西风槽影响下豫西北两类强对流天气流型和物理量特征分析

西风槽是诱发豫西北雷雨大风和暴雨等强对流天气的一种重要的天气系统。利用常规高空、地面观测和探空资料,对2001-2015年6-9月受西风槽影响在豫西北发生的区域性强对流天气过程的分析发现,由于近地面暖湿空气势力和侵入冷空气的强弱不同,致使天气系统配置差异显著。根据不同天气系统配置,将由西风槽入侵引起的强对流天气过程分为斜压锋生类和低层暖平流强迫抬升类两种。斜压锋生类的显著特征是配合高空槽的移近,影响系统在700 h Pa上有明显的冷槽,在近地面层有明显的锋生和锋面移近,锋面逼近使抬升运动增强是强对流天气启动的重要因素;低层暖平流强迫类的影响系统在700 h Pa上有位势高度槽而无冷槽,槽的南段紧贴或者落后于500 h Pa槽线,呈前倾结构,强的热力不稳定和深层垂直风切变所形成的动力不稳定是引发这类强对流天气的主要因素,地面辐合线、干线触发了强对流天气。二者在物理量场分布上也有着显著的异同:相同之处在于两类强对流天气均有较强的位势不稳定且积累了大量的不稳定能量,两类强对流过程的0℃层均接近或超过5km。不同之处主要有以下几点:1)斜压锋生类中低层湿度更大,湿层更厚。2)低层暖平流强迫类850-500 h Pa的温差均值为27. 7℃,大于斜压锋生类的温差。3)斜压锋生类K指数均值达39. 6℃,低层暖平流强迫类K指数均值为28. 7℃,二者差值高达10. 9℃,而其抬升凝结高度却明显偏低。4)斜压锋生类中低层的垂直风切变较大,而低层暖平流强迫类的对流层高层与近地面间的垂直风切变较大。     

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。     

中国西北四省区强对流天气形势配置及特殊性综合分析

利用2004—2010年中国西北四省(区)强对流天气过程高空、地面实况资料,以及近15年西北区强对流研究主要成果,按照强对流天气产生的基本动力学原理,根据其主导因素的不同,将西北区强对流天气基本形势配置分为高空冷平流强迫、低层暖平流强迫、斜压锋生等3类。分析3类基本配置天气尺度环境场显著特征,以及这些特征在中尺度强对流系统发展过程中所起的作用,总结各类配置之间的主要差异及其与中国其他区域的差异。结果表明,高空冷平流强迫类,冷平流可从300 h Pa向下延伸至对流层低层,而850 h Pa则多表现为弱的暖平流。与中国中东部相比,对流层中下层温度递减率更大,层结不稳定在午后会有强烈发展,LFC更高。区域性强对流天气与大范围降水后地面增湿或低层暖湿气流北上有关;局地强对流天气与复杂小地形对应地面抬升和水汽分布不均匀有关。低层暖平流强迫类强对流天气,中低层暖平流占主导作用,湿层可从地面向上延伸到500 h Pa附近,LFC高度明显偏低,温度垂直递减率小于冷平流强迫类。斜压锋生类强对流天气的显著特点是中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生。水汽条件好于冷平流强迫类,垂直风切变明显高于前两类。     

中国中东部强对流天气的天气形势分类和基本要素配置特征

本文通过对2000年以来中国近百次强对流天气个例的环境场进行分析,并查阅大量文献资料,综合考虑强对流天气形成的热力不稳定、动力抬升和水汽这三个基本条件出发,从强对流的不稳定条件和主要触发条件的角度,提出中国强对流天气5种基本类别:冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类、高架对流类,并给出了基本解释。高空冷平流强迫类的典型特征是500hPa以上的中高层强干冷平流加强并移到边界层内暖性的辐合带中。暖平流强迫类的主要特征则是不稳定发展主要源于低层强烈的暖湿平流。斜压锋生类的特征是中低层冷暖空气强烈交汇产生的深厚对流,即斜压锋生造成的强对流往往表现为高空干冷平流和低空暖湿平流都很强烈。准正压类多发生在夏季副热带高压外侧或内部、温度梯度较弱的地区,流场上的动力强迫和和地面局地受热不均起主要作用。高架对流类的特征是700~500 hPa强的西南急流在边界层内的冷垫上被抬升,不稳定能量是来自700 hPa以上。通过从形成机制的差异性进行分类,有助于更好地把握各种强对流过程中不同的天气特征、系统配置、动力热力特征及其短期潜势分析重点,为进一步提高该类天气的预报预警水平提供更多的技术支持。     

云贵高原东段初夏辐合线锋生型暴雨研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、探空资料和红外TBB卫星资料对2012年5月11 12日一场典型的初夏暴雨展开分析。结果表明,此次暴雨过程属于贵州典型的辐合线锋生型暴雨类型,地面中尺度辐合线和850 h Pa切变线耦合是对流发展的主要原因,中尺度对流系统在云图上表现为一MCS对流云团自西向东移动。整个暴雨过程中,贵州大部具有高温高湿的层结不稳定特征,低层维持正涡度辐合,高层维持负涡度辐散。锋生函数揭示此类型暴雨天气过程存在明显的锋生现象,水平辐散项F2是引起地面锋生主要的动力因子,而水平辐散项F2和水平变形项F3对850 h Pa锋生有明显的正贡献。用气块理论及其运动学方法来分析对流的触发机制,发现对流的触发与自由对流高度LFC、天气尺度环境场水平辐合的强度、垂直方向辐合高度、辐合持续时间有关。     

青藏高原东侧边坡地区一次强对流天气过程中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、FY-2E卫星云顶亮温资料、兰州多普勒雷达资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2018年7月18日发生在青藏高原东侧边坡地区的一次强对流天气的环流背景、物理量场和中尺度系统特征进行了分析。结果表明:从高原中部东移的高原槽为此次强对流天气过程提供了有利的天气形势,地面辐合线和地形抬升共同触发此次强对流天气;700 hPa低空急流输送的暖湿水汽及其在暴雨区的辐合为强降水的发生提供了水汽和不稳定能量,上冷下暖的平流输送进一步增强了大气不稳定度;镶嵌在MCS中缓慢移动的中-β尺度对流风暴是产生局地短历时暴雨的直接系统。     

黑龙江省α中尺度短时暴雨天气特征及成因分析

本文通过分析2017年8月6-7日高空、地面、自动站雨量等观测资料及NCEP FNL 1°×1°逐6 h再分析资料发现,本次短时暴雨天气过程是由于台风阻挡,低层低值系统移动缓慢,维持时间长且强度较强,配合低层暖脊及高空弱冷槽的不稳定层结条件和来自日本海洋面上的偏南水汽输送,在低压中心附近生成的α中尺度对流云团所产生的强对流天气,造成了黑龙江省南部短时间内暴雨级别的强降水。     

滨海新区2014-06-22强对流天气过程分析

依据常规高空、地面观测及雷达资料,对2014年6月22日滨海新区的强对流天气(短时强降水、冰雹)过程进行分析。结果表明:1)500 h Pa低涡位于40°N,滨海新区上游有冷空气侵入,并且700 h Pa和850 h Pa也有切变线存在,是滨海新区地区发生强对流天气的环流背景。2)对流层低层水汽充沛,探空CAPE、SWEAT等指数指示意义较好,存在较好的不稳定能量和弱的垂直风切变,尤其是地域性的海风过程提供了触发条件和底层水汽。3)雷达回波演变上可以清晰看到出流边界(阵风锋)和海风锋共同作用触发单体回波及单体发展、旺盛、消亡演变过程。该过程中,冰雹移动路径沿滨海新区地面辐合线(海风锋)呈东北—西南向移动,该路径是滨海新区的强对流天气常有的移动路径之一。     

2020年湖南两次典型混合型强对流天气过程对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料,对2020年3月下旬两次强对流天气过程（21—22日过程和26—27日过程）进行对比分析。结果表明：①两次强对流天气过程都有较好的动力、热气和水汽条件配合,高层辐散、低层辐合的环流配置有利于上升运动,热力不稳定层结强烈发展,加上有利的水汽条件,在高空低槽与地面辐合线等系统的触发下,导致混合强对流天气发生。②两次强对流天气过程均分为两个阶段,暖平流强迫类强对流和斜压锋生类,在暖平流强迫类阶段不稳定能量积聚很明显,并在斜压锋生阶段开始前得到一定程度的释放,两次过程斜压锋生类阶段的动力条件和水汽辐合较暖平流类阶段更强。③两次强对流天气过程均出现了冰雹、雷暴大风、短时强降水,“21日过程”西南急流发展更加旺盛,暖平流中心强度更强,垂直伸展高度更厚,热力条件更好,以雷暴大风、冰雹为主;“26日过程”冷空气势力更强,显著上升运动维持的时间也较长,有着更充沛的水汽供给,以短时强降水为主。④两次过程怀化沅陵县官庄镇19:00—20:00均出现冰雹,雷达回波均反映出典型的冰雹回波特征,“21日过程”较“26日过程”最大反射率因子更大,中气旋强度更强,垂直累积液态含水量(VIL)跃增更明显,值更大,中气旋扩展高度更高、高空辐散更强,因此冰雹直径更大。     

湖南汛期暴雨天气过程环流客观分型技术研究

利用2006—2014年4—9月湖南117例强降雨天气过程高空、地面观测资料,依据湖南省暴雨预报经验和方法,将强降雨天气过程分为低涡冷槽型、地面暖倒槽锋生型、副高边缘型、台风型、梅雨锋切变型和华南准静止锋型6种类型。在此基础上,以同期222个暴雨日当天08时20°—35°N、105°—120°E范围内500 h Pa高度场和850 h Pa径向风为参数,采用K-均值聚类法,通过反复迭代得到6类暴雨日客观天气型。结果表明:第1、2、6类暴雨日天气形势场特征和强降雨落区分别有60%以上与台风型、低涡冷槽型、地面暖倒槽锋生型强降雨过程的特征吻合;第3、4、5类暴雨日分别出现在2种或以上强降雨天气过程期间,其天气形势场和强降雨特点对应强降雨过程的不同阶段;6类聚类结果较为客观地反映了湖南省汛期暴雨的天气形势和降雨特点,分型结果可作为湖南汛期暴雨预报客观分型的参考依据。     

云贵准静止锋雾的中尺度环境场分析及短期预报着眼点

通过对1995—2010年贵州08时能见度资料及地面天气图的普查,选取76次云贵静止锋雾天气过程,分析了云贵高原东部贵州山区区域性静止锋雾的时空特征;利用高空和地面天气图,对天气环流形势和影响系统进行统计分析,总结静止锋雾的天气系统特征,并进一步以两次典型个例为代表,对两类典型静止锋雾展开详细的中尺度环境场分析,归纳静止锋雾短期预报的着眼点。研究表明,贵州区域性静止锋雾呈"西多东少"的分布特征,区域性静止锋雾的高空环流条件为多槽脊型、两槽一脊型、横槽型和一槽一脊型。短期预报重点考虑500 h Pa在100°E以西大多有南支槽存在,云贵高原上空存在中空急流;700 h Pa同样有急流存在;850 h Pa表现为切变或偏南气流影响,前者冷暖气流同时加强,静止锋活跃,水汽在低层辐合,湿层较厚,雾与降雨同时出现;后者出现在静止锋减弱期间,偏南暖湿气流增强,中低层暖平流加强。     

两种类型短时强降水形成机理对比分析——以甘肃两次短时强降水过程为例

利用"2014·06·18"和"2013·06·19"两次短时强降水过程的实况资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对比分析了发生在甘肃省中南部地区相同季节、相似气候背景下的不同类型短时强降水过程实况特征、天气形势配置、动力热力特征、云图及雷达特征。结果表明:两次过程雨强均较大,但"2014·06·18"降水过程分散性强、持续时间短,且伴随冰雹、雷暴大风等多种强对流天气,而"2013·06·19"降水过程区域性强、持续时间长。前者是发生在中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生,地面有冷锋活动形势下,是斜压锋生类短时强降水。后者是发生在低层强烈发展的暖湿平流中,暖湿平流对建立热力不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。不稳定指数显示前者不稳定能量大于后者,且存在一定的对流抑制能量,有利于强对流的发展。暖平流强迫类短时强降水湿层厚度高于斜压锋生类,而斜压锋生类短时强降水高层垂直风切变表现得更强。"2013·06·19"暖平流强迫类短时强降水云图特征为沿暖湿气流迅速发展北上的带状云系。"2014·06·18"斜压锋生类短时强降水则表现为与低空"人"字形切变相对应的逗点云系,云系的发展变化与形势场变化密切相关,是降水落区及其发展变化的重要原因。雷达反射率因子显示"2013·06·19"是积状云为主的混合性降水回波,回波梯度小,质心低。"2014·06·18"是层积云中分散着块状对流单体回波,回波梯度大,回波质心发展较高,回波强度可发展到很强。当50 d Bz强反射率因子核心区接近8 km高度,达到-20℃层高度,回波顶高也达到12 km时,有冰雹产生。     

2014年唐山市一次强对流天气过程分析

文章利用常规天气资料和NECP/NCAR再分析资料,对2014年8月3—4日唐山地区的强对流天气过程进行详细分析。结果表明:此次强降水天气是500h Pa贝加尔湖以南低槽与河套短波槽东移合并引起的,850h Pa切变线是造成此次暴雨天气的主要影响系统,地面辐合线是触发机制;台风外围暖湿气流输送是此次暴雨发生的主要水汽来源,低层充足的水汽输送和水汽辐合提供有利的水汽条件;低层维持暖湿、中高层干冷入侵增加了大气不稳定能量,是强对流天气出现的重要原因;低层辐合上升,高层辐散,高空急流抽吸、通风作用维持强对流发展;卫星红外云图、多普勒雷达基本反射率对对流单体,多普勒雷达径向速度对低层辐合线有很好的识别,对强对流天气预报预警有较好的指示意义。     

江西8种强对流天气形势与云型特征分析

利用1999—2009年红外云图、常规天气图、雷电和地面危险报等资料,针对江西62次强对流天气过程,在分析强对流天气发生时天气尺度影响系统的基础上,提炼了引发强对流天气的中尺度对流云带（团）发生发展的典型云型特征。结果表明：副热带高压边缘强对流云型、斜压扰动云系尾部强对流云型、地面倒槽中MCS、东风波（热带低压倒槽）、冷锋前强对流云带、冷锋前部的MCC、高空低槽后强对流云型、热带气旋及其外围飑线云带云型,这8种云型特征是构成江西强对流天气的典型云型。8种云型特征和低槽、切变、冷空气、东风波及热带气旋,高低空急流、副热带高压等影响系统的强弱、相对位置有密切关系。斜压扰动云系尾部强对流云型、冷锋前强对流云带、冷锋前部的MCC常常和低层较强空气活动有关,当500 hPa低槽经向度大,低层槽前暖平流显著时易出现斜压扰动云,其尾部出现强对流天气;β中尺度的对流云团易在锋前异常暖中心和不稳定中心合并发展成MCC。而高空低槽后部、副热带高压边缘、东风波这三型则和中高层干冷空气及中低纬天气系统相互作用关系较大,高空负变温或水汽云图的＂暗区＂移近低层辐合系统时,MCS发展。当高空出现辐散气流和辐散状卷云时,地面倒槽中的辐合线附近MCS强烈发展。热带气旋及其外围飑线云型则与台风的活动密切相关。斜压扰动云系尾部强对流云型预报指示性最好。     

鲁西北一次持续性暴雨成因分析

利用地面自动气象站、NCEP 1°×1°和FY2E反演T_(BB)等资料,对2012年7月31日—8月1日发生在山东一次持续的区域性暴雨进行分析和研究。结果表明,(1)在副高稳定的形势下,低层切变线、地面冷锋是造成暴雨的主要天气系统。(2)低层锋生强迫激发了非地转垂直环流,上升气流加强,雨强增大,上升支的建立到强降水开始间隔约6 h。(3)暴雨区925 hPa湿斜压项在强降水时为负值,其增强应为低层锋生作用造成的。雨区范围和雨强随湿斜压项增强而增大。(4)对流单体的生成和加强影响降水落区和雨强,增强的单体合并时雨强最强。T_(BB)中心区位于低层切变线与锋面右侧,强降水位于两者之间。(5)地面辐合线与T_(BB)中心基本重合,辐合线左侧气旋性弯曲处与T_(BB)中心区后侧的等值线梯度大值区位置一致,强降水则出现在两者重叠处。(6)干线与辐合线是此次强降水的重要中尺度系统,干线始终落后于辐合线,其分布对暴雨落区有一定的指示意义。     

“080527”湖北老河口短历时暴雨的中尺度天气成因分析

以2008年5月27日发生在湖北老河口的短历时暴雨为例,利用NCEP客观再分析资料,开展中尺度天气系统诊断分析。结果表明：干线、500 hPa冷温度槽、冷切尾部辐合区、中低层湿区及地面风场辐合线等中尺度天气系统的活动与暴雨发生、发展密切相关。干空气自北向南、自上而下侵入湿区,具有典型的湖北干侵入暴雨特征。干侵入使干冷空气与暖湿空气汇合上升,同时激发冷切尾部辐合区中的正涡度柱沿假相当位温锋区向上发展,配合地面中尺度辐合线,增强对流上升运动。500 hPa冷温度槽活动及干侵入造成垂直方向上对流不稳定,冷式切变线尾部由于冷暖平流、干湿平流交汇构成水平方向不稳定区,不稳定区受露点锋生扰动,从而触发强对流天气。中低层深厚湿区的维持和水汽辐合为老河口中尺度暴雨提供了水汽来源。     

2009年6月5日灌南县一次强对流天气过程分析

利用各种常规(探空)和非常规(自动站)资料对2009年6月5日灌南县的一次强对流天气过程进行了分析,结果表明:500 hPa冷平流和850 hPa暖平流增强了大气层结的不稳定性;地面冷锋和700 hPa切变线触发了不稳定能量的释放;强对流天气发生在700 hPa(前倾)槽和地面锋线之间的区域.     

长波调整背景下陕西关中东部强对流天气过程分析

利用常规高空和地面观测资料、FY-2E卫星云图资料、多普勒天气雷达及地面加密气象站资料,对2014年7月1日发生在陕西渭南的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:本次强对流天气过程是在500 h Pa长波调整过程中,冷空气不断从切断低压底部扩散南下,与中纬度中尺度切变线相互作用所致;垂直温度梯度大对渭南市强对流天气有较好的潜势预报意义;地形作用导致中低层风向垂直切变增强和地面小尺度辐合线形成。其中,垂直风切变的增强致使中层干空气卷入对流云团中,新鲜空气补充了云凝结核源,经过渭河之后,近地面气温升高、相对湿度增大,有利于冰雹转成短时暴雨。地面小尺度辐合线触发了不稳定能量进一步释放;强的垂直风切变和低层辐合共同作用,使对流云团增强,降雨强度增大。     

山西一次持续暴雨天气过程诊断与集合预报检验

利用气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2015年8月1—3日山西省中部一次持续暴雨天气过程进行诊断分析。在对欧洲数值预报中心(ECMWF)集合预报产品检验的基础上,采用联合概率方法,对暴雨集合预报进行改进。结果表明:(1)此次过程降水对流性特征明显,可分为两个阶段,第一阶段为锋前突发性暴雨;第二阶段,地面冷锋过境触发区域性强对流天气,再次造成暴雨。(2)低层辐合造成的较强上升运动使多个中尺度对流云团不断合并发展,是造成暴雨的直接因素。第一阶段,中低空辐合层深厚,高空抽吸作用强烈,降水率更大;第二阶段,低层动力和能量扰动更明显,降水更集中。(3)中尺度斜压诊断表明,第一阶段,低层湿Q矢量辐合和锋生作用出现多次增强,对流运动强而范围大,降水出现多次雨峰;第二阶段,中尺度系统斜压发展更强烈,但不稳定厚度减小,降水强度减小。(4)改进后的联合概率集合预报产品大概率范围与暴雨中心吻合。     

一次华南暖季高架雷暴的天气特征

利用常规气象观测资料、风廓线雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°分析资料,对广东暖季一次伴有短时强降水、强闪电和瞬时大风的强高架雷暴过程进行了分析。结果表明:雷暴发生在地面锋线以北200~400 km处,850 h Pa切变线、700 h Pa低空急流和500 h Pa西风槽前西南风动量下传致使低层风速脉动增强等是触发高架对流的有利动力条件。900 h Pa以下存在逆温层,850 h Pa暖平流加强了逆温层以上层结不稳定,垂直运动发生在逆温层以上,最大上升速度中心在700 h Pa及以上层次。水汽分布呈"上干下湿"状态,低层广东中南部存在明显的水汽辐合,水汽主要来源是孟加拉湾。另外,短时大风的出现可能与强降水粒子在较大环境风中的下沉拖曳作用有关。