5.6阵风锋过程形成机制探讨

通过综合分析2007年5月6日一次阵风锋过程的天气背景、多普勒天气雷达资料、自动站资料等,并结合2006年6月10日飑线过程,2007年6月28日窄带回波引发的大风过程,认为与大风相联系的窄带回波的产生,是由于冷暖气团交界面两侧的折射指数的突变,而导致对电磁波的散射或反射形成雷达回波.高空冷空气堆的下沉扩散是窄带回波形成的一个重要因子,其后并不一定有主体回波相伴随.而倾斜的下沉气流前侧不利于窄带回波的形成.     

北京及周边地区雷暴阵风锋特征统计分析

为全面和系统研究北京及周边地区阵风锋各方面特征,使用2006—2015年暖季(5—9月)北京多普勒雷达探测资料及北京、河北、天津自动气象站观测资料对北京及周边地区的阵风锋过程进行综合统计分析。结果表明,346次阵风锋过程有232次触发了对流,占总数的67%,表明阵风锋对雷暴具有较强的抬升触发能力。阵风锋在6—8月出现的日数占5—9月阵风锋总日数的85%;出现的时段主要是午后至傍晚(12—21时,北京时),维持时间0.5—3 h;阵风锋在北京东南方向生成的数量最多,且触发对流的次数也最多;其次为偏东和东北方向;偏南和西南方向生成阵风锋数量居中,而偏北、偏西和西北地区阵风锋个例相对较少,触发对流的比例也相对较低。产生阵风锋的母风暴中48%为孤立雷暴(包括孤立多单体和超级单体风暴),31%为雷暴群,21%为飑线;97%的母风暴最强回波在50 dBz以上,阵风锋的回波强度为10—25 dBz。91%的阵风锋移动速度集中在10—60 km/h,84%的阵风锋与母风暴的最大距离为1—60 km;在母风暴回波强度减弱到30 dBz以下时,80%的阵风锋能够继续维持的时间不超过2 h。阵风锋母风暴向东...     

乌鲁木齐国际机场一次阵风锋天气成因分析

利用常规天气资料、跑道自动观测资料(AW0S)、自动气象站资料、卫星云图、多普勒天气雷达等资料,对乌鲁木齐机场发生的一次阵风锋造成的大风和沙暴天气进行分析.结果表明:①阵风锋天气来临时,具有气压陡升、温度骤降、风向变化、风速突增、湿度增加等气象要素的演变特征,跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,多个时刻跑道水平风切变强度超过了强度标准值.②阵风锋天气是在500 hPa北支槽底分裂短波携带冷空气快速向东入侵渗透下出现的,大风沙暴发生在干线和地面风场辐合区附近,空中“干暖盖”的存在有利于不稳定能量的积累.③对流云团在东移过程中破坏了乌鲁木齐上空的逆温层,促使不稳定能量的释放,呼图壁至乌鲁木齐机场的大风沙暴天气就发生在TBB值梯度的密集带上.④阵风锋在雷达图中表现为强对流回波前方一条弱而窄呈南北向的带状回波,回波强度偏弱,速度场中形成了正负速度交界的辐合带.     

关中阵风锋环境场和雷达特征分析

利用高空、地面天气图,宝鸡多普勒雷达资料统计分析了关中地区7例阵风锋天气成因及雷达回波特征。分析表明:西北气流携带的中空干冷平流是强对流发生的有利条件,地面干线是强对流的触发系统,地面气温35℃以上高温且湿度20%～35%是阵风锋发生的有利环境。雷达回波上,阵风锋从初生、发展、加强到减弱的生命史为1～3 h,与雷暴回波由强(≥55 dBz)减弱(≤30 dBz)的过程一致。阵风锋移动速度与雷暴径向速度有直接关系,雷暴出流快速达到最大(17 m/s)时,阵风锋发展达到强盛时段,其强度、长度达到最大;阵风锋移动方向与雷暴移动方向大体一致,呈西北—东南向;少数与主体风暴移向垂直,为东北—西南向。阵风锋在1.5°仰角出现最早,关注识别1.5°仰角阵风锋窄带回波前兆可为发布大风预警提供依据。     

阵风锋自动识别与预警

根据阵风锋的回波特征, 该文设计了阵风锋自动识别算法。在速度场中,考虑辐合线识别;在强度场中,考虑窄带回波识别;根据窄带与辐合线的空间一致性,综合二者识别出阵风锋。基于该算法,以锋线闪烁和物理量输出两种方式实现了预警功能。最后利用地面自动气象站资料和2009年6月3日河南商丘、郑州及2009年6月5日安徽阜阳3个雷达站探测的阵风锋98个体扫样本资料检验了识别效果,并采用临界成功指数进行评估。结果表明:双向梯度法能有效滤除大范围降水回波而保留窄带回波;该算法只需考虑较低仰角层,大大提高识别效率。在速度场中采用的算法能有效识别出径向辐合线,同时也适用于低空径向风切变和辐合线的识别;利用临界成功指数对98个体扫样本进行识别率评估,识别率达到68.4%。     

湖南一次阵风锋形成机制探讨

应用多普勒雷达观测资料和自动气象站资料,对湘东地区一次春季阵风锋天气过程进行分析.表明:阵风锋是对流风暴产生的下沉气流达到地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象.阵风锋在多普勒雷达反射率和径向速度图上表现为一条狭窄弧线,回波强度偏弱,速度图上有辐合,阵风锋在强雷暴的发生、发展和维持起了相当大的作用,阵...     

四川盆地一次阵风锋触发的局地强对流天气雷达特征分析

应用自动气象站资料和多普勒雷达观测资料,对盆地南部一次阵风锋引起的局地强对流天气进行分析,结果表明：阵风锋是对流风暴产生的下沉气流到达地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象;阵风锋在多普勒雷达上表现为一条狭窄弧线,回波强度弱,速度图上有辐合,阵风锋与强雷暴的发生、发展和维持有促进作用;阵风锋过境会引起气象要素陡变,阵风锋经过的地方,强雷暴的产生地与地面风场辐合线的位置和温度槽线的位置有很好的对应关系,对短临预报预警的提前发布有较强的指示意义。     

一次夜间弓形回波特征分析

针对2012年7月13—14日一次发生在高空槽前暖湿环境中产生短时强降水和7—9级雷雨大风的夜间弓形回波系统,进行了天气过程分析和数值模拟,发现弓形回波系统由两个多单体雷暴合并发展,强降水特征明显,在弓形回波的弓形顶点经过的浙江北部的嘉兴到上海青浦、宝山等一线出现了长距离的直线大风。分析表明,在整层湿度较大的环境中,来自对流系统南侧的中高层干暖气流卷人,加强了雷暴中降水的蒸发冷却作用,导致雷暴中的下沉运动明显增强,是产生长距离直线大风的关键环境因素;弓形回波系统后侧维持向前、向下倾斜的后侧人流急流,与雷暴内的下沉运动共同作用增强了风暴前侧的气压梯度,是产生此次弓形回波大风的主要原因;强低空环境风垂直切变阻止了冷池快速离开风暴主体,弓形回波前侧的阵风锋与低层环境风垂直切变形成的匹配涡对使得前侧新生对流垂直发展,是该弓形回波系统发展、维持的关键机制。     

湖北雷暴阵风锋特征及其对流触发作用分析

基于2016—2021年湖北多普勒雷达及加密自动气象站资料,对湖北雷暴阵风锋特征进行分析。结果表明：(1)湖北阵风锋主要出现在6—8月,占总数的96%,其中8月最多;一天中主要发生时段为15:00—18:00(北京时,下同),峰值在17:00;大多数阵风锋持续时间为1.5～3.0 h;产生阵风锋的母雷暴中35%为多单体雷暴,40%为多单体雷暴群,25%为飑线。(2)阵风锋主要有5个生成区域,分别为省外、鄂东北、江汉平原、鄂西北的襄阳和鄂西南的宜昌,相同区域生成的阵风锋移动方向有较好的规律性。鄂东北生成的阵风锋最多,占总数的33%。(3)不是所有母雷暴及其阵风锋都能引发地面大风,69%的母雷暴和9%的阵风锋产生的地面极大风速大于等于17.0 m·s^-1。在多单体和多单体雷暴群中,母雷暴的回波强度越强,母雷暴及其阵风锋产生的地面大风概率越大,阵风锋产生的地面风速强度与其回波强度、空间尺度关系不大。(4)阵风锋有较强对流触发能力,91%的阵风锋在其后部、附近和前侧触发对流单体。母雷暴与其阵风锋反馈作用不同,对流触发与阵风锋的相对位置有差别,正反馈型大多在阵风锋后部触发对...     

一次强雹暴系统及其阵风锋的雷达回波研究

作者介绍了在一次强雹暴系统的雷达探测中发现的阵风锋回波带。讨论了阵风锋回波带的性质、结构及其成因，分析了它对雹暴回波系统的反馈作用，指出了其和经典模式中阵风锋的不同之处。提出了这次雹暴系统维持和传播的自激机制，并且探讨了阵风锋回波带在短时预报中的应用。     

渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成雷暴天气的诊断特征

对2007年8月13日天津多普勒天气雷达(CIN RAD WSR/98D)探测的雷暴天气个例进行分析,结果表明:此次雷暴天气是由渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成的;碰撞后,在海风锋前端、阵风锋前部有新的雷暴单体形成;阵风锋后部的对流回波主体加强,对流回波主体由椭圆状加强为典型的弓状。应用天津36个自动气象站的地面六要素资料和北京850 hPa以上探空资料,组成新的诊断资料,对该个例进行诊断分析,结果表明:雷达探测的海风锋前端具有较强的低层垂直风切变梯度和露点温度梯度大值区,海风锋前沿与0～3 km垂直风切变梯度密集区相对应,且与露点温度梯度变化较快的区域基本吻合;海风锋与阵风锋相互碰撞时,0～3 km垂直风切变在2 h内变化较快,且有明显的增加趋势,CAPE(convective available potential energy,对流有效位能)值在雷暴形成前有较明显增加;随着雷暴天气结束,上述特征随之消失。     

咸阳机场一次阵风锋的探测和自动识别

利用西安多普勒雷达观测资料、NCEP再分析资料和自动气象站资料,对2016年6月4日发生在咸阳机场附近的一次阵风锋天气展开研究。这次过程是由蒙古低涡主导,低涡后部的冷空气南下触发对流引起的,阵风锋过境时咸阳机场产生了2.2mm降水和19.7m·s^(-1)的大风天气,多架次航班受到影响。从雷达回波的分析发现,这次阵风锋的特征表现为,生命史2h左右,回波强度5~25dBz,长度约70km,平均移速达49.7km·h^(-1),伴有明显的窄带回波和辐合线。对雷达基数据进行质量控制后,设计了自动识别软件,在强度场上利用双向梯度算法,以及速度场上使用Shear参量算法,根据窄带回波和辐合线的空间一致性,对该阵风锋的位置和强度进行识别。最后利用临界成功指数对这个软件进行评估,本次阵风锋的识别率达到83.33%,表明该软件能够识别阵风锋,可在业务中使用。     

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。     

我国阵风锋类型与产生机制分析及其主观识别方法

文章总结了近些年我国学者对阵风锋所开展的相关研究,阐明了阵风锋的空间结构、类型及其特征,探讨了阵风锋窄带回波的形成机制,提出了阵风锋的主观识别方法,结果表明:从雷达探测资料分析,可将阵风锋分为两类,一类是雷暴母体静止型阵风锋,一类是雷暴母体运动型阵风锋,而前者还可以进一步分为两个子类型。阵风锋类型不同,阵风锋对雷暴母体的反馈作用也截然不同。阵风锋窄带回波的形成可概括为两种机制:第一种是大气折射指数梯度脉动导致的布拉格散射(Bragg Scattering),第二种是由昆虫对雷达波的粒子散射(Particle Scattering)导致。利用阵风锋雷达强度和径向速度回波特征,可以识别阵风锋的位置和范围,并对其外推做出预报。由于阵风锋是低层大气现象,所以需要应用较低仰角的雷达资料来识别。利用阵风锋雷达回波特征,配合气象卫星高分辨率可见光云图上呈现的中尺度对流云团和弧状云线的变化,结合地面中尺度观测网资料,可以综合识别阵风锋的形成、发展和消散。     

雷达强度数据中的阵风锋特征统计和自动识别

利用江苏南京2009-2012年天气雷达数据结合地面自动站风场资料分析江苏沿江地区阵风锋变化特征、阵风锋弧长与移速关系,及其在雷达反射率因子图像中呈现的总体、局部特征,详细分析了三种窄带回波回波带反射率因子分布特征。通过设计反映回波带平坦性的计算方法实现定量分析窄带回波分布异同功能。根据回波带径向波形特征判断径向波形的波宽、波峰个数、波峰阈值和波形双边梯度等特性,实现阵风锋径向波段识别。在对反射率因子图像预处理基础上,结合回波平坦性测试方法和阵风锋径向波形识别算法达到自动识别阵风锋回波的目的。识别效果表明:回波带平均值5 d BZ的独立阵风锋回波识别准确率达87%以上,回波带平均值10 d BZ的混合型阵风锋回波识别准确率达89%以上。对弱阵风锋识别成功率仍较低。     

一次阵风锋的观测实例和分析

应用多普勒雷达观测资料和自动气象站资料,对2007年7月31目发生在陕西中部一次阵风锋天气过程分析,结果表明：阵风锋的强度为15-25dBz,生命史可达3h以上;阵风锋上有风向和（或）风速的辐合;阵风锋一般都对应边界层的弱辐合线,弱辐合线的演变与对流风暴和阵风锋的发生、发展、消亡密切相关;阵风锋过境时无降水产生,但会引起阵风涌升和产生灾害性大风;阵风锋可以作为未来目标区域大风预警的重要参考指标;阵风锋是触发新对流的因子之一。     

一次阵风锋主导的雷暴大风过程雷达回波特征分析

利用常规资料、自动站加密资料、探空资料、ERA5再分析数据及多普勒天气雷达资料,对2021年4月30日影响浙北沿海的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:(1)此次过程发生在高空冷涡及其槽后强劲的西北急流背景下,低空切变线和地面辐合线共同提供了抬升触发条件。(2)适当的对流抑制能量CIN、相对较低的自由对流高度LFC和较高的对流有效位能CAPE有利于形成上冷下暖的不稳定层结,深厚的垂直风切变配合中层干空气夹卷,使得强对流天气进一步发生、维持和发展。(3)此次阵风锋发展经历了3个阶段,产生阵风锋的雷暴主体发展强烈并引起地面大风时,存在强回波中心高度快速下降、后侧中层强入流、径向速度辐散场及速度模糊等特征。(4)强冷空气堆下沉形成气压梯度密集区和风温湿切变易造成雷暴大风天气,负变温中心及正变压中心对强对流有一定指示性。(5)阵风锋过境时常出现气压陡升、风速加大、风向突变、温度骤降,由于雷达观测距离限制,预报员需前期分析潜势,结合自动站要素与雷达信息共同研判。     

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。     

MIGFA阵风锋识别算法改进与检验

根据南京CINRAD/SA天气雷达探测的江苏沿江地区阵风锋回波特征,对MIGFA(Machine Intelligence Gust Front Algorithm)阵风锋识别算法进行改进:在考虑平滑算法使用和低仰角数据融合的基础上,根据阵风锋回波特征,改进了0.5°反射率阵风锋细线函数模板,设计了较高仰角(1.5°/2.4°)反射率阵风锋细线函数模板,引入1.5°和2.4°双层反射率阵风锋细线函数模板替代原空间差分反射率函数模板。考虑阵风锋特征与距离测站的关系,设计了动态权重函数组合多组得分值,从而有效识别阵风锋回波。在此基础上通过弧度判断和阵风锋回波平坦度测试的方式,进一步降低虚警率。最后利用2009年6月14日南京雷达阵风锋个例进行效果识别,并采用临界成功指数对南京雷达120个阵风锋样本进行效果评估。结果表明:改进的MIGFA法识别效果良好,将临界成功指数从0.39提高至0.60,引入降低虚警率的做法使得虚假警报率从0.34降至0.16。     

一次强雷暴阵风锋和下击暴流的多普勒雷达特征

利用江苏盐城多普勒天气雷达资料结合自动气象站和常规观测资料对2007年7月25日苏北兴化等地的一次雷雨大风过程进行了分析.结果表明:风灾是由两种不同类型的雷暴大风产生的.一种是阵风锋,产生于风暴前沿,影响时地面产生7～9级大风.另一种是下击暴流,产生于多单体风暴中,其反射率因子核初始高度高于-20℃等温线高度,有中层径向辐合和反射率因子核下降的特征.影响时风暴内部下沉气流在地面强烈辐散,产生10级以上的大风.阵风锋上空有新生单体合并进原风暴,风暴发展加强;当下击暴流产生、风暴减弱后,阵风锋上又有新生单体补充进原风暴,导致下击暴流连续产生,阵风锋持续影响.