华北一次冷涡背景下飑线雷暴大风成因分析

利用NCEP再分析资料、地面和高空观测资料、卫星和雷达资料等,对风暴系统在华北中部加强发展为飑线并产生地面大风的原因进行了分析。结果表明:①2017年8月5日,在冷涡影响下,华北中高层有干空气渗透,具有条件不稳定层结,11:00天津订正探空CAPE高达3184J·kg-1,且低层水汽充沛,有利于雷暴大风和湿对流的产生。②风暴出流边界与华北中部地面辐合线合并,且东南部地面露点更高,是飑线系统在华北中南部强烈发展的重要原因。③高温高湿环境使得风暴向南传播,在西偏北的引导气流作用下,最终风暴向南偏东方向移动。④北京探空0～6km垂直风切变达到3.3m·s-1·km-1,气流在前侧上升后侧下沉,强垂直运动与强垂直风切变作用产生了强旋转,使飑线系统初期具有中气旋特征。⑤中层强辐合和风暴顶辐散产生强下沉气流,地面最大风出现在中气旋发展阶段和冷池合并阶段。     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。     

两种雷暴大风的结构特征及其环境条件对比分析

2014年3月29日晚到31日早上,广西连续两个晚上在同一区域出现了两种不同类型的雷暴大风,这两类雷暴大风在形态结构演变和环境条件上存在明显的差异。30日雷暴大风表现为多个孤立、松散、排列无序的强单体风暴,属于微湿下击暴流、低层暖平流强迫类,其层结为条件性不稳定,由地面辐合线触发;31日的雷暴大风则是由有组织、紧密排列的多单体强风暴组成的飑线系统,其后侧入流明显,有平流作用,风暴范围大,属于高空冷平流强迫类,其层结为对流性不稳定,由地面锋面触发产生。从环境条件上来看,30日雷暴大风的温湿廓线呈倒V型结构,中层湿度相对较大,低层干且温度直减率近干绝热;31日雷暴大风的温湿廓线表现为850hPa以下大气层结曲线与露点曲线紧靠,水汽充足,以上两者分离,干层显著,呈"漏斗"状,另外,31日雷暴大风的垂直风切变较大,更有利于对流的组织化。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

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。     

河北保定"7.9"致灾雷暴大风环境场与风暴特征

利用常规观测资料、地面加密观测资料、雷达产品、卫星云图以及NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料,对2017年7月9日保定区域性雷暴大风的环境条件和风暴特征进行分析。结果表明:本次区域性雷暴大风过程发生在高空西北偏西气流中,强温度直减率、较强的低空垂直风切变、低层丰富能量的聚集是雷暴大风爆发的前提条件,地面冷锋、干侵入和地面中尺度辐合线为触发机制。地面冷锋前部分散的对流云团在地面中尺度辐合线附近合并为有组织的带状回波。第1阶段和第2阶段10级以上雷暴大风发生在雷暴云的成熟期,第1阶段雷暴大风的径向速度为中气旋型,中气旋首先在中层出现,之后分别向低空和高空伸展,随着中气旋底部高度降低到2. 2 km,雷暴大风发生;第2阶段雷暴大风的径向速度主要为低空(1. 0 km)雷暴云后侧强的入流气流造成的大风区型;第3阶段10级以上雷暴大风出现在雷暴云的消亡期,为雷暴云前侧强出流气流形成的雷暴大风。     

四川盆地雷暴大风雷达回波特征统计分析

采用2009—2018年地面、高空、闪电定位、多普勒雷达资料统计出四川盆地的34次雷暴大风过程,并根据冷空气参与情况及500 hPa影响系统将其分为五种类型:混合性大风类(Ⅰ类)、深厚低槽(低涡)后部类雷暴大风(Ⅱ-1)、低槽(切变)东移类雷暴大风(Ⅱ-2)、副热带高压西侧切变类雷暴大风(Ⅱ-3)和东风扰动类雷暴大风(Ⅱ-4)。统计分析了五类过程中发生雷暴大风站点对应的雷达回波特征,包括:对流组织类型、雷达回波强度、回波顶高、垂直液态水含量、中层径向辐合、风暴移动速度、回波质心下降、低仰角风速大值区和辐散。结果表明,82%的雷暴大风站点具有风速大值区,不同类型的雷暴大风过程还有其他不同的雷达回波特征,这些特征大多可提前10 min以上。另外,当站点出现中层径向辐合、辐散、回波强度大且伴有强梯度或回波类型为飑线时,也要考虑大风是否出现。     

广西一次飑线大风天气的成因和预警分析

本文利用常规探测资料、多普勒天气雷达资料、自动站观测资料等对2013年3月27-28日发生在广西的一次飑线大风天气过程进行跟踪及监测预警,对其大尺度环流背景、雷达回波特征以及灾害性大风形成原因进行了较为详细的分析与研究。结果表明:此次飑线过程是由高空冷槽与地面高压后部形势所引起的;假相当位温、T-logp图等分析表明广西上空具有较好的热力、动力条件;地面辐合线触发初始对流活动;发展成熟的飑线地面气压场上存在雷暴高压、飑前低压和飑后低压等中尺度特征;飑线大风等灾害性天气出现在地面高压前侧气压梯度大值区和飑线的断裂处;雷达图像上中层径向辐合、反射率因子核心和中层风速大值区逐渐降低以及垂直风廓线图中低层风的转变等特征信息对地面大风天气临近预警有较好的指示意义;降水粒子的拖曳作用和飑线的快速移动都对地面大风的产生及增幅有一定的作用。     

北京雷暴大风日环境特征分析

雷暴大风是指由对流活动带来的除龙卷以外的地面灾害性强阵风。根据北京地区21个观测站2000～2007年的观测资料,将出现在该期间的雷暴大风按强阵风出现时降水量的大小划分为干、湿两种类型,探讨了两类雷暴大风日环境大气的热力稳定度条件、环境风垂直分布及演变等特征。结果表明,绝大多数干型雷暴大风产生在对流有效位能较小但对流层中低层环境风垂直切变却比较大的环境中,因此反映热力不稳定性的对流参数在干型雷暴大风的预报中具有一定的局限性,给对流初生的预报带来了一定难度。而湿型雷暴大风则多发生在热力不稳定的条件下。两种类型雷暴大风日环境大气温湿廓线有较大差别是造成热力不稳定性不同的原因之一。因此在预报雷暴大风时,除了环境大气的热力不稳定性外,还应考察环境风垂直切变等因素。下沉气流的热力稳定性和对流层中下层环境风速的演变是判断对流活动能否给地面带来短时强阵风的两个重要因素。下沉对流有效位能（DCAPE）的分析结果表明,多数雷暴大风日临近时刻的下沉对流有效位能大于600 J·kg-1,而且86%的干型个例和59%的湿型个例在地面大风出现前DCAPE呈现增加的趋势,这对雷暴大风特别是干型雷暴大风的潜势预报具有一定的意义。在雷暴大风来临前,抬升凝结高度以下的环境温度直减率明显增加,这种演变趋势也可为临近预报提供有用的信息。此外,风廓线仪观测资料是对常规探空的有效补充。分析表明,有一些雷暴大风的产生与高空水平动量下传有关。在雷暴大风出现前,高空环境风陡增,具有较高数值的等风速线连续下落,在雷暴大风产生时到达地面。有效地使用风廓线仪观测资料,将有利于提高雷暴大风的临近预报和预警水平。       

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。

     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

利用常规气象观测资料、区域站观测资料、EC再分析资料、FY-2G卫星资料和雷达资料,对2017年7月29日湖北宜昌一次下击暴流过程进行了中尺度分析。结果表明：(1) 此次下击暴流过程发生在副热带高压(以下简称副高)边缘,宜昌北部对流由冷空气触发产生,中部对流由冷空气绕流产生的偏东气流受宜昌西部山区地形抬升触发产生。(2) 下击暴流过程中伴随着气压陡升、气温骤降、风向突变、风速骤增的现象,气压突增和风向突变比风速骤增提早10 min左右出现。(3) 卫星云图显示大风出现的位置基本上在云团传播方向前沿云顶亮温梯度最大的区域。(4) 本次过程呈典型的脉冲风暴特征,初始雷达回波强度较强,高度位于4~6km,回波形态直立,且在地面大风出现前10min左右有明显的中层径向辐合特征(MARC)。(5) 回波受长江河谷地形阻挡以及副高的阻挡作用,在长江河谷移动缓慢,因此维持时间较长,并且出现两次加强,一次为回波合并加强,一次在三峡坝区附近受局地的热力和动力辐合作用加强。

     

铜仁市一次雷暴大风过程分析

利用常规站资料、ERA5资料（0.25°×0.25°）以及务川雷达和铜仁新一代多普勒天气雷达资料对2022年4月24日发生在贵州铜仁市多个区（县）的一次雷暴大风过程进行分析,结果表明：（1）此次天气过程是发生上干下湿的不稳定环境中,高空槽、南支槽、低涡、切变线和地面辐合线都为此次强对流天气过程提供了触发条件。（2）大的DCAPE值、中层中等强度的垂直风切变和低层较强的垂直风切变以及较大的850hPa与500hPa的温差都是利于大风产生的条件。（3）大风常常出现在弓形回波前部突出处,高悬的强回波、弱回波区、高的回波顶高以及径向速度中出现逆风区和强并且深厚的中层径向辐合等都是出现大风天气的雷达产品特征。     

东北冷涡南落型强对流天气的潜势预报分析

通过2005-2008年4-6月Micaps资料,查找500 hPa东北有冷涡,500 hPa和700 hPa江苏境内为大片的西北气流,当天午后到夜里出现强对流天气的若干典型个例,借助Micaps系统通过对一些个例的物理量资料分析,得出它们共同的发生强对流天气的机理;同时还分析得出诊断该类对流天气的不太适合使用的物理量和较适合使用的物理量;并分析个例的大气探空层结曲线,得出它们的对流层结与其它类型的区别,并剖析它们的一日转变情况;同时用Q矢量锋生函数方法分析,发现低层强锋生区域与强对流天气区域有较好的对应关系,锋生函数正值中心区域常出现个别站龙卷或大范围冰雹.     

玉山雷暴大风雷达回波特征分析北大核心

利用气象信息综合分析处理系统、江西WebGIS雷达拼图、江西自动气象站、上饶SA雷达等资料,综合分析了2004—2020年玉山县15次雷暴大风过程特征。结果表明:玉山雷暴大风集中出现在5—9月,其中7月最多;雷暴大风有明显日变化特征,午后增温是高发期,导致玉山雷暴大风天气主要有三类中尺度系统,分别为冷锋倒槽类、副高控制类、热带系统类;按雷达拼图回波特征分为飑线回波带上超级单体、飑线(弓状)回波带上强单体、副高边缘强回波短带和局地热雷雨强回波三类。飑线回波带上超级单体中心回波强度超过60 dBZ,回波带有明显的“弓”状结构,移动速度可达80~100 km·h^(-1);副高边缘的雷暴大风天气发生在局地热雷雨强回波发展合并时,局地性强,移动缓慢,移速仅30 km·h^(-1)左右。雷达PUP产品上超级单体冰雹和雷暴大风主要区别为:组合反射率CR产品60 dBZ强回波面积冰雹较大,雷暴大风较小;垂直累积液态水(Vertically Integrated Liquid,VIL)冰雹可达到60 kg·m^(-2),雷暴大风VIL≤35 kg·m^(-2);反射率因子垂直剖面(Reflectivity Cross Section,RCS)冰雹有超过65 dBZ强回波核,雷暴大风则没有;径向速度垂直剖面(Velocity Cross Section,VCS)冰雹出现中气旋结构,雷暴大风则出现“逆风区”或弱切变结构。     

一次远距离台风影响下的对流性暴雨分析

用常规地面高空观测、中尺度自动气象站、卫星云图以及NCEP的1°×1°再分析资料,对2011年10月13—14日江西省南部出现的区域性暴雨过程进行分析。结果表明:(1)此次降水过程是中纬度西风槽与台风倒槽相互作用的结果,槽前正涡度平流与低层台风倒槽东侧正涡度平流同位相叠加,增强了中低层动力抬升条件,台风东侧的偏南气流将水汽输送到暴雨区;(2)高空槽携带干冷空气入侵与低层台风倒槽的暖湿气流叠加增强了大气的不稳定性,同时中高层有干空气侵入,高空位涡异常下传和低层位温异常利于气旋的发生和发展;(3)地面非均匀加热使得强暴雨区地面出现异常负变压中心,形成变压风辐合和地面中尺度涡旋,触发对流性强降水;(4)该过程共有3个云团产生,中尺度对流云团在地面能量锋区南侧发生,沿能量锋区东移合并,经过高能中心时得到强烈发展。     

2017年8月萍乡地区连续性雷暴大风过程分析

利用常规观测资料、探空资料、多普勒天气雷达基本产品及导出产品,分析了2017年8月中旬萍乡地区雷暴大风天气过程,并选取了其中最强的一次过程进行了细致的分析。结果表明,“北低槽、南副高”的环流形势是此次长时间雷暴大风的环流背景,萍乡受“上下一致”的西南急流控制,中低层切变线、西南急流导致了强对流不稳定;低层逆温、“上干冷、下暖湿”以及风垂直切变的垂直结构,为雷暴大风的产生提供了层结条件和能量条件;地面热低压和地面辐合线、干线等是此次雷暴大风的触发机制。飑线过境,气象要素变化剧烈,在“人”字形回波附近,回波断裂处等区域容易产生强雷暴大风天气。强回波高度迅速下降、拖曳作用、动量下传、中层干暖空气的夹卷及蒸发作用、一定强度的中层径向辐合等多种因素导致了此次地面大风。垂直累积液态含水量、最大反射率因子、风暴顶高的持续下降,对地面大风天气的预报具有一定的指示意义。     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

为提高对东北地区雷暴大风的分析和预报能力,基于2017—2021年东北地区自动气象站、闪电定位仪、葵花8号卫星综合判识雷暴大风天气,利用ERA5再分析资料计算强对流物理量和东北冷涡中心及半径等特征参量,研究东北地区雷暴大风的观测特征及其与东北冷涡（简称“冷涡”）的关系。结果表明：（1）东北地区雷暴大风（简称“总体”）集中出现在蒙古高原至大兴安岭以西、东北平原和辽宁沿海。冷涡导致的雷暴大风占总体雷暴大风的50.6%,辽河平原是冷涡雷暴大风最高发区域。东北地区总体和冷涡雷暴大风均具有单峰分布的日变化特征,在午后发生频率最高,但是深夜和上午时段雷暴大风多与冷涡有关,占比达75%。（2）雷暴大风逐小时出现的站数（简称“站数”）大多小于10次,站数大于10次的雷暴大风个例中,冷涡个例占56.5%,高于非冷涡。相比于非冷涡,冷涡雷暴大风发生在更干冷、850与500 hPa强温度直减率以及强的风垂直切变和风暴承载层环境中。（3）冷涡系统的不同象限出现的雷暴大风占冷涡雷暴大风的百分比从大到小依次为东南象限（73.5%）、西南象限（17.5%）、东北象限（7.5%）和西北象限（1.5%）。冷涡外围的雷暴大风次数多于冷涡本体,集中出现在冷涡东南象限距离冷涡中心0.5—2个冷涡半径的范围内,该区域大气中层存在干层、低层存在大的温度垂直递减率、中等以上的风垂直切变和更大的风暴承载层风速,并且更容易受低空切变线的影响,这也是冷涡雷暴大风集中出现在该区域的原因。（4）导致雷暴大风的冷涡中心集中于（45°—55°N,111°—128°E）,其中导致区域性雷暴大风的冷涡中心的频次分布为南北向,集中在116°E和122°E处。造成区域性雷暴大风的冷涡中心和最外围环流的位势高度均低于造成局地雷暴大风的冷涡,春、秋季差异更明显;冷涡半径在8月略大于导致局地雷暴大风冷涡,其他月份则反之。以上研究证明东北冷涡是导致东北地区雷暴大风最主要的天气系统,总结的冷涡不同象限处雷暴大风的空间分布和产生区域性雷暴大风的冷涡的特征,可供东北冷涡雷暴大风预报、预警时参考。     

2017年3月江苏北部一次雷雨大风天气过程分析

利用多种常规观测资料和NCEP／NCAR再分析资料,分析了2017年3月1日江苏北部出现的一次罕见冷空气雷雨大风天气过程的发生背景、地面要素和云团演变特征,同时从大气动力、热力和水汽条件出发分析了午后对流的成因。结果表明：此次过程发生前,江苏地区位于高空槽前,对流层中低层有冷式切变线伴随两股冷空气南下,受江苏省北部地面气旋阻挡,冷空气在上游堆积,当气旋东移入海冷空气爆发式南下时,造成严重的大风灾害。此次过程中,对流层中高层大气降温而低层回温使大气温度直减率增大,为对流发生提供不稳定条件,但水汽输送主要集中在低层,且高层大气无明显抽吸作用,导致此次过程未发生强对流性降水,主要以大风灾害性天气为主。