冷涡背景下苏北地区连续两次强对流天气过程对比分析

利用地面观测资料、天气雷达资料和ECMWF-ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料,主要从环境条件和触发机制两个方面,对2019年6月8日（简称过程A）、9日（简称过程B）影响江苏省北部的两次冷涡型强对流天气过程进行了对比分析。结果表明： 过程A是由暖湿气流引起的短时强降水伴随雷暴大风的湿对流天气;过程B则是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流天气。过程A,由暖湿气流形成强对流不稳定层结,垂直风切变强度一般,湿层深厚,有利于短时强降水的发生;过程B,中高层的较强干冷平流叠加在低层暖湿平流上而形成强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹的发生。两次天气过程的触发机制都是地面辐合线。过程A的预报重点为水汽条件和来自上游的对流系统与当地地面辐合线的耦合;过程B的预报重点为大气的不稳定度和冷涡后部冷空气的干侵入与地面辐合线的耦合。     

西宁、海东一次强对流天气过程分析

利用西宁雷达站多普勒天气雷达资料、自动站、闪电定位及常规资料,对2013年8月23日西宁、海东强对流天气过程的不稳定能量及中小尺度系统进行了初步分析。分析表明:前倾槽有利于不稳定能量的发展,588北部边缘冷温槽下滑的冷平流、地面辐合、冷空气的共同影响,导致了西宁、海东强对流天气过程。东部的回流与祁连山区下滑的冷平流在西宁、海东地区交汇,造成了西宁、海东地区维持了近5个小时的包括有强雷暴、短时强降水的强对流天气。     

青海东北部一次短时强降水天气过程诊断分析

运用高空、地面、自动站、卫星云图、数值预报产品等气象资料对2012年8月16日发生在青海东北部大通和互助两县的短时强降水天气过程做了诊断分析,结果表明:小槽南下东移和副高向高原地区的伸展与北抬为这次短时强降水发生提供了有利的环境场;东移的低空切变线为中尺度对流系统的形成和发展创造了条件;东西两路冷空气相遇迅速抬升暖湿气团是这次短时强降水的主要原因;地形辐合抬升影响和中小尺度涡旋为这次短时强降水天气提供了重要的动力条件。     

副热带高压脊线附近江苏两次强对流天气对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、多普勒天气雷达资料和FY-2D、FY-2E卫星云图资料等,对江苏2010年8月18日和23日两次发生在副热带高压脊线附近强对流天气进行对比分析。结果表明:(1)在副热带高压控制下,当有足够强的抬升机制时,500 h Pa副热带高压脊线附近也会触发强对流天气,强对流天气发生在925 h Pa切变线和地面辐合线附近。(2)两次强对流天气发生前大气层结不稳定,呈上干下湿状态分布;这两个个例显示雷暴大风强对应于中高层大气干,而短时强降水强对应于低层湿层厚。(3)18日近地层强动力抬升作用,触发了对流风暴;23日抬升凝结高度、自由对流高度及对流温度较低,且没有对流抑制能量,边界层动力抬升和地面热力抬升共同作用触发了对流风暴。(4)多普勒天气雷达径向速度图上出现低空辐合,早于对流风暴新生时间,且低空辐合随时间持续或增强,有利于局地对流风暴的新生和发展,这对临近预报预警有一定的参考意义。     

海东地区一次短时强降水天气过程的成因分析

2016年8月22日夜间,青海省海东地区大部出现短时强降水天气,导致互助、平安等县(区)部分乡镇出现洪涝灾害,给当地群众造成严重损失。利用高空、地面观测、卫星云图、雷达等资料,采用中尺度天气图分析技术,得到预报此类短时强降水的一些依据:(1)短时强降水发生的主要影响系统是西伸到高原东部的副热带高压及自高原北侧移入的的短波槽;地面干线及辐合线也是短时强降水天气的中尺度触发机制。(2)700h Pa青海东部的东南暖湿气流为此次短时强降水提供充沛的水汽来源,并与中高层较干冷的大气形成"上干冷下湿热"的不稳定大气层结。(3)高空强辐散,中低层辐散、辐合交替配置为短时强降水提供了较好的动力条件。(4)短时强降水前期cape值显著增加,达到787.8J/K,cin值显著减小至16.3J/K,抬升指数达到1.69℃;短时强降水发生前6h青海东部有对流云发展,云顶亮温可达196~214K,强降水发生在TBB梯度最大的区域。(5)强降水的时间和落区与雷达CR的强回波区一致,且发生时当地最强CR值达56dBz,VIL值达到10kg.m~(-2)。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

青岛地区短时强降水雷达回波特征与中小尺度系统分析

利用青岛地区2011—2015年间32次短时强降水个例的雷达反射率因子、地面雨量站数据和FNL再分析资料对产生短时强降水的中小尺度系统和雷达回波特征进行分析,结果表明:造成短时强降水的中小尺度系统主要为与低空切变(槽)、台风倒槽或在偏南(北)气流中局地发展的对流相联系的辐合区或中小尺度辐合线;雷达回波多表现为中尺度强回波带,其移向与回波带长轴的夹角较小,或为局地发展少动的强对流单体;雷达回波剖面显示回波按质心高度可分为大陆强对流型和热带海洋型,大陆强对流型强降水的平均反射率因子垂直廓线强度总体明显强于热带海洋型,对流发展更加旺盛,热带海洋型强回波集中在低层,在近地面最强,而大陆强对流型回波悬垂明显,最强回波位于2km左右;针对大陆强对流型和热带海洋型两种不同类型的短时强降水,采用分型Z-I关系法进行定量降水估测能够较好地反映强降水的落区和极值,相比于固定Z-I关系法,20mm·h~(-1)以上雨强的相对误差由70%左右下降到30%左右。     

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。     

郑州市两次短时强降水过程的环境条件和中尺度特征对比

为了探求不同天气影响系统和垂直风切变下中小尺度系统造成的城市短时强降水过程的预报预警特征,以2007年8月2日和2008年7月11日发生在郑州市的两次短时强降水过程为例,利用常规观测资料以及河南省区域自动站、雷达探测资料等,对其大尺度环境条件和中尺度特征进行了对比分析。结果表明:以露点锋为触发机制的强降水超级单体和以锋区造成边界层辐合线为触发机制的混合性降水回波,虽然其雷达回波表现形式不同,但在地面中小尺度系统的作用下,都产生了1~2 h雨量达100 mm·h-1左右的短时强降水;地面辐合中心和高温高湿中心为短时强降水提供了动力抬升、热力不稳定能量和水汽条件;不同的0—6 km和0—2 km高度垂直风切变导致不同的对流回波形式,产生相同强度的短时强降水;短时强降水的降水效率不仅与云中降水粒子的大小有关,还与其数密度有关,即降水强度既与降水回波强度有关,也与其降水云中的滴谱分布有关;两次短时强降水过程分属于强对流型和热带降水型。结合地面加密站观测资料中小尺度分析与雷达探测产品分析,可对此类短时强降水发生提前预警。     

重庆永川“2018.5.21”强对流天气过程分析

2018年5月21日夜间至22日白天,重庆市永川地区出现了一次强对流天气过程。为了更深入地认识强对流天气过程中大尺度系统与中小尺度系统的作用机制,提高永川地区强对流天气预报能力,文章利用常规地面观测资料、探空资料、多普勒天气雷达CINRAD/SA探测资料及FY4A卫星红外C011资料,采用天气动力学诊断方法,分析此次强对流天气过程。结果表明：（1）21日夜间至22日白天,中高纬度的低槽东移,副热带高压略有南移,中低层系统对峙,形成低涡切变线稳定少动,不断激发中小尺度扰动,使对流云团发展。（2）对流云团在低涡的辐合动力作用和暖湿条件下发展为MCC,孤立的对流单体发展成为飑线,东移过程中演变为弓形,大风出现在飑线强回波带、回波前沿,强降水主要发生在强回波区及回波后侧。（3）大气处于上干下湿的不稳定状态,强的CAPE指数、SI指数、K指数、LI指数显示热力、动力条件较好,同时垂直风切变较强,有利于飑线中的上升、下沉气流共存以及暖湿气流输送到发展的上升气流中,以致出现大风、短时强降水。中高纬度的低槽、副热带高压、低涡切变线等天气尺度系统与MCC、飑线等中小尺度系统共同作用,配合较好的热力、动力条件,以及较强的垂直风切变与水汽辐合中心,形成了此次强对流天气过程。     

西安东部一次局地短时强降水天气过程分析

利用常规观测资料,NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图、多普勒雷达、微波辐射计等多源数据,对2019年8月9日西安东部发生的一次局地短时强降水天气过程进行较为全面的中尺度特征分析。结果表明,小尺度的地面辐合和地形抬升是该次短时强降水的触发及加强条件;台风外围的偏东气流为强降水提供了充足的水汽和不稳定能量,且前期大气层结显示出较强的对流不稳定,有利于短时强降水触发后较大能量的释放并提升降水效率。短时强降水发生阶段监测到明显的干冷空气侵入过程,干冷空气可触发新对流,加强不稳定层结,加快水滴蒸发以增加潜热,从而加强了短时强降水。雷达反射率图上显示西安东部位于蓝田上、下游的对流单体在蓝田县附近形成对峙,并不断合并加强,是造成该地较强短时强降水的主要原因之一。     

重庆永川2018年5月21日强对流天气过程分析

2018年5月21日夜间至22日白天,重庆市永川地区出现了一次强对流天气过程。为了更深入地认识强对流天气过程中大尺度系统与中小尺度系统的作用机制,提高永川地区强对流天气预报能力,该文利用常规地面观测资料、探空资料、多普勒天气雷达CINRAD/SA探测资料及FY4A卫星红外C011资料,采用天气动力学诊断方法,分析此次强对流天气过程。结果表明:①21日夜间至22日白天,中高纬度的低槽东移,副热带高压略有南移,中低层系统对峙,形成低涡切变线稳定少动,不断激发中小尺度扰动,使对流云团发展。②对流云团在低涡的辐合动力作用和暖湿条件下发展为MCC,孤立的对流单体发展成为飑线,东移过程中演变为弓形,大风出现在飑线强回波带、回波前沿,强降水主要发生在强回波区及回波后侧。③大气处于上干下湿的不稳定状态,强的CAPE指数、SI指数、K指数、LI指数显示热力、动力条件较好,同时垂直风切变较强,有利于飑线中的上升、下沉气流共存以及暖湿气流输送到发展的上升气流中,以致出现大风、短时强降水。中高纬度的低槽、副热带高压、低涡切变线等天气尺度系统与MCC、飑线等中小尺度系统共同作用,配合较好的热力、动力条件,以及较强的垂直风切变与水汽辐合中心,形成了此次强对流天气过程。     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

一次秋季强降水超级单体风暴过程分析

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳定建立的主要原因。(2)超级单体风暴低层强烈的后侧入流,不断为其输入暖湿气流,其前侧为强烈的上升气流,而高空有较强的后向流出。在这种流场的作用下,超级单体风暴的发展得到加强和维持。(3)对流首先在700 hPa相对湿度梯度大值区与地面中尺度辐合线相交处被触发,整个过程中强对流回波出现在地面中尺度辐合线附近,并伴随其东移。东移的地面辐合线与盐城东部局地生成的对流风暴所造成的地面辐散出流相遇,演变为一条新的地面辐合线,地面辐合显著增强,导致短时强降水的发生。中尺度地面辐合线的移动和增强在这次超级单体风暴过程中起到了触发和维持、加强的作用。(4)对流发展初期,地面辐合区对应着未来对流回波生成区域,有很好的超前性;随着对流发展,地面负散度大值区与对流回波区逐渐重合,当散度场出现临近正负散度中心对时,对流发展达到最强。     

青海东部典型暴雨天气环境场特征和物理量指标

利用常规气象观测资料、卫星云图、自动站和NCEP1°×1°再分析资料,对近年来青海出现的三次典型暴雨个例从天气实况、天气形势、中尺度特征、物理量场、云图演变、自动站气象要素和地形等方面进行分析。结果表明:三次暴雨均发生在青海东北部地区,短时强降水伴雷电,暴雨过程前期晴热少雨,出现异常高温天气;三次暴雨的影响系统是副热带高压、500h Pa低槽、700h Pa低涡切变和地面冷锋等,影响系统的强度和冷空气的势力各有不同;暴雨的局地性强,而500h Pa西南急流、700h Pa低涡、地面辐合线及干线等中尺度系统对暴雨的落区有很好的指示。暴雨过程层结不稳定,暴雨的水汽源地可追朔到孟加拉湾和南海,暴雨区处在中低层水汽辐合带中,为中下层湿、上层(或高层)干的不稳定层结;暴雨区有强烈的上升运动,在400~500 h Pa垂直上升运动达到最强。云图演变上反映是该地区南部对流云与西部短波槽或冷锋云系结合加强类,影响短时强降水的对流云团云顶TBB≤-40℃,强对流发生时,云体亮温增强,同时自动站气象要素的变化为短时临近预报提供参考依据;狭谷效应增强了雨势,是产生局地暴雨的有利地形。     

新疆巴州一次短时强降水过程的中尺度特征分析

利用常规地面、高空观测资料、FY-2G云图TBB资料、NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料以及库尔勒探空和多普勒雷达资料,采用25点平滑算子的滤波方法,对2016年8月23—24日新疆巴音郭楞蒙古自治州(下简称巴州)一次短时强降水过程的中尺度特征及其发生、发展机理进行分析。结果表明:"三支急流"的有利配置以及700 h Pa中尺度气旋性辐合的形成对强降水区内垂直运动的发展和水汽的辐合上升具有明显促进作用,配合低层高温高湿、中层干冷空气侵入、地面中尺度辐合线的形成等条件直接诱导了此次短时强降水的发生;强对流发生前,低层水汽饱和、对流不稳定层结、中等强度的垂直风切变和强的温度垂直递减率为强对流的发生发展提供了良好的潜势条件;此次强降水的雷达回波具有较明显的强回波低质心结构特征,降水效率较高,持续时间较长,导致过程累积降水较大。库尔勒及周边地区的短时强降水主要由弓型回波在缓慢东移过程中断裂分散成的多个γ尺度的对流单体造成。     

2013年四川盆地三次持续性暴雨过程的环流形势和物理成因分析

利用常规探空和地面自动站观测资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2013年6~7月发生在四川盆地的3次持续性暴雨过程进行了大尺度环流背景及物理成因分析。分析结果表明:500h Pa贝加尔湖、鄂霍次克海地区的高压脊起到阻塞作用,利于西伯利亚到巴尔喀什湖附近的深厚低槽稳定分裂短波东南移,槽前持续的正涡度平流向四川盆地输送孕育低层中小尺度系统发生发展,700h Pa西南涡是造成3次暴雨的直接影响系统,其活动对强降水落区有重要作用;850h Pa暖平流维持,在暖平流梯度大值区触发中尺度对流系统产生强降水,暖平流越强降水越强;孟加拉湾的西南暖湿季风气流持续向四川盆地输送水汽和热量,使能量在释放后快速重建,并有适宜的动力环境条件使水汽聚集、辐合和垂直上升,强降水得到持续;700h Pa持续的西南急流在向北加强的过程中南北风分量形成的辐合有利于低层切变线南侧、急流左侧区域的辐合加强,配合高层辐散的抽吸机制,是3次过程强降水持续的又一重要因素。     

河南东北部一次突发强降水天气过程分析

利用常规气象观测资料、卫星产品和新一代天气雷达产品等,对2017年7月4日发生在河南东北部的突发强降水天气进行诊断分析。结果表明:(1)此次过程是以蒙古高空下滑冷槽侵袭副热带高压西北侧暖湿空气为背景,在中低层切变辐合抬升作用下产生的,强降水落区位于地面倒槽顶端,此处有利于中小尺度辐合旋转系统的形成,为对流的产生和维持提供动力抬升机制;(2)上冷下暖的温度垂直分布,形成了不稳定的大气层结;(3)0~2km较大的垂直风切变和相对较干的气层,有利于上升气流的倾斜和干空气的吸入,从而使得对流风暴得以加强和维持;(4)云图上东西两路对流云团的合并加强,形成较强的中尺度对流辐合系统,在合并形成过程中产生强降水;(5)多普勒雷达图上,多条雷暴出流边界的不断生成和合并为强对流连续发生和发展提供了动力辐合抬升条件,大范围的入流风场中的大风区有利于强降水的形成和维持。     

浙江北部一次短时大暴雨的中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料和GFS 0.5°×0.5°逐6h的分析场数据以及多普勒雷达、风云卫星资料,对2013年6月24日浙江北部一次短时大暴雨天气过程的特征及其成因进行了中尺度分析,结果表明:受西太平洋副热带高压西北部边缘的暖湿西南气流和850hPa暖切的共同影响,引发了浙江北部的短时大暴雨天气。在有利的大尺度环境场和物理量场配合下,当低层925hPa的中尺度辐合线和对流层中层700hPa的垂直上升运动区相重合时,中尺度辐合线附近会产生强对流,这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。此次暴雨过程与中尺度辐合线密切相关,中尺度辐合线是由偏东风和东北风辐合而成,该辐合线先于降水存在,而且从地面一直伸展到对流层中层,之后触发了浙北地区的短时大暴雨天气,强降水区域和强回波带落在中尺度辐合线附近区域。     

2015年6月3日江西省北部大暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规气象资料、天气雷达资料、卫星观测资料及NCEP再分析资料,对2015年6月3日发生在江西省北部的局地特大暴雨天气过程的中尺度特征进行分析。结果表明:短时大暴雨是在中低纬地区纬向环流背景下,西风带低槽、中低层切变线、急流、中尺度辐合线共同作用形成的。地面中尺度辐合线是导致大暴雨形成的触发系统,其生成和发展使地面气流的辐合和底层的上升运动得到增强。中心速度为-1.2 Pa/s的强上升区位于925—700 h Pa高度层,强烈的上升运动将中底层辐合的水汽抬升至200 h Pa高度层,释放了更多的不稳定能量。对流性回波整体移动方向和引导气流方向二者的矢量和为偏东方向,与强回波的分布方向一致,形成了明显的"列车效应"。