渤海西岸两次强对流天气特征分析

利用Micaps、探空、卫星云图、雷达资料,对2011年9月1日凌晨和2012年9月27日下午在渤海西岸出现的强对流天气,从环流形势、不稳定能量、云图特征、雷达回波等方面进行了对比分析。结果表明:两次过程均出现了暴雨、大风、冰雹天气,9月1日凌晨影响系统为高空槽和切变线,灾害性天气以大风为主;9月27日下午影响系统为低涡和锋面,灾害性天气以暴雨、冰雹为主。两次过程渤海西岸上空均有一定的不稳定能量。亮度温度TBB越低表示强对流天气出现的几率越大,对流云团TBB小于-42oC预示有降水出现,TBB小于-52oC的区域与大雨或暴雨相对应。雷达回波强度大于35 d Bz区域与雷雨相对应,回波强度大于45 d Bz区域与冰雹、强降水天气对应较好。     

渤海强对流天气监测及概念模型初建

利用micaps系统个例库、秦皇岛雷达、天津雷达、FY-2E红外云图、海岛站、GPS闪电定位仪、探空及中尺度物理量场等资料,采用同步资料叠加分析方法,对2007-2011年4-10月出现渤海西岸区至海区强对流天气的25个例进行综合分析和对应关系的研究.初步得出:(1)强对流发生时三类天气尺度背景场条件下的高空与低层急流配置及K指数和SI指数对应值,渤海边界层辐合线与强对流天气落区对应关系;(2)同步卫星云图中尺度MCC象元动态特征及TBB值;(3)海区中β尺度单体及多单体风暴雷达反射率因子、回波顶高特征及阈值,回波顶高与雷电分布对应关系;(4)初步建立渤海强对流天气概念模型,归纳海区强对流预警指标.在2012年5-6月业务试验中效益显著,为渤海海洋强对流天气监测、精细化预报方法研究提供参考依据.     

一次渤海强对流天气系统监测与大风成因探讨

利用FY-2E卫星云图、天气雷达、雷电、海上平台、海岛站及海洋模式产品等资料,对2011年9月1日01—06时出现在渤海湾强对流天气成因进行综合分析。结果表明:位于燕山南麓较弱中β尺度云团,在500 hPa西风急流出口处、低层925 hPa切变线及层结不稳定条件下,触发多单体风暴重新发展,造成西岸区短时强降水天气及冰雹天气;中尺度系统主体入海后南压强度少变,在多单体风暴后部下沉气流与后部冷空气动量下传共同作用下,迅速加大渤海湾海区东北大风的分量,在同时具备天文大潮的条件下导致了南岸局部风暴潮灾害的发生。同步监测显示:云图中尺度象元TBB为-25°—-65℃,对流云团强弱交替变化时间为3—6 h,减弱后迅速转向东北岸区;三部天气雷达径向速度图先后监测到NE向低空急流"牛眼"时空尺度特征,同步垂直风廓线(VWP)反演出NE向低空急流由1000 m下降至300 m动量下传过程,与海岛站、平台监测值接近一致,中部与南部海区转为东北大风时间差为3—4 h;20时探空海岸带与风场垂直和水平切变明显,K指数为33℃,SI指数为-3.8℃,对流有效位能Cape为1555 J/kg;海洋中尺度数值产品3—6 h的K指数及海区辐合线的动态模拟与云图TBB中尺度象元、雷达回波移向相对一致,但风速明显偏小10—12 m/s。     

“2011.07.25”山东乳山强降水中尺度分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星FY-2E的TBB资料、多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明:(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850h Pa和925h Pa切变线附近,低层850h Pa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生在高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气(伴有下沉运动)相遇,从而触发对流不稳定能量释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63~-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

鲁南三次低涡暖式切变线强降水的中尺度对流系统特征

应用地面加密降水观测资料、天气图资料和FY2-E红外卫星云图及TBB资料,对山东南部3次中尺度低涡暖切变线强降水的中尺度对流系统特征进行分析研究。结果表明:3次强降水都是产生在中尺度低涡环流东部的暖切变线附近,有较强的低空西南风气流,都是在鲁南和鲁中南部造成强降水,强降水中心都在鲁东南。3次强降水都由中尺度对流系统(MCS)直接影响产生,有多个中尺度云团发展和合并,有多个强对流云团中心。造成3次强降水的中尺度对流云团都是从鲁西南移入,向北发展,缓慢向东移动,在东部沿海达到最强。最低TBB在-62~-78℃,造成1h降水量达30~137mm的强降雨,在同一测站产生强降水的时间为1~3h。对于同一个MCS降雨强度与TBB成反比。"09.8.17"和"12.7.09"的MCS东移快,造成强降水的时间为18~19h,"12.7.09"的MCS东移慢,造成强降雨的时间达25h。"09.8.17"的TBB较高,最低TBB为-61.1℃,但是雨强最大,最大1h雨量达137.2mm,"12.7.09"的TBB最低,达到-78.2℃,但是最大1h雨量为88.3mm。     

河北省一次强对流天气机理分析

利用常规天气资料、气象自动站加密观测资料及乡镇加密雨量站资料、其它物理量资料及卫星云图资料等,对2009-06-08河北省的强降水及强对流天气进行了分析。研究表明,蒙古低涡携带强的正涡度平流和冷空气,为强对流天气提供了良好的动力条件;南风与偏东风急流为大暴雨提供了良好的水汽,同时,低涡底部的西北风急流与2支暖风急流汇合,为暴雨、冰雹、大风等强对流的形成提供了条件。暴雨落区处于低层次大值能量场的顶部,能量场剖面具有鞍形场结构,高层、低层具有大值能量,中层为中性结构,为深对流的发展提供了初始热力条件。自动气象站加密风场资料分析表明,长时间的中小尺度风场辐合增强了地面空气的辐合抬升,同时也是造成此次局地大暴雨的中尺度系统和触发条件。     

青岛市短时强降水的气候特征和天气系统分型

利用1981—2012年4—10月青岛市7个观测站逐时降水量资料和同期NCEP再分析资料,统计分析青岛市短时强降水的时空分布特征,建立青岛市短时强降水天气概念模型。结果表明:青岛市年短时强降水日数无明显变化趋势;4—10月均有短时强降水出现,7—8月是多发月份;短时强降水的日变化有2个多发时段,主峰在下午到傍晚时段,次峰在凌晨时段;即墨、平度、黄岛为青岛市短时强降水的多发区域,其中黄岛为连续性短时强降水出现最多的区域;青岛市产生短时强降水的天气系统可分为六种类型,西风槽型、横槽型、冷涡型、热带低值系统型、西北气流型、切变线型,其中西风槽型出现次数最多。     

华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气环境场条件对比分析

利用探空观测资料,对比分析华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气过程环境场条件,揭示出现短时强降水、雷暴大风和冰雹天气时的水汽、稳定度和垂直风切变差异特征。分析结果表明:500 hPa上冷涡中心位于42°N的华北冷涡、850 hPa低涡系统和偏南风急流以及地面气旋是这三次混合型对流天气的影响系统;在这三次混合型对流过程中有无雷暴大风天气的环境参数区别比较显著:有雷暴大风表现出了相对较干的中低层和中层存在浅薄湿层的水汽层结,无雷暴大风的则是上干下湿和中层大气干燥的层结特征;稳定度差异决定了对流强度的差异:同时出现短时强降水、雷暴大风和冰雹的对流天气的层结不稳定度最强,表现为较大的850和500 hPa温差(大于30℃)以及较强的0~3 km垂直风切变(大于12 m·s^-1);出现短时强降水和大风的大气层结稳定度最弱,相应的环境参数值也最小;在强不稳定层结和低层水汽充足的条件下,大于12 m·s^-1的0~3 km垂直风切变对青岛地区雷暴大风和冰雹的预报预警有较好的指示意义。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 h Pa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850~700 h Pa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78~-62℃,各观测站对应最大小时雨量为40~90 mm。强降水期间,850 h Pa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 h Pa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

强台风“黑格比”后期极端暴雨的成因分析

利用Ncep1°×1°的6小时再分析资料、Micaps资料及FY-2c卫星云图,通过天气学诊断分析,探讨了0814号强台风"黑格比"后期减弱成低压移出广西进入越南北部后,重新造成广西西南部特大暴雨的原因。分析结果表明:滇西到南亚一带高压的阻挡,造成"黑格比"减弱的热带低压在越南北部的停滞。强台风"黑格比"登陆后西南、东南两支气流辐合所带来的水汽、动量、能量,是造成强降水增幅的主要原因。"黑格比"影响后期,大气具有湿中性垂直运动结构,具备有利于暴雨系统发展的环境条件。暴雨中心出现在低层等熵面位温高值中心的右侧位涡梯度大值区。云顶最低温度TBB低值带与强降水落区有很好的对应关系,强降雨带处于TBB值-50℃的区域。     

一次副热带高压边缘切变线暖区暴雨特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及卫星和雷达资料,对2018年6月25—26日副热带高压(简称"副高")边缘切变线暖区暴雨的大尺度环流背景、雨带的移动与传播、中尺度特征以及温湿特征等方面进行分析。结果表明:此次暖区暴雨过程是在副高稳定维持,500 hPa西风槽东移,并有低空急流配合,低空暖切变线触发不稳定能量释放的有利背景下产生的;暴雨落区位于700 hPa暖切变线和925 hPa暖切变线之间;暴雨期间,小尺度对流单体在鲁南地区触发,云顶亮温t_(bb)≤-60℃,并沿引导气流向东北方向移动;强降水区域有多个强回波中心持续影响,有明显的"列车效应",强回波持续时间长;红外云图能很好地反映天气系统的发生、发展和消亡,而水汽图像上色调暗区不明显,冷空气活动较弱;低层暖湿气流强烈发展,是造成此次暖区暴雨过程层结不稳定的主要原因;暴雨的水汽源地是孟加拉湾和南海,且强降水期间,随着西南暖湿气流的增强,水汽通量有一个跃增现象;云顶t_(bb)≤-70℃覆盖的区域、水汽通量散度负值中心可以作为暖区暴雨落区预报的参考点。     

台风麦莎影响期间山东半岛大暴雨成因的分析

2005年8月7-8日,在0509号台风麦莎登陆后北上影响山东的过程中,对流的发展在台风外围具有明显的不对称性,积云对流在台风中心的东北侧得到强烈发展,强降水集中出现在山东半岛东部.利用常规观测资料、卫星云图和NCEP1o1o再分析资料,对这次台风大暴雨天气过程作了分析,并进一步对强降水发生时的物理量场与流场进行诊断分析.结果表明:低空急流输送充足的水汽和强烈的水汽辐合为暴雨发生提供了有利的水汽条件,大暴雨落区出现在低层辐合、高层辐散及强烈的上升运动区内,与高能量锋区有很好的对应关系;较强正涡度平流与暖平流沿低空急流向山东半岛输送是造成对流不对称发展的主要原因,高空急流与低空急流在山东半岛的耦合为大暴雨的发生提供了动力条件.     

基于雷达和卫星资料对一次冰雹天气过程的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料以及FY2D逐小时亮温(TBB)资料对2015年4月28日发生在苏皖地区的一次冰雹天气过程进行分析研究,结果表明:(1)利用多普勒天气雷达资料分析可知,此次冰雹天气是由超级单体风暴造成的,这次风暴不但发展非常强烈并且持续时间较长,13:00左右对流风暴产生,16:45左右对流风暴发展成为超级单体,从22:02开始,超级单体逐渐减弱并向东南沿海方向移去。另外,0℃层高度为3.7 km左右,-20℃层高度为7.0 km左右,反射率因子强度达到50 dBZ的区域伸展到了-20℃高度以上,表明有产生大冰雹的可能性。(2)利用FY2D逐小时亮温(TBB)资料分析可得,此次中尺度对流风暴云团产生于13:00,并于24:00减弱入海,而后消失。冷云中心TBB最小值达到-60℃,与实际降雹区域进行比较可得,降雹发生在亮温梯度较大的区域。     

2020年5月山东强对流天气特点及成因

2020年5月山东共出现13次强对流天气过程,其中8次出现冰雹,共15市（93.8%）81站（65.9%）出现降雹,单站最大降雹次数为4次。10次出现10级以上雷暴大风,5次出现短时强降水,强对流次数之多、范围之广、强度之大、灾害之重为近10年少见。其中,“5 ·17”强对流天气过程最为剧烈,其冰雹范围之广非常罕见,最大冰雹直径为4.5 cm,最大风速达36.6 m ·s^-1（12级）,最大雨强达56.9 mm ·h^-1。利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）和加密自动气象观测站、多普勒天气雷达、闪电定位等资料,对2020年5月山东强对流天气特点及强对流多发的原因进行分析,并以“5 ·17”强对流天气过程为例,对雷达回波特征和风暴内的垂直运动进行剖析。结果表明：（1）副热带高压强度偏强,一方面有利于其外围的西南暖湿气流到达山东,另一方面阻挡西风带系统,导致前倾槽强度偏强,长时间维持在山东上空;500 hPa异常偏强的暖高压脊前西北气流携带的冷空气叠加在850 hPa偏强的暖温度脊上空,造成山东上空长时间为位势不稳定大气层结。（2）在上述有利的天气背景下,山东上空水汽充沛,对流有效位能偏大,冀鲁豫3省交界处气旋式辐合偏强,鲁中地区稳定存在一条辐合线,容易触发产生强对流天气,造成山东5月强对流天气频发。（3）对流风暴高度组织化、区域性的超级单体群以及一条长度超过500 km的强飑线是造成“5 ·17”强对流的直接原因,对流风暴内部的上升速度高达28 m ·s^-1。     

冷涡背景下一次强对流过程的卫星水汽图像特征

将卫星水汽图像与高层动力场进行叠合分析,可为强对流天气监测预报提供有价值的信息。将卫星水汽图像和大气动力场相结合,对山东省一次冷涡背景下连续强对流过程的环境特征进行分析。结果表明,冷涡云系具有非对称结构特征;冷涡东南侧的暖湿对流与涡后动力干带入侵时爆发的暗区新生对流,这两个阶段的热、动力不稳定增长机制有所不同。与高位涡、急流相伴的水汽暗带是对流层上部的动力活跃区。当涡后具有高位涡特征的动力干带入侵时,高层动力活跃区叠加于低层暖湿平流区上空,促使对流爆发。卫星水汽图像体现了冷涡发展不同阶段高空动力强迫的差异。水汽图像上动力干带色调变暗,干湿边界锐化的特征,与高层位涡和高空急流增强有关。通过卫星水汽图像上连续时次的干湿对比,可以跟踪识别这些高层特征,进而判断高层动力特征的演变,为深厚湿对流环境条件的诊断提供依据。     

1822号台风“山竹”引起浙江东北部大暴雨成因分析

利用自动站资料、卫星云图以及NCEP再分析资料等,分析了1822号台风"山竹"登陆广东期间浙江东北部出现大暴雨的成因。结果表明:强降水发生在台风"山竹"登陆广东后减弱过程期间,伴有中尺度对流系统的发展,是由副热带高压、台风倒槽以及弱冷空气先后影响共同造成的;当对流不稳定时,与暖湿气流相关的湿位涡水平分量发展可触发垂直涡度的增长,使暴雨过程加强;强降水常发生在能量锋区附近,能量场的位置和梯度大小对此次强降水预报有12 h左右的提前量;来自台风东侧低层强的水汽输入和水汽辐合提供了本次强降水的水汽条件,水汽通量分布和水汽通量散度的增减相比雨量的增减有6 h左右的提前。     

一次MCC红外云图演变特征及成因分析

利用FY-2E红外云图及TBB资料,结合环境形势及物理量,对2011年8月15日夜间发生在河北南部和山东北部的强降水过程进行了分析。结果表明,冷锋触发的云团与地面中尺度辐合线触发的云团合并形成MCC:冷锋触发对流云团,云团脱离冷锋东移、发展、加强,形成MβCCS;MβCCS前侧有对流云团沿地面中尺度辐合线生成、发展、少动,与冷锋触发形成的MβCCS合并发展,形成MCC。MCC系统维持阶段,其西侧有新的对流云团生成,合并到MCC主体,使其向低压中心一侧发展。小时强降水并不是产生在MCC云团的冷中心,而是基本产生在TBB冷中心的西侧,实测小时强降水发生在MCC形成前2个小时以及发展成熟阶段的前4个小时之内,MCC减弱阶段的降水量明显减小。MCC成熟阶段,TBB基本维持在-73℃以下,最低达-78℃。华北南部上空明显的上升运动及低层强的正涡度区为强降水的产生提供了动力条件。低空东北气流及低空西南气流在华北南部形成辐合,超低空东北急流和超低空西南急流的形成与维持使得辐合进一步加强,维持强的辐合上升运动导致了强降水形成。     

浙北沿海一次多单体线性风暴天气过程分析

本文应用2003年8月8～11日的欧亚环境场资料,对浙北沿海一次多单体线性风暴天气过程的发生成因进行诊断分析;从物理量因子方面讨论强对流天气的预报指标与着眼点;最后探讨了云图和回波的一些特征.