青藏高原雷暴天气层结特征分析

青藏高原那曲地区夏季雷暴活动相当频繁,这种雷暴主要是受地形的影响,在地形的热力和动力作用下形成雷暴,但强度不大,最大反射率一般不超过4 0 dBz,相对云顶高度可伸展到1 0.0~13.0 km,强弱雷暴差别不大。雷暴持续时间大约为30 min左右,主要发生在13:00~19:00(北京时,下同)之间,峰值出现在16:00左右。此外,在晚上也有弱对流,最大反射率约为20 dBz。高原雷暴天气层结具有与平原雷暴完全不同的特征,一般为整层弱不稳定,高度可以伸展到100 hPa,整层不稳定能量不大,强雷暴CAPE值平均为782 J.kg-1,弱雷暴约为406 J.kg-1,分布较均匀,不出现能量特别大的不稳定层次。近地层相对湿度有“逆湿”现象,厚度约1~2 km,平均为60%~80%(雨季后)。无论是强雷暴天气还是弱雷暴天气都具有上述相似层结。这种层结可触发对流,发展高度很高,但强度不大,能量较小。这种特殊层结揭示了高原雷暴的特殊结构。雷暴的闪电频数可以表征雷暴发展强度,通常可以建立闪电频数与雷暴单一参量(云顶高度)之间的统计关系式,从而可以利用测量闪电频数来预报雷暴的强弱,但上述关系对于高原雷暴并不适用,必须建立闪电频数与多参量之间的综合关系。     

西北区东部一次雷暴天气过程的诊断分析

利用实况观测资料对出现在陕西地区2006年8月14日的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明:(1)此次雷暴过程的发生与500 hPa短波槽的东移发展以及副热带高压迅速南退有密切关系,同时对流层低层鞍型风场的存在有利于强对流云的发生发展;(2)雷暴过程前干暖盖的存在和维持有利于不稳定能量的聚积同时也抑制了水汽的垂直输送,不稳定层结的存在为雷暴的发展提供了重要机制.(3)动力学诊断分析显示,强PV中心的东移发展与此次雷暴过程密切相关,高空的强辐散和低空的强辐合是此次雷暴过程非常重要的动力学机制;(4)临近预报可分析临近站点温、压、湿风的垂直层结特征,参考上游站点的天气演变,密切监视雷达探测到的雷暴对流系统的移向、移速以及强度的变化做出合理预报.     

积云对流和冰雹天气不稳定能量的积累

根据Cho的研究结果,我们分析了强冰雹过程中不稳定能量演变的一种机制。指出,所谓雹暴天气过程层结能量的积累和释放,可能是层结的能量在z-t平面上非线性传播的结果,积云对流的垂直输送就是波动的传播速度。 资料分析表明,强雹暴天气过程中确实存在不稳定能量的演变。用上述理论所做的数值计算和实际资料很符合。     

大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。     

山东一次秋季罕见强雷暴成因分析

利用ERA5逐小时再分析资料、常规观测资料、FY-2G卫星资料、闪电定位资料及雷达资料对2019年11月2—3日发生在山东的强雷暴过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次强雷暴过程是高空槽东移,中高层干冷空气入侵和地面辐合线抬升触发低层不稳定能量释放造成的,这种上干下湿的大气层结特征,有利于雷暴发生发展。(2)850 hPa和500 hPa温差是秋季强雷暴生成的一个重要条件,当T_(850)-T_(500)≥26℃时,对雷暴发生十分有利;θse水平分布中高能舌的位置跟强雷暴发生的区域对应较好。(3)秋季强对流发生时对流云团高度较夏季偏低,TBB值较夏季偏高,此次雷暴过程发生时云顶温度TBB在-22～-32℃,强雷暴主要位于冷云盖前方TBB梯度大值区域内。(4)雷达回波中心反射率因子在45 dBz以上,1.5～5 km存在非常强的垂直风切变,对秋季雷暴预报有很好的指示作用。     

沈阳桃仙机场春季冷锋型雷暴与冷锋型大风合成对比分析

以1996～2005年逐年沈阳桃仙国际机场春季雷暴的天气演变过程相似资料为依据,采用合成方法,选取4个典型冷锋雷暴个例进行分析。结果表明:蒙古气旋前部的暖平流、大范围正涡度区和正涡度平流导致了我国沈阳地区不稳定层结的建立和加强;高空辐散和低空辐合为雷暴天气的发生和加强创造了动力抬升条件;高空具有高湿位势涡度值的干冷空气叠加在低层扰动上,有利于不稳定层结的加强和降水发生。与相似形势下只产生春季大风而未产生雷暴的4次大风个例天气过程的合成对比分析,结果显示:冷锋的伸展方向及沈阳上空深厚的辐散层和低空湿位势涡度的不同分布可能是产生雷暴和大风不同天气现象的主要成因。     

北京地区雷暴大风预报研究

利用NCEP1°×1°分析场资料,对北京地区2000—2005年夏季和2006年5—6月出现的30个雷暴大风日对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、大气可降水量(PWAT)、垂直速度(ω)、相对湿度(RH)和抬升指数(LI)等物理量平均场进行了研究。结果表明,在雷暴大风发生之前,CAPE有一个明显增大的过程,与之相对应,CIN有一个减少的过程。垂直速度和相对湿度垂直-时间剖面图显示,在雷暴大风发生前,对流层低层一般为上升运动,来自大气中、上层的干冷空气及其伴随的下沉气流有利于不稳定层结的增强;雷暴大风发生当日的20时,大尺度环境场为较强的上升运动控制,上升运动可达到对流层顶高度附近,与之配合,大气中层(600hPa左右)存在一相对湿度为70%的高值区,其中55%的相对湿度高度可伸展到300hPa,大气可降水量达到最大值,抬升指数最小;从22时左右开始,随着不稳定层结的破坏,500hPa以下逐渐转为下沉气流控制。通过与2004—2005年5—8月期间46个普通雷暴日和非雷暴日平均场对比分析还发现,大气可降水量对雷暴大风和普通雷暴有很好的指示意义,即普通雷暴要求大气中含有较高的可降水量,而雷暴大风则较低。认真分析不同类型雷暴大风多普勒雷达回波特征,尤其是多普勒速度图像是做好雷暴大风临近预报的关键。     

海南北部地区夏季一次夜间雷暴天气过程分析

正2019年5月24日海南北部地区的一次夜间雷暴天气过程发生在高层辐散、低层辐合的环流形势下,大气层结不稳定,大尺度抬升条件好,同时也具有较好的水汽条件;地面温度上升引起的海陆风效应,触发了此次夜间雷暴的发生发展;逆温层的存在起到了积累不稳定能量的作用。     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

一次暴雪过程的高架雷暴环境条件及雷达特征

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 h Pa,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_D...     

海南岛雷暴大风天气形势和环境参数特征分析

利用海南岛区域加密自动站资料和海口站探空资料,结合ERA-Interim再分析资料对2014-2018年海南岛雷暴大风的强度、时空分布、环流形势和物理量参数特征进行分析研究。结果表明:(1)海南岛雷暴大风主要出现在5-8月的午后到傍晚时段,最大阵风风速大部分在8级及以上。(2)雷暴大风的环流形势可以分为三类,即西南热低压型、季风槽型和冷锋型,其中季风槽型根据槽线位置可以分为华南沿海槽型和南海低压槽型。(3)西南热低压型雷暴大风的大气不稳定能量最大,上干下湿,垂直风切变较小;冷锋型的大气不稳定能量最小,上干下湿,垂直风切变最大;季风槽型的大气不稳定能量较大,整层较湿,垂直风切变最小。(4)季风槽天气形势下发生雷暴大风时,较容易伴随短时强降水天气,西南热低压型的雷暴大风风力比其他类型更大。     

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。     

山东夏季雷暴天气发生前期信号的分析

用NCEP1°×1°再分析数据、地面观测资料和高空探测资料,对2005年-2009年山东省夏季6-9月份的强对流雷暴天气发生的时、空变化特征及物理量场进行诊断分析。结果表明：夏季山东地区雷暴天气现象发生之前有较明显的下沉运动,下沉运动发生的时间在雷暴发生时刻前12-36小时左右,下沉运动发生的位置多在中高空700-500h Pa。在上升运动中,当300h Pa位势高度层上的垂直上升运动ω小于-0.76 Pa·s-1时,一般会有雷暴天气发生。雷暴发生的区域并不一定在不稳定能量为最大值的区域,当不稳定能量积累后,在适当触发条件下就会发生雷暴,而且周围聚集的能量也会辐合汇集到首先爆发的雷暴地区,维持雷暴的发生。     

贵阳龙洞堡机场一次雷暴天气过程分析

利用Micaps2．0要素场客观诊断分析资料，从雷暴发生的三要素(低层湿层、层结不稳定、触发机制)出发，对2004年5月27日龙洞堡机场的一次雷暴天气过程进行诊断分析，发现用上午08时的物理量场预报傍晚的雷暴具有一定的提前量，再配合雷达开机跟踪监视回波移动，可以做到准确预报。     

青藏高原那曲地区强对流天气的大气静力能量垂直分布

通过对那曲1979年6—8月大气静力能量垂直分布的分析指出,青藏高原上强对流天气的出现也需要有潜在不稳定能量,但这种潜在不稳定能量较小,层次较薄,建立和消失都较快。那曲夏季的大气层结存在着受高原上近地面层气温强烈日变化所制约的日变过程。     

浙北地区一次强对流天气过程分析

利用MICAPS系统T213资料和实况资料，结合雷达回波和卫星云图，对2002年7月16日发生在浙北地区的强对流天气过程的大尺度环流背景和物理量场进行分析发现：前期大陆副高南侧的来自西太平洋的偏东气流为强雷暴区提供了充沛的水汽和能量；江南地区在高空暖中心控制下，出现了大范围高温天气，形成高温、高湿的大气层；北方冷锋和阶梯槽携带冷空气南下冲击副高西北侧(浙北地区)的不稳定层结，使对流强烈发展起来，触发了不稳定能量的释放，为强雷暴的发生提供了动力抬升条件。     

关于雷暴持续时间的若干研究结果

彼斯科夫和契斯佳科瓦分析了四个航空站,1963—1970年夏季273天的雷暴资料。对其中有近雷暴和远雷暴的203天分别制作了层结曲线、状态曲线,统计了各种参数。他们将雷暴持续时间定义为近雷暴或远雷暴的放电间隔不超过半小时的持续时间,并且取四个航空站的最大持续时间进行分析。得出雷暴持续时间Δt与如下一些因素有关,现摘译如下: 1.持续时间(Δt)与状态曲线偏离层结曲线(T′-T)的关系: Δt随T′-T的增加而增加,起初增加很快,以后(当强的不稳定时)增加减慢。当负偏差时(T′-T4℃,雷暴     

2011年3月云南连续两次强倒春寒天气过程对比分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°6 h再分析资料,对2011年3月中、下旬云南两次强倒春寒天气过程(分别简称过程Ⅰ和过程Ⅱ)进行对比分析。结果表明,两次过程的影响系统不同,其造成的地面降温原因不同;垂直上升运动的厚度和强度不同,雨雪的强度和范围大小有明显差别。中低层水汽通量的增加和水汽辐合是云南大范围强降雪的必备条件,而降水对水汽通量和水汽辐合强度的要求低于降雪。过程Ⅰ水汽辐合发展高度高于过程Ⅱ,其无论降水还是降雪的强度和范围均超过过程Ⅱ。能量锋区附近不稳定能量水平梯度越大,能量积聚越多,其触发后强烈释放,带来的天气现象也越剧烈。倒春寒发生前,过程Ⅱ云南省的位势不稳定强于过程Ⅰ;倒春寒爆发后,过程Ⅱ的雷暴范围大于过程Ⅰ。低层露点锋抬升作用可触发中层强不稳定能量释放,等露点温度(Td)线分布区域对降雨(雪)及雷暴分布具有一定的指示意义。     

牡丹江地区“7.19”大暴雨天气成因分析

2017年7月18-20日牡丹江地区出现大暴雨并伴随强雷暴天气过程,本次降雨强度大、雷暴持续时间长,较为罕见。本文利用常规气象资料、自动区域站降水资料、相关物理量场及卫星云图资料,对2017年7月18-20日发生在牡丹江地区的大暴雨天气过程进行分析。结果表明:高空强冷空气的入侵,与低层的暖湿空气交汇,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结。地面冷锋和低层切变线的抬升作用,触发了不稳定能量的释放。低层水汽的辐合上升作用和海上低压的新生,为本次天气过程的发生发展及维持提供了充足的水汽。     

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明：此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。