2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明：陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350~500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0~6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。     

2012年早春河南一次高架雷暴天气成因分析

利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高架雷暴发生在中纬度暖性低槽发展东移的环流形势下,边界层顶以上近中性条件不稳定性层结(偏向于很弱的条件不稳定)在高空槽前正涡度平流和低层暖湿平流的强迫作用下,使得700 hPa以上出现较大范围的较强上升运动,地面冷高压后部偏东气流对高架对流的产生具有冷垫作用。(2)出现高架雷暴的大气低层存在较强的逆温层,700 hPa暖温度脊前的西南暖湿低空急流为高架雷暴的产生提供了充足的水汽和能量,并使低层逆温层顶以上出现弱条件不稳定层结和较高的露点,两者结合导致弱的最不稳定对流有效位能MUCAPE,其值在10~50 J·kg~(-1)之间,高架对流是由逆温层顶附近及其以上的暖湿气块被抬升而造成的,对应1.0~3.0 m·s~(-1)的雷暴内最大上升气流。(3)此次高架雷暴发生在强斜压环境中,有较强的动力不稳定,中低层0~6 km和0~3 km垂直风切变值分别为(3.0~3.7)×10~(-3)和(5.0~5.3)×10~(-3)s~(-1)。(4)本次过程-10℃、-20℃层高度分别在5、6.5 km,弱对流云顶高度多在6~8 km或以上,超过了冻结层高度,易导致雷电发生。(5)从流型配置模型看,高空暖性低槽、中高层强烈发展的温度脊、700 hPa强西南暖湿低空急流和边界层冷中心、冷温度槽、地面冷高压等是值得关注的影响系统,当这些天气系统有利配置时,应注意低层逆温层、中层弱条件不稳定层结的建立以及高架雷暴发生的可能性。     

2004年初春武汉机场临近的两次强雷暴天气过程分析

使用常规地面和高空原始报文资料,采用最优插值法,对2004年4月29日出现在武汉天河机场临近的两次强雷暴天气过程进行了客观诊断分析。结果表明:两次强雷暴天气,前一次为典型的飑线天气过程,后一次为超级雷暴单体天气过程;高空槽、冷锋、中尺度低值系统是当天两次强雷暴天气的触发机制;低空深厚湿层(水汽丰富)、高低空存在急流强风带对当日飑线天气的形成和发展较为有利,强的不稳定层结、强的环境风垂直切变以及上层干、下层湿的湿度层结对当天超级雷暴单体的形成和发展十分有利。     

2009年早春南方地区一次高架雷暴天气过程的机理分析

2021年2月24—25日河南出现一次伴高架雷暴的暴雪天气过程,各级气象台站业务预报对该过程中雷暴均漏报,对降雪量级预报也偏小。利用常规气象观测资料、双偏振雷达产品和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,重点分析了这次暴雪过程中高架雷暴的环境条件及双偏振雷达参量特征。结果表明: (1)东移加深的中纬度高空槽、700 hP a发展北上的西南急流与地面扩散南下的冷空气等天气尺度系统相互作用触发对流,造成暴雪过程出现高架雷暴。(2)该过程最强水汽输送位于700 hPa,水汽通量大值带位于河南沿黄(河)一带,河南上空水汽充足,为中层不稳定层结建立和对流触发提供了有利的热力条件。(3)低槽前部两个次级环流圈上升支叠加为雷暴发生和降雪增强维持提供了强的上升运动;0—6 km较强垂直风切变有利于对称不稳定发展;700 hPa西南风急流辐合作用配合高空槽大尺度强迫使得中高层不稳定能量释放,从而触发对流。(4)高架雷暴发生时,雷达回波强度≥45 dBz、顶高超过-20℃层,“牛眼”结构和辐合上升区长时间维持有利于产生雷暴;雷达双偏振参量相关系数(CC)较小(0.7~0.9)、差分相移率(K_DP)较大(0.5°~0.7°·km^-1)和差分反射率(Z_DR)＞2 dB是高架雷暴发生时的主要特征,回波强度＞55 dBz并伴有较大K_DP (0.5°~0.7°·km^-1)与雷电频发和强降雪时段相对应。

     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

2012年早春广西高架雷暴冰雹天气过程分析

利用常规观测资料和雷达资料,对2012年早春广西高架强雷暴冰雹天气过程进行分析,得出以下结论:(1)冰雹伴随雷暴发生在地面锋后约1000 km,边界层为冷高压控制.850 hPa风速较小,700 hPa以上层有强急流,700～850 hPa有强的垂直风切变,500 hPa高空冷槽东移为对流的发生提供触发条件.(2)冰雹发生在850 hPa切变线南北两侧约200 km范围,等压面锋区强度大;高空槽前正负变温使700～500 hPa垂直方向温度差大,导致层结对流不稳定性加大.当500 hPa低槽移至强锋区上空时,锋面坡度变陡,上升运动加强,不稳定性增大,使得冰胚在对流层中层增长而形成冰雹.(3)风暴追踪信息显示风暴生成高度高,在垂直方向上倾斜增长;质心均在5～6 km,风暴生成后,随着时间的推移逐渐向低层发展,最大反射率以及液态含水量均不大,具有明显高架雷暴特征.     

广州白云机场一次大雾伴随高架雷暴过程分析

利用常规观测资料、机场风廓线资料,分析2014年3月12日广州白云机场出现持续性大雾,期间伴随出现雷暴天气的原因.结果表明:此次大雾持续的原因是低层接近饱和的湿度和逆温层的维持.同时,白云机场风廓线资料表明属大雾伴随高架雷暴.雷雨出现后,大雾并没有好转,大雾消散原因是中低层冷空气向地面渗透,破坏了近地面层的逆温结构.     

贵州铜仁两次大范围冰雹过程的对比分析

利用常规观测、地面加密自动站降水、雷达观测及NCEP 1°×1°再分析资料等对2016年4月2日和15日发生在贵州省铜仁市的两次冰雹天气过程进行对比分析,结果发现:(1)降雹由地面发展雷暴和高架雷暴产生,前者在暖区产生,后者在锋后冷垫上形成;(2)前者由地面辐合线锋生激发对流,后者由逆温层顶850 hPa切变线触发,两者的强上升运动区域明显不同;(3)雷达回波形态上前者为弓形回波,强对流回波从近地面发展至10 km左右高度,"三体散射长钉"和有界弱回波区等现象明显;而后者为多单体风暴,有界弱回波区特征明显,强对流回波柱密实而深厚,回波质心较高。     

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

我国春季冷锋后的高架雷暴特征分析

利用常规气象观测资料和国家气象中心对流天气综合监测等资料,对2010-2012年我国春季冷锋后的高架雷暴的时空分布特征和强对流天气特点等进行统计分析,并通过一次典型个例给出影响高架雷暴的主要天气系统,再结合雷暴物理条件的统计特征探讨高架雷暴发生发展的物理机制。研究结果表明,此类高架雷暴主要发生在我国南方地区,具有一定的日变化,常伴冰雹和短时强降水天气。影响高架雷暴的主要天气系统为高低空急流、低层切变线以及500 hPa西风槽等。预报着眼点主要为850和700 hPa大气相对湿度在70%以上;700与500 hPa的温差达16℃以上,有一定的热力不稳定;700 hPa上建立一支低空西南急流,配合500 hPa西风槽以及低层的切变线,这些因素为雷暴触发及发展提供条件。     

三次雷暴导致的阵风锋过程分析

利用多普勒天气雷达资料和自动站资料对2012年5月16日江苏、6月9日京津冀地区以及7月10日河北的三次阵风锋过程进行综合分析。结果表明：持续下沉的冷空气形成雷暴高压是阵风锋产生的直接原因。雷暴高压形成过程中,一方面,下沉气流在较小区域内迅速堆积形成雷暴高压,另一方面,新旧单体不断更替,风暴内稳定的下沉气流使雷暴高压发展。雷暴高压内强辐散气流与环境空气形成阵风锋。随着雷暴高压的移动和增强,阵风锋向前移动和增强,当雷暴高压减弱,阵风锋也逐渐消亡。温度梯度与气压梯度越大,瞬时大风越强,阵风锋也越强。阵风锋产生的瞬时大风与窄带回波的强度值不一定成正比。中层径向辐合对阵风锋产生有提前预示作用,提前量为半小时左右,辐合持续时间越长,阵风锋生命史越长。     

湖北冷季高架雷暴天气分类及环境参数特征分析

利用常规观测资料、加密地面自动站、闪电定位仪和ERA5再分析资料,将2011—2020年湖北冷季91次高架雷暴事件,按照形成机制分为雷雨型、强对流型和雷打雪型3类,并细致归纳了3类事件的时空分布特征、大气环流背景及关键环境参数等特征。(1) 湖北冷季高架雷暴雷雨型最多,强对流型次之,雷打雪型最少。3类型存在明显的时空分布差异,雷雨型主要发生在秋末冬初(11月)和冬末初春(1—2月),强对流型及雷打雪型常出现在早春2月,3月基本以强对流型为主。(2) 低槽冷锋、850 hPa切变线及低空西南急流是冷季高架雷暴发生的有利环流背景,近地面为稳定的冷气团控制,逆温明显,西南低空急流沿着锋面逆温层以上的850 hPa附近触发抬升,水汽、上升运动及不稳定层结均出现在850 hPa以上。雷雨型和雷打雪型距离冷锋超过100 km以上,强对流型不足100 km。(3) 850 hPa是风场转换的重要层次。强对流型850 hPa露点温度(Td850)、K指数、850 hPa与 500 hPa温差(ΔT85)、850 hPa假相当位温(θse850)、西南急流厚度和强度(I700)、切变线强度(S850)最大,中低层(850~700 hPa)垂直风切变(SL78)最小;雷打雪型对水汽和不稳定能量的要求最低,SL78最大。     

中国东北地区红色精灵的母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种瞬态发光事件（Transient Luminous Events,TLEs）,它们由地闪回击或与连续电流共同作用产生,这表明了对流层和低电离层之间的直接耦合关系。中国大陆的红色精灵观测研究主要在华北地区开展,为了进一步研究中国中高纬度地区的红色精灵现象,并揭示其与母体雷暴之间的相关性,故2017年夏季在吉林辽源开展了观测实验。本文介绍了利用低光度相机在东北地区捕捉到的26例红色精灵事件,并结合闪电定位、天气雷达等同步观测数据,对红色精灵及其母体雷暴特征进行了分析。结果表明,在26例红色精灵事件中,有17次（约2/3）产生于一次尺度较大的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,MCS）,其余（约1/3）的红色精灵事件分别由三次尺度相对较小的中尺度对流系统诱发产生。红色精灵母体闪电均位于对流核心边缘区域,中尺度对流系统对流区后无大面积层状云降水区。此外,吉林辽源及安徽合肥同步记录的电磁场脉冲信号表明上述红色精灵事件均由正地闪回击产生。     

浙东冬季和夏季两次强雷暴天气过程对比分析

利用多种观测资料,结合NCEP再分析资料,对比分析了浙东冬季和夏季两次强雷暴过程中的各种环境条件,结果表明:以对流有效位能CAPE表达的深厚湿对流潜势条件夏季个例的比冬季的好,二者分别为1148 J·kg~(-1)和490 J·kg~(-1)。冬季个例的动力抬升条件更好:低层到地面受冷锋影响;700、850 h Pa因急流风向风速的不连续而产生较强的辐合;500 h Pa处于长波槽前的上升气流中,最大的垂直速度达1.1 Pa·s~(-1)。两次过程的共同特点是强回波分布与地面θ_(se)高值区和切变线叠加区对应关系比较好,为雷暴系统的临近预报提供了重要线索。地面有冷锋影响时,要考虑冷锋入海后风力加大,地面辐合加强,使对流发展。由海陆不同比热属性造成的海陆之间白天和夜间的不同温差,对白天和夜晚系统入海后的强度变化有不一样的影响。10个浙东冬季雷暴个例天气形势分析结果表明,冬季雷暴的共同特点是都有冷暖空气在浙东强烈交汇,华南到华东中低层有很强的西南急流,850 h Pa最大风速达到20 m·s~(-1)以上。两季雷暴各种对流参数对比分析结果显示,冬季雷暴比较好的预报指标是总指数和垂直风切变,重点关注西南急流的强度、冷锋和850-500 h Pa的对流稳定性及动力抬升条件。     

2015年河南首场区域暴雪伴高架雷暴过程分析

利用常规观测资料、1°×1°NCEP分析资料和雷达资料,对2015年河南首场区域暴雪伴高架雷暴过程的天气形势、大气层结和水汽、动力、能量等物理量场的特征及雷达回波特征进行分析。结果发现:500h Pa高空低槽、700h Pa低空切变线和低空急流是此次暴雪天气的主要影响系统;700h Pa西南急流和850~925h Pa低空东北以及东风急流为河南上空输送充足的水汽,同时850~925h Pa低空急流为暴雪提供了深厚的冷垫。暴雪天气出现时西南急流加强、湿层增厚,河南上空具有强水平风垂直切变说明大气层结动力不稳定、对称不稳定。水汽通量大值区和水汽通量散度大值区与降水大值区较吻合;散度和垂直速度大值区与强降水区域对应较好;对流不稳定能量释放有利于暴雪天气的出现;高层对称不稳定能量释放是桐柏出现雷暴天气的原因之一。雷达径向速度图上零线两次出现清晰完整的"S"形状对应暖平流加强,暴雪出现在暖平流强盛的时间段内,28日14时河南南部地区对流回波强度为35~40d Bz,回波顶高8km,对流云顶高度达到了-40℃~-20℃的温度层,有助于雷暴天气出现。     

东北地区春季冷锋云系降水个例数值模拟及机理研究

本文通过常规天气资料,结合WRF中尺度数值模式,深入研究了2007年5月22～24日一次发生在东北地区的锋面云系降水过程和云宏微观结构特征以及降水产生的物理机制。模拟结果表明冷锋云系降水分布不均匀,锋前中低层有弱的上升气流,云水比含水量较大,雪和霰几乎没有。冷锋过境时,垂直速度迅速增大,中低层有下沉气流,不利于云水形成,出现云水含量几乎没有的干层区,雪水比含水量迅速增加,降水形成应是通过雪和霰的融化过程。处于锋区时,垂直速度和雪比含水量继续增大,降水的形成主要是雪的融化过程。锋后,上升气流迅速减弱,云内雪比含水量减少,降水的形成主要是雪的融化和暖云微物理过程。     

华东地区冷季两次高架对流个例分析

利用高空、地面观测资料和NCEP 0.5°×0.5°分辨率的CFSR资料,对华东地区冷锋后和静止锋前两个高架对流个例的天气类型、环境背景、生成与发展机理进行分析,并对比异同点。分析结果表明:安徽、江苏冷锋后高架对流最大可能的机制是动力抬升触发对流不稳定后产生的,浙江舟山的对流很有可能是在条件稳定性近于中性情况下,由锋生过程强迫的锋面垂直环流产生。浙北静止锋前高架对流可能是在条件对称不稳定条件下,850 hPa急流风速辐合和暖平流的共同作用的结果,850～700 hPa地转绝对动量调整触发条件对称不稳定是其增强机制。共同特点是雷暴都发生在850 hPa等温线密集的锋区,850 hPa都有很强的西南急流,有逆温和强的垂直风切变。不同点在于冷锋后型逆温由西南暖湿气流和冷锋共同形成,逆温幅度更大,为10～15℃,而静止锋前型只有6～7℃;850 hPa西南急流风速更大,为25 m·s~(-1)以上,静止锋前型为20 m·s~(-1);静止锋前型0～6 km高度垂直风切变达40 m·s~(-1),冷锋型只有30 m·s~(-1)。冷锋后型850 hPa受明显切变线影响,静止锋前型只有风速的切变。用雷达产品对高架对流系统的结构分析结果表明:1)冷锋后型回波范围大,比较连续,最强中心55 dBZ,850 hPa切变线位置引导整体回波移动。2)静止锋前型回波比较分散,呈多条平行窄带状,单体的生成比较随机,但移动比较规律,随环境气流平移,没有传播现象。单体最强中心60 dBZ,生命史达2 h左右,有小尺度气旋性辐合、中层径向辐合、低层辐散等强对流特征。单体倾斜度比地面对流单体的大,上升气流和下沉气流距离比较远。当气旋性辐合强度减弱,低层辐散区逐渐远离主体回波时,单体将减弱,可作为临近预报的线索。短期预报关注重点是850 hPa西南暖湿气流的强度(20～30 m·s~(-1)),风向、风速的分布,锋区位置,暖平流强度(3×10~(-4)～5×10~(-4)℃/s),θ_(se)的垂直分布及风随高度的变化(风向随高度顺转角度大于180°,0～6 km高度垂直风切变达30～40 m·s~(-1))等。     

低纬高原两次冷锋切变天气对比分析

应用NCEP再分析资料、FY-2卫星TBB资料、加密雨量站等资料,对2008年7月2日、5日两次影响滇中的冷锋切变天气进行对比分析。结果表明:冷锋切变系统的强弱、移速对降雨强度影响较大,切变线上中尺度系统的生成和维持时间对降雨强度作用非常明显。在冷锋切变系统影响滇中过程中,滇缅高压脊对水汽输送和水汽辐合有重要作用。两次降水强度上出现的差异主要是由于两次过程中对流发展强弱不同引起,假相当位温、K指数、总能量、对流有效位能等热力不稳定指数能很好地反映出对流发展过程中强弱变化的差异。不同环境场的作用导致物理量场发生不同改变,是冷锋切变系统中降水出现强弱变化的主要原因。     

夏季两次低槽冷锋型暴雨成因对比分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对对流层低层无低涡、无低空急流配置的低槽和冷锋影响下2004年7月29—30日后倾槽和2004年8月3—4日前倾槽两次暴雨过程的成因进行了对比分析,结果表明: 虽然两次过程对流层中低层形势非常相近,但在空间结构上却存在显著差异。后倾槽锋区向冷空气倾斜且成3段锋,其中,第1段锋在850 hPa以下,冷空气虽较弱,但对整个降水过程起抬升触发作用,暴雨区出现在该段锋移动方向的前沿,即地面辐合线呈气旋性弯曲的流线密集处;前倾槽锋区完整,湿斜压锋区向暖区倾斜,暴雨区出现在锋前1～2个纬距处,即地面辐合线右侧偏南气流密集带中。两次过程低层均有强的水汽输送,存在高温高湿区,925 hPa比湿均达15 g〖DK〗·kg-1以上,所不同的是,后倾槽暴雨区位于水汽通量大值区、等〖WTBX〗θe〖WTBZ〗密集线前沿及风场辐合明显的水汽辐合区内,而前倾槽暴雨区则位于水汽通量等值线密集带中的水汽辐合区、〖WTBX〗θe〖WTBZ〗暖舌的舌尖和风场辐合处,但更偏向暖空气一侧。此外,暴雨易发生在山区或海岸线等特殊地形抬升的区域。