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。     

山东半岛强对流天气风暴参数统计分析

利用烟台新一代天气雷达(CINRAD/SA)资料,统计分析了2005—2012年烟台和威海地区27次强对流天气过程的风暴参数。总结出山东半岛不同月份冰雹和雷暴大风的风暴参数判据:对于冰雹,5月、6月、8月基于单体的垂直积分液态水含量(C-VIL)≥35kg·m-2,7月C-VIL≥45kg·m-2,最大反射率因子(DBZM)≥55d BZ;5月、7月C-VIL≥60kg·m-2,6月、8月C-VIL≥45kg·m-2,DBZM≥60d BZ,强中心高度(HT)≥4km,单体顶高(TOP)≥9km,可产生直径大于20mm的冰雹,当风暴单体的最大HT≥6km,TOP≥10km时,可产生直径大于40mm的冰雹。对于雷暴大风,当DBZM≥55d BZ时,HT≥5.5km,TOP≥11km,可产生10级大风;HT≥4.5km,TOP≥9km,可产生8~9级大风。指标在2013—2015年9次冰雹天气过程中进行了验证,冰雹的C-VIL判据准确度较高。     

一次长寿命超级单体风暴雷达回波特征分析

利用常规气象观测资料、章丘站探空资料及滨州、济南新一代SA天气雷达探测资料,对2016年6月14日发生在山东中部地区一次强降雹天气过程进行分析。结果表明:雷暴发生前大气不稳定能量的明显增加,较强垂直风切变是有利于强对流天气发生的环境条件;长寿命超级单体沿两山之间的谷地运动,地形对雹体发生、发展起到了抬升和维持作用,对单体的移动起到了导向作用;雷暴发生前的垂直累积液态水含量(VIL)跃增对冰雹粒子的形成和增长十分有利;超长的三体散射(TBSS)、深厚而持久的中气旋、高悬的强反射率中心、有界弱回波区以及风暴顶强烈辐散都是大冰雹发生的显著特征。     

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。     

2020年5月17日和6月1日山东强冰雹风暴双极化特征分析

利用济南、青岛和烟台S波段双偏振多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及天气实况,对2020年5月17日和6月1日两次强对流天气过程的关键环境物理量和风暴低层强冰雹区偏振量、三体散射、强冰雹衰减等偏振特征等进行了分析。结果表明:1)两次强对流天气都具有大的温差和强垂直风切变,中层较干。5月17日山东半岛0~6 km垂直风切变更强,低层湿度更大,湿球0℃层高度较低,是产生多个超级单体风暴并出现特大冰雹的关键物理量。2)5月17日城阳风暴低层强冰雹区具有适中的差分反射率(Z_DR)和偏小的相关系数CC及偏大的差分相移率(K_DP)。Z_DR多在0.30~2.60 dB之间,平均为1.50 dB;CC多在0.900~0.965之间,平均为0.931;K_DP多在2.0~6.3(°)·km^-1之间,平均为4.1(°)·km^-1。少量融化的冰雹粒子和大的雨滴导致适中的Z_DR和偏大的K_DP。3)6月1日长清风暴低层强冰雹区具有偏小的Z_DR和偏小的CC及大的K_DP。Z_DR多在-0.12~1.50 dB之间,平均为0.68 dB;CC多在0.925~0.970之间,平均为0.950;K_DP多在4.0~7.6(°)·km^-1之间,平均为5.8(°)·km^-1。高浓度的液态雨滴和融化的小冰雹粒子导致大的K_DP。4)三体散射、旁瓣回波、衰减及波束非均匀填充(nonuniform beam filling,NBF)等特征可作为冰雹识别判据。衰减特征在Z_DR产品上表现较为明显,风暴核后侧较长径向上出现负值区,显著衰减可作为特大冰雹的判据。NBF仅在CC产品上有明显特征,风暴核后侧较长径向上CC明显较小。     

浙江一次强飑线系统结构特征的数值研究

利用常规观测资料、自动气象站资料、NCEP再分析资料和高分辨率WRF模式,对2016年5月5日发生在浙江地区的一次强飑线过程进行模拟研究。结果表明,切变线是影响此次强飑线过程的主要天气系统,飑线发生在充沛的水汽,较弱的对流有效位能和中等强度垂直风切变大气环境下。WRF模式对此次飑线的演变过程和降水分布有较好的模拟能力。通过进一步分析模拟资料发现,雷暴高压和地面冷池是此次飑线风暴的重要边界层特征,边界层辐合线有利于飑线的发展和维持。飑线后侧对流层中层以下的强下沉气流,是造成此次雷暴大风的关键因素。     

一次多单体风暴的多普勒雷达特征分析

利用烟台CINRAD/SA雷达产品资料,分析2004年9月1日山东半岛中南部地区的一次冰雹天气过程及其内部风场结构,结果表明:有组织的多单体风暴是引发这次冰雹天气的主要影响系统,对流单体自-20℃层高度发展并逐渐向低层扩展,新生对流单体生成于单体移动方向的右侧。VIL产品(4km×4km)对冰雹的落区有较好的指导作用。对流层上层的冷空气和-20℃层上下的垂直风切变对对流的发展有触发和促进作用。对流层中层的高螺旋度值区,延长了风暴生命史,指示了主要对流活动的高度。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、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）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。     

鲁中地区一次超级单体风暴的雷达观测分析

利用济南、滨州和潍坊多普勒天气雷达及常规观测资料,对2016年6月14日下午到晚间发生在鲁中地区的超级单体回波演变和结构特征进行了分析。结果表明,该超级单体风暴产生在较大的对流有效位能和有利的风垂直切变条件下。其演变分为经典超级单体和强降水超级单体两个阶段。经典超级单体由普通单体迅速演变而来,其特征十分明显。强降水超级单体由经典超级单体风暴与其后侧下沉气流触发的普通单体风暴合并形成。合并过程造成风暴旋转强度增强,并产生类似龙卷的小尺度涡旋,导致了地面大风和大冰雹的出现。     

一次渤海“切变线”诱发强对流天气监测及可预报性探讨

利用micaps3.2系统强对流实况监测、渤海6部天气雷达、海洋WRF模式等同步资料,对2015年8月31日渤海一次典型"暖式切变线"引发强对流天气过程进行综合分析及可预报性探讨。结果表明:天气尺度系统的有效配置为不同时段的中尺度对流系统发展提供了环流背景条件。08—20时渤海湾一线925—850 h Pa切变线东移增强,08时临近探空K指数35℃、SI指数-1.81℃及CAPE为166 J/kg,垂直风切变16 m/s,导致天津一线的强对流天气发生。20—02时低层925 h Pa"暖式切变线"北抬,20时K指数32℃,SI指数为1.36℃,CAPE达383 J/kg,垂直风切变为19 m/s,对流性不稳定能量增强,在渤海中部的切变线附近诱发多个中γ、β尺度强对流风暴单体,在雷达回波"列车效应"下,造成了秦皇岛近海新一轮强对流天气过程。WRF模式数值模拟与实况对比:对流有效位能(CAPE)08时初始场运行结果误差大于14时;逐小时强对流回波带演变与925 h Pa切变线和CAPE高值区较一致;强垂直运动和边界层水汽辐合触发CAPE的释放;在辽东湾北部Δθse(850—500 h Pa)较弱干冷切入与对流系统的发生、落区有一定对应关系;雷达监测网与WRF物理量叠加是提升海区强对流预警方法的有效途径之一。     

渤海中南部海区一次雷暴大风过程分析

雷暴大风过程的发生条件是位势不稳定层结并伴有逆温层存在,低层有强水汽辐合,有使不稳定能量释放的机制一抬升气块到凝结高度,低空有急流存在,高空有强的风垂直切变,对流层中层有干空气.利用天气分析图、卫星云图、雷达拼图等资料对2007年8月26日渤海中南部海区雷暴大风过程进行综合分析发现:雷暴之前渤海地区上空处于槽前,有大量...     

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。     

山东省线状中尺度对流系统与多单体风暴的合并特征

利用济南多普勒天气雷达产品和华北区域雷达拼图等资料,普查了2012—2016年影响山东的线状中尺度对流系统(linear mesoscale convective system,LMCS),分析了LMCS与多单体风暴的合并方式以及合并后的演变趋势等特征,得到如下几条结论:1) LMCS(A)与多单体风暴(B)有A追B,A扩展,A、B相向和B追A四种合并方式; 2) LMCS与多单体风暴合并的临界距离为30 km;3) LMCS与多单体风暴合并后,强度增强或维持,尺度增大,生命史延长,长轴将可能转向; 4) LMCS与多单体风暴合并时,其本身合并部分将减弱,多单体风暴合并进入LMCS,成为LMCS的一部分;5)合并是雷暴的传播运动造成的; 6) 63. 3%的合并案例会产生雷暴大风、冰雹或强降水灾害,雷暴大风灾害出现的概率最大。     

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.     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。     

环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的影响分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析了环境垂直风切变对0509号台风“麦莎”的强度、对流和降水结构的影响。结果表明:在台风“麦莎”整个生命史中,垂直风切变与其强度之间关系非常密切,但垂直风切变不是影响其强度变化的唯一因素;“麦莎”登陆前及登陆后在垂直风切变作用下,强对流和强降水均位于顺切变方向及其左侧,对流和降水呈1阶非对称分布。     

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。     

渤海、黄海沿岸主要港湾大振幅假潮成因的天气学分析

对渤海、黄海主要港湾发生的振幅大于50cm(龙口港湾取振幅大于80cm)的65次假潮过程与地面天气图进行对比分析,着重分析了伴随大振幅假潮过程的天气形势.分析结果表明:(1)龙口港湾22次大振幅假潮中有19次与雷暴天气(其中有3次伴随有飑线,1次还伴有龙卷)有关,2次与大风天气有关,1次由外海雷暴引起;因此得出雷暴、飑线是引起大振幅假潮的主要原因;雷暴强弱和持续时间长短变化,导致假潮振幅大小及持续时间长短变化;雷暴的季节变化引起大振幅假潮的季节变化;雷暴发生的局地性导致假潮出现的局地性;雷暴传播方向的不同引起大振幅假潮的周期不同.(2)北方气旋型和江淮气旋及西南倒槽型这两种天气类型有利于产生雷暴,并导致大振幅假潮的发生.这两类型分别占62个例的468%和177%.     

北部湾北部海面强对流天气分析

本文分析了1989年5月3日北部湾北部石油开发区的强对流天气的发生、发展、移向、移速、大风强度以及物理特征,指出产生这次强对流天气过程的物理因素和各要素特征。     

青岛地区气象灾害分析评估

青岛地区发生频率较高的气象灾害主要有暴雨、大风、大雾、台风、雷暴和冰雹等。利用1971—2008年的气象资料,分析了主要气象灾害的空间分布特征,对暴雨和大风的发生概率及重现期进行了计算。并通过1984—2007年气象灾情普查资料,对暴雨、台风所致的气象灾情进行了评估。据此对青岛气象灾害进行了区划和风险分析,得出青岛地区暴雨洪涝灾害主要集中在莱西、胶南沿海两个区域;胶州湾前部沿海及市区是大风和大雾多发区;环胶州湾地区处在台风的影响范围内,尤以市区、胶南沿海和黄岛区出现频率较大;胶州湾西岸的黄岛区雷暴影响较大。