锋生切变型强对流概念模型在浙江中西部“3·21”过程中的应用探究

利用ECMWF 0.25°×0.25°再分析资料,对照浙中西的强对流概念模型,对2019年3月21日发生在浙江中西部地区(简称"浙中西")的一次雷暴大风为主的强对流过程(简称"3·21"过程)进行诊断分析、经验总结。结果表明:该过程符合浙中西锋生切变型的强对流概念模型,出现该过程的环境条件是700 hPa西南急流脉动、850 hPa偏北和偏南两支气流强烈发展、地面低压倒槽和低层湿舌增强;探空曲线表现为上干下湿,对流层中层有明显的干侵入,大风指数I_w、对流有效位能 (Convective Available Potential Energy, CAPE)和500 hPa以下垂直风切变异常偏强形成动力强迫;对比不同强对流天气有不同的预报着眼点,设定阈值或可提高预报警报效率,如雷暴大风天气大风指数I_w > 18.5 m·s^-1、CAPE> 1 700 J·kg^-1、500 hPa的相对湿度小于46 %,冰雹天气则0 ℃层、-20 ℃层高度低于4.6 km和7.6 km且850 hPa与500 hPa气层温差高于26 ℃等,深刻理解该类强对流概念模型,是做好此类致灾性强对流潜势预报的关键点。     

南充雷暴大风天气学概念模型和环境物理量分析

利用1981～2016年气象常规观测和自动站资料对南充大风的基本气候特征进行统计分析,重点探讨不同类型区域雷暴大风的天气系统配置和环境物理量基本特征。结果表明：(1)南充雷暴大风按照形成原因主要分为高空冷平流强迫类和斜压锋生类,按落区出现情况分为全市型、东部型和西部型,东部型雷暴大风主要由高空冷平流强迫所致,全市型和西部型雷暴大风过程则多为斜压锋生所造成。(2)斜压锋生类雷暴大风主要发生在显著冷暖平流导致的斜压锋生与锋面动力强迫共同作用的形势下,高空冷平流强迫类则主要是高空强干冷平流的作用。(3)雷暴大风过程发生前大气环境呈上干下湿、湿层浅薄或为“喇叭口”形态,对于不同类型雷暴大风过程发生前的环境物理结构不同,斜压锋生类雷暴大风产生时大气环境多为明显斜压特征,高空常伴有强锋区,低层不稳定能量大,因此热力因子比较重要。高空冷平流强迫类主要发生在川陕槽后强烈冷平流形势下,水平风垂直切变大、要求低层增温快,故热力和动力因子都重要。     

2023年4月3—5日江西一次强对流天气过程成因及预报分析

利用自动站、多普勒天气雷达、FY-4A/AGRI亮温数据等观测资料、ERA5再分析资料以及业务模式预报资料,对2023年4月3—5日江西一次强对流天气过程进行天气学诊断分析和模式预报与观测对比分析,以期揭示雷暴大风的成因和南部暖区暴雨的发生、发展机制,并分析其预报不确定性。结果表明,江西北部雷暴大风过程与中层的干侵入、冷池出流和环境风叠加有重要关系,而夜间边界层急流的维持和“喇叭口”地形的辐合抬升是触发江西南部暖区暴雨原始对流的关键机制。水汽通量持续在江西南部辐合,有利于南部强降水的长时间维持,同时截断了自南向北的水汽输送,破坏了江西北部和中部的对流不稳定层。进一步的预报不确定性分析表明,此次暖区暴雨过程具有较低的可预报性,大多数模式漏报了暖区对流的触发,少数中尺度模式即使预报出部分对流触发,在对流发展阶段也显示出与实况较大的差异,如雨带过早与锋面暴雨云团合并,应从非常规观测资料的应用和数值模式的提升等多方面改善此类过程的预报质量。     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

使用常规观测资料、区域自动站资料、多普勒天气雷达资料、风廓线雷达产品以及GFS (Global Forecast System)0.5°×0.5°再分析资料,分析了2018年3月4日江西极端雷暴大风过程的中尺度特征及其成因,并探讨了该过程的极端性。结果表明:(1)该过程由强飑线横扫江西造成,飑前低压、飑锋、雷暴高压、尾流低压特征清晰。(2)飑线系统进入江西后强烈发展的有利环境条件:低层强暖湿平流、中层干空气、地面增温、低层增湿形成了"上干冷、下暖湿"异常不稳定层结;中层低槽东移、多层急流叠加、地面辐合线共同形成强抬升条件;中低层强的风垂直切变使得飑线生命史延长。(3)飑线与引导气流交角增大,移速异常加快;鄱阳湖地区平坦地形和丰富水汽都可能对地面大风产生增幅作用。(4)南昌站地面低压、下沉对流有效位能(DCAPE)、850 h Pa与500 hPa温度差、925—1 000 h Pa风垂直切变等物理量极端异常,与其多年旬平均差值超过2σ(σ为均方差),对极端雷暴大风潜势预报有一定的指示性。另外,风廓线雷达产品1.0 km以下大风速区提前雷暴大风30 min出现,高层折射率结构常数(C_n~2)大幅跃升提前雷暴大风10～20 min出现,均对其临近预警有一定的参考价值。     

两次台风外围强对流大风天气对比分析

【目的】为提高台风外围强对流大风预报预警能力。【方法】利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料等对2个差异较大的台风在广西造成台风外围强对流大风天气的环流背景、环境条件和雷达回波特征等进行对比分析。【结果】前者的主要影响系统是副高南侧边缘和台风西北侧偏东气流中的东风波动,后者的主要影响系统是台风倒槽,受台风外围环流影响,近地面层风的辐合有利于对流触发。较好的水汽条件和不稳定层结为其发生发展提供了良好的环境条件,2次过程的触发机制略有不同,辐合线位置的差异导致对流初生位置的不同,影响广西的范围也不同。【结论】CAPE值和DCAPE(600 hPa)值等的差异预示着前者对流发展潜势强于后者,所伴随的天气现象也有所不同。雷达回波上的弓形回波和后侧入流急流带来大风天气,大风出现前回波顶高度和最大反射率因子高度不断下降,对大风的出现具有较好的指示意义,单体移速的不同导致大风出现的强度也不同。     

四川盆地一次极端大风天气过程成因及预报着眼点分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星云图、多普勒雷达产品、闪电定位资料、自动气象站资料等,分析了2015年4月4日傍晚到夜间发生在四川盆地的极端大风天气过程。分析指出:本次雷暴大风过程是由冷锋对暖湿气团的强迫抬升及干冷空气进入暖湿区域触发形成.中空干层、大的温度直减率、高低空急流耦合区、低层温度脊附近是利于极端雷暴大风出现的潜势区域。该区域为雷暴形成提供了条件不稳定、水汽、动力抬升等有利环境条件。冷空气首先从盆地西北部中低层入侵,在低层切变线上触发生成了一系列雷暴单体,在最有利于对流发展的潜势区域迅速发展。潜势区域中线状回波北段的中尺度涡旋环流、前侧入流和后侧入流的相互作用形成单体弓形回波,该弓形回波具有比普通雷暴更高的反射率因子、垂直液态含水量.根据雷达回波演变特征推断,本次极端大风是由单体弓形回波带来的湿下击暴流所导致。弓形回波中高反射率因子的高度连续下降意味着下沉气流伴随降水粒子下降,干空气被夹卷进入下沉气流使得雨滴被迅速蒸发,大大加强了下沉气流强度,因而显著增加了大风强度。分析还指出:通过分析对流发展背景条件,确定最有利对流发展的潜势区域,关注该区域中回波的生成、形态特点、演变特征,可提前预警大风天气。     

相似预报法在关中西部强对流预报中的应用和检验

相似预报方法是一种基于历史相似个例的预报方法,在综合考虑天气发生的环境场和气候场的条件下,可实现高时空分辨率强对流天气的客观预报。利用2016—2019年5—9月宝鸡市自动气象监测站逐小时观测资料及ECMWF细网格0.25°×0.25°模式预报资料,应用相似预报方法对宝鸡市2020—2021年5—9月短时暴雨和雷暴大风天气进行预报和检验。结果表明：短时暴雨平均预报成功率和预报成功指数分别为0.852和0.304,14—20时预报效果最好;雷暴大风平均预报成功率和预报成功指数分别为0.837和0.254,20—02时预报效果最好;两类强天气漏报率均低于0.33,空报率均在0.75以下;相较配料法,相似预报法对两类强天气的预报准确率和预报成功指数均有较大提升,且空报率和漏报率也明显降低,能够较好地预报出短时暴雨和雷暴大风未来24 h的对流潜势,在宝鸡地区表现出更高的适用性。     

新一代天气雷达产品在阿克苏大降水预报中的应用

利用新疆阿克苏CINRAD／CC多普勒天气雷达的探测资料，在新疆气象局新一代天气雷达网络应用软件和CINRAD PUP软件产品的基础上，分析研究了2003年11月5～7日发生在阿克苏地区的大降水天气，得出：此次天气的强度场、速度场、垂直剖面结构具有积层混合性降水回波与层状云降水回波的特征，低空偏东急流、暖平流中尺度系统和速度场分布对强降水的定时、定量、定点预报具有明确的指示意义。     

极端天气指数在强对流天气中的应用及检验

数值预报特别是集合预报技术大大提高了对极端天气的预报能力,目前对于温度、风、降水等要素,欧洲中心基于集合预报产品计算的极端指数产品为其极端性提供了定量化依据。但目前尚没有应用于业务预报的强对流天气极端指数产品,本文统计了与强对流天气密切相关的物理量,并计算了其极端天气指数,统计了极端天气指数在不同强对流天气中的阈值分布。结果表明,极端天气指数与强对流天气有密切的关系,且不同类型的强对流天气极端指数的分布和阈值具有各自的特点。基于上述结果,利用极端指数和模式降水资料,使用支持向量机方法,建立了不同类型强对流天气的客观预报方法,为业务预报极端强对流天气提供客观支持产品。     

溃变原理-结构分析法在强对流天气中的应用

溃变原理[1]-结构分析法是欧阳首承教授经过三十多年的潜心钻研,研究出来的一套新的理论和方法.其核心就是要充分利用非均匀或不连续的真实信息,来预报天气演化的转折性变化,而天气演化的实质,既是大气涡旋转移式的演化.在天气预测的分析中,以涡动的旋矢性、风矢的不连续性、超低温和反序量[2]构成结构分析体系,在天气的转折性变化和雷暴、暴雨、大风等强对流天气的预测中取得了成功."旋矢性"是通过分析某个测站垂直方向上整层风矢的顺时针或逆时针滚流结构,来判断天气的转折;"超低温"是通过分析对流层顶或平流层底大气的超低温现象,即位温随气压的下降而陡然降低或不变,来预测灾害性天气;通过分析风场的不连续带来确定"次涡旋";"反序量"即按照风、湿、温、压的顺序,而非压、温、湿、风的顺序分析信息,提前抓住溃变信息.     

相对广义温度平流在强对流天气分析和预报中的应用

利用１９９４年４月６－７日发生在鄂、赣、皖交界地区的强风暴过程和８次历史个例，对其前一日资料作了温度平流和广义温度平流的计算分析。分析指出：广义温度平流上下层之差的负值中心附近是未来较强对流天气最可能出现的地区。     

溃变原理—结构分析法在强对流天气中的应用

溃变原理[1]－结构分析法是欧阳首承教授经过三十多年的潜心钻研，研究出来的一套新的理论和方法，其核心就是要充分利用非均匀或不连续的真实信息，来预报天气演化的转折性变化,而天气演化的实质，既是大气涡旋转移式的演化。在天气预测的分析中，以涡动的旋矢性，风矢的不断续性，超低温和反序量[2]构成结构分析体系，在天气的转折性变化和雷暴，暴雨，大风等强对流天气的预测中取得了成功。“旋矢性”是通过分析某个测站垂直方向上整层风夭的顺时针或逆时针滚流结构，来判断天气的转折；“超低温”是通过分析对流层顶或平流层底大气的超低温现象，即位温随气压的下降而陡然降低或不变，来预测灾害性天气；通过分析风场的不连续带来确定“次涡旋”；“反序量”即按照风，湿，温，压的顺序，而非压，湿，湿，风的顺序分析信息，提前抓住溃变信息。     

河西走廊西部一次极端大风天气过程3次风速波动的动力条件分析

利用自动气象站、高空探测和NCAR/NCEP再分析资料,对2017年5月1-3日河西走廊西部极端大风天气的影响系统、3次风速波动和动力条件等方面进行了分析。结果表明:在阻塞高压发展加强和冷涡的异常南压作用下,冷平流和动量下传是河西走廊西部持续大风形成的关键因素;第一次大风波动主要与地面变压风有关,动量下传在第二、三次大风波动中起重要作用;在高空急流入口区中心及左侧伴生的下沉运动能有效将高空动量下传到500 h Pa,低层不稳定层结发展的动量交换作用和热力、动力条件下所产生的垂直运动使中低空动量下传至近地面;前倾槽所形成的涡度平流上负下正结构极有利于动量下传,垂直方向上涡度平流梯度越大、梯度大值中心越低,越容易引发河西走廊西部近地面极端大风。     

垂直能量螺旋度指数及其在槽前型雷暴大风预报中的应用

引入垂直能量螺旋度指数( VEH ) 的概念并分析其物理意义,同时采用NCEP 1°×1° 再分析资料和MICAPS重要天气报文资料,将该指数应用于2009 年7 月4—7 日华北地区一次槽前型雷暴大风过程的预报中;在此基础上,利用华北地区2008 —2009 年夏季4 次槽前型雷暴大风个例,对该指数的普适性进行验证。结果表明,该指数反映了气块在螺旋上升过程中释放不稳定能量的能力,是诊断和预报槽前型雷暴大风的有效指数;并将该指数应用于一次华北典型槽前型雷暴大风的预报中,通过对比其它指数,证明其有效;用14 时的VEH 指标,预报20 时前的雷暴大风天气,这种天气一般在VEH 超过1.4 J·m·kg^-1·s^-2的3～6 h 之间出现。     

集合预报在渤海极大风预报中的应用

利用2015年2月至2018年2月地面气象常规观测中逐小时极大风及欧洲中期天气预报中心集合预报中6 h极大风预报数据,选取渤海海域代表站点,对集合预报极大风产品进行预报误差特征分析。分析表明:集合预报极大风产品的离散度明显偏小于均方根误差,各个预报成员的预报结果集中与否并不能反映出预报可信度。受模式预报能力所限,无法简单通过集合预报选取出最为可信的预报结果。集合平均、第75%分位值、最大值在极大风预报中各有优劣,因此基于以上三个统计量及不同量级风速发生的频率建立了渤海极大风预报客观订正方法,试验对比分析表明,该订正方法可以使极大风预报准确率有效的提高,为大风天气过程预报提供重要参考。     

强对流天气分析与预报中的若干基本问题

使用探空观测资料、NCEP再分析资料及多普勒天气雷达产品等多种气象资料,对2015年4月3日湖南出现的一次大范围不同类型强对流天气过程进行了分析,结果表明：强对流天气过程发生前大气环流出现明显调整;低空西南急流的发展加强、中层干冷空气的卷入为大范围强对流天气提供了有利的环境条件;高层辐散、低层辐合的抽吸作用及气旋性切变、湿斜压强迫作用,是湘东北发生混合对流和极端强降水的主要原因。汉寿在逆温层之上暖湿气流抬升和强垂直风切变作用下产生的冰雹,具有高架雷暴特征。新晃具有较高热力不稳定,在冷暖空气交汇时产生冰雹。雷达产品分析表明,冰雹、雷雨大风发生时分别具有典型的三体散射与中高层较强辐散特征,而短时强降水发生时具有低质心和高效降水效率及列车效应特征。

     

郑州局地强对流天气的形成机制与预报方法

应用常规报文和1°×1°的NCEP再分析资料.采用天气学分析和物理量诊断方法,对2004年郑州市出现的4次强对流天气的天气形势、单站要素特征和一些物理参数进行了深入的分析.结果表明:西北气流或华北低涡时,存在着低层辐射增温和高层冷平流降温这一对流不稳定能量迅速增强的机制,有利于对流天气发生.地面提前1～3 h出现的中尺度辐合线是强对流发生的触发机制.单站θse的垂直空间分布特征、大气排熵指数、垂直风切变、大气可降水量等参数的量值可判断强对流天气的类型.     

“CMA北京模式”中三种不同阵风诊断方案在北京地区大风预报中的评估

数值模式预报是阵风预报的重要途径之一,对“中国气象局北京快速更新循环数值预报系统（简称CMA北京模式）”中AFWA、UPP、IUM三种阵风诊断方案在北京地区大风预报中的性能进行了分析评估。两次大风过程的分析以及各季节大风预报的批量试验检验结果显示:三种方案的阵风预报存在明显差异,IUM方案的阵风预报能力优势明显。IUM方案对冷空气大风和雷暴大风预警都有较好的指示意义。其对2020年3月18日冷空气大风过程中大风起始时间、大风区位置和演变以及过程极大风速均有较好的预报效果,对2020年8月2日雷暴大风过程中大风区范围预报偏大且位置存在偏差,但对大风预警的指示意义最强。IUM方案的阵风风速预报整体偏强,但对各个季节达到或超过5级阵风的等级预报较为准确。总体而言,IUM方案对北京地区大风预报性能较好,基于该方案制作的阵风预报产品可为大风预报提供有力支撑。      

强对流天气分析与预报中的若干基本问题

大量的预报业务人员对强对流天气中的大多数基本概念和基础理论＂即熟悉、又陌生＂,这是造成强对流分析、预报过程中许多概念和理论被滥用,预报思路不清晰的重要原因。针对上述问题,本文从预报实践的角度讨论了与强对流有关的基本概念、基础理论以及它们在实际强对流预报中的应用问题。内容包括：湿度与水汽质量的关系,冷空气在降水过程中的作用,与静力不稳定、动力不稳定有关的基本理论,探空分析与不稳定参数,螺旋度、湿位涡理论与不稳定的关系,抬升速度、辐合线与对流垂直运动的关系,天气系统空间结构与强对流现象之间的内在关系等。     

阵风锋在短时大风预报中的应用

应用石家庄及周边县（市）风自记、多普勒雷达等短时高频资料,对2005年5—8月石家庄出现的短时大风及其与阵风锋、对流降水关系进行统计,侧重分析了2005年6月17日强对流性雷雨云外围产生的阵风锋造成的雷雨大风过程。结果表明：阵风锋在雷达反射率因子图上表现为强对流回波前方近地层的条状或孤状弱窄带回波;在径向速度图上表现为风向、风速急剧变化的辐合带区域;速度图中的风辐合最强处与强度图中阵风锋回波位置相符,并且与风速演变曲线中的峰值有很好对应;阵风锋移向和移速提前预示了主体对流回波传播方向、强对流天气的强弱以及短时大风的时空分布,从而为灾害性天气的短时及临近预报提供参考依据。