表明：500hPa高空槽加深、南支槽东移、三层强劲西南急流、中低层的低涡切变及弱冷空气南下、地面锋面低槽等是该次冰雹过程的主要影响系统。冰雹的发生需要较强的垂直温度梯度t850-500≥25℃,上干下湿,冰雹的0℃层高度约3．5～4．3km左右,一20℃层约在7．0～7．8km左右,低层比湿q≥10g／kg。地面气象要素的剧烈变化对强天气的发生具有一定的指示意义。850hPaθse高能舌向降雹区输送不稳定能量,低层水汽充沛,地面冷空气南下渗透触发了不稳定能量的释放使得中尺度对流天气发生发展。该次冰雹过程强度强、范围大,对流回波（飑线）呈带状自西而东影响三明市。     

广东“4.21”飑线过程的中尺度分析

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°的再分析资料,对2017年4月21日广东出现的一次大范围飑线过程进行中尺度分析,结果表明:冷锋和切变线南压是产生该次飑线的主要机制,高空小槽东移、冷锋南下、切变线南压、高空急流和中低层西南急流是该次飑线过程的主要影响系统;各层急流有相交,上干下湿和上冷下暖的垂直结构明显,是该次飑线过程重要的动力和维持机制;850hPa低空急流没有形成是该次飑线过程没有出现大范围强降水的主要原因;双偏振雷达参量对冰雹有指示作用。     

2004年4月23日江西强对流天气过程分析

从天气形势、卫星云图、雷达资料及部分物理量、对流参数等方面,对江西2004年4月23日的强对流天气过程进行了分析.分析结果表明,高空南支槽、地面辐合线、850 hPa西南急流和切变线,是这次强对流天气过程的主要影响系统;强风垂直切变和不稳定是这次强对流发生的重要条件;对流云团发生在逗点云系的凹边界;强对流落区与500hPa干舌、中尺度辐合线、当天14时≥40℃的地面总温度有较好的空间对应关系.     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

使用常规观测资料、区域自动站资料、多普勒天气雷达资料、风廓线雷达产品以及GFS (Global Forecast System)0.5°×0.5°再分析资料,分析了2018年3月4日江西极端雷暴大风过程的中尺度特征及其成因,并探讨了该过程的极端性。结果表明:(1)该过程由强飑线横扫江西造成,飑前低压、飑锋、雷暴高压、尾流低压特征清晰。(2)飑线系统进入江西后强烈发展的有利环境条件:低层强暖湿平流、中层干空气、地面增温、低层增湿形成了"上干冷、下暖湿"异常不稳定层结;中层低槽东移、多层急流叠加、地面辐合线共同形成强抬升条件;中低层强的风垂直切变使得飑线生命史延长。(3)飑线与引导气流交角增大,移速异常加快;鄱阳湖地区平坦地形和丰富水汽都可能对地面大风产生增幅作用。(4)南昌站地面低压、下沉对流有效位能(DCAPE)、850 h Pa与500 hPa温度差、925—1 000 h Pa风垂直切变等物理量极端异常,与其多年旬平均差值超过2σ(σ为均方差),对极端雷暴大风潜势预报有一定的指示性。另外,风廓线雷达产品1.0 km以下大风速区提前雷暴大风30 min出现,高层折射率结构常数(C_n~2)大幅跃升提前雷暴大风10～20 min出现,均对其临近预警有一定的参考价值。     

贵州铜仁一次大范围高架雷暴降雹天气过程分析

利用常规观测、地面加密自动站降水观测、多普勒天气雷达和探空观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2016年4月15日夜间发生在贵州省铜仁市多个县的一次大范围冰雹天气过程进行诊断分析,并与当地通常的地面发展雷暴降雹过程进行对比,探寻铜仁市冰雹强对流天气的预报指标。结果表明:(1)"上干下湿"的不稳定层结和较强的垂直风切变是冰雹产生的有利环境条件;(2)地面冷空气侵入,迫使暖湿气流沿"冷垫"爬升,且与850 h Pa切变线共同作用在边界层顶触发了强对流天气,冰雹产生在冷垫北侧、850 h Pa切变线附近,具有明显的高架雷暴特征;(3)多个对流单体发展成多单体风暴,维持时间较长,强回波柱密实而深厚,回波悬于空中,质心在6 km左右;(4)降雹区VIL集中在30~45 kg·m-2之间,50 d BZ以上的强回波顶高在8 km以上,强回波底高小于3.5 km,VIL和强回波顶高整体小于当地的由地面发展雷暴产生的雹暴。     

冷涡背景下山东省“5·17”极端强对流天气环境条件分析

2020年5月17日,山东省出现大范围强对流天气(简称“5·17”强对流),冰雹范围之广为近10年之首。对流风暴高度组织化,区域性的超级单体群以及一条长度超过500 km的强飑线造成此次极端强对流天气。利用ERA5再分析、加密自动气象观测站、多普勒天气雷达等资料,剖析了此次极端强对流天气的环境条件。结果表明:冷涡位于最有利于山东出现强对流的关键区,大尺度天气系统强迫强,对流层中层异常强的冷空气南下影响前期异常增暖的山东地区,造成“5·17”极端强对流。天气系统的异常程度更能代表动热力强迫的强度,异常程度达到2σ以上有可能造成极端强对流天气。当冷涡南下过程中强度减弱,但异常程度增加时,其东南象限仍能产生极端强对流天气。强的深层垂直风切变有利于对流风暴组织化发展,飑线的长轴走向与0～6 km垂直风切变矢量方向相同,新单体发生、发展、合并的区域位于风矢量差大值中心前沿。低层暖湿平流源源不断地向山东输送暖湿空气,是CAPE重建的机制,是超级单体群和长飑线得以长时间维持的主要能量来源。     

2013.3.23百色市致灾冰雹天气过程成因分析

利用常规气象资料、多普勒雷达资料和自动气象站资料,从影响系统配置、环境条件、可预警性等方面对2013年3月23日百色市致灾冰雹天气过程的特征和成因进行了分析。结果表明:南支槽加深东移、850h Pa切变线南压以及近乎相交的高低空急流配置是此次冰雹发生的有利天气背景,地面辐合线为强对流的触发、发展和持续提供了重要的边界层条件。地面增温、较高的对流有效位能、强的垂直风切变、合适的0℃和-20℃层高度以及较好的水汽条件为强对流风暴发生发展提供了良好的环境潜势条件。持续偏高的反射率因子和垂直积分液态水含量为冰雹、大风预警的发布提供了有效依据。