2002年4月5日罕见的强对流天气成因及预报分析

对2002年4月5日发生的自1986年以来同期范围最大的一次强对流天气过程进行了较为深入的分析，得出此次强对流天气过程主要是以下因素影响造成的：(1)亚洲中低纬度地区短时期内出现异常强的经向环流，表现为高原低槽东移发展加深，诱发地面江淮气旋波强烈发展，引导地面冷空气从西路快速南下为强对流提供了动力抬升的重要条件；(2)低层流场上中尺度系统异常活跃，有发展强盛的SW急流扰动以及由西北气流与西南气流构成的冷式切变线，气流辐合作用明显；(3)大气中不稳定能量的积聚等。     

利用风廓线雷达资料分析大理机场飑线天气过程的风垂直变化特征

飑线天气现象是航空气象中危险和复杂的天气现象之一,2018年大理机场出现两次飑线天气过程,利用风廓线雷达资料和航空气象地面观测资料,分析两次飑线天气过程的风垂直变化特征。结果表明:(1)在飑线天气过程开始前2～4 h,从底层到高层均出现明显的上升运动,飑现象开始前后,上升运动和下沉运动同时存在,为大气中垂直热交换过程提供了有利条件;(2)飑线天气过程存在垂直风的水平切变及垂直切变,反映了强烈的对流发展,发展到离地高度5000 m以上;(3)飑线天气过程存在径向速度突变增大、谱宽变宽和单波束径向速度折叠现象,说明本场出现的是风雨交加的强对流天气;(4)高空到地面存在湍流运动,能量交换频繁,气流紊乱。     

两次春季强风暴天气环境场对比分析

利用NCAR/NCEP再分析资料和常规气象观测资料,对发生在长江中下游的两次春季强风暴天气影响系统、不稳定条件、触发机制进行对比分析。结果表明:(1)两次强风暴天气,都是在东北冷涡大背景、高空槽、低层切变线和偏西气流的有利形势下产生的;(2)两次强风暴过程的近地面比湿不足12 g/kg,相对湿度在600 hPa附近呈现低—高—低的变化,近地面的水汽通量在强对流发生地附近辐合;(3)流场分布表征:低层辐合、高层辐散;强风暴发生前后垂直速度是下沉—上升—上升运动减弱的变化;(4)风暴发生前近地层温度梯度明显加强;K指数30℃、SWEAT指数100;(5)上层干冷空气下传侵入引发的对流不稳定层结、较强垂直风切变、能量锋区的存在、高低空急流耦合所造成的抽吸作用均有利于触发强对流天气的产生;(6)两次强风暴过程的不同点有:近地面第1次过程的湿度比第2次过程的湿度低;第1次过程的能量锋区自下而上北抬,第2次过程南撤。     

东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对近10年东北冷涡天气背景下强对流天气过程的物理机制和中尺度特征进行了分析,并重点分析了在东北冷涡背景下,2009年6月3、5和14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气。结果表明,在东北冷涡发展阶段,即温压结构不对称、大气斜压性强时,冷涡的西、西南、南至东南部容易发生雷雨大风、冰雹等强对流天气。在东北冷涡形势下,飑线生成时具备以下特征:(1)存在明显的中尺度气旋式环流,850 hPa、925 hPa和地面有辐合线或干线存在;(2)静力不稳定,中低层温度直减率大;(3)风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400~500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;(4)伴随着飑线发展,在飑线后侧有显著升压,雷暴高压的强弱不仅指示了飑线发展的不同阶段,同时可作为地面大风预报的参考依据;(5)飑线的移动与对流回波的传播、出流边界和引导气流密切相关。     

江西秋季一次区域性强对流天气过程的模拟分析

利用常规地面观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块,对2009年11月9日江西的一次区域性秋季强对流天气过程进行数值模拟,探讨了此次强对流天气过程发生发展的物理机制。结果表明:(1)江西省基本均处于K指数大于36℃高值区,具备热力不稳定能量,K指数很好地反映此次过程的热力条件;(2)强的垂直风切变,为此次强对流提供发展的能量;(3)Δt850-500达到26℃,具有强垂直温度梯度;(4)此次强对流过程中,对流层中高层的干侵入可以向下伸展至700 hPa高度层以下,有利于对流不稳定能量在低层的积聚,对流不稳定能量的释放可以将低层的暖湿气流向上输送至较高的层次,加强了强对流天气的发生。     

东莞连日3次强对流天气的差异分析

利用常规地面和探究观测资料、NCEP再分析资料和雷达回波等资料,分析了2012年5月3-5日东莞出现的3场强对流天气过程的特征及成因,并探讨了3次过程中出现不同强对流现象的原因.结果表明:(1)3次过程是在高空槽、切变线、弱冷空气、地面辐合线共同配合下产生的;(2)3次过程都有层结不稳定的能量,但前2次过程的不稳定条件更大;(3)垂直风切变从大到小的变化是前2次过程出现雷雨大风,最后一次只出现强降水的原因;(4)低层强西南风为这3次过程提供充足的水汽,水汽辐合中心有利于最后一次过程产生范围大、持续时间更长的降水;(5)地面的中尺度辐合线对于这次强对流天气的触发、发展、落区及强度有约1h的提前指示作用;(6)前2次过程强回波发展的高度高于零度层,冰晶和水的混合带的重力拖拽作用及潜热冷却对下沉气流的作用,容易产生雷雨大风,而最后一次过程以液态水为主,液态水的重力拖拽作用明显比冰晶小,因此过程以强降水为主.     

台风外围偏北气流下两次强对流天气的对比分析

利用常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星、雷达及自动站等资料,分析了广东省2014年7月8日和8月1日2次大范围强对流天气过程,结果表明:2次强对流天气均发生在台风外围第3象限偏西北气流控制下,但触发机制不尽相同。7月8日强对流过程与中低层中尺度辐合线北抬有关,是在中低层转西南风时触发;8月1日强对流过程与下沉气流加强有关,偏北气流在近地面与西南气流交汇形成中尺度辐合线,该辐合线自北向南影响广东省中部触发大范围强对流天气;热力和不稳定指数对强对流天气的发生具有指示意义。     

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。     

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。     

一次冰雹强对流天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(2.5°×2.5°)再分析资料、FY-2G卫星云图资料和多普勒雷达等资料对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹等强对流天气过程进行分析,得出以下结论：(1)此次强对流天气过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、强对流发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次强对流天气提供较好的触发机制；强对流发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件；强垂直风切变可促使不稳定能量释放形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件；冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)卫星云图中MCS发展明显,容易给局地强对流输送能量,利于强对流的维持发展,且强对流区主要位于云顶亮温TBB低值区的后部和南部,多普勒雷达资料显示,引发强对流天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等强对流天气有很好的指示作用。     

河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度分析产品和雷达资料对2013年8月1日凌晨发生在河南省西部、北部的一次致灾强对流天气过程进行分析.结果表明:这次强对流是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,较大的垂直风切变出现在强对流发生后,可能与强对流天气产生时间较晚有关;地面辐合线是这次强对流产生的触发机制,强对流发生在地面等温线和等露点线的密集区内.云图亮温的低值中心对应地面的强雨区.1日凌晨,对流回波东移加强,先后形成的两条弓形回波,均存在明显的低层弱回波区和中高层的悬垂回波结构,大风发生在弓形带状回波后侧;对流回波带低层有很强的西南风急流,使得强对流回波形成弓形带状回波;强回波带的前沿速度场上,有中尺度辐合线、辐合区、逆风区存在,它们的出现和维持是产生局地强降水的一个有用指标,中尺度系统的存在是强对流风暴产生、维持、发展的必要条件;较大垂直液态含水量的维持为产生强降水提供了有利条件,垂直液态含水量的增减,预示着地面强对流天气的开始和减弱.     

冷涡对两类对流系统结构演变作用的个例模拟对比分析

2015年8月22日,在同一冷涡背景下,华北东北部形成了多单体风暴,而在黄淮地区出现飑线过程。本文根据观测资料给出冷涡对中尺度对流系统发生发展的动力和热力作用,并基于WRF中尺度数值模式的模拟结果,对比分析了两类对流系统的形态结构演变和运动过程的差异、差异产生的原因及冷涡的作用,主要结论如下:(1)两类对流系统均位于冷涡后部,但形态演变和运动过程差异显著,北部分散性对流受地面风辐合及地形抬升的共同影响发展形成多单体风暴,呈西北—东南排列,主要以前向传播的方式缓慢向东南偏南方向运动,带来短时强降水为主的天气;南部线状对流由山东西北部和河南北部形成的多个孤立单体合并后形成,随后在黄淮地区发展为飑线系统,在平流移动为主的作用下向东南方向快速运动,产生雷暴大风和冰雹天气。(2)北部多单体风暴在冷暖气团交界面形成,位于冷涡西南象限,低层水汽和能量充足;新对流单体在边界层被触发后,沿着低层切变线向高能区传播。(3)南部飑线系统在冷槽后的地面干暖区低压带中形成,中尺度对流系统产生的冷池和雷暴高压的出流与环境相互作用,低层水汽条件转好,使得单体不断传播和合并,发展为飑线系统。(4)中层后部入流的强度和环境水汽条件对两类对流系统组织化过程有不同影响,飑线中层后部入流的增强主要来自环境西风分量的增加,与冷涡发展演变使得环境风场增强有关;北部对流湿层深厚,所处的中层风场弱,不利于多单体风暴组织化发展;南部飑线系统位于更强的环境西风引导气流中,后部中层入流强、高层环境空气干,有利于强下沉气流形成,从而促进雷暴高压和冷池的发展,强下沉气流还使中低层的风速增加,垂直风切变增强,有利于对流单体组织化发展形成线状对流。     

灾害性大风发生机理与飑线结构特征的个例分析模拟研究

2009年6月3日在我国河南发生了历史罕见的强飑线天气过程, 造成了严重的人员伤亡和灾害。为了解此次飑线天气的特征和产生的机理, 本文采用卫星、雷达及地面加密观测资料, 结合中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)数值模式, 研究了此次飑线产生的天气背景、宏微观结构特征及造成灾害性大风的机理。结果表明, 此次飑线过程的主要影响系统是东北冷涡, 其后部横槽引导的南下冷空气与西南暖湿气流在河南新乡南部一带交汇促发强对流过程, 最后演变为飑线。但由于低层西南风偏弱, 水汽条件不足, 飑线发生的环境较为干冷。飑线产生区大气处于条件性不稳定状态, 对流有效位能(CAPE, Convective Available Potential Energy)在1300 J/kg左右, 并具有适平的垂直风切变。地面气象场显示飑线具有相对冷湿的雷暴高压和强冷池, 飑线过程产生的灾害性天气以大风而非强降水为主。数值模式结果显示飑线下沉气流的最大值仅为-13 m/s, 而地面风速最大值达到35 m/s, 是最大下沉气流的2.7倍。进一步的数值敏感试验表明, 降水粒子的蒸发和融化冷却过程对降低地面温度和产生地面强风速具有重要影响, 其中雨水蒸发过程产生的最大等效冷却率为-3 K/min, 远大于霰融化冷却率-0.7 K/min, 因此雨水蒸发过程是影响冷池强度的关键因素, 而地面强冷池在此次飑线灾害性大风的产生中具有重要作用。     

中国冷季高架对流个例初步分析

通过对3个中国冷季高架对流个例进行详细分析,试图揭示中国冷季不同类型高架对流在环境背景、雷达回波结构、产生的天气类型和主要形成机理方面的主要特征,包括共同点和差异。利用常规高空和地面观测、NCEP分析和雷达回波资料,采用对不同类型多个典型个例分析的方法进行研究。首先给出了中国冷季高架对流的定义,然后分别仔细分析了3个不同类型冷季高架对流个例,探讨他们各自的环境背景特征,生成与发展机理,对他们的相同点和差异进行了对比。3个个例的共同特点是斜压性和深层风垂直切变都很强,对流发生区在地面锋面冷区一侧数百千米。不同点是前2个个例为条件不稳定结合水汽和抬升触发等条件导致的垂直对流,低层暖平流都很强,但对流有效位能差异很大,对流强度和导致的天气差异很大。第3个个例为条件对称不稳定结合水汽等条件形成的倾斜对流个例,倾斜对流区在地面锋面以北500-600 km处,冷垫非常深厚。第1个例子于2012年2月27日发生在华南,最不稳定气块对流有效位能只有100 J/kg左右,深层风垂直切变很强,850-700 hPa的辐合切变线触发了该高架对流,对流较弱,最强反射率因子在40-45 dBz,只产生了雷电、霰和小冰雹。第2个例子于2007年3月30日晚上出现在山东半岛,最不稳定气块对流有效位能达1400 J/kg,0-6 km风垂直切变（风矢量差）达32 m/s,形成数个结构类似超级单体的对流风暴,多个多单体强风暴,和大量多单体风暴,最强反射率因子将近70 dBz,导致6个站出现冰雹,其中1个站观测到直径23 mm的大冰雹,另1个站点出现21 m/s对流大风。其最有可能的触发机制是以泰山为中心的山地激发出来,在低层为稳定层,以上为深层条件不稳定层和强风垂直切变环境下形成的较大振幅俘获中尺度重力波。该俘获重力波可能还对对流生成后对流的组织形态和对流群的整体结构具有显著调制作用。最后1个例子是发生在2008年1月中国南方大范围冰冻雨雪期间1月27日安徽、江苏和浙江的区域性大暴雪,分析表明,条件对称不稳定导致的倾斜对流是产生此次大暴雪的主要原因之一。      

一次飑线过程的数值模拟及诊断分析

利用NCAR、NCEP和FSL/NOAA等共同研制的WRF中尺度数值模式,对2009年6月3日河南地区发生的一次飑线过程进行数值模拟,并利用模式输出的高分辨率资料对该次过程进行诊断分析。结果表明:WRF模式成功地再现了高低空环流形势演变及强对流的分布发展特征,高空冷涡后部冷空气南下,近地层较暖,形成了上冷下暖的位势不稳定层结及地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。强对流发生时,该地区出现的低空增温增湿、低空急流的爆发及低层急流核向东南快传、高空急流轴稳定在强对流天气发生地上空,对流有效位能积累和释放随时间的演变过程及垂直螺旋度大值中心等对此次强对流天气过程有较好的指示意义。     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

副高异常偏西背景下西北一次漏报的雷暴大风中尺度分析*

摘要：利用西安多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达和加密自动站探测资料，结合天气实况，对2018年7月26日发生在陕西一次副热带高压影响下的的强风暴过程进行了中尺度分析。结果表明：（1）本次强风暴伴随的阵风锋共维持了4h，其中有3h出现7级以上的大风，且最大风力10级。（2）在副热带高压影响下，陕西处于高温、高湿气团中，大气层结极不稳定。（3）此次强风暴在高的对流有效位能环境下（CAPE）下，抬升触发的关键因子是关中地区中尺度辐合线，当初生的对流云团下山后，中尺度辐合线触发的对流风暴形成小范围冷池出流与环境风场形成新的辐合线，加强对流风暴发展。（4）当阵风锋移动过程中遇到前方的对流云团时，将低层暖湿空气抬升，并随着上升气流输送到主体对流风暴中，迅速补充了主体风暴的能量，使得主体风暴再次强烈发展，延长了阵风锋的生命史。     

载人飞船主着陆场区强对流天气成因

从数值预报资料入手,结合风廓线雷达、多普勒雷达及自动气象观测资料对2008年9月14日飞船主着陆场区一次雹暴过程进行分析。结果表明:这次雹暴过程中气象要素变化剧烈;侵入蒙古低压的冷锋带动中尺度辐合线移近场区时触发强对流迅猛发展;雹暴前期垂直风切变显著增大;深厚的对流不稳定层结、强烈的正涡度平流和垂直上升运动等是雹暴的主要成因;雹暴前期TBB值迅速降低,雷达RHI回波图上,在无回波穹窿区上部为雹源区;冰雹落在θse舌轴的北侧和高空锋区的南侧。     

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。     

上海浦东机场一次连续出现的强对流天气对比分析

2006年6月22日从中午至半夜,上海浦东机场连续发生了3次强对流天气过程,对飞行安全及航班的正常都造成了很大影响.利用各种常规观测、多普勒雷达、卫星云图及风廓线仪等资料,对6月22日的连续性对流过程进行对比分析.发现此连续对流过程中3次强对流天气发生、发展过程具有明显差异,其触发机制也各不相同.其中第一次强对流天气为局地热力对流;第二次强对流天气为锋面过境引起的飑线过程;而第三次强对流天气是伴随中尺度低压环流的对流过程.在各次强对流过程发生前,浦东机场风廓线仪资料中均出现明显的风向的垂直切变,具有较好的预警意义.