初值水汽场对华南春季一次强飑线触发和维持影响的数值试验

在对观测资料分析的基础上,采用WRF模式探讨初始场水汽分布对华南2014年3月30—31日产生雷暴大风、强降水的飑线过程触发和维持的影响。研究基于ERA-interim和NCEP-FNL再分析资料在华南地区水汽分布的差异性,设计了四组将两类资料水汽按比例融合作为初始场的数值试验,水汽场从NCEP-FNL越靠近ERA-interim水汽,模拟的飑线演变越趋近实况,试验结果表明更准确的水汽初始场有利于提高飑线等强对流系统的预报准确率。在对流初生阶段,区域内水汽含量增多,最大有效位能增大,对流越容易触发;对流发展中后期,充沛的水汽有利于飑线组织形态和强度的维持。      

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。     

广西一次深秋暴雨过程降水时空差异成因分析

利用地面和高空观测资料、自动站观测资料、多普勒天气雷达观测资料和NCEP的FNL再分析资料对2015年11月20日广西一次深秋暴雨过程进行天气学诊断,并对过程中降水时空差异做成因分析。结果表明:暴雨过程发生在副热带高压位置偏西偏北,低层大气偏暖偏湿的异常气候背景下。暴雨过程中降水时空特征存在差异:北部雨强较小,降水时间长,暴雨落区集中;南部雨强较大,暴雨落区分散,雨带多处断裂。北部条件性对称不稳定层结造成带状回波强度比南部条件不稳定环境下的飑线强度弱,而持续时间长。北部是强水汽辐合区,湿层深厚,偏南气流的水汽输送对降水维持有重要作用;南部"上干下湿"结构有利于近地层辐散气流加强以及飑线移速加快。北部风向垂直切变小,造成带状回波后向传播,"列车效应"造成长时间降水;南部风向垂直切变大,导致飑线右向传播,视觉上表现为飑线快速东移和"跳跃式"东移。背景环流和要素分布差异使广西北部和南部中尺度对流系统的发展特征不同,最终导致降水时空差异。     

浙江一次强飑线系统结构特征的数值研究

利用常规观测资料、自动气象站资料、NCEP再分析资料和高分辨率WRF模式,对2016年5月5日发生在浙江地区的一次强飑线过程进行模拟研究。结果表明,切变线是影响此次强飑线过程的主要天气系统,飑线发生在充沛的水汽,较弱的对流有效位能和中等强度垂直风切变大气环境下。WRF模式对此次飑线的演变过程和降水分布有较好的模拟能力。通过进一步分析模拟资料发现,雷暴高压和地面冷池是此次飑线风暴的重要边界层特征,边界层辐合线有利于飑线的发展和维持。飑线后侧对流层中层以下的强下沉气流,是造成此次雷暴大风的关键因素。     

一次攀西地区飑线天气过程形成机制分析

利用地面气象常规观测资料、区域自动站观测资料、雷达及卫星资料和NCEP 1°×1°的逐6h再分析资料,对2018年5月13日攀西地区南部的飑线天气过程的形成机制进行分析。结果表明:飑线发生在高空槽前,高空槽逐渐东移推动冷性气流沿背风坡东移,然后与前方低层暖空气汇合抬升形成对流;露点锋触发了飑线天气过程的形成;产生飑线天气区域的大气具有上干下湿、不稳定能量高、垂直风切变强、高层风速大和形成之前存在逆温层的特点;高空急流和动量下传对飑线的发生和加强具有促进作用;地形对飑线的形成和天气现象的分布有影响。     

广西“4·20”暖区飑线的形成及结构

为深入了解暖区飑线的形成机理,利用多种观测资料对2016年4月20日暖区飑线过程的环境条件、形成及飑线的结构进行深入分析。结果表明:(1)高空槽前滞留的冷温槽利于产生强的对流不稳定,飑线发生前期低层强烈暖湿平流对建立静力不稳定起主导作用;(2)探空显示广西南部的环境条件更有利于对流的强盛发展和组织化加强;(3)近地面冷池出流与低层环境风场相互作用是飑线发展和维持的主要机制,飑线朝着其前方1 h负变压中心发展。此次飑线是具有前导对流线和尾随层状云区的飑线系统,以离散性传播为主。     

一次辽东湾飑线过程的观测与数值模拟分析

利用观测资料和高分辨率数值模拟资料对2014年6月26日发生在辽东湾北部的一次飑线过程进行了分析。本次飑线发生发展期间,对流层中层存在正在发展加深的槽,近地面则是偏南暖湿气流和西北干冷气流交汇形成的辐合线,天气尺度环境强迫较强,有利于强对流的触发和发展。此次飑线发生发展于地面辐合线的南段。对比分析表明模拟结果和实况观测较为一致。对辐合线北段对流较快消散,而南段对流得以继续发展成为飑线的原因进行了分析。结果表明,与北段相比,南段环境水汽更为丰富,对流有效位能大,水平风的垂直切变适宜。此外,南段环境还受海风锋导致的增湿、降温以及辐合带来的弱上升气流的影响。以上因素是导致辐合线北段对流较快消散而南段对流可以较长时间维持,并发展成为飑线系统的主要原因。本次飑线在成熟时期的气压场成显著的“高—低”结构分布。对流云区中部存在一个中高压,而尾流低压区位于对流云区后部与层状云区交界处。高压后部是一个强烈的地面辐散区,风速较大。飑线成熟时期中主要存在两支气流,前向入流在飑线前方低层流入,带入暖湿空气并在对流云区抬升,随后分成两支在飑线高层向前向后流出。后向入流在飑线后方中层流入,带入干冷空气并下沉,随后在近地面辐散流出。对飑线的对流云区、尾流低压区、层状云区及飑线后方的模拟探空展现了飑线不同区域的环境场特征。     

飑线结构和强度对低层湿度和环境垂直风切变的敏感性研究

利用数值模式WRF进行二维飑线理想数值试验。通过改变初始场低层湿度和低层环境垂直风切变探讨了初始环境场对飑线在触发阶段与发展初期结构和强度的影响。低层湿度试验表明,增加低层湿度有利于初始启动阶段对流的发生从而使对流系统强度更强;飑线强度增加,对流上升运动增强,更有利于冷池前沿激发出新生对流单体,系统发展更快;同时激发更多降水,冷池强度增强。低层环境垂直风切变试验表明,在飑线触发阶段,更强的环境垂直风切变使对流主体前倾趋势更大,对对流的触发有阻碍作用;冷池和环境垂直风切变的相互作用被认为是飑线发展的重要机制,基于RKW理论,在飑线发展初期,近地面冷池相对较弱,在更弱的环境垂直风切变作用下更容易使对流结构呈直立状态从而产生更强和更深的上升运动,飑线强度增强。     

中国江南-华南地区一次强飑线天气过程位涡诊断分析

应用FY-4A卫星红外和水汽云图资料,结合NCEP分析场资料以及地面自动气象站变压、变温、大风及降水资料,计算等熵面位涡,分析2018年3月4日中国江南—华南地区强飑线过程的发生发展机制及持续性大风产生的主要原因。结果表明：对流单体触发于低层辐合系统,由于雷暴下沉气流与其前方的低层暖湿西南气流形成地面辐合线,并且移入地区的水汽、静力不稳定及垂直风切变条件对强对流风暴的发展均十分有利,使得导致极端对流大风的强对流风暴持续发展。极端大风主要分布在飑线中弓形结构的顶端,落区与亮温梯度和变压梯度相对应,导致变压风增大;飑线的移动与引导气流方向一致,系统走向和低层西南急流接近于垂直,系统移速加快,动量下传效应增强,均是导致极端地面大风的成因。位涡分布表明高位涡的侵入和呈弓形分布的低位涡区的形成具有一定关联,干侵入区与等熵面上高位涡区有着较好的对应,飑线后部的暗区正是干侵入的前沿,高层高位涡的下传是飑线系统持续发展的成因。     

冷涡对两类对流系统结构演变作用的个例模拟对比分析

2015年8月22日,在同一冷涡背景下,华北东北部形成了多单体风暴,而在黄淮地区出现飑线过程。本文根据观测资料给出冷涡对中尺度对流系统发生发展的动力和热力作用,并基于WRF中尺度数值模式的模拟结果,对比分析了两类对流系统的形态结构演变和运动过程的差异、差异产生的原因及冷涡的作用,主要结论如下:(1)两类对流系统均位于冷涡后部,但形态演变和运动过程差异显著,北部分散性对流受地面风辐合及地形抬升的共同影响发展形成多单体风暴,呈西北—东南排列,主要以前向传播的方式缓慢向东南偏南方向运动,带来短时强降水为主的天气;南部线状对流由山东西北部和河南北部形成的多个孤立单体合并后形成,随后在黄淮地区发展为飑线系统,在平流移动为主的作用下向东南方向快速运动,产生雷暴大风和冰雹天气。(2)北部多单体风暴在冷暖气团交界面形成,位于冷涡西南象限,低层水汽和能量充足;新对流单体在边界层被触发后,沿着低层切变线向高能区传播。(3)南部飑线系统在冷槽后的地面干暖区低压带中形成,中尺度对流系统产生的冷池和雷暴高压的出流与环境相互作用,低层水汽条件转好,使得单体不断传播和合并,发展为飑线系统。(4)中层后部入流的强度和环境水汽条件对两类对流系统组织化过程有不同影响,飑线中层后部入流的增强主要来自环境西风分量的增加,与冷涡发展演变使得环境风场增强有关;北部对流湿层深厚,所处的中层风场弱,不利于多单体风暴组织化发展;南部飑线系统位于更强的环境西风引导气流中,后部中层入流强、高层环境空气干,有利于强下沉气流形成,从而促进雷暴高压和冷池的发展,强下沉气流还使中低层的风速增加,垂直风切变增强,有利于对流单体组织化发展形成线状对流。     

一次华北飑线的观测分析

利用气象常规观测资料、卫星、自动观测系统、多普勒雷达等多种资料,对2004年7月23日发生的华北飑线进行了观测分析。分析表明:华北飑线发生在副高西北侧的不稳定区域,产生于中尺度对流系统(MCS)当中,地面冷锋和副高南退以及高空前倾槽的形势,使MCS向东南方向移动过程中发展,加强成为飑线;华北地区中、低层水汽通量的辐合,为此区域强对流的发生提供了充足的水汽;850 hPa和700 hPa低空急流的存在,一方面强劲的西南气流输送的暖湿平流加强了华北地区不稳定层结,另一方面急流附近的强风切变为飑线的产生提供了动力条件。     

长江中下游三市夏季高温异常变化特征及其与海温异常的可能联系

利用地面常规、自动气象站、NCEP再分析、多普勒雷达探测等资料,对2008年8月12日,出现在天津东部汉沽地区的由飑线引发的强对流暴雨天气过程进行了综合分析。结果表明,该过程是冷空气与副热带高压边缘的暖湿气流共同作用的结果。在高温高湿的有利条件下,低层弱冷空气的入侵是本次天气过程的触发因素。飑线发生在副热带高压边缘的不稳定区域,飑线云系在向东南方向移动过程中,与暖区内对流单体合并形成的弧形云带是本地雷雨、大风天气的直接制造者。     

“21.7”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

河北唐山一次飑线过程的中尺度天气分析

利用常规观测资料、自动气象站资料及雷达资料,对2013年8月4日影响唐山的一次飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:500 hPa高空槽是产生这次飑线的主要影响系统,地面中尺度辐合线是这次过程的触发机制;对流层中层干冷空气入侵与低层暖湿气流的辐合增强了大气层结的不稳定;低层辐合、高层辐散进一步加强了垂直运动的发展;中低层垂直风切变则有利于飑线的发展、加强和维持。雷达回波图上可识别出中低空的中尺度辐合线、弓形回波、逆风区等中小尺度结构特征,对于此类强对流性天气的预报具有实际指示意义。     

一次江淮气旋大暴雨的诊断分析和数值模拟

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°资料对2011年6月9—10日的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行天气学分析。结果表明:江淮气旋和低空急流是本次大暴雨过程的主要影响系统;高空200 hPa西风急流右侧的上升支和锋面的抬升作用提供了动力条件;低空西南急流提供了水汽条件,此次过程对流条件较好,具有较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE);大气的对流不稳定性远大于斜压性,强降水发生在湿位涡正负值过渡的等值线密集带附近。过程最强降水时段由一次长生命史的中尺度飑线过程导致,利用WRF v3.9可以进行较好地模拟。研究飑线的环境条件和结构特征发现,环境大气具有较大的CAPE值和较小的对流抑制能(Convective Inhibition Energy,CIN),有利于对流的触发;较强的0~3 km垂直风切变,有利于飑线的维持;尽管冷池较浅薄,但冷池出流的抬升作用有利于对流的触发和飑线的维持。     

2009年6月3日商丘市强飑线过程分析

利用商丘新一代天气雷达（CINRAD／SB）观测资料,以及MICAPS资料和自动气象站观测资料,对2009年6月3日发生在商丘的一次以大风为主,并伴有降水、雷电发生的强飑线天气过程进行了分析。分析表明：地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。高空冷涡后部冷空气南下,近地层为暖中心,形成了上冷下暖的位势不稳定层结;风力突增、气压涌升、气温骤降、湿度猛升等气象要素变化符合飑线特征。飑线最大回波强度达69dBz,最大负径向速度值达-37m／s,强回波区呈“厂”字形,位于回波区前沿,移动速度快,并具有径向风速辐合等特征。径向速度场上表现为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的快速增大。     

2019年4月9日四川东北部一次飑线大风的成因分析

本文利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料、自动站观测资料等多种资料，对2019年4月9日发生在四川东北部的一次飑线大风天气进行了分析。结果表明：本次飑线大风天气过程为低层暖平流强迫类型，低层西南急流和暖脊使得热力不稳定增长，配合低槽东移影响，加强了大气层结的不稳定性，在地面辐合线的作用下，最终触发了本次飑线天气过程。飑线后部存在的中尺度雷暴高压和超强冷池，造成了强冷池密度流，利于产生大风；后向入流和低层显著干区加强了降水粒子的蒸发、冷却，形成了强烈的下沉气流；高空动量下传，对地面大风有增幅作用；飑线移动迅速，前向传播明显，有利于大风的产生。