山东省雷暴大风天气学分型与物理诊断量统计特征

使用MICAPS地面气象观测资料和探空资料,对山东省2009—2016年4—9月产生的雷暴大风以500 hPa天气系统为主进行分型,并以低层(850 hPa)中尺度天气系统和地面天气系统为辅对各型雷暴大风进行分类。然后,采用百分位数法统计分析各型雷暴大风发生时的物理诊断量,并给出各物理诊断量的临界值。结果表明:(1)基于500 hPa天气影响系统配置,山东省雷暴大风分为槽前型、槽后型和副高边缘型,再根据雷暴大风落区与850 hPa天气系统的位置关系,又分为切变线辐合类、偏南气流辐合类和偏北气流辐合类3种类型,而根据海平面气压场中天气系统与雷暴大风的位置关系,则将产生雷暴大风的地面天气系统主要归纳为6种类型。(2)将山东省划分为内陆地区和半岛地区,4—6月内陆地区雷暴大风的适用物理诊断量为850 hPa与500 hPa温差(DT_(850-500))、500 hPa与850 hPa风速差(DV_(500-850))、风暴强度指数(SSI)和大风指数(WI),半岛地区代表大气热力和动力综合特征的物理诊断量SSI和WI对雷暴大风的指示性较好。(3) 7—8月山东全省,代表大气热力不稳定的物理诊断量即对流有效位能(CAPE)、K指数、抬升指数(LI)、700 hPa与850 hPa假相当位温差(Dθ_(se700-850))、强天气威胁指数(SWEAT),对雷暴大风有较好的指示性。(4) 9月山东省雷暴大风主要发生在半岛地区,Dθ_(se700-850)、SSI、SWEAT和DV_(500-850)对雷暴大风具有较好的指示性。     

河南省冰雹天气环境参量特征分析

利用2006—2015年5—9月10a高空、地面观测资料,对河南省冰雹天气过程的500hPa环流形势进行分型,并统计分析冰雹天气环境参量特征。结果表明:河南冰雹天气的500hPa环流形势分为西北气流、华北低涡、低槽和西南气流四种类型,其中西北气流型最多,冰雹过程占总数的55.2%;冰雹天气主要环境参量阈值是对流有效位能≥1137J/kg,850hPa与500hPa温度差≥27℃,850hPa与500hPa假相当位温差≥5.5℃,抬升指数≤-4.5℃,大气整层可降水量≥2.9cm,14时地面露点温度≥16℃。     

冷平流强迫背景下攀枝花市一次雷暴过程综合分析

基于欧洲中心ERA5再分析资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达资料以及MICAPS气象资料,运用天气学方法对2020年4月13日四川省攀枝花市发生的冷平流强迫类雷暴天气过程进行综合分析。结果表明:本次雷暴过程混合了冰雹、短时强降水、雷暴大风等多种天气,其主要影响系统为200 hPa高空急流、500 hPa高原槽、700 hPa切变线和西南急流以及地面辐合线。200~500 hPa西北干冷空气顺高原槽南下对本次过程起主导作用,弱的700 hPa西南急流为本地输送了水汽和不稳定能量,中低层切变线和地面辐合线促进了暖湿气流的辐合抬升。此外,“上冷下暖”的气层结构、中低层较强的垂直风切变、气流的低层辐合与高层辐散、适宜的0℃和-20℃层高度、较强的CAPE和K指数、较大的700~500 hPa温度垂直递减率等因素也是本次雷暴天气过程发生发展的关键。      

太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。     

商洛地区冰雹天气形势及潜势预报指标

利用地面气象观测报表和灾情记录,统计2002—2011年商洛地区共出现冰雹天气过程48例。根据500hPa天气形势,将商洛冰雹天气分为冷涡型、西北气流型、高空槽切变型三种类型。通过计算冰雹个例的动力、热力、能量、稳定度指标,发现与商洛冰雹天气关系密切的11个物理量指标。其中,初夏(5—6月)和盛夏(7—8月)冰雹天气的K指数、沙氏指数、850hPa和500hPa温差、瑞士雷暴指数、850hPa露点温度等对流指标表现出显著的差异,在进行冰雹潜势预报时需要注意。CAPE值、0℃层和-20℃层高度在各月差异不大。5—6月进行冰雹潜势预报时应特别关注低层水汽条件的增加,7—8月应特别注意0℃层和-20℃层的高度是否适合冰雹的生成。冰雹预报指标在2012—2014年商洛冰雹天气过程中得到了较好的检验。     

南海港口大风的环流特征及其预报指标——以海南洋浦港为例

本文以海南洋浦港为例,利用2015—2019年大风资料,通过合成分析等方法深入探讨了不同类型大风过程的环流特征、发生机制及其预报指标。结果表明:(1)洋浦港大风过程按照影响系统可分为冷空气型、切变线型、热带气旋型和热低压型4种。(2)冷空气型大风主要是由强冷平流引发的;当925hPa关键区24h降温超过6℃且北风分量大于11.5m/s时,洋浦港6h后易发生冷空气型大风;切变线型大风主要产生于强对流引发的雷暴大风、飑线等;当925hPa低空切变线、500hPa南支槽等天气尺度系统出现有利配置,对流有效位能CAPE≥1500J·kg~(-1),且具有较合适的对流抑制能量CIN值时,易发生切变线型大风;热低压型大风与海陆热力差异引起的海风锋密切相关;当海南岛西北部陆地与近海海面的6h变温之差≥3.5℃,CAPE≥1500J·kg~(-1),CIN≤20J·kg~(-1)时,海风锋极易触发雷暴大风等强对流天气;热带气旋型大风主要发生在TC中心附近的等压线密集带以及外围螺旋雨带的中小尺度对流系统中。业务预报时可在数值预报基础上结合统计规律以及卫星、雷达等实况资料综合判定风力等级。     

宁夏雷暴天气过程划分及环流分型和环境场特征

利用1961—2005年宁夏25个气象站雷暴观测资料,根据雷暴发生特点对雷暴天气过程进行划分,得到全区(大部)性、区域性Ⅰ、区域性Ⅱ、持续性、局部性、分散性6类雷暴天气过程;并利用1996—2005年NCEP/NCAR逐日全球再分析资料,对10年来5—9月263例区域性雷暴天气过程进行分析,总结得到有利于宁夏雷暴天气发生的主要环流分型有4类:蒙古冷涡(槽)型、东北冷涡后部横槽型、河套低涡型、西风槽型。其中,前3种类型下易出现持续性雷暴天气过程。易于发生雷暴的环境场特征为宁夏处于500 hPa"西高东低"环流形势下的(弱)西北气流中,地面一般为气旋或热倒槽所控制,蒙古国至我国新疆一带或河西一带有冷锋、切变东移南下,中低层有一定的水汽和辐合抬升条件。     

太原雷暴大风潜势预报方法研究

利用太原市7个国家观测站实况、探空以及MICAPS等资料，对1998—2018年5—9月太原的雷暴大风进行天气学分型，选取雷暴大风的消空因子以及不同天气型下的预报因子并确定其阈值，利用指标叠套法，建立雷暴大风潜势预报方法，并进行预报检验。结果表明：(1)选取700 hPa温度露点差、850 hPa与500 hPa的温差、条件性稳定度指数和混合相层4个环境参数作为消空因子并确定了消空阈值。（2）将雷暴大风分为高空槽型、冷涡型、切变线型、西北气流型和副高边缘型5类，选取了5类天气型下雷暴大风的预报因子，利用指标叠套法，建立了太原雷暴大风潜势预报方法。(3)运用雷暴大风潜势预报方法开展历史样本回报检验和2019-2020年试预报检验，取得了较好的预报效果。     

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.     

利用探空资料确定呼和浩特地区3类强对流天气预警阈值

利用呼和浩特探空站计算的16个物理量,分析了2012—2016年6—8月呼和浩特地区的冰雹、雷暴大风及短时强降水天气过程中各物理量差异,结果表明:①订正后的(对流有效位能)CAPE大于等于1000J·kg-1、0℃层高度约4200m左右,-20℃层约在7200m左右,500hPa和850hPa温差达-25℃,逆温层高度在2km以上基本可以判定为冰雹天气;②短时强降水对水汽的依赖度更高,且具有更强的热力不稳定性,低层的温度露点差、500hPa与850hPa的假相当位温差Δθse(500-850)、大气可降水量PW也是短时强降水天气的重要判据;③订正后的(下沿对流有效位能)DCAPE值雷暴大风明显大于冰雹和短时强降水,约为其他2类强对流天气的2倍,订正后的CAPE略小于其他2类强对流天气。根据四分位数法、所占比例≥70%以及均值法界定各类预报因子阈值大小,进而确立了呼和浩特地区强对流天气预警指标。经检验均值法确定的阈值指标命中率均达到50%以上,可参考价值较高。     

华北地区雷暴大风的时空分布及物理量统计特征分析

利用2011—2015年4—9月华北地区主要区域(北京、天津、河北、山西)的重要天气报和雷暴观测资料,统计分析了该地区雷暴大风的时空分布等特征。结果表明,华北地区雷暴大风出现最多的月份为6—7月,最多的时次为下午到前半夜,大范围雷暴大风天气过程起始时间多为13:00(北京时,下同)-15:00,持续时间为4~8 h,高海拔地区出现雷暴大风的频次大于低海拔地区。在将华北地区站点分为高海拔站点和低海拔站点的基础上,使用2011—2013年4—9月的NCEP物理量分析场对雷暴大风过程的指示性进行统计分析,结果表明:多数常用的热力指标需考虑季节因素;下沉对流有效位能阈值基本不随季节变化,并对高海拔和低海拔区域的雷暴大风的出现及其范围均有一定的指示性;对流抑制能量、0~3 km垂直风切变、低层散度、500 hPa风场、整层可降水量、500 hPa相对湿度08:00—14:00变化等物理量在一些具体方面对于雷暴大风的出现及范围有一定的指示性。主要发生在高海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度均在50%以下;主要发生在低海拔地区的雷暴大风天气过程,850 hPa的相对湿度基本在50%以上;850 hPa相对湿度较大的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差在24~28℃,850 hPa相对湿度较小的大范围雷暴大风天气过程,850 hPa和500 hPa的温差则常常达到30℃或以上。     

山西雷暴大风雷达产品统计学特征及预警提前量研究

为认识统计山西雷暴大风的雷达产品特征，做好其预报预警，利用2013—2017年4—9月高空探测资料和地面观测资料以及多普勒雷达资料对山西39次雷暴大风过程进行研究。根据500 h Pa环流形势将其分为四大类型：西北气流型、冷涡型、西风槽前型、副热带高压（简称“副高”）切变型。统计分析了不同环流背景下雷暴大风的雷达产品特征及其预警提前量。结果表明：（1）块状孤立对流单体是任一环流背景下山西雷暴大风的主要雷达回波形态。（2）副高切变型雷暴大风的最大回波强度、回波顶高、最大垂直积分液态水含量值最高，冷涡型最低。（3）低层径向速度大值区对雷暴大风的指示意义最明显，预警提前量最多，可提前30 min以上。（4）雷暴大风发生时，有阵风锋和逆风区出现，但出现次数极少。研究结果对利用雷达产品预警山西雷暴大风提供参考依据。     

我国春季冷锋后的高架雷暴特征分析

利用常规气象观测资料和国家气象中心对流天气综合监测等资料,对2010-2012年我国春季冷锋后的高架雷暴的时空分布特征和强对流天气特点等进行统计分析,并通过一次典型个例给出影响高架雷暴的主要天气系统,再结合雷暴物理条件的统计特征探讨高架雷暴发生发展的物理机制。研究结果表明,此类高架雷暴主要发生在我国南方地区,具有一定的日变化,常伴冰雹和短时强降水天气。影响高架雷暴的主要天气系统为高低空急流、低层切变线以及500 hPa西风槽等。预报着眼点主要为850和700 hPa大气相对湿度在70%以上;700与500 hPa的温差达16℃以上,有一定的热力不稳定;700 hPa上建立一支低空西南急流,配合500 hPa西风槽以及低层的切变线,这些因素为雷暴触发及发展提供条件。     

山东内陆和半岛雷暴大风的环境物理量参数特征

摘要：应用探空资料,对2009—2016年4—9月山东省205次雷暴大风天气过程的 12个环境物理量参数统计分析,研究各月山东内陆和半岛地区雷暴大风物理量参数的月平均和阈值。结果表明,（1）T(850-500) 、CAPE和K指数在内陆高于半岛,T(850-500)在4—6月明显高于7—9月,K指数和CAPE值在7—8月最高。（2）在4—6月T(850-500)≥26℃的比率50.0～75.8 %;在内陆6—8月、半岛8月CAPE≥500J/kg的比率50～76.1%;在内陆4—5月、半岛5—6月DCAPE≥500J/kg的比率52.4～57.1%;在7—8月K指数≥30℃的比率58.3～88.9%。（3）5—9月θse(700-850)月平均值＜－1℃;7—8月SI的月平均值＜1℃、LI的月平均值＜0℃。（4）风暴强度指数≥250的比率在内陆4—5月、半岛4月和7—8月70%以上。强天气威胁指数在内陆6—8月、半岛7—9月≥150的比率75%以上。（5）大风指数在内陆5—8月、半岛4—5月＞17m/s的比率75%以上。（6）500hPa 风速≥12 m/s的比率在内陆4—5月、半岛4—6月和8—9月84.0％以上,850hPa 以偏南风为主,风速较小。     

北京地区冰雹天气特征

利用实况探空资料、北京南郊观象台加密探空资料以及NCEP再分析资料,对2000-2009年北京地区出现的30次冰雹过程进行了详细分析.结果表明:北京地区出现冰雹天气的主要天气类型可以分为3类:东北冷涡型、蒙古低涡型和低槽型.其所占比例分别为东北冷涡12次;蒙古低涡10;低槽8次.冰雹出现的时间集中在午后14:00-18:00.从大尺度形势特征来看,北京冰雹日,从925 hPa到500 hPa各层均有动力辐合系统,即高空有较深厚的动力系统,并且各层辐合系统当天过境影响北京.蒙古低涡和偏西路径低槽型的流场有如下显著特征:500 hPa在内蒙古中部有西北大风速区,风速在20 m/s以上;850 hPa和700 hPa在北京的东南部有偏南大风速区,风速可达12 m/s左右.冰雹发生日高空各层湿度并不大,各层温度露点差大都大于5℃,这说明冰雹的发生并不需要较强的湿度条件.对常用物理量参数研究发现,对预报冰雹天气发生有意义的参数及其阈值如下:低空有大的风切变,其中1000/700 hPa风切变分布在3 m·s 1·km-1左右;850/500 hPa风切变分布在2～4 m·s-1·km-1之间;500 hPa与850 hPa温度差为28～35℃;全总指数为40～50℃;0℃层高度为3000～4500 m;-20℃层高度为6000～7500 m;下沉对流有效位能大干800 J·kg 1;深对流指数为20～30;抬升指数小于0.     

九江地区一次无降水致灾大风天气过程分析

使用常规地面观测、风能观测、卫星云图和多普勒天气雷达等资料,对2009年6月5日23时-6日01时,江西九江地区出现的一次无降水致灾大风天气过程进行分析。结果表明,500hPa冷涡槽后强大的西北气流、925hPa波动型辐合线和异常3h变压是造成这次无降水致灾大风天气的主要影响系统和动力条件;中尺度对流云团在消散过程中,强烈下沉气流冲击地面形成阵风锋,即使对流云团消散后,这股下沉气流仍惯性移动,并继续影响下游长达百余千米范围;阵风锋前沿边界会造成大气折射率的改变,雷达可以从反射率和速度场上探测到这种不连续面的窄带回波。窄带回波移动速度可以定性判断地面大风级别,移速大风力大,移速小风力小。     

湖北省不同类型雷暴大风的时空分布及环境参数特征

基于常规观测资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料和雷达资料,对湖北省2007-2015年雷暴大风的天气类型、时空分布和环境条件进行了分析,并根据箱线图展示的结果分区域分季节讨论了各型雷暴大风的环境参数特征。结果表明:(1)湖北雷暴大风分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型,其发生在3-8月,其中夏季(6-8月)雷暴大风占其全年总数的78%;一天中,其主要发生在15-19时,峰值在16时;雷暴大风空间分布不均,其高频中心位于鄂西南的宜昌和鄂东的黄石。(2)各型雷暴大风存在季节和区域差异,斜压锋生型主要出现在春季,高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、准正压型主要出现在夏季;高空冷平流强迫型在鄂西北发生最多,低层暖平流强迫型在宜昌地区、江汉平原、鄂东均出现较多,准正压型和斜压锋生型在鄂东发生最多。(3)高空冷平流强迫型雷暴大风的850 hPa与500 hPa温差(ΔT₈₅)和中低层(925-500 hPa)风垂直切变(S_L95)较大,850 hPa露点温度(T_d85)偏低;低层暖平流强迫型的S_L95、K指数均较大;准正压型的对流有效位能(CAPE)较大、S_L95、低层(925-700 hPa)风垂直切变(S_L97)较小;斜压锋生型的S_L95和S_L97均较大。(4)湖北雷暴大风的对流参数K指数、ΔT₈₅、CAPE的阈值分别为35℃、25℃和925 J·kg^-1,鄂西北、鄂东的对流参数离散度较大,按区域归纳各型雷暴大风的对流参数阈值,对当地雷暴大风预报预警更有指导意义。     

浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析

根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925 hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T_850-500大于27 ℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,B_li、B_CAPE等指示意义显著,而K指数和S_i指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。      

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。     

河南省一次副高边缘对流性暴雨的多尺度特征

利用多元观测和探测资料及NCEP 1°×1°再分析资料,诊断2019年8月1日河南省一次分散性对流暴雨过程。结果表明:(1)副热带高压边缘西南暖湿气流与西风槽携带的冷空气在河南上空交汇,高空急流的强大动力作用等,是本次暴雨天气的大尺度环流背景;(2)过程发生前700、850 hPa系统呈前倾结构,郑州站CAPE值达1717.8 J·kg~(-1),850 hPa与500 hPa温差大于27℃、850 hPa比湿大于14 g·kg~(-1);(3)700 hPa低涡和切变线、850 hPa切变线及地面弱冷空气是触发对流的中α尺度系统;出流边界、地面辐合线及中β尺度低压是触发对流的中β尺度系统;(4)当出流边界远离雷暴母体并移速较快时不易触发对流,但若与另一出流边界或中尺度辐合线、中尺度低压等相结合时,则易触发新的对流;(5)后向传播的新生单体在引导气流作用下不断向下游移动,易产生列车效应,利于暴雨发生;(6)基于诊断分析结果归纳出此次对流暴雨的天气概念模型。