一次飑线内MVs和后向入流对地面大风形成影响的模拟研究

通过实况资料以及WRF模式对广西地区的一次飑线过程进行数值模拟,根据模拟结果对飑线内中尺度涡旋MVs(Mesoscale Vortices,MVs)和后向入流与地面大风的成因关系进行了分析。通过涡度收支和涡线分析得出,弓状回波中存在东西涡旋对,其生成主要是散度项造成,中间相对弱的反气旋涡旋是涡线拱起产生的水平涡度向垂直涡度转换引起。通过计算正负涡旋对引起的旋转风从而量化了涡旋对对地面大风的贡献。结果发现,本次过程中涡旋对引起的旋转风在地面大风中占有较大比重,约40%～50%。当去除涡旋对引起的旋转风时,地面大风的强度减弱,位置偏移。由三维流线可以看出后向入流的下沉是产生地面大风的另一个影响因子。通过对浮力加速度和动力加速度进行诊断发现,后向入流的下沉主要是由于负的浮力加速度引起,水平方向的密度不均匀是负浮力加速度产生的主要因子,但在风速突然加强时,动力加速度也有明显的影响。     

桂林"97.8.1"强对流大风的综合分析

从天气形势、能量场的角度分析了"97.8.1"强对流大风形成的原因,并分析了螺旋度与强对流的关系.认为螺旋度对强对流天气的发生发展有一定的预示作用.     

一次后向传播强对流暴雨过程的综合分析

利用多普勒雷达、风廓线雷达以及NCEP0.5°×0.5°再分析资料,对2013年6月24日发生在浙江北部、造成杭州严重城市内涝的一次局地大暴雨过程进行了分析,结果表明,大尺度天气背景非常有利于强对流天气过程发生;特殊的传播路径是造成局地大暴雨的主要原因;对流降水系统质心低,40~55dBz强度的回波是造成强降水的主要因子,边界层辐合带触发的线状风暴具有明显的突发性,强回波集中在近地面层,并长时间的停滞是单点大暴雨发生的重要原因。     

造成阿图什地区春季大风的地面影响系统分析

对造成阿图什地区1980年──1989年10年中3──5月96次大风天气个例的影响系统进行了分析归纳，得出造成大风的影响系统有6种高压类型，同时对应普查了塔里木盆地的系统，得出有两种情况，一种为热低压，另一种为均压场。并从表征高压和低压的范围、强度及其变化等特征出发，选择了有明显物理关联的高压或低压的出现范围、中心数值、闭合圈数、中心数值的变化、移向、移速以及一定区域的等压线梯度（条数）和有无冷锋等角度进一步阐述了高压或低压的特点及变化情况，用于分析总结各种类型影响系统的不同特征。     

青藏高原东北部一次罕见强对流天气的中小尺度系统特征分析

2016年8月17-18日青藏高原东北部出现了罕见的大冰雹、短时暴雨、雷暴大风等强对流天气。运用常规观测资料、NCEP再分析资料、葵花静止气象卫星、多普勒天气雷达等观测资料分析了此次强对流过程的大气环境场和中小尺度对流系统的发生发展和对流传播机制。结果表明:西太平洋副热带高压北抬明显,属于低层暖平流强迫型。水汽输送主要来自南海。维持较长时间的弱冷锋是强对流的地面触发机制;对流云团逐渐演变为MCC,对流传播整体具有沿着河谷往层结不稳定区的正向和往低层入流风的反向传播的特征。河谷地形是影响对流移动和传播路径的关键;强对流风暴单体生命史均较长,强降雹单体为类超级单体和普通多单体,强降水回波属于多单体线状对流。降雹单体整体比降水单体发展得更强,变化幅度更大,尤其是垂直累积液态水含量的变化更剧烈。强对流开始前单体垂直累积液态水含量均是先增后降;几处局地雷暴大风是由雷暴云团内弱降水在较厚的环境干层蒸发而显著降温所产生的较大负浮力或由线状对流中强降水拖曳导致的强下沉辐散气流造成,雷达回波具有质心急剧下降或中层径向速度辐合特征。     

基于最大熵原理的强对流大风灾害致灾能力指数研究

选取四川省强对流大风灾害天气个例,利用2009~2019年自动气象站2min平均风速数据,基于最大熵原理,推导出表征强对流大风灾害天气过程时间、空间、强度的概率分布函数。根据其分布函数,确定可以完整表征强对流大风灾害天气过程时间、空间、强度的气象参量。利用灰色关联度法,以强对流大风灾害的直接经济损失为参考,计算气象参量关联度,确定参量权重,构建出表征强对流大风灾害天气过程的致灾能力指数。结果表明：该指数可以正确反映强对流大风灾害过程的致灾能力强度,指数越大,致灾能力越强,反之越弱。     

南极中山站附近地表大风的统计特征研究

利用近20 a的ERA5再分析资料研究了南极中山站附近的大风和极端大风事件的统计与环流特征。结果表明,春季大风事件的发生频次最高,夏季最少;冬季大风事件的平均持续时间最长,夏季最短;但大风事件的平均强度无明显季节变化。极端大风事件的发生频次具有显著的季节差异,冬季发生频次约为夏季的6倍、春秋的2倍,但平均持续时间和强度无明显季节变化。大风发生期间,南极对流层上层为单一极涡控制。在对流层中层,中低纬暖湿气流的向极入侵使得极涡破碎分裂,在中山站东侧产生高压脊,脊前冷空气下沉在地表堆积形成冷高压反气旋,其偏东气流在地形下坡风的作用下产生大风事件。上述环流特征在冬季最强、夏季最弱,从而导致大风事件的季节变化。     

冷锋附近地面场中尺度特征及其与强对流天气的关系

本文利用山东潍坊台站提供的山东半岛部分加密测站地面场逐时资料和欧州中期预报中心（ECMWF）的逐日12时（GMT）大尺度纬带网格资料和国家气象局历史天气图，对一次冷锋在地面场的中尺度结构及其与强对能天气的关系和大尺度环境条件进行了诊断．结果发现：沿冷锋产生强天气的锋线附近存在类似于重力惯性波的中尺度波动；锋后中尺度冷高与强天气的分布有关；大尺度环境为强夭气产生提供了有利的条件。     

山东大风天气的低频特征及机理分析

利用山东省122个国家级地面气象观测站的风速数据与欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA- Interim再分析数据,采用小波分析、带通滤波等方法对2015年9月—2020年9月山东的大风天气及相应的低频大气环流形势进行分析。结果表明,近几年山东的大风天气有増加的趋势,春季大风发生频次最多,秋季最少;山东半岛东部大风频次最多,鲁南地区最少;全年只有7月偏南大风站次较偏北大风多,其余月份多以偏北大风为主。山东大风具有显著的11~13 d与20~23 d的低频振荡周期。其中,春季大风以11~13 d的振荡周期为主,秋、冬季以20~23 d的振荡周期为主,夏季大风的振荡周期不明显。振荡周期的演变与大范围的大风过程有对应关系,大范围的大风过程大致发生在振荡的波峰处。春季偏北大风盛行时,多伴有经向风自北向南的传播。秋季大约以35°N为界,对流层中高层在35°N以北,经向风自南向北传播,35°N以南,则是自北向南传播,对流层中低层反之。山东春季大风产生之前,乌拉尔山东侧低频气旋与黄海上空低频反气旋同时出现并东移,之后衍生出华北低频反气旋与渤海低频气旋,这两个系统的加强促使华北上空偏北风加大,为山东大风的产生提供了可能。同时,华北地区经向风正距平逐渐被负距平所代替,是山东大风天气产生的又一先兆。     

中国中低海拔地区三类强对流天气环境条件的基本气候特征

短时强降水、雷暴大风、冰雹等不同类型强对流天气的预报预警准确性亟待提高,对不同类型强对流天气环境特征异同的准确了解是提供准确预报预警的基础。本研究针对我国海拔低于2500 m地区超过20 mm·h^-1的短时强降水、最大阵风风力大于17.2 m·s^-1的对流性大风和直径大于5 mm的冰雹三类强对流天气,基于2002-2010年4-9月小时降水和冰雹实况、2010-2014年4-9月的雷暴大风实况及2002-2014年4-9月的1°×1°NCEP FNL(National Center for Environmental Prediction,Global Final Analysis)资料,以NCEP FNL一天4次的时刻(02:00、08:00、14:00、20:00,北京时)为中心,通过时空匹配处理,对三类强对流天气的绝对水汽含量、相对水汽含量、静力稳定度参数、低层抬升触发与垂直风切变条件、特性层高度及部分物理量的联合分布等环境气候特征进行了研究。结果表明,华南是短时强降水的高发区域,华北中北部和华南南部是雷暴大风的两个高发区域,华北中北部...     

新疆地区一次对流性降水的三维中尺度风场研究

利用2004年外场试验获得的乌鲁木齐和五家渠C波段双多普勒雷达资料, 分析了双多普勒雷达风场反演方法和资料的可靠性, 研究了2004年8月8日发生在乌鲁木齐和五家渠的一次强对流性降水的回波和风场中尺度结构及演变过程。结果表明:这两部雷达观测的回波强度相关很好, 雷达基线上的径向速度基本一致, 资料可靠, 适合进行双多普勒雷达观测; Cressman插值的影响半径的变化对风场的中尺度结构基本没有影响, 径向速度误差引起的风场反演误差与该点所处的位置有关, 1 m/s径向速度误差也不会改变风场的中尺度结构。该过程为对流单体发展为对流带状回波的过程, 在对流单体的左侧生成新的对流单体, 逐步发展为长度约90 km范围的带状对流系统, 该系统恰与较强的东北风和较弱的西风形成的辐合相对应, 上升气流与强对流回波相对应, 不同对流单体有各自相独立的风场结构。用双多普勒雷达观测得到对流系统的内部风场有利于了解对流系统的内部动力过程, 从而探讨降水的形成和演变机理。     

江西三类致灾大风天气活动与回波特征分析

使用常规天气资料、灾情资料、自动气象站、卫星云图和雷达回波等资料,对江西出现的灾害性大风天气进行分析,结果表明：江西致灾大风天气主要有三种类型。（1）与飑线回波带和超级单体等雷达回波系统相伴随的雷雨大风天气,同时还伴随强雷电、强降水、冰雹和龙卷等灾害性天气;（2）与冷锋雷暴回波带和冷空气大风相伴随的混合大风天气,具有雷雨大风天气和冷空气大风天气活动的特征;（3）由雷暴下沉气流触发、中高空动能下传和气压梯度风共同作用产生的无降水致灾大风天气,没有降水、雷电等天气现象伴随。     

华南雷暴大风天气的环境条件分布特征

利用中国气象局提供的观测资料研究了2010—2014年华南雷暴大风和普通雷暴的空间分布特征,并将华南春夏两季雷暴大风和普通雷暴的大尺度环境条件进行对比。结果表明:研究的华南区域08—20时(北京时)夏季雷暴大风略多于春季,而普通雷暴夏季样本数约为春季的3.6倍,雷暴大风主要发生在粤西到珠江三角洲地区。相比于普通雷暴,雷暴大风天气发生的环境条件具有更强的条件性不稳定,斜压性和动力强迫更强。春季雷暴大风发生时环境中的大气可降水量和中高层湿度均比普通雷暴更大,而夏季反之。华南春季雷暴动力条件明显优于夏季,而夏季热力强迫的作用大于春季。     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

中国中小尺度强对流天气气候学特征

中小尺度强对流天气具有极强的破坏力,了解其气候学特征对于预测、预报和影响评价都具有实际意义。利用1961~2015年的2332个高密度逐月国家级气象站观测资料,分析了中国大陆3种常见中小尺度强对流天气（雷暴、闪电、冰雹）在年、季、月尺度上发生日数的时间变化规律和空间分布特征。结果表明:全国年平均雷暴、闪电和冰雹发生频率分别为39.23 d/a、20.56 d/a和1.07 d/a;雷暴和闪电主要发生在夏季3个月,雷暴日数7月最多,闪电日数8月最多;冰雹主要发生每年5~9月,6月发生频率最高;雷暴和闪电的高发区分布基本一致,主要集中在华南和西南,青藏高原也是雷暴的高发区域之一;冰雹的高发区主要集中在青藏高原、内蒙古高原东部以及中西部山地,而东南沿海地区发生频率则较低。进一步分析发现,我国雷暴和冰雹出现频率随海拔高度增加而明显增加,冰雹和海拔高度有更好的对应关系,二者增加速率分别为2.87 d/500 m和1.80 d/500 m,表明地势高度对这两种强对流天气形成和发展具有重要影响。     

不同强风天气系统风特性的个例分析

利用广东省东莞市的80 m气象塔在台风莫拉菲、强对流和强冷空气期间的观测数据,分析不同强风天气系统近地面边界层的平均风和脉动风特性参数。研究发现:(1)1号强对流的风速变化最为剧烈,风速的10 min升幅可分别达台风和强冷空气大风的1.8和3. 7倍。强对流的10 min平均风向变幅也最剧烈,可达到120°·(10 min)~(-1)。(2)台风强风廓线的幂指数值为0. 177,要大于建筑结构荷载规范(GB 5009—2012)给出的B类下垫面0.15的参考值,而强对流的幂指数值接近规范给出的A类下垫面的参考值0. 12,强冷空气的幂指数值则仅为0. 10。(3)1号强对流强风平均湍流强度分别是台风和强冷空气大风平均湍流强度的1.4～2.1和1.7～2.0倍。(4)台风和强对流的风攻角在-3°～3°范围内,强冷空气大风的风攻角在0°附近变动。(5)强风影响期间湍流空间积分尺度均有增大的现象,台风强风经过时,水平(纵向和横向)湍流空间积分尺度明显增大了一个量级。(6)台风强风的湍流功率谱不满足在惯性子区湍流能谱密度的-5/3次方与频率成正比的规律和各向同性假设。台风强风的湍流能谱值要显著高于强对流和强冷空气,其中,在桥梁敏感频域台风的平均湍流能谱值约为强对流和强冷空气的3倍。     

湖北省近地层风切变特征

为准确掌握湖北省平原湖区近地层风切变特征,利用27座离地高度为120～150m测风塔各1年的逐时测风数据,研究了70～120m间风切变的时空变化特征。结果表明:(1)风切变指数具有明显的季节、日变化特征,普遍在秋冬季最小、夏季较大,夜间大、白天小;(2)位于平原湖区和山区的测风塔在70～120m间的年平均风切变指数分别为0.27和0.12。各塔风切变指数从70m至150m逐渐减小;(3)6座典型测风塔70～120m风切变指数在较稳定状态下的频率最高,为59%～75%;在不稳定条件下的频率最低,均不超过5%;(4)当70m风速在3.0m/s以下、3.0～10.0m/s及10.0m/s以上3个区段时,风切变指数由小变大,在3.0～10.0m/s风速段与年平均风切变指数最接近,10.0m/s以上风切变指数离散性最强;(5)分别推算出实测和数值模拟的风切变指数,中部平原地区实测值明显高于模拟值,总体偏差范围是-0.06～0.14。该结论可用于近地层低风速地区不同高度的风速推算或订正,以提高这类地区风能资源评价、开发规划、风电场选址的科学性以及风电功率预测的准确性。     

一次短时强对流天气的雷达产品特征分析

对2016年8月27日芒市地区产生局地强对流天气的雷达回波资料进行分析。分析结果表明:这是一次典型的对流单体和飑线系统汇合加强影响下产生的短时强对流天气,RCS剖面对流高度能直观反应出单点强对流的发展情况;飑线生成、发展壮大过程中,飑线产生的短时强降水和雷暴天气是逐步加强的,而飑线系统与强对流风暴合并短时内导致雷暴天气加强和降雨量增大;飑线衰弱过程与雷达二次产品SS中的最大反射率所在位置高度的递减规律趋势符合,是飑线系统减弱的预报指标。这次强对流过程从天气形势上未做出准确预报,希望从多普勒天气雷达产品资料分析中得出的预报特征能帮助今后提前发布强对流天气预警。     

北京冬季大风过程大气边界层特征分析

利用北京中国科学院大气物理研究所325 m气象观测塔的气象梯度资料和湍流资料,分析了2014年11月29日至12月5日北京两次大风过程中气象要素和湍流输送特征的变化。第一次大风过程的强度和持续时间均高于第二次大风过程。强烈的风速垂直切变主要集中在距地面100 m高度范围内,最强风速垂直切变达到0.31 s~(-1)。大风过程中,阵风系数呈现随高度减小的趋势,越接近地面,阵风系数愈大。阵风强度的变化与阵风系数相似,100 m以下高度时,阵风强度随高度增大而减小。大风过程自上而下改变边界层结构,平均动能、湍流动能和摩擦速度最先从上层(280 m)发生变化且迅速增加。近地层由于风速垂直梯度的显著差异,近地层垂直方向的湍流强度最大。大风时各功率谱在低频区(0.01 s~(-1))达到峰值,大风过后各高度的能量都有所下降。     

双多普勒雷达反演强风暴三维风场的数值试验

两部雷达测得的径向速度再加上质量连续方程可以求解大气风场，利用这一原理，以1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界处的一次强风暴过程为例，用模式反演出风暴体的三维风场结构，误差分析表明和实况基本一致。利用模式输出的三维风场，先模拟两部多普勒雷达扫描的数据，在此基础上，进行三维风场反演，结果表明，反演得到的流场和模拟的流场总体趋势完全一致，风暴的中心位置吻合较好，上升气流和下沉气流的分布也很接近，水平速度分量反演的误差很小，基本上可以反映三维风场的真实情况。垂直速度的平均离差在各个高度上都较小，反演结果较好。