一次冬季江淮气旋逗点云区的雷达回波和气流结构分析

2016年2月12—13日,受冷空气和江淮气旋暖锋锋生影响,山东出现一次极端暴雨雪天气过程,全省有42个站的降水突破同期历史记录。采用多种观测以及WRF模式模拟的热力学变量,基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT v4.9),分析了气旋逗点云区云系的演变特征、降水不同阶段气旋逗点云区气流结构和轨迹特征。结果表明:(1)江淮气旋逗点云区由4条带状回波合并发展形成,气旋形成后降水回波呈气旋式旋转、拉长,形成多条中尺度强降水带。(2)降雨阶段气旋逗点头从下到上主要由来自东海、黄海、日本海或内陆的边界层气团,来自中国南海和中南半岛的暖湿气团以及来自西亚和东欧的干冷气团组成。气旋逗点头内有3个降水区:北部和南部暖湿气团浅薄、层结稳定,为层状云降水区;中部暖湿气团深厚,中高层有条件性不稳定发展,为深厚的对流云降水区。气旋逗点头中南部的干冷空气来自高层的西亚气团,而剖面北部有来自中层(即青藏高原东部气团)的干冷空气,气团明显变性,对降水贡献大。(3)降雪阶段气旋逗点头从下到上主要由西伯利亚气团、东海气团、南海气团和孟加拉湾气团叠置而成。气旋逗点头西部层状降水区分两部分:北部为降雪区,南部为降雨区。降雪与降雨阶段的明显差别是冷湿的东海气团下面是否有西伯利亚冷气团。降雪区西伯利亚气团上空东海气团深厚,南海气团浅薄;降雨区南海气团深厚,东海气团浅薄。      

东北低涡造成黑龙江暴雪天气过程分析

利用NECP再分析资料、卫星云图资料、新一代天气雷达资料及实况观测资料对2010年4月12-13日一次东北低涡产生的黑龙江省暴雪天气过程进行分析,详细讨论了此次暴雪的发生机制及天气特点。此次降雪过程由地面气旋北上引发,高空低涡前部东风暖平流和槽后冷平流相遇形成暖锋锋生,低涡东北部产生暴雪。低空急流对水汽的输送作用和低层较强的辐合上升运动为此次降雪过程提供增强机制。云系的发展、移动与降雪有较好的对应关系,较大降雪出现在逗点云系顶部。     

Analysis of the weather process of blizzard caused by Northeast Cold Vortex in HeUongjiang province

利用NECP再分析资料、卫星云图资料、新一代天气雷达资料及实况观测资料对2010年4月12-13日一次东北低涡产生的黑龙江省暴雪天气过程进行分析,详细讨论了此次暴雪的发生机制及天气特点。此次降雪过程由地面气旋北上引发,高空低涡前部东风暖平流和槽后冷平流相遇形成暖锋锋生,低涡东北部产生暴雪。低空急流对水汽的输送作用和低层较强的辐合上升运动为此次降雪过程提供增强机制。云系的发展、移动与降雪有较好的对应关系,较大降雪出现在逗点云系顶部。     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析北大核心CSCD

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

一次暴雨与特大暴雪并存的华北强降水过程分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对2012年11月3—4日华北地区产生大范围雨雪天气的成因和降水相态进行分析。结果表明:深厚的低涡和地面气旋是本次过程的直接影响系统,东南风低空急流带来东部海上的充沛水汽,使得暴雨雪区整层大气可降水量远高于当月平均值;低涡和气旋等低层辐合系统与高空辐散叠置,为强雨雪天气提供了持久强烈的上升运动,暴雨区、暴雪区分别为对流不稳定、条件性对称不稳定大气层结,而锋生作用更有利于暴雪产生;雪花形成和增长的环境条件与雪花下降过程是否融化在判断降水相态方面同等重要,二者兼具才能保证地面降雪的出现。     

南疆西部一次罕见大暴雪过程分析

利用高分辨率卫星资料、多普勒雷达产品、常规观测和再分析资料,分析了2011年2月25-28日南疆西部一次历史罕见大暴雪天气过程的多尺度特征和物理量配置。结果表明:中亚低涡是此次大暴雪天气过程的主要影响系统,强降雪期间高、低空风场配置与夏季南疆西部典型暴雨过程类似。冬季低空偏东急流中心最大风速超过20 m·s~(-1)较为罕见。南疆西部三面环山,低空偏东急流先于高空西南急流12 h在南疆盆地东部建立,有利于将南疆盆地东部的水汽向西输送并在南疆西部汇合;受地形影响低层气流向西汇合过程中也有利于垂直上升运动的生成。大暴雪过程中存在偏西、偏东和偏南三支异常水汽输送,其中偏东水汽输送最为重要。两个β中尺度云团是造成大暴雪的主要系统,强降雪出现在云团内部局地增强阶段。大暴雪过程中以层状云雷达回波为主,局地回波强度梯度较大、边界清晰,具有一定短时弱对流特征。     

鄂尔多斯地区一次暴雨过程卫星云图特征

利用气象卫星云图、MICAPS资料、地面观测资料以及天气学原理等方法,对发生在鄂尔多斯地区一次暴雨天气过程进行分析。结果表明：这次强降水主要是活跃暖锋云系及镶嵌在其底部中γ尺度暴雨云团共同作用的结果;欧亚上空500 hPa为阶梯槽东移与副热带高压西缘北上暖湿气流在河套地区辐合,700 hPa上有切变线,华东地区江淮气旋北部东南风急流向西北方向输送;有3路水汽输送带从西、西南、东南方向向河套地区源源不断输送水汽和能量并汇聚;处于上冷下暖对流不稳定层结;强降水发生在物理量场平流项和散度项配置较好的区域及暖锋云系前方冷锋云带发生断裂的区域。     

一次秋季台风倒槽大暴雨过程诊断及中尺度分析

利用FNL再分析资料,结合加密自动站、多普勒雷达、卫星资料和数值模式预报产品,对2018年9月16—17日长三角地区一次典型的秋季台风倒槽大暴雨进行了分析。结果表明:大暴雨是在远距离台风倒槽、低空急流和高空槽共同影响下,由冷暖空气持续交汇激发的4个中尺度对流云团活动造成。第一阶段长江口区强暴雨发生在3号云团快速增强期间,暴雨出现在云团北侧TBB梯度大值区中,雨强随云顶温度降低快速增强;4号云团缓慢东移造成第二阶段暴雨,降水累积效应使长江口区降水量进一步加大。东北风(偏北风)与东南风(偏东风)形成的地面中尺度辐合线是暴雨的关键触发机制,气旋性辐合中心的形成对雨团增幅具有重要作用。多普勒雷达径向速度场上中气旋的形成提前于强暴雨增幅约30 min,具有良好的先兆性和预报预警意义。(超)低空急流持续的水汽和能量输送、高低空急流耦合及冷空气侵入形成的倾斜上升支和垂直环流圈、上干冷下暖湿的对流不稳定层结有利于中尺度暴雨云团的形成和维持。表征冷暖空气结合的地面辐合线位置是暴雨落区预报的关键,对于秋季台风倒槽暴雨,要特别重视冷空气对暴雨的触发和增幅作用,基于实况资料监测及时订正模式预报结论。     

高低空急流与水汽凝结过程对暖锋环流演变的影响

利用包括水汽凝结过程的原始方程模式模拟了高空西风急流和低空南风急流中暖锋环流的演变以及凝结的发生。计算结果显示,水汽凝结过程对暖锋环流有非常重大的作用,是暖锋锋区产生强中尺度深对流的重要机制。与干模式大气中高空西风急流对暖锋环流的影响远大于低空南风急流的结论相反,在含有水汽凝结过程的湿大气中,低空南风急流的作用远大于高空西风急流,它是暖锋锋区中产生强中尺度降水的更重要因子;高低空急流的共同作用,对湿暖锋锋区中多重中尺度雨带的形成具有重要作用。     

2020年初山东一次雨转暴雪天气过程分析

利用2020年1月常规天气图、地面降水、加密自动站和欧洲中心细网格等资料,分析了2020年初山东一次雨转暴雪的天气过程。研究发现,这次过程前期主要是降雨阶段,后期是降雪阶段：降雨阶段,山东处于高空槽前,水汽主要来源于高空槽前的西南气流,上升运动弱,气流的不稳定层位于800 hPa以下;降雪阶段,山东内陆地区近地面层形成冷垫,700～500 hPa槽前暖湿空气沿冷垫爬升,不稳定层较降雨时明显抬升,上升运动加强。山东半岛在降雪阶段受黄海气旋外围影响,水汽来源主要是气旋外围的偏东气流。近地面冷层厚度能引起该层温度的变化：当冷层厚度在2 km以下时,降水相态为雨;超过2 km时,降水相态为雪;当冷层厚度达到5 km以上时,降水过程结束。这次过程中山东多地存在雨雪相态转换,近地层温度与0 ℃层高度是判定降水相态的有效要素指标。     

2003年江淮梅雨期一次特大暴雨的研究——中尺度对流和水汽条件分析

本文对2003年7月4日-5日江淮梅雨期间的一次特大暴雨过程进行了多尺度的详细分析.环流背景、中尺度对流云团和水汽条件分析表明,这次特大暴雨是在典型梅雨的有利环境背景形势下,由梅雨锋上的中尺度对流系统造成的,地面低压、低层切变线及西南低空急流与这次特大暴雨过程有着密切的关系.强降水中心与中尺度对流云团的关系十分密切,中β尺度云团的生成合并增强,和其中中γ降水系统的存在,导致了降水强度的局地性差异.江淮流域主要表现为经向水汽通量的辐合区,强水汽通量舌与低层高θse的舌区一致,暴雨过程中水汽的快速集中主要是通过风场散度项造成的,局地风场的辐合在水汽快速集中起主要作用.低层充沛的水汽则通过气旋性涡度柱中的强上升气流输送到对流层的中高层.     

2018年1月江苏两次暴雪天气对比分析

利用ERA Interim Daily的05°×05°资料对2018年1月3—4日和24—28日出现的两次强降雪过程（分别称为月初过程和月末过程）进行对比分析。研究结果发现,两次过程均为“西阻型”,多冷涡活动,东移高原槽前的西南气流与南下冷空气沿长江一带交汇。月初过程副高较强,中低空西南急流强盛,过程先降雨后降雪,小时降雪量大;月末过程先后受到两次低槽的影响且冷涡较强,低层有深厚冷垫,过程为纯降雪,持续时间长。两次过程均存在低空西南急流输送暖湿气流形成的水汽通量辐合,月初过程还有来自东海的水汽输送。两次过程均存在逆温,月初过程地面温度高于0 ℃,月末过程低层气温低,有冷垫存在。两次过程动力条件较好,暴雪区对应深厚的正涡度柱,低层辐合高层辐散,垂直螺旋度呈下正上负分布,且存在次级环流,增强了上升运动,有明显锋生大值区与之配合,两次过程在动力条件的各项数值指标上,月初过程更有利于降雪。通过雷达分析可知月初过程以层状云降雪回波为主,夹杂一定弱对流云降水回波,速度场上呈牛眼结构,有低空急流配合;月末过程以层状云降雪为主,牛眼结构弱,低空急流比月初过程弱。     

江淮地区两类低涡型暖式切变暴雨的中尺度特征分析

为探究江淮地区低涡型暖切变暴雨的中尺度特征,利用常规观测资料、自动站加密观测资料以及FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR再分析资料等,针对江淮地区两次不同类型的典型暴雨过程进行对比分析。其中,"稳定型"过程降水持续时间长、范围广,而"东移型"过程降水相对集中,持续时间短、雨强大。结果表明:(1)两次降水均发生在高空槽和低层暖切变影响下,"稳定型"系统少动,而"东移型"的500 hPa低压槽和低空低涡向东移动发展,与地面中尺度低压相对应,且中低层辐合较强。(2)"稳定型"对流组织形式为"前向次第发展",对流系统结构相对松散,而"东移型"对流组织形式为"后向次第发展",对流系统组织化程度较高。(3)两次暴雨过程均发生在整层高湿环境中,低空急流对水汽输送起关键作用,降水主要位于西南急流轴前部的风速辐合区。其中,"稳定型"水汽主要输送能力体现在850 hPa上,稳定形势下的持续性水汽输送有利于形成较大范围的强降雨;"东移型"西南低空急流风速相对较强,降水后期有活跃的超低空东南急流,两支急流共同作用有利于局地出现更集中的降水。(4)两次过程中,低空西南与东南风的风速辐合形成明显的中尺度抬升条件,且"东移型"比"稳定型"的外力抬升条件更好。强降水多位于地面辐合线附近,对应的中尺度风场辐合线是触发对流的有利条件,对短临降水落区预报有一定指示意义。     

东北地区温带气旋暴雪过程的大气河特征

利用2007-2020年的常规观测、东北地区6 h和24 h降水资料以及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料,对东北地区温带气旋暴雪过程有/无大气河伴随进行了统计,并对比了有/无大气河伴随时环境场特征的异同。结果表明：83%的温带气旋暴雪过程有大气河伴随,其中59%的大气河登陆东北。11月和3月的暴雪过程大气河出现的频率最高,12月和1月基本无大气河伴随。南方气旋和黄淮气旋参与的暴雪过程大气河出现的频率高且强度强,相应的降水量较大;蒙古气旋暴雪过程大气河出现的频率低,降水量较小。有大气河伴随的暴雪过程高空急流有2支,低空急流强;500 hPa上有冷涡,形成切断低压和大气河相互作用有利于强降水的形势;850 hPa有明显的暖舌和较强锋区,因而有利于水汽输送和动力抬升,主要为冷锋降雨和暖锋降雪。无大气河相伴的暴雪过程高空急流有1支,低空急流弱;500 hPa上无冷涡,西风槽较弱;850 hPa锋区和低涡强度较弱,高空辐散和水汽条件差,主要为暖锋降雪。有大气河伴随时暴雪过程的水汽主要源自东海和黄渤海,低层不稳定层较厚,边界层水汽辐合区宽广且强,上升运动较强;无大气河伴随时水汽主要源自日本海...     

安徽一次大范围暴雨和大风过程的成因分析

对2010年6月8日08时—9日08时发生在安徽麦收区的一次大范围暴雨和大风过程进行天气学分析,分析结果表明:在低层辐合、高层辐散的有利环流配置条件下,高压的阻挡、低空西南急流和低空东风急流是形成这次暴雨的最主要原因。高压阻挡使降雨维持的时间较长,两支低空急流不仅为暴雨区提供了充沛的水汽,而且两者之间的相互作用使得降雨进一步增强。通过对低空东风急流的作用做深入分析发现:低空东风急流的存在不仅使低空西南急流输送的水汽在其左侧累积,而且低空东风急流上的正涡度平流也迫使江淮气旋向麦收区方向缓慢移动,并使其不断发展,进一步加大了江淮气旋移动前方的气压梯度,使风力加大,东风急流进一步加强,形成正反馈机制。另外东风急流的动量下传又使得地面出现偏东大风。     

大连地区暖锋暴雨个例成因与雷达回波特征

利用常规观测资料、自动站资料和多普勒雷达资料等,对2009年7月14日大连暴雨局部大暴雨过程进行详细分析。结果表明：这是一次暖锋大暴雨过程,高空河套槽北抬和北支槽尾段相叠加,中低层在渤海北部到大连地区形成涡旋环流,700 hPa气旋式较大曲率处在地面暖锋上空,大连地区位于地面气旋顶部即暖锋顶部,造成强降水的产生。强湿区,配合暖锋前低层辐合中心、高层辐散中心,为暖锋大暴雨天气提供水汽和动力条件。从雷达回波分析可以看出,暖锋前部45dBz的β中尺度反射率及速度场上“单牛眼”特征,是造成此次暴雨过程及短时暴雨的直接原因。VWP资料分析表明,低层东南急流与高层西南急流形成切变层的高度以及两支急流的强度变化,与暖锋对应并决定降水的强弱。     

春季两次东移型西南涡云系的发展演变特征

采用FY-2E和Cloud Sat卫星资料、雷达资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析2013年春季2次西南涡云型、云系结构和雷达回波演变、环境场特征。结果表明:(1)2次西南涡形成都伴随有高原槽东移和高原东侧偏南低空急流增强,偏南低空急流增强对低涡形成和东移起重要作用;(2)西南涡云系结构与低涡环流密切相关,西南涡形成和东移初期,低涡环流结构呈椭圆形,西南涡云系表现为叶状云系或逗点云系,随着低涡后部冷空气入侵加剧,低涡云系形成典型的"S"型后边界。低涡云系的结构形式和边界形状,对低涡形成和东移、急流发展有指示作用;(3)低涡降水分布与低涡云系结构有一定关系,低涡水平云系分布为叶状云系时,降水中心位于其东南部,低涡云系水平分布为逗点云系时,降水中心位于其逗点云内;(4)受低涡云系结构影响,低涡云系降水可分为2个阶段,第1阶段为低涡暖区降水,回波带呈反气旋弯曲,向东移动并向东北方向旋转;第2阶段中层干冷空气下沉加剧,干冷和暖湿气团交汇形成西南—东北向带状回波,雷达回波上"人"字形回波形成。     

“070304”东北特大暴雪的分析

对2007年3月3—6日东北地区百年不遇的暴雪及暴雨过程进行了天气学背景分析,并对非地转湿Q矢量的贡献、降水相态变化的条件进行了分析。结果表明：范围广、强度强的偏南急流不仅是水汽的强劲输送带,而且是低层锋区和低值系统加强、移动的必要条件;次级环流的强迫作用在暴雨发生发展中起重要作用,其强弱与降水强度有直接关系。云系的高低与下落过程中的层结状态、低层锋区位置一定程度上决定了地面降水的相态。深厚强锋区、北上江淮气旋、低空急流、非地转湿Q矢量辐合上升支的强弱和位置与降水的强度、落区关系密切。     

北京延庆山区降雪云物理特征的垂直观测和数值模拟研究

基于风廓线雷达、云雷达、粒子谱仪、微波辐射计和自动站等垂直观测设备,结合中尺度数值模式WRF对2017年3月23~24日北京延庆海坨山地区的一次降雪过程进行了观测和数值模拟研究。研究结果表明:垂直探测仪器结合中尺度数值模式可以获得降雪的宏观结构和微物理信息,有助于对降雪的深入研究。此次降雪过程由中高层西南及偏南暖湿气流与低层东南偏冷空气交汇造成动力和水汽辐合抬升形成,4~5 km高度处的风切变有利于降雪的增强。上升气流有助于水汽的输送、冰雪转化以及雪晶凝华、聚合,冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。然而此次降雪云系低层过冷云水含量不足,降雪回波<20 dBZ,回波顶高<7 km,雪花垂直下落速度<2 m s-1,地面降水量大值与低层强回波区对应。降雪粒子谱分布范围较窄,以直径1 mm左右的小粒子为主,相态主要为干雪,基本不存在混合相态。