两种垂直风切变条件下飑线过程对比分析

本文应用常规天气图资料、地面加密降水观测资料、探空资料及美国NCEP/NCAR再分析资料,对2010年7月19日山东飑线过程和2011年7月26日河北飑线过程进行了分析研究。结果表明, 两次过程的相同点是：都位于500 hPa高空槽前;两次飑线过程均产生了雷雨大风和短时强降水天气;湿层均较深厚;下沉有效位能均较大。不同点为：2010年7月19日山东飑线过程属于有明显垂直风切变环境中的飑线;对流不稳定能量相对较低。而2011年7月26日河北飑线过程属于风垂直切变相对小的环境中的飑线;对流不稳定能量很大。除了雷雨大风和短时强降水天气之外还产生了冰雹。     

京津冀地区中α尺度飑线过程中大风特征分析及成因初探

应用常规天气观测资料、地面加密自动气象站资料、大风灾情报资料、京津冀地区7部多普勒天气雷达组网观测资料及VDRAS资料,从多个角度对2013年8月4日京津冀地区一次飑线过程产生的大范围大风天气过程进行了分析,结果显示:此次过程是在高空冷空气南下、低层暖湿气流北上、系统前倾及位势不稳定的有利层结条件下,由多单体风暴演变为中α尺度的强飑线所致。飑线形成于低层垂直切变加强、冷池合并之后;大风主要发生在飑线主体回波中,其次是主体回波前和中前,主体回波后很少发生。大风发生的位置取决于飑线结构中气流的性质,气流的性质与冷池前进的程度和对流的强度关系密切。大风大部分由下沉冷气流产生,少数为近地面上升暖气流导致。大风发生的范围和强度与低层风垂直切变的强度呈正比,大范围低层风垂直切变的加强增强了飑线入流和出流的强度,是大范围大风、局部强风形成的重要原因。大风发生站次与冷池的强度和范围密切相关,冷池的加强和范围的扩大加强了后侧冷入流和前侧暖入流的强度和范围,也是大范围大风形成的重要因素。     

秦皇岛一次飑线冰雹天气分析

利用常规探测资料、自动站观测资料、多普勒天气雷达资料等对2014年6月26日发生在秦皇岛市的一次飑线冰雹天气过程大尺度环流背景、雷达回波特征及灾害性冰雹大风形成原因进行了分析。结果表明:本次飑线过程是受高空冷涡后部冷空气、低层暖切变共同作用的结果;飑线过境前后,气象要素变化比较明显,风向突变、风力猛增、气压涌升、气温急降、相对湿度上升;本次强风暴影响系统尺度为中α尺度,"弓"形回波结构明显,同时有雷暴出流边界;速度图上的风速大值区、后侧入流、中低层径向辐合及垂直风廓线图中低层风的转变信息等对大风的预警有明显的预示作用,且从雷达四维变分分析可知850 h Pa辐合上升运动较强,中层有干冷空气入侵;回波垂直剖面图上飑线前沿低层存在有界弱回波区,中高层有回波悬垂。     

一次中纬度飑线的阵风锋发展特征分析

2009年8月发生在辽宁省中部的一次飑线前部出现了两次特征不同的阵风锋发展过程,并伴随有灾害性大风和冰雹等强对流天气。应用多普勒雷达数据、常规探空、地面加密观测及飞机观测（AMDAR）数据对飑线系统进行了综合分析。结果显示环境场中强的风垂直切变促进飑线上对流单体发展并使飑线倾斜。西路冷空气进入飑线使对流加强,形成第一次阵风锋。而北路冷空气与飑线的暖心间温度梯度增大,造成地面风速增大是第二次阵风锋发展的直接诱因。最终飑线系统母体中的线状辐合带转移到第二次阵风锋上,该阵风锋形成新的飑线。     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

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。     

东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对近10年东北冷涡天气背景下强对流天气过程的物理机制和中尺度特征进行了分析,并重点分析了在东北冷涡背景下,2009年6月3、5和14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气。结果表明,在东北冷涡发展阶段,即温压结构不对称、大气斜压性强时,冷涡的西、西南、南至东南部容易发生雷雨大风、冰雹等强对流天气。在东北冷涡形势下,飑线生成时具备以下特征:(1)存在明显的中尺度气旋式环流,850 hPa、925 hPa和地面有辐合线或干线存在;(2)静力不稳定,中低层温度直减率大;(3)风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400~500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;(4)伴随着飑线发展,在飑线后侧有显著升压,雷暴高压的强弱不仅指示了飑线发展的不同阶段,同时可作为地面大风预报的参考依据;(5)飑线的移动与对流回波的传播、出流边界和引导气流密切相关。     

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。     

低层暖平流强迫背景下湖南两次飑线过程对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,对2017年5月11日和6月5日发生在湖南的两次飑线过程(以下分别简称"5·11"飑线过程和"6·5"飑线过程)进行了对比分析。结果表明:(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,"5·11"飑线过程发生前冷平流较明显,"6·5"飑线过程发生前暖湿气流更强盛,副热带高压位置不同导致后一过程水汽条件更好;(2)"5·11"飑线过程中层更干,0℃度层高度更低,有利于出现较大范围雷暴大风和小冰雹,而"6·5"飑线过程自由对流高度(LFC)相对较低、低层湿度更大,则易产生更大强度的短时降水;(3)"5·11"飑线过程产生大范围雷暴大风的环境条件明显好于"6·5"飑线过程,但后一过程因地面倒槽发展、暖湿气流更强、低涡东移使大气对流不稳定增大等原因,更有利于形成局地致灾性大风;(4)"6·5"飑线过程中气旋少且维持时间短,以及垂直风廓线产品(VWP)、径向速度图上雷暴大风特征不够典型,其预警难度更大。     

“天鸽”台前飑线环境场及雷达回波特征分析

利用地面观测资料、ERA5和多普勒天气雷达资料,对2017年8月23日发生在台风“天鸽”前沿的一次飑线过程进行分析,结果表明：(1)近地面显著升温、低层大气暖湿不稳定及CAPE值达2000 J·kg-1以上,为台前飑线形成提供了前期热力条件;(2)对流单体在地面辐合线附近触发并迅速发展成为高度组织化的飑线,其强度、移向与地面风的辐合强弱及位置高度一致;(3)水汽通量中低层辐合、高层辐散的配置保证了短时强降水发生时高效的水汽供应;(4)雷达图上台前飑线发展旺盛阶段中尺度辐合带特征最明显,出现多个55dBZ以上强中心及RIJ特征;(5)当飑线两侧的风向辐合特征减弱时,其带状结构快速断裂且强度减弱,伴随的强对流天气消失。     

一次模态变异中尺度对流系统的模拟与分析

利用NCEP FNL分析资料及南京多普勒雷达观测,借助WRF模式,对2017年8月19日发生在长江中下游地区的一次中尺度对流系统(MCS)进行模拟和诊断分析。此次MCS组织模态PS(Parallel Stratiform)型和TS(Trailing Stratiform)型共存,开始为带状结构,最后演变为强弓状飑线。气旋切变和低空急流是此次过程的重要影响系统,而午后强烈发展的地面锋触发了此次强对流。在垂直风切变和冷池共同作用下,西侧初始对流发展为PS型模态,东侧发展为TS型模态。由于PS型模态的中低层垂直风切变发生转向,导致其消散。TS型模态附近冷池和垂直风切变相配合,且在后向入流(Rear Inflow Jets,RIJ)作用下发展成为强弓状飑线;RIJ受中低层涡旋对影响而发展增强,其中气旋式涡旋主要由涡度方程中拉伸项决定,而反气旋式涡旋则主要由倾侧项决定。      

OBSERVATIONAL STUDY ON THE PRE-TROPICAL CYCLONE SQUALL LINE OF 8 AUGUST 2007 OVER THE COAST OF SOUTH CHINA

A squall line in front of the tropical cyclone Pabuk occurred in the west of the Pearl River Delta to Zhanjiang on August 8th, 2007 when the storm approached South China. The development, structure and environmental conditions for this squall line were investigated in this study, with particular attention paid to the possible connection of this squall line with Pabuk. The observational data employed in this study are from soundings, Doppler weather radars and wind profile radars. The following six major conclusions are drawn by our observational analyses. (1) This squall line developed gradually from individual convective cells, and land breeze may be responsible for the onset of the squall line. (2) The path and intensity of the squall line were modulated by the environmental conditions. The squall line propagated along the coastline, and it was stronger on the landing side of the coastline compared with the surrounding in-land regions and oceanic regions. (3) The typical characteristics of tropical squall lines were seen in this squall line, including the cold-pool intensity, vertical structure and the wake flow stratiform precipitation at its developing and mature phases. (4) The environmental conditions of this squall line resemble those of tropical squall lines in terms of deep moist air and low convection condensation level. They also resemble mid-latitude squall lines in terms of the convective instable energy and vertical wind shear in the lower troposphere. (5) Two roles were played by the strong wind around Pabuk. On the one hand, it made the atmosphere more unstable via suppressed shallow convection and increased solar radiation. On the other hand, it enhanced the land-sea thermal contrast and therefore strengthened the sea breeze and the resultant water vapor transport. The sinking temperature inversion prevented the occurrence of low-layer weak convection and accumulated convection instability energy for the development of the strong convection.     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17—19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料。在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1)这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2)200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成。在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场。而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压。文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3)在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变。此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4)飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动。这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助。     

一次华南海岸带台前飑线的结构特征与环境条件的观测研究

2007年8月8日,热带风暴“帕布”移动到华南近海,在珠江三角洲至湛江以西地区出现了一次强飑线天气过程。根据多普勒天气雷达、风廓线雷达和气象探空等观测数据,分析此次台前飑线的生成、演变过程、组织结构以及环境大气条件特征,并对热带风暴“帕布”与台前飑线环境大气的关系进行初步探讨。观测和分析结果显示:(1)此次台前飑线系统是由孤立的对流单体逐渐发展而成,陆风环流的抬升作用有可能对飑线的初始生成起到重要作用;(2)台前飑线移动路径和强度受海岸附近环境条件的影响;在海岸靠近陆地一侧的强度远比内陆和海洋上强,移动路径倾向于沿海岸线平行;(3)台前飑线在发展和成熟阶段,其水平结构具有典型的尾流层云降水特征;其冷池强度和垂直结构具有典型的热带飑线特征;(4)台前飑线发生在具有深厚水汽层、对流凝结高度较低的环境大气条件中,与热带飑线的环境大气条件类似;而对流不稳定能量和低层垂直风切变强度与中纬度飑线接近;(5)热带气旋外围大风一方面使低层风切变加强,同时为环境大气提供了高层的水汽。在下沉环流区内太阳辐射使陆地明显增温,一方面使位势不稳定能量增大,另一方面也使海陆温差增大、海风环流加强,导致低层风切变进一步加强,低层水汽输送增大。下沉逆温抑制了低层弱对流的发生,为强对流的发展积累了对流不稳定能量。      

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。     

传播运动在对流风暴合并过程中的作用

2012年8月18日下午,山东省境内飑线在形成过程中发生多次合并,强度增强,造成章丘和宁阳分别出现9级和10级雷暴大风。基于多普勒天气雷达反演风场和地面加密自动气象站资料,分析了传播运动在对流风暴合并过程中的作用。结果表明:1)地面冷池前沿阵风锋强度大,垂直厚度达2 km。受其影响,飑线向东移动的同时向东传播(前向传播),北段逐渐演变为弓形回波。2)弓形回波与单体E分别具有独立的垂直环流,均为前向传播,但位于上游的弓形回波传播速度快,二者最终合并,垂直环流合二为一。3)弓形回波与单体E合并过程中,水平风速与上升运动明显增大,气压降低,尺度减小,最终形成强烈旋转上升的小尺度低气压柱,造成章丘大风。4)飑线尾部水汽充沛,阵风锋辐合造成飑线前侧的暖湿空气抬升,不断产生新的对流单体并逐渐合并增强,导致飑线向西南方向传播(后向传播)。5)位于下游的对流单体传播方向与平流方向相反,在3 km高度产生云桥,最终与上游单体整层合并。飑线尾部对流风暴多次合并,强度持续增强,造成宁阳大风。     

塔里木盆地西北部一次飑线过程的多普勒雷达回波分析

:利用喀什新一代多普勒天气雷达监测资料和常规天气图,结合2010年7月21日发生在塔里木盆地西北部的一次暴雨灾害,分析了飑线的演变过程,发现强回波进入雷达扫描区就已经呈现出较典型的飑线特征,回波强度能很好地反映飑线发展变化,中气旋的出现与强对流风暴有一定的关系,雨强和垂直累积液态含水量对定时、定点、定量预报暴雨有很好的参考价值,垂直风切变也能反映中小尺度系统的存在。本文重点分析出现在伽师县西克尔库勒镇上空的暴雨形成机制,从而说明了多普勒雷达产品对南疆西部强对流天气的预警、预报有很好的指示作用。     

2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理

2017年7月7日下午至午夜,河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程,其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和NCEP分析资料,利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下;超过2000 J/kg的对流有效位能（CAPE）、强0—6 km和0—3 km风垂直切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件;较低的湿球温度0℃层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度;对流层中层高达30℃温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE）,利于弓形回波和地面大风的形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低黑体亮温（TBB）和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统,最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等;对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因;大的对流有效位能和下沉对流有效位能以及强风垂直切变是飑线维持的原因。      

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。     

华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析

本文利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)同化多部多普勒雷达观测资料和常规地面探空观测资料,对2009年8月17日发生在我国华东地区的一次飑线过程进行高分辨率数值模拟;利用模拟输出资料,分析该飑线过程的动力和热力特征和对流线单体后向新生的环境条件。研究结果表明:(1)在飑线系统初生阶段,从飑线后部(北方)的团状对流系统的低层MCV(mesoscale convective vortex)中南下的冷空气与西南暖湿气流相遇激发强对流,促进飑线发展;随着飑线系统的发展和南移,团状强对流系统的低层MCV的气旋性环流对飑线的影响逐渐减弱,而飑线本身产生的低层冷池向外辐散的冷空气与环境场西南暖湿气流辐合成为飑线持续发展的主要动力。(2)本次飑线系统属于典型的后向新生型飑线,由4条处于不同发展阶段的对流线合并而成,对流线上对流单体的后向新生是动力和热力过程共同作用的结果,既需要一定的对流抑制能量促进对流有效位能的累积,也需要一定的环境风场垂直切变、低层风场的辐合和水平涡管向垂直涡度的转化。