一次强雷暴天气与大气环境场的关系分析

雷电是电荷聚集到一定程度的放电现象,当雷暴云中电荷累积,在地面附近大气就会有相应的感应电场,因此通过大气电场脉冲波形变化,结合雷达回波资料,可以判断雷暴云的发展阶段。本文分析了2010年8月11~12日陕西省有闪电定位监测网络以来最强的一次雷电天气过程。该过程全省范围内共发生闪电23 570次,8月11日单日闪电14 470次,整个过程以负闪为主,闪电频数高,同时伴随强降水发生。分析发现,此次强雷电天气过程与大气环境场具有以下对应关系:强雷电的发生与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;另外还与潜在对流性稳定度指数、抬升指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,但强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

雷电天气与大气动力场的关系分析

通过分析3次典型雷电天气过程,发现强雷电天气过程与大气动力场有对应关系:强雷电的发生与潜在对流性稳定度指数、能量场和位势稳定度具有较好的相关性;盛夏时期的强雷电天气与西太平洋副热带高压强盛控制陕西大部分地区且呈东西带状分布、西风槽东移南压关系密切;高雷电密度区域与区域性暴雨的强降水落区有一定的对应关系,且强雷电往往先于强降水出现,雨量最大区域与雷电强度最大区域并不对应。     

2011年陕西省雷电活动特征分析

2011年是陕西省雷电天气频发的一年,通过对全年雷电监测资料分析可以看出:全省共发生闪电152 818次,集中发生在7—8月;陕北南部、渭北和陕南西南部为陕西省雷电高发区;全省100个县中镇巴县发生雷电最多,武功、杨凌、兴平最少;雷电流强度在20～50kA的闪电占总闪数的69%;陕西雷电以负闪为主,但正闪雷电流强度明显高于负闪,正负闪雷电流强度分布呈单峰型;8月14—17日大范围强雷电天气过程是受西太平洋副热带高压和西风槽共同影响造成的;蒙古冷涡是7月13—24日局地强雷电天气过程的主要影响系统。     

广东前汛期西风槽暴雨个例的强度及落区

利用实况观测资料和NCEP的1°×1°格点资料,分析了2005年5月7~10日广东暴雨过程。结果显示:这次暴雨过程主要是由500 hPa西风波动中先后两个小槽东移逼近,配合850 hPa西南风加强造成的。降水中心主要落在槽前正涡度区右侧、涡度梯度最大的区域;暴雨落区与西南风急流位置的对应关系和造成西南风加强的系统有关;在影响系统起作用的背景下,降水落区与垂直风速切变的最大中心重合,与垂直风向的顺时针切变密切相关;天气系统相联系的低层负螺旋度越深厚,降水量越大,雨势越强。     

副高边缘两次暴雨过程的地闪特征

利用闪电定位、雷达回波、自动气象站等资料,对山西省2005年8月11～12日副高西进北抬过程中其边缘的对流性强暴雨和2005年8月16日副高东退南压过程中其边缘的持续性暴雨过程的闪电特征进行了对比分析.发现两次暴雨地闪均出现在500hPa的5840～5880 gpm之间的区域,都具有负地闪占主导地位、正地闪频数很低、正地闪强度远大于负地闪强度的特征.对流性强暴雨,负地闪的分布与中气旋和中辐合线的位置相对应,负地闪出现在回波强度达50 dBz或以上的区域内,正地闪出现在45 dBz左右的范围;同一次暴雨过程,不同的对流风暴存在不同的地闪分布.持续性暴雨,地闪出现在地面冷锋与700hPa切变线之间的区域,且正地闪出现在锋区的中后部靠近700hPa切变线、500hPa靠近5840 gpm线的区域;负地闪则出现在锋区的中前部靠近地面冷锋、500hPa靠近5880 gpm线一侧的逆风区或负速度区的大值区;稳定性降水出现在700hPa切变线与500 hPa槽线之间、雷达强度图上正地闪的西北部区域.局地地闪频数随时间的演变不能代表整个对流风暴地闪频数随时间的演变,但局地闪电的出现及其频数的增加或减少却能指示风暴对该地区的影响程度,尤其是地闪频数峰值的出现可以指示雨强峰值的即将来临,这对强对流暴雨的临近预报是十分有意义的.     

一次槽前干对流天气过程动力诊断分析

对2015年8月23日发生在陕西关中的一次槽前干对流天气进行了动力诊断分析,结果表明：本次强对流天气过程虽然发生在槽前,但垂直环境配置为中层相对干冷,低层相对暖湿,属于槽前干对流。850 hPa的切变线后反气旋环流中存在的中小尺度切变,为强对流天气提供了初始扰动并诱发了次级环流的形成,地面辐合线触发了强对流天气的发生;中层干侵入和强的垂直风切变增强了大气垂直不稳定程度;关中东部强对流天气落区主要出现在散度通量大值区的中心附近、水汽波作用密度垂直积分大值中心及其后部梯度最大的区域内。     

云南省副热带高压外围类短时强降水的雷达回波特征

统计分析了 2014—2016年5—10月国家站共出现的219站次有效短时强降水及云南省7部多普勒天气雷达资料,将云南省副热带高压(以下简称副高)外围的短时强降水进一步细分为两高(青藏高压和西太平洋副高)辐合类、单纯副高外围类及副高西侧配合西风槽类。初步得出以下结论:8月为云南省副高外围类短时强降水的高发期且降水时段集中在午后及前半夜;两高辐合类降水沿着辐合区呈显著的带状分布特征,降水强度强、落区相对集中。单纯副高外围类降水主要位于滇南地区,存在三个强降水中心。副高西侧配合西风槽类降水主要位于云南省的边缘地区,落区较为分散;三类降水回波主体平均强度均在35～45 dBz,平均持续9个体扫;近1/4的回波出现回波倾斜及强回波梯度特征,且降水明显强于未出现的回波,一定程度上可以作为判断降水强度的参考依据;三类降水的最强雷达回波顶高及垂直累积液态含水量出现的时间均同最强回波出现的时间基本一致或略有滞后;两高辐合类的垂直风廓线中有近一半的个例在低层存在西南风或西风气流,对应明显的暖平流输送特征。随着降水发展与副高外围晴空区相对应的无资料区的逐渐消失则是单纯副高外围类降水的垂直风廓线表现最为明显的特征。副高西侧配合西风槽类降水开始前后均存在高空西北气流入侵及中层风切变特征,与低槽后部带来的冷平流及冷暖气流交汇相对应。     

汛期短历时强降水过程的闪电特征

对2011年3次短历时强降水天气过程的闪电特征分析结果表明:①3次短时强降水都以负闪为主,负闪占总闪电的比例都在92﹪以上;②小时闪电频数峰值超前降雨峰值1h或同相;③5min闪电频数超前雨量峰值5~60min;④负闪电密集区主要发生在40dBZ以上的回波区,偶尔发生的正闪一般在较弱回波处;闪电大部分发生在回波顶高大于5km以上的区域;多分布在速度不均匀场附近;闪电密集区与VIL大值区对应关系不太好;⑤不同云体,闪电特征不尽相同,闪电频数高峰有的发生在强回波阶段,有的并不是回波最强阶段,而是减弱阶段。强回波前沿出现闪电密集区或前方无回波处发生闪电,预示未来强回波移动的方向;有的云体发展、成熟阶段闪电分布密集,负闪电主要集中在强回波中心附近,云体减弱阶段闪电分散,集中在单体的不同部位。     

基于主成分分析的两次雷电过程特性对比

雷电发生时涉及的宏观环境参量多且复杂,考虑不损失大量信息的前提下,基于主成分分析法对两次雷电天气过程进行特性对比,凝练雷电天气潜势预报和临近预报的着眼点,有助于提高其预报准确率。利用闪电、雷达和天气背景资料选取2011—2013年6—8月西宁雷电活动样本,提取同时次探空资料中26个环境参数作主成分分析,深入分析2012年7月29日(过程Ⅰ)和2013年8月26日(过程Ⅱ)两次雷电天气过程的演变和环境条件。结果表明:大气动力和大气温湿类参数与西宁雷电活动关系最为密切,闪电强度累积概率显示动力类较温湿类偏强,平均负地闪强度偏大-1.91 kA,平均正地闪强度偏大1.92 kA。过程Ⅰ表现为西风槽型雷电天气,受大气温湿类参数影响较大;而过程Ⅱ属于副高边缘型雷电天气,明显受大气动力参数影响。两次过程的闪电活动均以负地闪为主,都有明显的日变化规律,且呈单峰型分布。过程Ⅰ在闪电频次上占优势,但在强度上明显弱于过程Ⅱ的。     

2011年7月两次区域性暴雨天气过程对比分析

2011年7月5—6日和28—29日陕西出现两次区域性暴雨天气过程,陕西省气象台对两次区域性暴雨的预报均比实况推迟12 h左右,利用常规气象观测资料和T639物理量,分析两次过程的高低空形势、物理量、卫星云图等。结果表明:7.5暴雨是在西太平洋副热带高压东退、西风槽东移加深时产生的,7.28暴雨是副高明显北抬,与东移分裂西风槽共同影响,并且南海有热带系统生成时产生的;两次暴雨低空均有辐合切变存在,地面有弱冷空气补充南下;卫星云图上,7.5暴雨为不同尺度的对流单体,7.28为明显高空槽云系;两次暴雨期间均有强烈的上升运动和水汽辐合。在暴雨落区预报方面,当暴雨区在副高边缘且高压稳定时,暴雨区稳定或沿副高外围向北发展;当副高东退时,在西风带系统影响下,暴雨落区向东移动。     

南京一次雷雨的闪电特征与多尺度资料分析

为探究闪电与其他气象要素之间的关系及可预报性,本文利用探空资料、多普勒天气雷达资料、闪电定位仪资料、卫星云图资料和地面自动气象站资料,对2009年7月7日南京雷雨天气进行多尺度分析.结果表明:暴雨过程中负地闪始终占较大比例,正地闪的数目在雷暴消散阶段稍有增长;地闪频数与地面风速时序变化呈现很好的一致性;雷暴来临前风矢位温特征表明对流云发展高度较高,对流层顶的薄层超低温为强对流发生提供了热力不稳定的先兆信息,整层大气深厚的顺时针垂直切变及中低层偏南风为强对流天气提供了有利的动力和水汽条件,为雷暴潜势预报提供了依据;地闪分布与雷达回波顶高、强的风切变区域以及暴雨落区有明显对应关系;负地闪密集区位于雷达强回波核前方强度为40 ～45dBz区域处,对于回波的未来移向有指示作用.     

"8·16"暴雨的雷电特征分析

本文利用闪电实测数据结合多普勒雷达图像资料对山西省2005年8月15日～17日的暴雨天气过程的闪电特征及其与降水的关系进行了详细分析,发现负闪次数远大于正闪次数,正闪强度却高于负闪强度;雷电发生高频次区域与暴雨落区有着较好的对应关系。这次暴雨过程地闪电总数超过5000个,暴雨区的闪电频次～时间曲线很好的反映了暴雨过程降水高峰的到来和消亡的演变趋势。     

西安致灾短时暴雨中尺度与动力指数特征

基于同化多普勒雷达资料的WRF模式、地面加密观测、卫星云图和NCEP再分析资料等,分析总结2015年8月3日、2016年7月24日西安两次致灾短时暴雨过程环境条件、中尺度系统及动力因子指数特征。结果表明:关中处于稳定少动的西太平洋副热带高压西北边缘,上干下湿、午后低层大气超绝热状态,为短时暴雨提供了热力条件。西风槽与近地层切变线是暴雨直接影响系统。伴随冷锋过境,午后西北方向咸阳、铜川一带地面偏北风跃增是短时暴雨有利触发因子,强降水位于地面3 h正变压中心至东侧大梯度区附近。短时暴雨对流云团距离北部高空急流相对较远,无斜压叶状云系特征,降水对上升气流拖曳作用明显,云团TBB中心降至-65 ℃以下后,周边出现最大雨强。暴雨云团内部,霰粒子含量最大,冰粒子比其他粒子偏少一个量级以上,最强上升运动在霰粒子中心上方-30 ℃层附近、接近雪粒子中心;伴随整层雨水、霰和雪粒子含量5倍以上突增出现短时暴雨,雪粒子比雨水、霰粒子开始增多时段偏晚约1 h,其含量峰值与最大雨强同步。两次短时暴雨环境条件和中尺度特征差异明显。“0803”过程为切变线冷区暴雨,高空西风急流范围大、位置偏南,西太平洋副热带高压较弱,西风槽后偏北冷空气活跃,偏南水汽输送弱,关中地区中下层存在明显能量锋区和对称不稳定;云团内部冰相粒子明显偏多,雪粒子相对霰粒子占比偏高,冷空气入侵有利于冰相粒子快速生长;暴雨位于能量锋区和对流云团边缘、TBB最大梯度区附近。“0724”过程为切变线暖区暴雨,高空急流范围小、位置偏北,西太平洋副热带高压强盛,偏北冷空气弱,偏南水汽输送明显,关中地区中下层为位势不稳定;云团内部冰粒子偏少,雪粒子相对霰粒子占比低;暴雨位于对流云团内部、TBB中心附近。定义的垂直螺旋度指数VHI和散度垂直通量指数DVFI对暴雨落区预报具有较好的参考价值:大暴雨位于动力指数异常大值中心趋于集中且稳定少动的区域附近,动力指数小于200、中心分散且大值持续时间短的区域,降水不明显。      

基于ECMWF和华东区域中尺度模式的暴雨预报特征研究北大核心

为探讨ECMWF、华东区域中尺度模式(简称为CMA-SH9模式)多个时效对夏季(2019年6—8月)暴雨预报特征,采用目标对象检验方法对不同类型影响系统下模式预报的强降水落区面积、位置、形状等进行评价,并对预报难度较大的受西风槽和西太平洋副热带高压(以下简称副高)边缘切变线影响的高空要素场及环流形势场进行了研究。结果表明:ECMWF和CMA-SH9模式对夏季暴雨预报偏小3个量级次数最多,CMA-SH9模式各时效对暴雨及以上降水预报的准确率大多高于ECMWF;ECMWF和CMA-SH9模式对热带气旋与中纬度系统相互作用的暴雨预报最好,其次是冷涡影响,预报较差的是受西风槽及副高边缘切变线影响的暴雨过程;西风槽及副高边缘切变线影响时ECMWF的位势高度场预报略好于CMA-SH9模式,温度的预报500 hPa以上CMA-SH9模式略好于ECMWF,500 hPa以下二者相差不大,相对湿度的预报CMA-SH9模式误差小于ECMWF,且CMA-SH9模式850 hPa的36 h和60 h时效预报误差最小;受西风槽及副高边缘切变线影响的一次暴雨过程中,相对湿度90%及以上落区的预报ECMWF与实况10 mm·h^(-1)降水落区几乎无交集,CMA-SH9模式的预报包含了10 mm降水落区。     

陕西南部一次区域性大暴雨过程成因分析

根据常规气象站观测资料和美国NCEP／NCAR发布的1°×1°逐6h分析资料,分析2007年7月4—5日陕西南部一次区域性大暴雨过程的环流动力特征。结果表明：西太平洋副热带高压东退、500hPa西风槽和700hPa低涡、低空西南风急流是此次暴雨过程的主要诱发系统;来自南海和孟加拉湾的水汽在西太平洋副热带高压外围西南气流和低空西南风急流的引导下为暴雨区提供了源源不断的水汽;散度的辐合辐散的加强和垂直速度系统性的加强,导致了短时强降水的出现。暴雨强盛期,在暴雨区上空有一个明显的垂直反环流存在。     

一次华北暴雨过程的数值模拟及水汽过程分析

运用WRF模式对2009年7月华北地区的一次暴雨过程进行数值模拟,结果表明:WRF模式比较合理地再现了这次暴雨天气过程;本次暴雨过程的主要输送载体为西太平洋副热带高压外围及低槽前的西南急流;低层水汽通量散度的负值区与降水落区有较好的相关性;对水汽通量拓展分析研究表明,纬向水汽辐合及由风场辐合效应造成的水汽辐合贡献较大,经向水汽辐合和由于水汽分布不均而形成的平流差异所造成的水汽辐合贡献较小,且多为负贡献;水汽散度的垂直通量负异常区与云水、雨水混合比较大的区域对应得较好,它与降水的相关性也优于水汽通量散度。     

重庆2014年9月12-19日连阴雨过程分析

利用NCEP1°×1°的再分析资料及重庆地区逐日、逐时降水资料、TBB资料以及雷达回波资料对2014年9月12-19日连阴雨天气及期间两次暴雨过程进行对比分析。结果表明：此次连阴雨期间欧亚大陆中纬度为“一槽”型,暖湿气流沿台风“海鸥”外围以及副高边缘不断将南海及西太平洋的水汽输送至川渝地区,为连阴雨提供良好的水汽输送条件;比湿的演变对连阴雨期间降水的增强及间歇有明显的指示意义,负的整层水汽通量散度大值区与两次暴雨落区一致。连阴雨前期大气为对流不稳定层结,能量条件好,阻塞高压明显,中高纬度的环流经向度较大,有利于冷空气的快速南下,前期的“9.13”大暴雨的对流性特征更明显;后期“9.17”暴雨则表现为稳定性降水,TBB资料在连阴雨期间的强度演变对两次暴雨过程产生的时段和落区的指示意义较好。在整个连阴雨期间近地层多弱冷空气的影响,中层有偏南风,连阴雨天气得以持续,但是两次暴雨过程开始时,冷平流均有明显的增大,表明冷空气有所加强,冷空气的加强触发了暴雨的产生,同时伴有中层偏南暖湿气流的增强。从两次暴雨过程时多普勒雷达垂直风廓线图也能反映出低层冷空气入侵,中层偏南暖湿气流的增强。     

四川盆地西部两次极端暴雨的广义湿位涡诊断分析

利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料、MICAPS4的常规资料以及四川加密自动站逐时降水观测资料,对2020年8月11~13日和15~18日发生在四川盆地西部的两次极端暴雨过程的广义位温和广义湿位涡进行诊断分析。结果表明:两次暴雨过程均属于500 hPa“东高西低”型暴雨,中高层南亚高压、高空急流、西风槽和低层切变线、低涡等天气系统是两次暴雨有利的动力条件,低空急流则是暴雨区良好的水汽条件。两次过程暴雨区上空均存在强广义位温梯度区和强广义湿位涡异常区,“8.11”暴雨出现高度为800~900 hPa,“8.15”暴雨出现高度为700~800 hPa,这种分布与低层相对湿度含量密切相关,即相对湿度越高,广义位温垂直梯度越强,广义湿位涡异常区中心值越高。两次暴雨的强降水站点广义位温和广义湿位涡的时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,但广义湿位涡强度与小时雨强并不存在明显的正相关关系。      

两次致灾雷电天气过程对比分析

为了不断提高雷电预报预警业务水平,对2007年6月24-25日和7月10-11日两次致灾雷电天气过程,分别从闪电.定位资料、环流背景、环境场的热力和动力特征、不稳定度以及多普勒雷达回波特征等方面进行了对比分析.分析结果表明:两次过程闪电密度分别为0.613个·km-2和0.085个·km-2,密度比7.2/1;雷击死亡人数与闪电密度密切相关.相似的环流背景是副高快速东退南落,且有短波槽携带的弱冷空气沿副高西北侧东移.在雷暴发生前,两者影响系统和位置非常相似,前者为弱下沉和弱上升运动,有利于不稳定能量的积累,后者上升运动较明显.热力特征主要表现为:中层为负变温;湿度呈下湿上干的"喇叭口"分布;CAPE、K指数、SJ等不稳定度指数均达到了产生雷电的阈值,但前者中层冷空气更强、低层湿度更大或近地面有逆温、更不稳定.前次雷电过程组合反射率CR、回波顶高ET、垂直积分液态水VIL明显大于后一次雷电过程,且前者长时间维持在极高值.地面中尺度辐合系统活动区域是雷电的频发区,在时间上也早于强雷电发展时间.     

一次致灾雷暴过程的闪电雷达回波特征分析

利用雷电监测预警网、多普勒雷达、区域自动站降水同步资料,对2009年7月6日发生在秦皇岛市的一次大面积致灾雷电、暴雨天气,进行了详细分析.结果表明:本次致灾雷电过程以负地闪为主,闪电出现频率最大为712次/h.闪电放电轨迹分布特征呈西北—东南分布,由北向南移动,闪电出现频率最大时,每小时降水量超过100 mm,闪电发生...