贵州2011年4月15日冰雹大风天气成因分析

利用实况观测资料、多普勒雷达资料、TBB资料及NCEP/NCAR再分析资料等对2011年4月15日发生在贵州西南部的强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:此次强对流天气过程是在高空槽、低层切变线和地面中尺度辐合线的配合下产生的,上层干冷、下层暖湿的对流不稳定层结有利于强对流天气的产生;强对流天气的发生发展伴随地面辐合线上多个中尺度对流云团的东移南压;雷达回波上回波中心强度较大,强回波伸展高度也有利于强对流天气的发生;对流有效位能和抬升指数对于此次过程有较好的指示意义,强对流天气发生前,CAPE值跃增,LI值由正转为负值,并且CAPE高值中心区和LI的负值中心区与这次过程的强对流天气发生区域吻合;强对流天气发生在能量锋区和湿度锋区的高能高湿区,当日14 h的θse廓线呈"弓"状,结合温度平流、水汽条件和垂直速度的分析得知中高层有干冷空气向下入侵,强对流天气发生时垂直速度伸展很高,促进深对流系统的发展;对湿位涡分析发现强对流天气发生在700 hPa MPV1负值中心与MPV2正值中心之间的区域。     

黑龙江省一次强对流天气过程分析

运用常规天气观测资料和九三新一代多普勒天气雷达资料对2011年5月28日黑龙江省西部的强对流天气进行综合分析。结果表明:此次天气过程产生于下层暖湿、上层干冷的环境中。急流的干湿输送作用和逆温层的阻隔作用,为本次过程的对流发展提供了能量储存。冷锋和925hPa气压槽的辐合作用是本次过程的触发机制,低抬升凝结高度、强垂直风切变有利于强对流天气的发生、发展。     

2014年唐山市一次强对流天气过程分析

文章利用常规天气资料和NECP/NCAR再分析资料,对2014年8月3—4日唐山地区的强对流天气过程进行详细分析。结果表明:此次强降水天气是500h Pa贝加尔湖以南低槽与河套短波槽东移合并引起的,850h Pa切变线是造成此次暴雨天气的主要影响系统,地面辐合线是触发机制;台风外围暖湿气流输送是此次暴雨发生的主要水汽来源,低层充足的水汽输送和水汽辐合提供有利的水汽条件;低层维持暖湿、中高层干冷入侵增加了大气不稳定能量,是强对流天气出现的重要原因;低层辐合上升,高层辐散,高空急流抽吸、通风作用维持强对流发展;卫星红外云图、多普勒雷达基本反射率对对流单体,多普勒雷达径向速度对低层辐合线有很好的识别,对强对流天气预报预警有较好的指示意义。     

2008年6月1日鄂西北飑线天气过程综合分析

利用NCEP 1°×1°6 h再分析资料以及常规观测资料、多普勒雷达资料等,采用天气学动力诊断分析方法,对2008年6月1日下午到傍晚发生在鄂西北十堰市的一次飑线天气过程进行了分析。结果表明：高空冷槽、低层切变线与地面冷锋是此次天气过程的影响系统;地面中尺度辐合线是此次强对流天气的触发机制,同时高层干冷空气侵入增强了空气柱的对流性不稳定层结,有利于强对流天气发生与发展;雷达产品资料较好地反映了飑线特征,飑线的风暴中心与强对流天气落区有很好的对应关系。     

通辽市2016年6月22日强对流天气的特征及成因分析

利用常规气象资料、多普勒雷达资料以及NCEP2.5°×2.5°再分析资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征分析2016年6月22日通辽市强对流天气成因。结果表明:此次强对流天气发生在中高层偏西气流带来的弱冷空气叠加在低层切变线南侧的暖湿空气之上,促使对流强烈发展;垂直累积液态含水量大值区和"逆风区"分别对冰雹和短时强降水有很好的指示意义;强对流天气发生在地面中尺度辐合线附近;高空急流与低层低涡的配置结构,为这次强对流天气提供了必要的动力条件。     

2007年8月2日郑州大暴雨过程分析

利用探空资料、Tbb资料及郑州新一代天气雷达产品等,对2007年8月2日发生在郑州市的短时大暴雨过程进行了分析,结果表明:此次郑州短时大暴雨在高空低槽和中低层低涡、切变线共同影响的有利大尺度环境条件下,产生在高温高湿的辐合中心,上干冷下暖湿的对流性不稳定大气层结为此次短时大暴雨提供了大量的位势不稳定能量;此次短时大暴雨是超级单体风暴产生的,新一代天气雷达产品中基本反射率和径向速度产品都具有明显特征;卫星云图上Tbb低值区及强对流云团与强降水中心相对应。     

江苏中部一次强对流天气的物理机制分析

利用NCEP再分析资料、常规探测和多普勒雷达探测资料对2005年4月20日发生在江苏的一次龙卷强对流天气进行了分析,结果表明:此次强对流天气是发生在东北冷涡南压、高空风速异常偏大、温度场明显落后于高度场的环流背景下;高、低空三支急流的耦合为其提供动力上升条件;350 hPa高空急流显著加强引发低层锋区增强,加速低层锋区南压是其触发因素;低层的对流不稳定和中层的条件性对称不稳定叠加是其不稳定机制;而强的垂直风切变则使得强对流风暴得以维持和加强.多普勒雷达产品分析显示多普勒雷达是做好灾害性天气短时临近预报的最重要工具.     

2009年6月河南一次飑线过程的成因分析

利用地面观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和雷达探测资料,从能量、动力和触发机制等角度,对2009年6月3日发生在河南东部地区的一次飑线过程进行综合分析。结果表明:东北冷涡是此次飑线过程的主要影响系统,涡后冷空气南下与低层暖湿空气叠加造成对流不稳定,高层的干冷空气侵入增强了对流不稳定;低层辐合、高层辐散为飑线强对流天气的发生发展提供了强烈上升运动的动力条件,地面维持并加强的干线所激发的次级环流可能是这次飑线系统发生发展的重要机制之一;中低层的垂直风切变稳定维持、加强、迅速减小与飑线强对流天气发生发展前后对应较好,其演变特征对此次飑线过程有很好的指示意义。     

新疆克州一次强对流天气过程的诊断

利用常规气象资料和喀什多普勒雷达资料,从天气形势、T213数值预报物理量场和雷达回波演变特征分析2008年5月26日克州境内出现的一次大范围强对流天气过程的成因。结果表明:此次天气过程发生在中亚低值系统,高空冷空气的侵入对不稳定能量释放起触发作用,高低空急流的相互配置为此次天气过程的发生提供了有利的动力抬升条件,大气不稳定层结和良好的水汽输送条件有利于对流天气的形成和发展;表现在雷达回波强度的不断发展加强和径向速度的风场辐合。     

新疆西南部一次局地对流性暴雨成因分析

利用常规地面和探空气象资料、NCEP逐6h1°×1°的再分析资料和(CINRAD-CC)多普勒雷达探测资料,对2012年7月19日新疆阿图什罕见的短时对流性暴雨形成原因进行了诊断分析。结果表明:此次天气是在南疆低涡有利的环流背景下、低层中尺度低涡促进上升运动及触发不稳定能量释放产生的;冷空气的入侵是造成对流扰动发展的重要原因,同时地面小尺度系统对触发不稳定能量释放也有一定的作用;涡散场的配置、垂直速度、低层偏东急流和强不稳定能量满足了对流发生的基本条件,而较强的垂直风切变则使风暴明显增强;从喀什探空订正图来看,修正后的探空资料中各要素对开展强对流潜势预报有很好的指示意义,有待进一步总结验证;对多普勒雷达资料的分析表明,此次强降水具有强回波、强的垂直风切变、大的垂直液态水含量和较高回波顶高等,与强对流天气的发生发展及落区有较好的对应关系。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

相同大尺度环流背景下不同类型强对流天气个例分析

利用常规观测、雷达、卫星和自动站等资料,对2013年3月23日广西一次区域性强对流天气过程中两种不同类型强对流天气现象产生的局地环境条件、触发机制及中尺度等特征进行了对比分析。结果表明：在相同大尺度环流背景下,两种类型强对流天气（即干对流型和混合对流型）在大气层结、湿层厚度、对流有效位能（CAPE值）和垂直风切变等局地环境上存在一定差异;其触发机制不同,广西西部干对流由位于地面锋前暖区的辐合线触发,而北部混合型强对流则由地面锋面触发;雷达和卫星图像上,两类强对流在形态、强度和移速上均存在明显差异,这些差异对广西不同类型强对流天气的监测预警具有一定的参考价值。     

基于地基遥感设备构建遥感探空廓线

利用天津地基遥感(风廓线雷达和微波辐射计)数据及地面自动气象站数据构建地基遥感探空廓线系统(简称遥感探空廓线), 旨在弥补常规探空层结信息时空密度不足, 对2020—2021年5—9月遥感探空廓线反演结果进行模式检验, 并从中选取10次强对流过程进行个例效果评估。结果表明:反演数据与欧洲中期天气预报中心再分析数据(ERA5)比湿的平均绝对偏差为1.06 g·kg-1, 对流有效位能相关系数为0.84(达到0.01显著性水平)。10次强对流过程中强对流发生前临近时次常规探空对流有效位能平均值为322 J·kg-1, 遥感探空廓线具有分钟级时间分辨率, 能高时效性地跟踪大气状态的演变趋势, 对流发生前8 h内对流有效位能平均峰值为1451.88 J·kg-1, 与常规探空相比具备明显对流指征。研究表明:遥感探空廓线能动态描述热动力参数的配置及对流潜势的发展与释放过程, 有利于提高短时临近预报的精细化水平。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

台风远外围大范围强对流天气成因综合分析

为加深对台风外围发生的强对流天气的认识，提高对华南地区强对流天气潜势预报和预警的能力，利用广东中尺度天气监测网的多普勒雷达、自动站资料和NCAR／NCEP的再分析资料等对2004年8月发生在台风云娜外围一次强对流天气的天气形势背景、水汽、CAPE、SI、WI、垂直速度和海风辐合等进行了综合分析。结果表明：华南前期受副热带高压和云娜外围下沉气流作用，地面连续高温，使低层大气内能不断积蓄；台风云娜向西北移动的过程中，华南上空的副热带高压和下沉气流减弱，在其外围弱低压槽、海风辐合和干线共同作用下触发了强对流；台风外围的稳定度具有明显的波动性，强对流在台风外围螺旋云带末端的高温、不稳定和相对高湿舌发生；风指数WI用于华南地区雷雨大风预报比其它指数更有效。     

对流天气临近预报技术的发展与研究进展

目前，临近预报技术主要包括雷暴识别追踪和外推预报技术、数值预报技术以及以分析观测资料为主的概念模型预报技术等。其中，识别追踪和外推预报技术主要以雷达资料为基础，在这方面，交叉相关外推和回波特征追踪识别外推是比较成熟的技术，已经用于许多的临近预报业务系统中，其缺陷是预报时效较短，准确率也不是很高。随着精细数值天气预报技术和计算机技术的发展，利用多普勒天气雷达资料和其它中小尺度观测资料进行数值模式初始化，来预报雷暴的发生、发展和消亡已经成为一个研究的热点，该技术发展很快但还不成熟。概念模型预报技术主要是通过综合分析多种中小尺度观测资料，包括雷达和气象卫星资料等，在此基础上建立雷暴发生、发展和消亡的概念模型，特别是边界层辐合线和强对流的密切关系等，再结合数值模式分析预报和其它外推技术的结果，然后建立雷暴临近预报的专家系统，其不但可以获取雷暴和对流降水移动、发展的信息，还可以预报它们的生成和消亡。检验和定性评估也表明，将多种资料和技术集于一体的概念模型专家系统，其临近预报的准确率最高，时效也最长，是临近预报技术未来发展的主要趋势之一。NCAR的Auto Nowcaster系统是雷暴临近预报概念模型专家系统的一个典型代表。     

中国当代强对流天气研究与业务进展

对当代中国几十年来强对流天气研究和业务进展做了阐述，主要包括强对流系统产生的环境背景和主要组织形态，以及具体强对流天气的有利环境条件、触发机制、卫星云图特征、多普勒天气雷达回波特征以及预报、预警技术等诸方面。总体来看，中国学者对强对流以及不同类型强对流天气（强冰雹、龙卷、雷暴大风）发生、发展的环流背景以及通过雷达和卫星观测到的组织结构及其演变特征都已有了明确认识，研究了对流系统的多种触发机制，深入认识了超级单体、飑线等对流系统的环境条件、组织结构特征和维持机制，了解了中国中尺度对流系统的组织形态和气候分布特征，获得了强冰雹、龙卷、下击暴流和雷暴大风等的雷达、卫星和闪电等的多尺度观测特征、形成机制和现场灾害调查特征，发展了各类强对流天气识别、监测和分析方法以及基于“配料法”和深度学习方法等的预报、预警技术等。因此，强对流天气业务预报水平已得到显著提升。      

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

采用TIPEX科学试验资料对1998年7月长江特大暴雨系统的梅雨期区域边界水汽输送模型及其数值试验

采用1998年第二次青藏高原大气科学实验(TIPEX)现场观测资料,包括加密探地面与探空观测、系留气球资料及遥感和高原试验中的中日合作研究(GAME/Tibet)基地Doppler雷达资料对青藏高原上空发展的积云对流系统及其生成和移动进行监测,讨论了与1998年长江下游暴雨的关系。结果表明:1)卫星云图动态分析及TBB资料制作的Hovmoller时空剖面分析表明,1998年7月下旬的长江暴雨洪水系统可追溯到高原。2)对上述TBB分析的云团在安多站过境时段(7月18-19日)进行Doppler跟踪,Doppler雷达回波跟踪分析揭示出,这种在高原中部地区发展和东移、加强的回波十分频繁。TIPEX多种仪器联合观测资料的综合分析可捕捉高原对流系统的生消和移动轨迹,对诊断预测高原系统对其下游的影响很有价值。3)综合分析上述TIPEX同时段地面和高空加密观测报告的时空剖面发现,高原腹地区(那曲地区)对流云系频繁发展,与准静止的地面风场辐合的维持有关。高原地面风场的动力辐合、高原上空风场垂直切变以及高原西风增湿过程所提供的高原水汽输送对1998年长江暴雨的发展与加强起重要作用。4)对高原水汽垂直分布的中尺度过滤分析发现,高原水汽的高值与低值随时间的交替变化,清楚地揭示了生命史为几小时的次天气尺度的波动。高原中尺度波动东移的揭示进     

用探空资料检验中尺度数值模式对强对流天气的诊断分析能力

提高对流天气临近预报准确率的关键问题之一是了解大气的垂直稳定度和垂直风切变。中尺度数值模式产品提供了高时空分辨率的大气稳定度和垂直风切变信息，需要首先检验其精度才能进一步考虑其在对流天气预报中的应用。利用北京加密探空资料检验北京市气象局3km分辨率的MM5模式结果，对强对流天气的背景参数包括温湿风垂直廓线、对流有效位能CAPE和垂直风切变进行模式分析和预报与探空对比检验。结果表明：模式模拟的各种大气廓线中，风廓线和温度廓线都具有一定的参考价值，与实况有较好的一致性，但在廓线出现转折的地方，如：逆温层和风向转折时，模式预报较差。露点（湿度）廓线的预报误差较大，不能反映出真实水汽场的分布。因此，模式预报的深层（地面至500hPa）垂直风切变与探空具有较好的一致性，而模式给出的对流有效位能CAPE由于露点预报结果不理想，其值与实际偏差较大。因此模式输出的对流有效位能CAPE必须经过适当订正才能用于诊断强对流天气发生的可能性。