一次雷暴单体相互作用与中气旋的演变过程分析

2013年8月1日,上海位于副热带高压边缘弱垂直风切变的不稳定层结下,午后开始,不断有雷暴新生。在此次强雷暴过程中,生成了三个中气旋;特别是在第二个中气旋生成过程中,雷暴合并后呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋等超级单体的雷达回波特征,还具有标志大冰雹的三体散射长钉特征回波。本文通过分析常规天气观测、双多普勒天气雷达、自动气象站和风廓线雷达等资料发现,前两个中气旋的生成机制为:(1)前期雷暴出流的交汇形成了气旋性环流,加强了低层水平辐合,阵风锋类似锋面的作用促使低层的暖湿空气抬升;(2)在弱垂直风切变的天气背景下,由出流阵风锋导致环境垂直风切变有所增大,改变了雷暴发展的环境,形成了经典中气旋生成的有利环境。此外,超级单体中气旋(第二个)形成过程中,雷暴的合并使得上升运动加强,对流不断发展,增强了雷暴内的旋转程度,从而有利于中气旋的形成。在第三个中气旋形成过程中,由于雷暴中的弱出流被相邻雷暴爆发的下沉气流抬升,在中低层形成出流和人流间的旋转,因而被雷达探测为中气旋。     

一次龙卷风天气的特征分析

利用河南濮阳CINRDA/SB多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面加密自动站资料等,对2009年7月16日发生在河南濮阳的龙卷天气过程进行诊断分析,结果表明:这次龙卷天气过程发生在副热带高压边缘西北侧、低空急流左前方的暖切变线附近;龙卷发生前大气环境具有较大的对流不稳定能量,低层存在大的风垂直切变和丰富的水汽;多普勒雷达反射率因子图上表现为移动的弓形回波北段强烈发展形成钩状回波,龙卷生成于钩状回波弱回波区附近。径向速度图上表现为在大范围入流风场中出现伴有辐合的γ中尺度气旋式涡旋,涡旋进一步发展加强导致其中央龙卷涡旋的产生,产生龙卷风天气。另外,强回波、低回波顶高、低层强垂直风切变都是这次龙卷过程中多普勒雷达产品特征。     

2000-05-11河南强对流天气过程分析

对2000-05-11河南省出现的雷雨大风、冰雹天气的影响系统、稳定度参数、高空风切变、3θ曲线、云中负温区、雷达回波特征分析结果表明下滑槽及西路冷空气为强对流天气提供了动力条件;低层高温、高湿及低层暖平流、高层冷平流,为强对流提供了层结条件;高空风的垂直切变有利于对流天气的加强和维持.强对流天气在速度场上表现为中尺度辐合线、风向风速辐合区、风速辐合区、大风区等中尺度系统.     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。     

近几年揭阳市发生的强对流风暴天气分析

对揭阳市近几年产生强对流风暴的环流形势及多普勒雷达特征进行分析,结果发现揭阳市近几年强对流风暴主要产生于高空槽过境、高空冷涡前及副高边缘等环流形势背景下,其产生的灾害天气有冰雹、雷暴、暴洪及地面大风,最近两年以强降水为主的灾害性天气暴洪有增加增强的趋势,地面明显锋面出现预示强对流天气更加激烈。多普勒雷达特征表现为具有强的反射率因子(Z>57 dBz)、雷达回波发展迅速,具有悬垂回波、中气旋等结构。后侧入流缺口往往指示地面大风出现,强逆风区及高回波顶提示强的降水概率,其中冰雹具有最强的垂直风切变环境及最大反射率因子。中-β尺度的暴洪过程中,速度图上表现为低层暖平流叠加在辐合风场的特征,且可以发现具有"牛眼"结构西南大风核。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

新一代天气雷达在河西走廊强对流天气预报中的应用

通过对2006年张掖地区强对流天气的多普勒雷达资料分析,总结了本地强对流天气的雷达带状、块状强度回波特征;分析了强对流天气的中尺度系统中低空急流、暖平流、冷平流、逆风区、垂直风切变的雷达回波特征,将回波进行客观定量化,并引进了稳定度指标,得出具有可操作性的短时预报简明判据。     

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m~(-3),这也是大冰雹的预报指标。     

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。     

一次初夏强对流天气的弓形回波特征分析

利用武汉新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2008年5月3日湖北东部一次强对流天气过程的弓形回波特征.结果表明:此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa西风槽、低层切变线和地面冷锋,较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于弓形回波的产生;雷达资料分析表明,先后有三个不同空间尺度的弓形回波产生大风、暴雨等强对流天气,前两个由回波块、回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波;弓形回波组合反射率因子达60 dBz,顶高14 km,垂直累积液态水含量55 kg/m2;弓形回波存在后部入流缺口、前沿强反射率因子梯度区及低层弱回波区;其后部有入流急流,两侧对应气旋性和反气旋性风场,且有γ尺度中气旋出现;地面中尺度低压带动弓形回波北部做涡旋运动,对逗点回波的形成有重要作用.     

一次蒙古冷涡影响下宁夏强对流天气分析

2004年6月14、15日连续2 d宁夏大部地区出现了强雷阵雨天气,引黄灌区局部地区遭受冰雹袭击。利用常规气象资料、多普勒雷达产品等资料,对此次过程进行了天气学分析,分析表明这是一次典型的蒙古冷涡旋转东移南压造成的宁夏连续性强对流天气过程。并根据一般性雷雨与伴有冰雹的强雷雨天气发生时雷达回波的差异,统计得到宁夏发生强对流性天气的监测预警指标,同时利用宁夏中尺度区域模式MM5预报产品对其相关物理量进行了模拟分析,得到了有价值的结果。     

西藏地区雷暴与大气热源关系研究

利用1979～2008年NCEP/NCAR全球再分析月平均资料和雷暴记录资料, 运用相关分析和合成分析等方法分别对西藏地区大气热源和雷暴日数的关系以及热源强弱不同时期雷暴日数变化特征进行了分析。结果表明, 大气热源与雷暴日数存在着明显的正相关关系, 月相关系数高达0.86。在雷暴高发区的那曲东部、拉萨、日喀则中部、山南地区东北部和林芝地区西北部, 相关系数均超过了0.4。进一步分析表明, 当大气热源强值年时, 整个日喀则地区、拉萨地区、山南地区、那曲中西部和东部地区以及昌都地区中西部, 雷暴日数是偏多的。当大气热源偏弱时, 雷暴日数在日喀则中部地区减少最为明显, 其次在日喀则南木林县东北部和林芝西北部地区。     

湖北东部雷暴大风雷达回波特征分析

通过对2003-2009年湖北省东部26个雷暴大风过程的雷达、地面、高空、NCEP6h再分析场等资料的研究,依据雷达回波形态特征,将造成雷暴大风的雷达回波分为3种类型,即单体型、弓状型和飑线型。统计分析了每种类型雷达回波强度、回波顶高、垂直液态含水量、中层辐合特征、入流急流、中气旋及环境场条件等特征,研究了这3种雷暴大风天气的雷达回波生命史演变规律,并建立了其雷达回波概念模型。分析表明,单体型雷暴大风提前预警难度较大,但对弓状型和飑线型雷暴大风多数可以提前30min左右做出预警。     

基于OPTICS聚类算法的雷达数据雷暴单体识别方法

雷达数据的雷暴单体识别算法是雷暴追踪算法的重要组成部分，传统的连续区域法只能通过改变回波强度阈值来调整雷暴单体识别结果，不能满足当前应用需求。本文提出了〖JP2〗一种基于OPTICS（Ordering Points to Identify〖JP〗 the Clustering Structure）算法的雷暴识别方法，该方法能基于高回波点的密度信息进行雷暴单体识别。利用高分辨率X波段天气雷达在两次雷暴过程中的体扫数据检验了算法的效果，并与传统方法进行了比较。结果表明：该方法能克服连续区域法在高分辨率雷达数据中可能出现的无法区分不同单体、识别结果过于零散等问题。并且能在不修改回波强度阈值的情况下灵活调整输出结果，以适应不同应用需求。     

南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析

为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明:冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴,持续时间短,水平尺度小,有较大比例的正闪;影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异,冬季雷暴在较低的高度上,具有较低的环境温度,更有利于雷暴起电;对流单体中,霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。     

基于雷达产品阈值与闻雷半径的雷暴过程判别

为向雷暴识别、跟踪和临近预报系统提供贴近台站实际的雷达产品阈值,建立基于雷达观测的雷暴日判别算法,利用雷暴人工观测资料和雷达产品数据构建匹配率模型,采用累积距平法识别匹配率拐点来判定阈值和最优闻雷半径,并计算出回波面积阈值。以常德气象观测站为例应用该方法,结果表明:①雷达产品阈值为38.5 dBz,最优闻雷半径达到25km,大于利用闪电定位数据与人工雷暴日对比得到的半径,回波面积阈值为73km2,经过评估各项阈值取值是合适的;②应用各项阈值结合雷达资料进行雷暴日判别时,需考虑雷暴的季节性变化,常德地区3—8月间应用效果较好;③应用该方法时应根据历史闻雷方位选择较长时间序列的雷达单站或雷达拼图数据样本构建匹配率模型。     

北美地区一次冬季中尺度对流系统上空红色精灵现象的空间观测及其母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种大尺度瞬态放电发光现象,它们通常出现在地面上空40～90 km之间,是由地闪回击和随后可能存在的连续电流产生的。目前,由于综合同步观测资料较少,与夏季红色精灵相比,全世界对冬季红色精灵的研究屈指可数。2008年12月27～28日,受高空槽及低层暖湿气流的影响,北美阿肯色州地区爆发了一次冬季雷暴天气过程,搭载于FORMOSAT-2卫星上的ISUAL（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning）探测器有幸在这次雷暴上空记录到了两例红色精灵事件。本文利用ISUAL获取的红色精灵观测资料、多普勒天气雷达资料、美国国家闪电定位资料、超低频磁场数据、美国国家环境中心/气候预测中心提供的云顶亮温和探空数据等综合观测数据,对产生红色精灵的这次冬季雷暴特征和相关闪电活动规律进行了详细研究。结果表明,在两例红色精灵中,ISUAL均未观测到伴随的“光晕（halo）”现象,第一例为“圆柱状”红色精灵,第二例红色精灵由于发光较暗,无法判断其具体形态。产生红色精灵的母体雷暴是一次中尺度对流系统,该系统于27日15:00（协调世界时,下同）左右出现在阿肯色州北部附近,并自西向东移动。23:59系统发展到最强,最大雷达反射率因子（55～60 dBZ）的面积达到339 km2,之后开始减弱。03:03雷暴强度有所增加,随后云体便逐渐扩散,雷暴开始减弱,并在11:00完全消散。两例红色精灵发生分别在04:46:05和04:47:14,此时雷暴处于消散阶段,正负地闪频数均处于一个较低水平且正地闪比例显著增加,并且多位于云顶亮温?40°C～?50°C的层状云区上空。红色精灵的出现伴随着30～35 dBZ回波面积的增加。在红色精灵发生期间,雷达反射率大于40 dBZ的面积减少,10～40 dBZ的面积增加,表明红色精灵的产生与雷暴对流的减弱和层状云区的发展有关,这与已有的夏季红色精灵的研究结果类似。红色精灵的母体闪电为正地闪单回击,位于中尺度对流系统雷达反射率为25～35 dBZ的层状云降水区,对应的雷达回波顶高分别为2.5 km和5 km,峰值电流分别为+183 kA和+45 kA。根据超低频磁场数据估算两个母体闪电的脉冲电荷矩变化（iCMC）分别为+394 C km和+117 C km。超低频磁天线记录到了第一例红色精灵内部的电流信号,表明这例红色精灵放电很强。     

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。     

春季与夏季两次雷暴大气结构及地闪特征对比

利用NCEP再分析资料、探空资料、闪电定位资料和南京、常州多普勒雷达资料,通过对比分析南京2012年2月22日春季雷暴和2011年8月10日夏季雷暴两次过程,研究不同季节影响雷暴发生的大气结构以及强弱雷暴地闪特征的差异。结果表明:风矢位温(V-3θ)图揭示的大气动力热力水汽特征能够为雷暴的潜势预报提供先兆信息。两者相较而言,春季雷暴的动力抬升作用明显;夏季雷暴主要由热对流引起,对流层上层的动力抽吸作用不明显。春季弱雷暴正地闪在总地闪中所占比例较高。无论春季弱雷暴还是夏季强雷暴,地闪落点与辐合区对应关系明显,且地闪的落点也与雷达反射率因子有较好的对应关系:地闪主要分布在强回波区(大于40 d Bz)及其外围区域。但在较强雷暴云的发展阶段,地闪多发生在风暴体伸展方向的一侧,具有引导雷达回波移动的作用,夏季强雷暴地闪簇集在垂直风切变区域。     

人工引发雷电对雷暴特性可能影响的观测与分析

利用地面电场,地面降雨和雷达资料就人工引发雷电对雷暴特性的可能影响进行了初步分析和讨论。