台风“珍珠”(2006)螺旋雨带发展机制的数值模拟研究

基于2 km分辨率的ARW-WRF数值模拟资料,讨论了台风"珍珠"(2006)螺旋雨带中对流单体及内雨带的发展机制。结果表明:模式很好地再现了台风的路径和强度。作为雨带中仅仅存在于眼壁外侧的内雨带,其传播机制与重力波、涡旋Rossby波及混合波没有联系,其可能发展机制仅与低层出流、水平风场和变形场有关。低层出流使得内雨带径向向外运动,而低层的水平风场和变形场使其形成螺旋结构。同时,就螺旋雨带中精细对流单体的发展而言,涡度收支方程定量分析表明,其主要通过两种方式获得垂直涡度:水平涡度倾斜为垂直涡度;上升运动拉伸垂直涡度。随着平流输送,对流单体在眼壁附近合并和汇聚。     

一次长生命史超级单体风暴的雷达观测特征和维持机制

2016年6月14日一个长生命史的超级单体风暴在山东产生了大范围的冰雹和雷暴大风天气。利用常规观测资料、中尺度自动站资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对其天气背景、雷达观测特征进行分析,对其维持机制进行探讨。结果表明:在华北冷涡的背景下,在较强的深层垂直风切变和中等强度对流有效位能环境条件下,地面中尺度辐合中心触发生成强对流风暴;维持阶段风暴右前方低层一直存在暖湿气流的入流槽口,垂直结构呈现出经典超级单体的结构特征,中气旋发展深厚且强盛,最大垂直涡度在1.0×10~(-2)s~(-1)以上,每次单体强中心高度的跃升和快速下降均伴有一次地面大冰雹事件的发生;发展和维持阶段地面冷池边界扩张与低层垂直风切变大小相当,达到平衡状态,在风暴前方形成较强的辐合上升运动,大于150m~2·s~(-2)的风暴相对螺旋度环境,风暴沿地面中尺度辐合线移动,这些都是超级单体风暴维持较长生命史的有利条件。     

一次伴随强烈龙卷的强降水超级单体风暴研究

利用徐州多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2005年7月30日发生在安徽北部的伴随强烈龙卷和暴雨的强降水超级单体风暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。主要结果如下:（1）该强降水超级单体产生在中等大小的对流有效位能和较大的深层垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度很低,边界层内的低层垂直风切变很大,地面存在阵风锋。上述中等程度的对流有效位能值和大的深层垂直风切变有利于超级单体风暴的产生,而大的低层垂直风切变、低的抬升凝结高度和地面阵风锋的存在有利于F2级以上强龙卷的产生。（2）该超级单体的演化可以归结为“带状回波－典型强降水超级单体－弓形回波” 三个阶段。在带状回波阶段,该超级单体的发展从一条狭长对流雨带的变短变粗开始,雨带中间的对流单体内首先有中气旋发展,从4 km左右高度首先出现,然后同时向上和向下发展,前侧入流缺口变得明显,接着雨带南端的单体中也有中气旋发展。在典型强降水超级单体阶段, 雨带南端单体逐渐与中间单体合并,构成一个庞大深厚的强降水超级单体和被包裹在其中的直径12 km左右、深厚强烈的中气旋,然后由于后侧入流的开始出现,低层回波形态层演变为“S”形,而中层回波呈现为螺旋型。（3）龙卷出现在“S” 形回波阶段,在龙卷出现前,有一个龙卷涡旋特征TVS（Tornadic Vortex Signature）出现在中气旋的中心,其对应的垂直涡度值估计为6.0×10-2s-1。龙卷地点上空有很强的风暴顶辐散, 散度值约为0.8×10-2s-1。弓形回波阶段的开始由在弓形回波北部逗点头回波的中心的另一个中气旋形成为标志,原有的中气旋位于弓形回波顶点附近,随后弓形回波的北宽南窄的不对称结构逐渐明显,原有的位于弓形回波顶点附近的中气旋消失, 并出现地面直线型风害。另外,还对此次过程中气旋产生和超级单体形态的演变的可能机制进行了探讨。     

台风龙卷的环境背景和雷达回波结构分析

利用NCEP再分析资料、常规观测和地面加密观测资料及多普勒雷达资料,对10次台风龙卷过程的环境背景和其中F2~F3级以上龙卷过程的回波结构演变特征进行了详细分析,主要结果如下：（1）台风龙卷所处环境基本为弱对流有效位能（200~1000 J·kg-1）和风随高度强烈顺转的强低空风的垂直切变环境,0~1 km风的垂直切变超过10-2s-1,风暴的相对螺旋度很大,台前龙卷环境的粗理查孙数很小,平均在40以下。台风龙卷大多数出现在台风前进方向的东北侧,位于0~1 km风切变和相对风暴螺旋度大值区。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上,台前龙卷往往产生前地面已存在风向切变和风速的辐合,但温度梯度不大。（2）在台风影响环境下导致龙卷的风暴属于微超级单体风暴,有水平尺度2~4 km的中气旋;垂直涡度限制在4 km以下;风暴单体的质心在2 km左右,风暴伸展高度在5~7 km。     

夏季安徽槽前形势下龙卷和非龙卷型强对流天气的环境条件对比研究

利用NCEP再分析资料,对安徽省夏季高空槽前形势下两类强对流天气各5次个例的环流特征、热力和动力条件进行了对比分析。结果表明：以大风、短时强降水天气为主的非龙卷类表现为高空的低槽比较深厚,而龙卷的产生多是由于较浅的短波槽引起的,并且低层有西南急流存在,导致较强的垂直风切变。通过比较热力和动力物理量平均场的分布特征发现：在槽前形势下水汽条件都比较好,夏季整层大气可降水量平均在55mm以上,但出现龙卷时中低层的垂直风切变非常强,龙卷类0-1km垂直风切变大约是非龙卷类的3倍。由于存在较强的垂直风切变,龙卷类低层的风暴相对螺旋度也强于非龙卷类。从动力和热力条件综合来看,出现龙卷时的对流有效位能并不是很大,但能量螺旋度很大,即风暴相对螺旋度上差异更加明显。因此在预报槽前类龙卷天气时,应重点关注环境风场的垂直切变和风暴相对螺旋度。     

山东一次台风龙卷过程灾调及环境和天气雷达特征分析

2018年8月19日受台风“温比亚”影响,山东省临沂市遭受龙卷袭击。通过实地灾情调查,给出了该龙卷的影响范围、灾害分布和强度评估等,综合考虑不同标识物和致灾过程,评估本次龙卷强度为EF3级。分析龙卷发生的环境和天气雷达特征,结果表明:龙卷发生在低抬升凝结高度（≤300 m）、强低层垂直风切变（≥18×10-3 s-1）、强相对风暴螺旋度（≥350 m2/s2）和较低对流有效位能（≤400 J/kg）的有利环境条件下;龙卷超级单体嵌于台风右侧螺旋雨带内,龙卷发生在中气旋与风暴后侧下沉气流区相接一侧,与龙卷涡旋特征位置对应;龙卷及地时中气旋向下延伸加强,同时风暴顶及单体质心迅速下降;若探测到低层中等强度中气旋时应发布龙卷预警,则此次过程的龙卷预警时间提前量为15~20 min。      

1710号台风“海棠”外围龙卷大气环境条件和雷达特征分析

2017年8月1日18:10—18:30受1710号台风"海棠"外围螺旋雨带影响,江苏省淮安市淮安区出现EF1级龙卷。利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒雷达资料等,对龙卷过程进行分析。结果显示:龙卷发生在"海棠"残留低压和副高边缘间的东南暖湿急流中,其发生前1h地面出现小尺度涡旋并沿着地面辐合线移动。龙卷影响时,相邻地面自动站观测到气压上升、气温和露点下降、风力明显增大。逐渐增大的对流有效位能、小的对流抑制能量、较大的0～1km垂直风切变、1km以下的抬升凝结高度、干侵入等环境场特征均有利于本次龙卷风暴的生成。淮安多普勒雷达探测到入流缺口、TVS特征、气旋性风场结构。通过垂直螺旋度分析和双多普勒雷达风场反演等方法,发现在龙卷发生前低层环境垂直风切变有利于小尺度涡旋生成,中低层水平风场以辐合为主。当出现龙卷时,气旋式辐合中心下降有利于涡旋触地,龙卷发生地位于低层涡旋移动方向左前侧与1km高度切变线附近。     

锋面涡旋诱发南海热带气旋Noguri(2002)的数值试验

利用WRF_ARW模式,对锋面型涡旋诱发南海强热带风暴Noguri(2002)的生成过程进行模拟研究。通过对动力学和热力学物理量的诊断分析,讨论了锋面型初始涡旋诱发热带气旋(TC)的可能途径和机制。结果表明:该类型TC与热带扰动诱发TC的过程相类似,强对流单体(如积云塔)与环境场间的相互作用发挥重要作用,而这些对流尺度系统的活动受较大尺度系统调控。在环境场强垂直风切变情况下,初始涡旋在发展过程中,表现为垂直方向上涡旋结构由倾斜向垂直演变的过程,涡度、螺旋度和水汽场均存在若干次振荡。进一步分析表明,水汽和对流循环的反馈对涡旋的振荡发展很重要,且与环境场垂直风切变的强弱变化有着密切的联系。     

2018年8月31日广东热带扰动龙卷天气分析

利用现场灾调资料、Micaps资料、地面加密自动站和广州SA雷达资料等，对2018年8月31日广州番禺龙卷天气过程进行分析。结果表明：该次龙卷发生在14:25前后，路径长度约80 m,最大破坏宽度约52 m,破坏等级为EF1级。龙卷发生在季风低压活动天气背景下，中低空西南急流的叠加交汇及低层辐合、高层辐散的配置为龙卷的发生提供了有利的天气尺度条件；较大的对流有效位能、深厚的湿层和极低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了充足的对流不稳定能量和水汽条件；较大的低空垂直风切变、较大的风暴相对螺旋度和较大的能量螺旋度，为超级单体风暴的发生提供了有利的动力条件，地面中尺度辐合线和小尺度涡旋是对流风暴触发的有利中小尺度系统；龙卷产生在微型超级单体风暴中，伴有弱中气旋，龙卷触地前后伴有风暴质心明显下降、中气旋强度增强和直径尺寸明显缩小等特征。     

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

较强的热力不稳定和适宜的动力环境是强对流发展的基础 ,造成灾害的强对流一般是一种深厚对流 ,深对流指数和对流有效位能可反映对流上升运动的潜势和强度 ,对流有效位能还隐含地反映了对流层大气总体垂直热力结构。下沉对流有效位能和大风指数反映了对流下沉运动和下击暴流潜势 ,对流下沉和中层干空气的入侵高度、干燥程度及对流层中下层的稳定度和湿度有关。强风暴特别是超级单体一般都具有很高的螺旋性 ,高螺旋度有利于风暴生命的维持 ,而风暴相对螺旋度则对风暴发生及风暴类型有一定的预示。粗里查逊数反映了对流能量和环境场动力之间的平衡关系 ,能量螺旋度指数反映了动力和能量对强对流天气发展的共同效应 ,它们都综合了动力和热力两方面的因子 ,对强风暴及其类型的预报有指示意义。风暴强度指数和瑞士雷暴指数成功地把动力和对流能量参数结合起来 ,在实际研究和业务工作中这种方法值得借鉴。随着高分辨率中尺度和风暴模式的发展 ,模式输出的对流动力和能量参数将有广泛的应用前景。