渤海湾海风锋触发雷暴的观测和模拟分析

利用天津多普勒天气雷达观测资料和中尺度数值模式,对比分析了2007年8月13日海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征。结果表明,数值模拟和多普勒天气雷达观测海风锋起始生消时间、形态特征和位置基本吻合。数值模拟能够更清晰地显示海风锋的物理量特征,也能反映出海风锋前端是东南风和东北风交汇的辐合带,在850 hPa以下向内陆推进过程中呈气温降低和湿度增加的特点,并逐渐形成增厚的热内边界层。从水汽和温度的水平分布来看,海风锋前端为温度和湿度等值线的密集区,海风锋背后为冷湿气团。另外,虽然未能模拟出阵风锋的细线回波,但模拟出阵风锋为干冷气流。雷暴四周均存在低层辐散下沉气流,只是雷暴主体前部阵风锋的辐散气流较强,而多普勒天气雷达仅能观测雷暴主体前部的阵风锋。多普勒天气雷达探测海风锋与阵风锋碰撞后,在碰撞交叉处形成雷暴天气,数值模拟揭示了碰撞交叉处形成雷暴天气的物理量特征,即:有明显的垂直运动和散度特征;广义理查逊数的分布特征也较显著,其厚度在1.0 km左右,CAPE值明显增加。     

上海地区移动型雷暴阵风锋特征统计分析

文章利用常规天气资料、双多普勒雷达资料、GFS 3 km分辨率分析场资料以及地面自动站资料等,统计分析了上海地区2009-2014年共18次移动型雷暴产生的阵风锋的个例,包括天气背景、温湿环境特征以及阵风锋在雷达图上的特征等。根据阵风锋生成的时段以及与其母体雷暴的相互作用和影响,将移动型雷暴产生的阵风锋分为两类:(1)一类出现在雷暴发展、成熟阶段,阵风锋通常与雷暴保持一定的距离同向运动,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有高悬的后侧人流急流,生命史长达2h以上;(2)另一类出现在雷暴的减弱消亡阶段,出现后即逐渐远离雷暴,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有从雷暴系统后侧倾斜向下正好到达雷暴前侧阵风锋处的后侧人流急流。阵风锋出现后,逐渐远离雷暴运动,大部分阵风锋(12个个例)出现在雷暴移动方向的前侧,与雷暴移动同向,少数阵风锋(4个个例)出现在雷暴移动方向的异侧,与雷暴移动不同向。统计分析结果表明:第一类阵风锋一方面与雷暴同向移动,不断将其前侧低层的暖湿空气抬升,并沿着阵风锋输送到雷暴中去;另一方面,由于较强的垂直风切变和较强的对流有效位能对后侧人流急流高度的维持起到了关键作用,高悬的后侧人流急流和垂直风切变共同产生的正涡度和冷池产生的负涡度平衡,有利于维持雷暴的发展传播。因此,阵风锋后侧的雷暴持续稳定的发展,并在其后侧可观测到雷暴的新生。第二类阵风锋生成后即逐渐远离雷暴主体,仅以孤立波的形式传播,受经过的环境的影响,其后侧的干冷气流的性质逐渐减弱。与雷暴同向运动的阵风锋切断了暖湿气流向雷暴的输送,不利于雷暴的发展;同时在弱-中等切变和弱-中等对流有效位能的环境中,从雷暴后侧向前侧倾斜向下的后侧人流急流和冷池共同产生的负涡度强于垂直风切变产生的正涡度,强冷池前沿的上升气流向后倾斜,不利于新对流单体的发展,雷暴大都在阵风锋出现2h内消亡。     

渤海湾海风锋与雷暴天气

利用天津新一代天气雷达探测到的2008年6～9月共56次渤海湾海风锋天气过程资料、 255 m高的气象铁塔资料及相应的自动气象站资料, 统计分析了渤海湾海风锋的气候特征, 包括渤海湾海风锋出现的时间、 频率和海风锋触发形成雷暴天气的演变特征。结果表明, 2008年6～9月雷达共观测到渤海湾海风锋56次; 每日海风锋的形成时间有所不同, 最早形成时间是09：30（北京时, 下同）, 最晚在16：00; 维持时间也各有长短, 最长维持时间为6.5 h, 最短的仅1 h; 伸展到内陆的一般距离为70～80 km, 最远距离达120 km, 高度一般为1.5 km, 最高为2.0 km。同时, 结合2002-2007年典型的海风锋天气个例分析表明, 单一海风锋由于水平范围小, 垂直厚度最高为2 km, 一般不能形成雷暴天气。但是, 当它与西边很弱的冷锋形成一定角度（30°～90°）碰撞时, 在碰撞的交叉处能够形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统呈追赶碰撞时, 一般不能形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统平行碰撞时, 有时雷暴加强, 有时雷暴减弱。     

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。     

VDRAS产品在奥运气象服务中的应用

着重分析了VDRAS要素在奥运会期间对流天气形成过程中的演变特征。典型对流天气个例分析表明,阵风锋之间的碰撞对雷暴天气的形成具有指示意义,其中VDRAS强梯度的存在能够预示将要分离出阵风锋;冷中心的加强意味着降水还将发展,减弱意味着降水要减弱。应用风廓线和自动气象站资料对VDRAS的信息做检验,表明在0.18～1.6km高度上风向基本一致,但是风速有时偏小2m/s;1.6～2.8km高度上,风向和风速大体一致;2.8～3.5km高度上,风向基本一致,但风速有时偏小2m/s。VDRAS气温高于地面自动站的气温约3～4℃。     

多种观测资料在一次弱降水雷暴大风分析中的综合应用

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属于西北气流型雷暴大风,低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供有利环境条件;(2)此过程共经历弓形回波复合体、阵风锋和单体弓形回波3个阶段,雷暴大风的强度与强回波核伸展高度以及下落时间有关,回波核伸展高度越高,下落时间越短,雷暴大风强度越强;(3)强冷池的快速移动是弓形回波复合体阶段雷暴大风的直接原因,冷空气首先从2.3km高度入侵,10min后地面出现雷暴大风。天津南部具有不稳定能量高值中心,配合地面中尺度辐合线的触发作用导致单体弓形回波阶段雷暴大风;(4)阵风锋阶段上升与下沉气流共存,下沉速度峰值的下传特征较地面雷暴大风的出现提前20min,2km以上的对流层中低层为上升运动。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

成都一次雷暴大风的中尺度特征分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、自动站5 min资料、天气雷达资料和风廓线雷达组网资料,对2017年7月27日夜间出现在成都地区的一次雷暴大风天气过程进行分析,结果表明:本次过程发生在副热带高压和切变线共同影响下,地面辐合线、弱垂直风切变、层结不稳定和较大的对流有效位能为雷暴大风的发生提供了有利的环境条件。此次雷暴大风天气过程是由多单体风暴产生的;雷达回波具有窄带回波、反射率因子质心快速下降、风暴前侧出流、后侧入流和中层径向辐合等特征,这些特征对监测和预警雷暴大风有很好的指示意义。雷暴高压和强冷中心对雷暴大风的形成和维持有着重要作用。在大风过程中,风向突变伴有瞬时风速增大,但风向突变出现时间较最大瞬时风速出现提前了5 min左右,中尺度气旋式辐合的出现时间较最大瞬时风速有15 min的提前量。阵风锋坡度愈大,前侧上升气流坡度愈大;阵风锋后部的垂直风速变化落后于水平风速的变化。     

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明：阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。     

三次雷暴导致的阵风锋过程分析

利用多普勒天气雷达资料和自动站资料对2012年5月16日江苏、6月9日京津冀地区以及7月10日河北的三次阵风锋过程进行综合分析。结果表明：持续下沉的冷空气形成雷暴高压是阵风锋产生的直接原因。雷暴高压形成过程中,一方面,下沉气流在较小区域内迅速堆积形成雷暴高压,另一方面,新旧单体不断更替,风暴内稳定的下沉气流使雷暴高压发展。雷暴高压内强辐散气流与环境空气形成阵风锋。随着雷暴高压的移动和增强,阵风锋向前移动和增强,当雷暴高压减弱,阵风锋也逐渐消亡。温度梯度与气压梯度越大,瞬时大风越强,阵风锋也越强。阵风锋产生的瞬时大风与窄带回波的强度值不一定成正比。中层径向辐合对阵风锋产生有提前预示作用,提前量为半小时左右,辐合持续时间越长,阵风锋生命史越长。     

Atypical occlusion process caused by the merger of a sea-breeze front and gust front

An atypical occlusion process that occurred in North China on 14 July 2011 is studied based on both observations and a real-data Weather Research and Forecasting (WRF) model simulation. The results show that this atypical occlusion process was significantly different from the traditional, synoptic-scale occlusion process that occurs within extratropical cyclones. It was caused by the merger of two cold-type mesoscale fronts. One of the fronts developed from the gust front of convective storms, while the other was a sea-breeze front. As the two fronts moved towards each other, the warm air between them was squeezed and separated from the surface. An atypical occluded front was formed when the two fronts merged, with the warm air forced aloft. This kind of occlusion is termed a "merger" process, different from the well-known "catch-up" and "wrap-up" processes. Moreover, local convection was found to be enhanced during the merger process, with severe convective weather produced in the merger area.     

梅雨锋锋生过程的诊断分析

本文分析了一次梅雨锋的锋生过程,并利用锋生函数和温度平衡方程,讨论了影响梅雨锋形成和维持的因子。结果表明:感热加热是使江淮流域低层锋区消失的主要原因,潜热加热以及水平运动造成的变形是维持梅雨锋存在的重要因素。     

1999年梅雨锋系结构特征的模拟诊断

通过中尺度模式MM5对1999年江淮流域一次梅雨锋暴雨过程的数值模拟,利用高分辨率模拟资料,诊断了江淮地区梅雨锋系的双锋结构特征及相应的大气相当位温、位温和湿度(比湿)分布特征.结果表明,大气位温梯度和湿度梯度均对江淮梅雨锋系双锋结构中相应的两个相当位温梯度大值带的存在有着重要贡献,而湿度梯度的贡献更大.进而从理论上推导了大气湿度梯度倾向方程,指出大气湿度梯度的变化与平流效应、散度效应、水平或垂直涡管(次级环流)效应以及水汽源汇的梯度有关;利用中尺度模拟资料对湿度梯度倾向方程的经向分量进行了简单的方程诊断,模拟时段平均的诊断分析表明,大气经向湿度梯度绝对值的变化主要同散度效应、与水平涡管相关的次级环流效应以及水汽源汇效应相关.由于水汽源汇是由与水汽相关的相变过程造成,与云物理过程的发展和演变直接相关,因此,大气湿度梯度的演变与云物理过程,并进而与云或降水系统的分布、发展和演变相关.梅雨锋系的存在为其附近暴雨中尺度系统的发展提供了有利的环境条件,起到一定的组织或控制作用;反过来,暴雨系统的发展、降水云系的发展和演变,又通过改变大气温、湿状况,对梅雨锋系产生影响.     

沈阳桃仙机场春季冷锋型雷暴与冷锋型大风合成对比分析

以1996～2005年逐年沈阳桃仙国际机场春季雷暴的天气演变过程相似资料为依据,采用合成方法,选取4个典型冷锋雷暴个例进行分析。结果表明:蒙古气旋前部的暖平流、大范围正涡度区和正涡度平流导致了我国沈阳地区不稳定层结的建立和加强;高空辐散和低空辐合为雷暴天气的发生和加强创造了动力抬升条件;高空具有高湿位势涡度值的干冷空气叠加在低层扰动上,有利于不稳定层结的加强和降水发生。与相似形势下只产生春季大风而未产生雷暴的4次大风个例天气过程的合成对比分析,结果显示:冷锋的伸展方向及沈阳上空深厚的辐散层和低空湿位势涡度的不同分布可能是产生雷暴和大风不同天气现象的主要成因。     

两次昆明准静止锋的对比分析

利用EAR5再分析气象数据,分析了两次昆明准静止锋天气过程的高低空环流形势、锋面结构、锋面位置、以及相关要素场等基本特征及其异同。结果表明：中高纬度地区阻塞形势的存在是昆明准静止锋形成的背景环流。当冷暖气团均强且势均力敌时,更有利于锋面的维持;冷空气较强时,锋面会向西移动,越过云贵高原地形的阻挡;反之,锋面则会向东移动。当锋面维持在高原地形东侧时,冷空气被地形阻挡时,锋面的移动缓慢,此时锋区最为明显。当锋面维持在地形东侧时,风场的最大水平切变、温度的最大水平梯度和相当位温的密集区,描述的锋面位置几乎相同。两次过程寒潮爆发时冷空气均只能维持到700hPa附近,且水平风场也均为600hPa以下的低空切变,说明昆明准静止锋为浅薄系统。昆明准静止锋与一般冷锋锋后不同,两次个例昆明准静止锋锋后低空为湿区,而锋前水汽是否充足则要看南支槽所处的位置。     

黄淮地区一次冷锋暴雨天气过程的预报分析

利用常规天气图、地面加密资料、数值预报产品、卫星云图和多普勒天气雷达资料等,对2007年7月18-19日出现在黄淮地区的暴雨天气过程进行了综合分析.结果表明:暴雨是高空西风槽、冷锋和副热带高压边缘强盛的西南暖湿急流共同作用产生的;强降水产生在地面中尺度辐合线附近.在高层干冷、低层暖湿的大气不稳定条件下,地面冷空气的侵入触发了不稳定能量的释放,同时低层辐合、高空辐散的高低空配置,引发了强降水的产生.卫星云图和多普勒天气雷达资料在暴雨临近预报中起着重要作用.     

Formation of a shelfbreak front by freshwater discharge

The circulation and transport of freshwater generated by an idealized buoyant source is studied using a three-dimensional primitive equation model. Freshwater enters the continental shelf, turns anticyclonically and moves downstream in the direction of Kelvin wave propagation. In the region close to the source, the flow reaches an equilibrium in the bottom boundary layer so that freshwater does not spread offshore any further. This offshore equilibrium distance increases as we move downstream until the freshwater is able to feel the presence of the shelfbreak. A shelfbreak front forms and the shelfbreak prevents any further offshore spreading of freshwater in the bottom boundary layer.Two complimentary mechanisms are responsible for the slow cross-shelf migration of freshwater and subsequent trapping of shelfbreak fronts: bottom stress and topographic changes. The shelfbreak creates an active, dynamic process preventing leakage from the continental shelf region to the slope region. However, the dynamical process that traps the front to the shelfbreak is still unclear.The location of the shelfbreak front depends on four dimensionless parameters: scaled inlet volume transport, scaled breadth, scaled “diffusivity” and scaled shelf width. We develop empirical relations for predicting the location of the frontal bottom intersection, given these parameters.     

2002年6月21～23日梅雨锋上的MCS分析

对2002年6月21～23日发生在黄海-长江流域梅雨锋上的一系列由中尺度对流系统(MCS)引起的强对流天气过程进行了云顶辐射亮温(TBB)和天气形势、气象要素等的诊断分析.结果表明梅雨锋上的MCS是造成这次长江流域产生暴雨甚至大暴雨级强降水的主要系统;MCS的强降水中心(区)与TBB≤-32℃的频率FM、TBB≤-52℃的频率Fs高值中心(区)关系密切,由FM和Fs可以相当明显地反映降水的总体特征,而且比使用TBB低值中心(区)来反映降水的总体特征能力要强;地面的梅雨锋、低层的切变线、对流层上层的高压这种上下层系统的配置十分有利于强对流天气的发生.     

Variational data assimilation experiments of mei-yu front rainstorms in China

The numerical forecasts of mei-yu front rainstorms in China has been an important issue. The intensity and pattern of the frontal rainfall are greatly influenced by the initial fields of the numerical model. The 4-dimensional variational data assimilation technology (4DVAR) can effectively assimilate all kinds of observed data, including rainfall data at the observed stations, so that the initial fields and the precipitation forecast can both be greatly improved. The non-hydrostatic meso-scale model (MM5) and its adjoint model are used to study the development of the mei-yu front rainstorm from 1200 UTC 25 June to 0600 UTC 26 June 1999. By numerical simulation experiments and assimilation experiments, the T106 data and the observed 6-hour rainfall data are assimilated. The influences of many factors, such as the choice of the assimilated variables and the weighting coefficient, on the precipitation forecast results are studied. The numerical results show that 4DVAR is valuable and important to mei-yu front rainfall prediction.     

北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析

为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征,使用2006—2015年暖季（5—9月）北京多普勒雷达探测资料及北京、河北、天津自动气象站观测资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明,346次阵风锋过程有232次触发了对流,占总数的67%,表明阵风锋对雷暴具有较强的抬升触发能力。阵风锋在6—8月出现的日数占5—9月阵风锋总日数的85%;出现的时段主要是午后至傍晚（12—21时,北京时）,维持时间0.5—3 h;阵风锋在北京东南方向生成的数量最多,且触发对流的次数也最多;其次为偏东和东北方向;偏南和西南方向生成阵风锋数量居中,而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对较少,触发对流的比例也相对较低。产生阵风锋的母风暴中48%为孤立雷暴（包括孤立多单体和超级单体风暴）,31%为雷暴群,21%为飑线;97%的母风暴最强回波在50 dBz以上,阵风锋的回波强度为10—25 dBz。91%的阵风锋移动速度集中在10—60 km/h,84%的阵风锋与母风暴的最大距离为1—60 km;在母风暴回波强度减弱到30 dBz以下时,80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2 h。阵风锋母风暴向东南方向移动的个例最多,从阵风锋和母风暴移动方向的关系来看,阵风锋与母风暴移向一致的情况占比最高,为32%,其次为母风暴无移动及阵风锋弧形扩散情况,各占17%;阵风锋与母风暴移向相反情况所占比例最低,只有3%。最后统计了阵风锋经过地面自动气象站时,自动观测量的变化情况。结果显示,阵风锋在经过地面自动气象站时会造成风速增大、温度降低、相对湿度增大、气压升高。