一条具有宽阔尾随层状云区的中纬度飑线的中尺度结构

1985年6月11日,一条具有宽阔的尾随层状云区的强飑线经过美国堪萨斯—俄克拉荷马州的PRE-STORM中尺度网。本文应用由14个探空站得到的53个探空资料,对这条飑线在成熟价段和消亡阶展的运动学和热力学结构分别作了合成分析。分析表明,飑线系统有稳定的中尺度环流,一股由前向后的入流及一股由后向前的入流构成了环流框架。在对流区,高层辐散、低层辐合,整层上升。在层状云区,中层福合,高、低层分别为上升和下沉运动。雷达次级强回波区与层状云区高层的上升运动区相对应。在层状云区中低层有一气旋性涡旋。     

华北飑线系统的结构与演变特征

1983年6月27日有一次飑线群影响华北、华东地区的七个省市。本文利用天气雷达、卫星云图、高空探空测风和地面加密观测等资料,对飑线系统的结构与演变作了综合分析。飑线群由四个飑线系统组成,它们相继发生发展组成一次影响范围大、持续时间长的强对流天气过程。 本文提出了华北地区飑线系统生命史的中尺度天气模式,包括组织、扩展和消散三个阶段。生命史总共3—5小时。在组织阶段,几个孤立分散的对流单体组织成一条对流带——飑线。在扩展阶段,对流带扩展成一个中尺度对流系统——飑线系统,它包括系统前缘的飑线和后部不断扩大的砧云     

中尺度对流系统和闪电

1.引言每年春夏时节美国包括大平原和东南地区在内的广大地区的总降水量与中尺度对流系统(Mesoscale Convective Systems,以下简称MCS)过境有关.MCS定义为持续时间至少几小时且在生命史内具有明显对流活动的大范围降水系统(水平尺度为100-500km).根据定义,MCS包括超级单体雷暴,伴有层状云降水区的飑线以及中尺度对流复合体(MCC).MCC是根据云顶最低温度和特定温度阈值的覆盖范围来定义的(Maddox,1980).MCC中的对流单体的分布较为     

飑线的天气特征与观测记录

1引言飑线是一种强天气现象,能量大。破坏力强,能造成严重的灾害,并且预报难度大。飑线,也称不稳定线或气压涌线,是一种范围小、生命史较短的气压和风的不连续线。它是一种中尺度对流系统,呈带状分布,是非锋面的或狭窄的活跃雷暴带。它是由许多雷暴单体侧向排列而形成的一种深厚的对流系统,一般水平长度几十至几百千米,水平宽约20—50km,水平尺度长度与宽度的比例〉5：1。典型生命期约几至十几小时,远大于雷暴单体的生命期。飑线包括雷暴,以及非对流（层状云）的降水区,飑线上的单体常常彼此互相干扰。     

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。     

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。     

降水系统的概念模式

雷达和卫星图象的解释是临近预报的主要内容之一。在做提前几小时的降水详细预报时,需要借助于天气尺度、中尺度现象和它们的机制对图象进行仔细的解释。本文综述了一些概念模式,这些模式描绘了热带和中纬地区的中纬度气旋、中尺度对流系统的各种表现。特别讨论了下述现象: (ⅰ)暖输送带,包括在上滑和下滑冷锋形势中具有后倾上升和前倾上升的输送带;(ⅱ)暖锋前的冷输送带;(ⅲ)出现在冷锋前低空急流边界层的与线对流相联系的窄雨带;(ⅳ)与对流层中层对流有关的中尺度宽雨带;(ⅴ)热带和中纬度飑线;(ⅵ)热带和中纬度非飑线中尺度对流系统;(ⅶ)与冷旋涡相联的次天气尺度逗点云;(ⅷ)极槽输送带和即刻锢囚(instant occlusion)。     

风廓线仪在中尺度试验中的应用

1985年5—6月期间,在堪萨斯和俄克拉何马中心进行了一次研究中尺度对流系统(MCSs)的试验,在试验过程中使用了许多大气科学领域内最新的测量技术。其中有3台50 MHz风廓线仪。通过初夏发生在美国高原上强对流环境下的两次飑线系统描述了廓线仪的性能。6月10—11日的飑线比较强烈和有组织;6月26—27日的飑线系统不太紧密。对于较强的天气,在飑线经过的前后时期,两个廓线仪都提供了很好的时间-高度范围内的水平风,但是当强对流线正在当地上空时不能很好地观测。相比之下,诺曼的廓线仪较好地提供了整个弱系统持续时间内的水平风资料,虽然有几个与廓线仪性能无关的数据失测。由风廓线及无线电测风资料证明两个飑线系统的中尺度结构相同。例如,在飑线后中层后部人流下有强烈的逆转风廓线,在飑线前面低层为顺转风廓线。在两个飑线系统的层状云区廓线仪比无线电探空测风仪探测的范围更完全些。但一个重要的问题是,50MHz廓线仪无法探测到地面以上1.5到2.0km的风。     

一次强飑线及飑前中小尺度系统特征分析

使用常规天气、灾情、自动站、卫星云图、雷达回波和风廓线雷达等资料,采用统计对比分析和特征提取等方法,对2012年4月10日强飑线天气系统进行分析和研究,结果表明:(1)此次强飑线是由若干个倾斜深厚对流单体所组成,具有紧密排列的回波带结构。(2)云图上表现为中尺度对流系统(MCS)结构特征,随着MCS东移降水冷却、西南气流输送暖湿空气和午后地面温度不断升高,地面开始形成温度梯度较大的温度锋区。(3)飑线形成前期,MCS南侧出现多条平行短带"梳状"回波特征,并在其南端不断产生对流单体回波,最后发展成飑线回波带。(4)飑线移动前方不断产生具有"前伸"、TBSS和假象回波结构的局地雹云超级单体回波群,这些飑前中小尺度系统是产生此次冰雹灾害的主要回波系统。(5)5 min风廓线雷达资料在前期阶段,能够观测到西南急流的演变情况,包括急流中的大风区。(6)当飑线系统临近时,受飑线中尺度环流的影响,飑线移动前方具有较强的上升运动,且伸展高度可以达到6000 m,但垂直速度、Cn~2和SNR都较小;当飑线系统过境时,具有很强的水平风切变,受到强降水的下曳作用,垂直速度、Cn~2和SNR都明显加大;飑线系统过境后,恢复到前期阶段。     

华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

采用WRF模式对华南飑线的升尺度增长过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为三个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究飑线升尺度增长过程中动能和位能的变化,以及三个尺度系统能量的相互转化。研究表明:动能的变化与飑线过程中各尺度系统的演变有较好的对应,β中小尺度对流的发展对应β中小尺度系统动能的变化,而在飑线升尺度增长过程中,α中尺度系统动能快速增长。在飑线发展过程中环境场通过位能向动能的转化使得β中小尺度对流快速发展加强,而β中尺度飑线的快速发展与合并加强导致了飑线的升尺度增长。在飑线的升尺度增长过程中,β中小尺度动能大量转化为α中尺度动能使得α中尺度飑线迅速增强,而环境场对飑线升尺度增长过程的直接影响较小。      

长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统分析Ⅱ：环境特征

利用2010年6-7月长江流域雷达拼图、各种观测资料和NCEP逐日再分析资料,合成分析了长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统的环境特征及典型个例.结果表明,长江中下游地区梅雨期线状中尺度对流系统环境风相对对流线分量的垂直分布是决定线状中尺度对流系统组织模型的重要因子.尾随层状降水中尺度对流系统和邻接层状单向发展中尺度对流系统垂直对流线的风分量在对流层是从前向后,而前导层状降水中尺度对流系统垂直对流线的风分量在对流层中低层为从前向后,至中高层转为从后向前,这3类中尺度对流系统平行对流线的风分量都随高度明显增加;尾随层状降水中尺度对流系统和前导层状降水中尺度对流系统对流层风垂直切变主要是垂直于对流线,邻接层状单向发展中尺度对流系统则主要是平行于对流线方向.平行层状降水中尺度对流系统和准静止后向建立中尺度对流系统对流层平行于对流线的风分量占绝对优势,且随高度增大,前者增大得更显著,垂直于对流线的风分量较小.7月8日邻接层状单向发展中尺度对流系统形成于地面冷锋北侧的高湿、不稳定的环境中;6月7日准静止后向建立中尺度对流系统形成于一个变化的高温高湿的地面环境场中.高温高湿环境是各类线状中尺度对流系统发展环境的共同特征.     

启动对流的初始扰动对热带飑线模拟的影响

在中尺度数值模拟及数值预报中,正确的对流启动是模拟或预报是否取得成功的关键。作者针对一次热带海洋飑线过程,利用一个风暴尺度云分辨数值模式进行数值模拟,采用不同的初始扰动触发与启动对流发展,重点讨论这些不同启动对流的初始扰动对飑线演变、生命史及其成熟结构等模拟的影响。结果表明,初始扰动的结构、形态分布及其与环境场的不同配置对具有深对流的飑线生命史存在重要影响,而对飑线的成熟结构影响较小。     

飑线群发展的若干特征

飑线,除了作为单一的对流性的中尺度系统外,在特定的天气形势下,还会同时出现多条飑线,我们称之飑线群。在卫星云图上则可以看到多个中尺度对流复合体(MCC),它们大多数是由许多对流单体组合而成的,其水平尺度可以到100—200千米。也有的是从一个对流单体发展为超级对流单体的。飑线群发生后,多数排列成一线,并向同一方向移动。有的飑线群排列不规则,移动方向也不一致。也有的飑线群由于两条飑线相近及其邻近环境相互作用,形成飑线的合流,在地面出现强烈的暴风区,造成严重的灾害。下面介绍两次发展不同的飑线群实例。     

一次弱弓形飑线后方入流特征的观测分析

后方入流是中尺度对流系统内中尺度环流的一部分,表现为一支从风暴后部穿过层状回波区进入风暴系统的相对气流,对增强中尺度下沉气流和地面冷池具有重要作用。利用多普勒雷达探测资料、地面加密自动站和NCEP再分析资料,结合雷达径向剖面内反演的系统相对水平速度,对2012年5月16日江苏省一次弱弓形飑线的后方入流演变特征进行了分析。结果表明,此次飑线是在东北冷涡影响下,受高、低空温度平流差动、低空急流和低层温度暖脊的共同作用生成。飑线发展阶段,后方入流最早出现在对流层中层的层状回波区中,并向前伸展到对流回波区后缘;成熟阶段,后方入流逐渐下沉并与对流区前低层辐散外流合并,形成一条从飑线后部中层延伸到对流区前缘的持续性后方入流通道;消散阶段,后方入流中心下沉到地面附近,与冷池外流共同增强,与其前侧西南入流的局地辐合,可能是触发对流单体后向新生并促使双带状回波出现的有利条件。后方入流把中层干冷空气持续输送到对流区中下方,通过加剧降水粒子的蒸发冷却作用,增强地面冷池及其出流,导致成熟阶段地面大风生成,这与以往的研究结论一致。受后方入流中心下沉到地面以及新生带状回波系统的影响,地面冷池持续增强,可能是消散阶段地面大风形成的原因。此外,后方入流与飑前地面中尺度辐合线具有很好的对应关系。      

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。     

一次拖曳型飑线过程雨滴谱演变特征研究

利用Thies激光雨滴谱仪观测资料和CINRAD/SA多普勒雷达观测资料,分析了2017年7月18日一次典型中纬度拖曳型飑线过程不同发展阶段雨滴谱和积分参数的演变特征,主要结果为：1）成熟飑线回波包括对流带、过渡区和拖曳层状云区三部分,对流带前侧不断有对流带生成并合并到主对流带中,使得对流带的前沿具有强的反射率因子,并且有多个雨强大值中心。2）垂直穿过飑线对流带,雨强增加阶段有较少的小粒子（直径小于1 mm）和特大粒子（直径大于5 mm）,以及较低的雨滴浓度和反射率因子,而雨强减弱阶段有较多的小粒子和特大粒子,以及较高的雨滴浓度和反射率因子;飑线加强阶段,雨滴谱有较大的峰值直径（0.44 mm）、较多的大（直径大于3 mm）和特大粒子,而飑线减弱阶段,雨滴谱有较小的峰值直径（0.19 mm）、较少的大粒子。3）对流带、过渡区和层状云降水雨滴谱的Gamma谱三参数N0、μ、λ随雨强增大有明显的分层特征,相同雨强时,对流云和过渡区降水的三参数比层状云降水的数值大;而飑线不同发展阶段、不同降水类型的λ-μ关系具有一致性,二次多项式可以很好地拟合λ-μ关系。4）归一化雨滴谱参数NW和D0的分布可以用来区分对流云和层状云降水,并给出了新的分离线方程;另外,飑线在发展和减弱阶段的雨滴谱特征有明显差异,表明飑线演变过程降水形成的微物理机制发生变化,前期冷云过程有重要影响,而后期暖云过程起主导作用。     

飑线中动量的产生和再分布

1.引言动量的垂直传输是中尺度对流系统影响大气,并且对系统的大尺度收支做贡献的途径之一.然而,中尺度对流系统不像简单、孤立的对流系统那样只是混合大气中环境场的垂直动量分布.中尺度对流系统中对流的不断再生(有时通过强迫抬升);对流单体相互作用,合并以及出现像飑线一样持久结构的倾向;以及通过加热或冷却的持续性分布     

2013年7月31日京津冀飑线过程的数值模拟与结构分析

利用WRF (Weather Research and Forecasting Model)模式对2013年7月31日发生在京津冀的一次飑线过程进行了高分辨模拟,对比分析表明模拟结果和实况观测较为一致,因此,利用模拟结果分析得到的飑线结构和发展过程基本可信。模拟飑线系统的探空曲线再现了国外的研究得到的飑线系统具有的经典探空结构,如:层状云区接近饱和,尾流低压区具有"洋葱型"探空结构,以及尾流低压区之后与后方入流相联系的中层干区等。对该次飑线系统的风场、气压场进行的分析揭示出本次飑线过程在成熟阶段气压场呈"低高低"的不对称结构分布。其中,中高压有两个,分别位于飑线北部和中部的对流云区后方。尾流低压较弱,位于飑线中部层状云区后方。飑前低压位于飑线前偏南。飑线在成熟时期前方低层有一支入流,在飑线前部对流云区抬升后分为三支,分别向前方高层、后方高层和后方低层流出。同时后方中层有明显的后方入流,入流同时下沉到近地面辐散流出。对该次飑线的地闪特征进行的统计表明"起电层"中的冰相粒子混合比分布与地闪活动的特点可能有联系。本文的结果对于揭示华北飑线的中尺度结构具有重要参考意义,为进一步研究该次飑线的发生发展机理奠定了基础。     

热带飑线结构和演变的数值模拟研究第一部分：云分辨模式

利用风暴尺度、云分辨的数值模式ＡＲＰＳ模拟了 １９９３年２月 ２２日 ＴＯＧＡＣＯＡＲＥ试验期间在赤道南太平洋观测到一次热带海洋飑线过程的发生发展过程，验证该模式的模拟热带对流系统的能力，并详细地分析了该次飑线的结构特征和动力学形成机制。通过数值敏感性试验研究了不同的云微物理过程对热带飑线的结构和发展演变过程的影响，所考虑的云微物理过程分为包含六种水相态的冰相过程和 Ｋｅｓｓｌｅｒ暖雨过程。模拟结果表明，云分辨模式ＡＲＰＳ采用合适的物理过程可以较成功地模拟出热带飑线的三维结构及其演变过程。数值敏感性试验结果表明，在对流上升过程中，由于与冻结作用有关的冰相微物理过程能释放更多的潜热，这种潜热能产生垂直方向上的浮力梯度从而较明显地加强系统的深对流，有利于对流系统组织性的对流带的长时间维持；相比之下，暖雨过程中飑线的生命周期缩短，而系统倾斜结构更明显，层状云区的发展比较旺盛。     

一次华南强飑线过程的数值模拟分析

采用高分辨率中尺度数值模式WRF对2007年4月17日华南强飑线过程进行数值模拟,并利用数值模拟结果对强飑线过程进行诊断分析,探讨其触发和维持机制.结果表明,低层中尺度辐合线及切变线是本次飑线过程主要的触发系统和重要的维持机制之一,干侵入和对流性不稳定以及低空辐合高空辐散对飑线的发展和维持有着重要的作用.此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的β中尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力.