一次槽后型大暴雨伴冰雹的形成机制和雷达观测分析

利用常规气象观测资料、新一代天气雷达、自动站、NCEP再分析资料等对西北气流形势下一次局地大暴雨伴多次降雹的强对流天气形成机制和对流系统结构进行了精细化分析。结果表明:(1)局地大暴雨伴冰雹发生在西北气流控制和大气层结极不稳定的形势下,14:00(北京时,下同)CAPE较08:00显著增大,为大暴雨和冰雹提供了不稳定能量;对流层低层的水汽含量大值中心为后向和前向传播新生单体的不断生成提供了充分的水汽条件;地面局地加热不均匀,午后地面温度达到对流温度临界值使地面暖气团自由上升,从而产生初始对流回波。在达到热力对流的条件下,地面中尺度辐合线和露点锋对局地大暴雨伴多次冰雹天气的发生有加强触发作用,地面中尺度低压是辐合维持和水汽集中的重要原因。(2)雷达图上,初始回波在周口附近生成、加强并向东南方向移动的过程中,其后侧和右后侧不断有中γ尺度对流单体生成,新生单体经历了积云生成加强、成熟合并、减弱消散阶段,其传播方向和移动方向近于相反,使周口附近强回波呈准静止动态平衡状态而持续存在。随后,在许昌到太康近东西向带状回波的前侧不断有中γ尺度新对流单体生成,并与周口附近后向传播的对流单体相接,排列成西北—东南向的线状多单体回波带,前向传播和后向传播分别经历了后侧减弱和前侧减弱阶段,中间回波在周口附近发展最旺盛。向前和向后两种传播形式多单体结构中的中γ尺度对流单体形成显著的"列车效应"使周口、西华出现局地大暴雨和多次降雹。在平均径向速度图上有中尺度涡旋,西北—东南向线状对流回波带在中低层有辐合—辐散—辐合相间的结构特征,在高层则与中低层相反,线状雷暴系统的形成和演变与强雷暴下沉气流抬升暖湿空气有较大关系,对流单体生成于低层辐合、高层辐散处。     

西北东部暖区大暴雨中尺度系统演变特征

2013年6月19日20:00至20日08:00,西北地区东部出现了罕见的暖区大暴雨,最大降水量达258 mm,小时最大降水量达65 mm,且伴随雷电天气。利用卫星、雷达、区域自动气象站、高空、地面观测资料和NCEP再分析资料,重点分析六盘山西南侧极端降水中尺度对流系统的发生发展及传播特征。结果表明:近似的喇叭口地形及六盘山的阻挡,使700 h Pa偏南风在六盘山的西南侧形成一支长约200~300 km的低空急流;低空急流激发对流云带发展、加强,大暴雨主要由对流云带中一个向前传播的β中尺度对流云团产生;雷达强回波中心高度低于4 km,低质心暖云降水特征明显,对流带中具有多单体结构,大于35 d BZ强回波单体呈南北带状分布,对流单体以每小时1次的频次沿低空急流自南向北移动,显著的"列车效应"形成了六盘山西南侧带状大暴雨区。     

2014年7月14日新乡强对流过程成因分析

利用常规和区域自动站观测资料、卫星和多普勒雷达监测产品及NCEP再分析资料,对2014年7月14日新乡强对流过程进行了综合分析。结果表明：高空东移冷槽与低层暖脊叠加使新乡上空形成明显的不稳定层结,而中低层暖湿空气在午后表现出明显的北抬和向高空扩展的趋势,使大气对流不稳定度进一步加强,有利于雷暴大风和冰雹强对流天气的出现;同时,强对流天气发生前0—6 km垂直风切变达到中等偏强程度,有利于对流系统的形成和维持。地面中尺度辐合线起对流触发作用,辐合线尾部前侧的对流云团发展更强更快。云团合并导致对流云团迅猛加强,对流单体合并有利于对流回波的暴发性发展及回波顶快速抬升。过程中雷暴外流边界也是强对流的重要触发机制,太行山脉东侧的雷暴外流边界受地形抬升作用,触发大范围分散的对流单体,导致了局地短时强降水天气。风灾主要是由多单体风暴中的下击暴流和雷暴外流边界造成的,下击暴流造成的大风比由雷暴外流边界导致的大风更强。此外,强回波中心强度增强、质心高度迅速升高,回波顶高和VIL值跃增等对强对流过程中局地冰雹预报有较好的指示意义。     

河北平原一次春季强对流天气分析

利用NCEP6小时一次1°×1°再分析资料、常规高空地面资料和自动站、FY-2C卫星云图及石家庄CINRAD/SA型多普勒雷达等资料,从天气形势、物理机制、雷达回波和云图演变特征、地形作用等方面入手,分析了河北平原一次春季强对流天气的演变和成因。结果表明:这次强对流天气过程发生在高空槽由垂直结构向前倾结构转变的过程中,中高层干冷平流、低层暖湿平流的大气层结增强了对流不稳定的发展,飑线是此次强对流天气的直接影响系统;太行山地形和平原南部的中尺度辐合线,对飑线系统的触发、组织、移动具有重要作用,强对流区发生在地面中尺度辐合线南侧的偏南气流里。分析还发现,低层θse高能区、水汽通量大值区、强的辐合上升区和CAPE的高值区等物理量场都与强对流天气区有较好的对应关系。     

一次槽后型大暴雨伴冰雹的形成机制和雷达观测分析北大核心CSCD

利用常规气象观测资料、新一代天气雷达、自动站、NCEP再分析资料等对西北气流形势下一次局地大暴雨伴多次降雹的强对流天气形成机制和对流系统结构进行了精细化分析。结果表明:(1)局地大暴雨伴冰雹发生在西北气流控制和大气层结极不稳定的形势下,14:00(北京时,下同)CAPE较08:00显著增大,为大暴雨和冰雹提供了不稳定能量;对流层低层的水汽含量大值中心为后向和前向传播新生单体的不断生成提供了充分的水汽条件;地面局地加热不均匀,午后地面温度达到对流温度临界值使地面暖气团自由上升,从而产生初始对流回波。在达到热力对流的条件下,地面中尺度辐合线和露点锋对局地大暴雨伴多次冰雹天气的发生有加强触发作用,地面中尺度低压是辐合维持和水汽集中的重要原因。(2)雷达图上,初始回波在周口附近生成、加强并向东南方向移动的过程中,其后侧和右后侧不断有中γ尺度对流单体生成,新生单体经历了积云生成加强、成熟合并、减弱消散阶段,其传播方向和移动方向近于相反,使周口附近强回波呈准静止动态平衡状态而持续存在。随后,在许昌到太康近东西向带状回波的前侧不断有中γ尺度新对流单体生成,并与周口附近后向传播的对流单体相接,排列成西北—东南向的线状多单体回波带,前向传播和后向传播分别经历了后侧减弱和前侧减弱阶段,中间回波在周口附近发展最旺盛。向前和向后两种传播形式多单体结构中的中γ尺度对流单体形成显著的"列车效应"使周口、西华出现局地大暴雨和多次降雹。在平均径向速度图上有中尺度涡旋,西北—东南向线状对流回波带在中低层有辐合—辐散—辐合相间的结构特征,在高层则与中低层相反,线状雷暴系统的形成和演变与强雷暴下沉气流抬升暖湿空气有较大关系,对流单体生成于低层辐合、高层辐散处。     

强对流天气发生前期地面风场特征

根据对华东地区9次强对流天气的地面风场分析发现,强对流的发生发展与锋前暖区的中尺度辐合线有密切关系,与地面中尺度辐合线相伴的扰动辐合值为-0.8×10~(-4)·s~(-1)左右.当有移动的天气系统与其相遇时,交点附近扰动辐合值迅速增大,促使对流迅猛发展且移速加快.辐合线的形成与大尺度背景和特定地形有关.移动的中尺度辐合线与变压风有关而静正辐合线常与露点锋相伴.     

河南一次强对流天气潜势、触发与演变分析

应用业务中可及时获取的常规观测资料和卫星、雷达、自动站等资料,结合地形情况从产生强对流天气的四个要素出发,对2013年7月31日夜出现在豫西山区、豫北的一次强对流天气进行了深入分析。结果表明:(1)受低层西南暖湿气流、地面东南风、大气晴空辐射和逆温"干暖盖"的共同作用,31日白天不稳定能量迅速集聚。夜间,华北冷涡后干冷空气东移南下,豫西、豫北大气层结不稳定度加强。(2)干冷空气与暖湿空气交汇,在地面上表现为弱冷锋、干线和中尺度辐合线,触发雷暴在关中盆地生成或发展。(3)关中盆地至豫西、豫北的特殊地形配合一定的流场,使得该区易形成三个辐合区,对流在辐合区附近形成或发展。除高空引导气流外,地面中尺度辐合线对云团移动有很好的指示作用。(4)湿球0℃层高度与冰雹关系较为紧密。     

关中一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用雷达、探空和自动站等观测资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2018年7月26日关中地区快速发展移动的强对流天气进行研究,重点分析了出流边界在对流风暴局地生成、快速发展中的作用。结果显示:26日上午关中东部地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定,低层强的偏南气流及暖平流;午后秦岭山区对流云团下山过程中和西安南部多个对流单体合并加强,形成强的冷池和雷暴高压,激发出阵风锋,阵风锋是本次强对流天气的触发机制;雷达图上新的对流单体在阵风锋前径向风风向切变最大处触发,大风天气出现在阵风锋后部强的反射率因子梯度区;阵风锋位于冷池前沿,两者的发展演变密切相关,雷暴合并补充加强了冷池强度,有利于阵风锋及强对流天气维持较长时间;边界层风向与阵风锋移动方向相反,而边界层以上的风向与之相同是阵风锋触发的对流风暴维持发展的一个因素。     

基于加密探测资料解析2009年6月3日商丘强飑线形成机制

利用郑州、商丘新一代天气雷达资料、河南省逐分钟自动站等加密探测资料,对2009年6月3日发生在商丘地区的强飑线形成机制进行了分析。结果表明:低涡后部横槽携带冷空气沿西北气流下滑与低层暖湿空气在商丘汇聚,在低层辐合线、干线触发下,位于辐合中心的商丘爆发强飑线;初始对流回波沿边界辐合线发展加强并形成超级单体强风暴;在开封与商丘之间的露点锋(干线)作用下,发展起来的晴空边界辐合线触发新生对流并发展加强,与超级单体强风暴汇合成强飑线迅速东南移影响商丘地区;雷暴大风前商丘大片超折射回波预示该处有干暖盖存在,为飑线移到商丘爆发更为激烈的强对流天气提供了大量的不稳定能量;强飑线回波带上超级单体风暴和后来发展形成的弓形回波是造成商丘地区强天气的关键,雷暴大风发生在辐合线后侧,辐合线后侧具有典型的中尺度雷暴高压、中尺度低温中心、风场辐散等特征;强雷暴高压、高压前侧的强气压梯度以及强飑线的快速移动是宁陵、夏邑和永城等地有气象记录以来极端大风产生的直接原因。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。     

关中秋季飑线天气成因和中尺度特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图、宝鸡多普勒雷达资料,对陕西关中2010年9月3日和2013年9月12日两次飑线天气过程(下分别简称"9·3"过程、"9·12"过程)的环境场和形成机制及中尺度特征进行了分析。结果表明:两次过程天气背景和机制不同,"9·3"过程为槽前型,其中层干侵入致使对流不稳定发展、低涡切变提供了初始上升运动和较强的水汽辐合,地面上雷暴高压形成的切变线是飑线的触发机制和组织发展系统;"9·12"过程为槽后型,高层干冷平流的侵入加强了对流不稳定层结,水汽辐合偏弱,地面干线是强对流的触发机制。两次过程中尺度系统特征明显,卫星云图上为对流单体合并为中β尺度云团;雷达图上为雷暴单体弥合为带状回波,进而出现弓形回波,弓形回波中存在中层径向辐合对应的强回波核;强回波的三体散射是出现冰雹天气的主要特征。     

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明：阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。     

2018-7-5梵净山东侧局地大暴雨的雷达回波特征及地形作用分析

该文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6h的1°×1°再分析格点资料和铜仁市多普勒雷达探测资料,对2018年7月5日铜仁梵净山区域的大暴雨天气过程中尺度系统活动特征进行分析,结果表明：高空槽、低层切变线,叠加高低空不稳定的高湿区是此次大暴雨形成的大尺度环境背景。且强降水对流回波沿着地面辐合线形成发展,地面辐合线为强降水对流系统的重要触发机制。梵净山地形的抬升作用,对江口北部及松桃北部地区雨强有增强作用,从而导致大暴雨的发生。当梵净山东侧为东南风时,地形辐合抬升作用,利于江口北部降雨增强;当梵净山东北侧为东北偏北风时,利于松桃境内降雨增大。     

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。     

山东3次大暴雨过程云街雷达回波特征及其作用分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空与天气实况,对山东3次大暴雨过程中云街雷达回波特征和云街对于强降雨的作用进行了分析。结果表明:在天气雷达低层反射率因子上云街表现为多条窄带回波,走向与低层平均风场基本一致,持续时间约6～7 h,强度基本在5～20 dBz。云街对3次强降水的作用主要表现在3方面:一是触发机制,云街可触发对流单体;二是后向传播作用,云街新生对流单体依次沿云街走向向西南方向传播,具有明显后向传播特征,导致对流系统向西偏南方向发展,强降水区也向西偏南方向移动;三是利于降水强度增大和长时间的维持,持续不断的云街激发的雷暴,在移动过程中沿引导气流方向发展并与对流系统主体合并,主体回波得以发展与维持,产生大的雨强,并持续较长时间,导致极端强降雨天气。云街对3次强降水中尺度对流系统的维持与发展及极端强降雨的产生起到了重要作用。2007年7月18日过程云街触发雷暴的频次明显高于其他2次过程,主要原因是对流抑制能量和抬升凝结高度明显小于其他2次过程,更易于雷暴的触发。     

浙江盛夏一次强对流天气的特征及其成因分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、GFS 0.5°×0.5°逐6 h分析场数据,以及多普勒雷达、风廓线、微波辐射计探测资料,对2014年7月26日浙江盛夏一次强对流天气过程的特征及其成因进行了诊断分析,结果表明:此次过程发生在副热带高压边缘,由于高空槽东移过程中带来了弱冷空气的渗透,并有大量不稳定能量积聚,形成了午后"上干冷、下暖湿"这样有利于强对流发生的不稳定层结条件和环境背景场。当低层925 hPa的中尺度辐合线和对流层中层700 hPa的垂直上升运动区相重合时,中尺度辐合线附近在未来6 h内产生了强对流,这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。宁波中尺度辐合线是由偏南风和东北风辐合而成,同时受沿海和喇叭口地形影响,该辐合线早已存在,之后触发了宁波地区的强对流天气。杭州中尺度辐合线是由于宁波雷暴的地面出流增强了偏东风气流,从而加强了偏东风与环境东北风的辐合,导致了杭州中尺度辐合线的形成,随后在辐合线附近出现了剧烈的对流天气。     

北京2004年“7.10”突发性对流强降水的雷达回波特征分析

利用新一代天气雷达回波资料和一个雷暴单体识别、追踪和分析算法, 对2004年7月10日下午造成北京局地短时强降水的雷暴特征进行了初步分析。在偏南暖湿气流中生成的对流云团, 在北京上空迅速发展, 逐渐形成了一个覆盖城区的β-中尺度对流超级复合体, 导致了这次强降水过程。详细分析表明, 强对流主要是来自城区西南和东南两个方向生成和发展起来的雷暴。在北京西南部的雷暴逐渐向东北的城近郊区移动和发展, 并与新生成的雷暴合并加强, 造成了石景山、门头沟和海淀部分地区的大雨。在北京东南部逐渐形成的两个小雷暴单体迅速增长并向西北方的城区移动, 在到达城区时合并且迅速加强, 但移速缓慢, 在北京城区维持了两个多小时, 造成了城区的大暴雨过程, 降水量大但空间分布不均匀。雷暴顶高度和最大反射率因子的关系呈反位相变化, 雷暴最大反射率因子出现的高度均位于0 ℃等温线之下 (≥0 ℃) 或其附近, 雷暴的中心和反射率因子权重质心也基本位于0 ℃等温线之下, 均证实了这是一个典型的液态强降水对流系统。分析还表明, 20:00 (北京时) 左右的超强雷达回波是由大气异常传播造成的虚假超折射回波。     

2002年6月20～24日梅雨锋中尺度对流系统发生发展分析

利用“973”中国暴雨试验获得的加密观测资料 ,首先对 2 0 0 2年 6月 2 0～ 2 4日发生在长江中下游地区的中尺度对流系统发生发展进行了分析 ,有 7个尺度较大的α中尺度对流系统在长江中下游地区发展 ,造成了大范围的强降雨。然后针对安徽南部发生的中尺度对流系统发生发展过程进行了详细分析 :MCS生成于切变线南侧的西南暖湿气流中 ,其源地是大别山区和大别山与九华山之间的长江河谷地带 ;低层西南风的水汽输送是安徽南部对流不稳定和对流有效位能积聚的主要原因 ;在降雨发生前整层可降水量有明显增加 ,开始降雨后则逐渐减小。雷达探测的回波显示α中尺度对流系统中有 β和γ中尺度系统的活动 ,β和γ中尺度系统与整个中尺度对流系统的移动方向不一致 ;中尺度对流系统中的带状回波有地面中尺度辐合线配合 ,对流带随地面的中尺度辐合线移动 ,对流带中的对流单体沿辐合带移动。     

山东省初秋一次大范围强对流过程落区和抬升触发机制分析

利用常规观测、加密自动站、多普勒天气雷达、风廓线雷达及NCEP再分析资料,对2016年9月11日山东省初秋大范围强对流天气的落区和抬升触发机制进行了分析。结果表明:受高空槽影响,有、无对流区上空大气层结均不稳定,大的对流有效位能(CAPE)与小的对流抑制能量(CIN)环境条件下,强对流云团呈现"遍地开花型",抬升触发成为强对流发生的关键因素。地面辐合线、干线、海风锋、冷池出流是主要的抬升触发系统。由于对流抑制小,抬升强迫一般不需要太强,不同区域雷暴的抬升机制不同,鲁西北地区强对流天气由地面辐合线抬升触发,山东半岛地区的对流是由海风锋与冷锋共同触发,而鲁中地区强对流则由老的雷暴的冷池前沿阵风锋抬升触发,鲁东南地区的对流是由干线与地面辐合线共同作用造成的。辐合线抬升强迫的大小很重要,其量化可通过边界层散度衡量。在同样具备地面辐合线的情况下,不同温湿性质气团的中尺度边界对雷暴触发起关键作用。预报落区的偏差主要是因为短期阶段无法获取低空东南风气流这一关键中尺度系统,不同起报时间模式预报的调整趋势、季节等因素是对流强度预报偏弱的主要原因。经验表明,通过对大量个例的分析研究,提高对数值模式的订正能力是提高预报准确率的有效方法。     

辽宁黑山突发性局地特大暴雨中尺度对流条件和特征

利用常规和加密自动气象站观测资料、卫星和雷达探测资料以及NCEP再分析资料（1°×1°,6h）, 对2013年8 月15-16日辽宁黑山地区特大暴雨的中尺度对流条件和对流系统特征进行探讨。结果表明: 此次强降水由中-β尺度系统引起,短时大暴雨发生在能量舌边缘,地面偏东风和地形强迫抬升作用造成对流单体沿着山脉东侧生成、发展和移动,最终导致持续性对流性强降雨。东北低压冷锋前所激发的中尺度切变和涡旋触发了局地大暴雨。黑山地区上游有两个对流单体生成,向东移动合并影响该地区,移动方向前侧的斜升气流和低质心回波提高了降水效率。