飑线组织化过程对环境垂直风切变和水汽的响应

利用ARPS模式对飑线发生发展过程进行二维理想数值试验,讨论了低层环境垂直风切变和水汽条件变化时,飑线内部物理因子配置变化及其与系统强度演变的联系。研究表明,飑线发展过程中出现的动量、热量和水汽的再分配过程,造成系统内垂直环流结构和扰动温湿场分布发生变化,从而影响系统内部深对流的组织化过程和飑线强度的发展。基于低层环境垂直风切变和水汽两个要素的敏感性试验研究表明,低层环境垂直风切变增大（减小）时,飑线移速减慢（加快）,冷池前沿激发的新对流与中高层的垂直运动相互贯通（分离）,飑线系统强度随之增强（减弱）。此外,当低层水汽增加（减少）时,会导致输送到中层的水汽增加（减少）,中层凝结潜热释放增多（减少）,该层垂直运动增强（减弱）;同时,飑线系统区域环境释放的对流有效位能（CAPE）增大（减小）,新生对流的强度增强（减弱）。低层水汽条件通过水汽输送和能量释放,改变冷池前沿新对流与中高层垂直环流的组织化结构,从而影响飑线强度。     

一次飑线天气过程分析

从天气形势、物理量场、垂直风切变、气象台自记记录等方面分析了2005年5月6日02时左右（北京时，下同）发生在深圳市的一次强对流天气的形成机制，发现该过程是一次明显的飑线天气过程，其触发机制为：地面弱冷锋、低空急流、垂直风切变共同作用的结果。     

飑线结构和强度对低层湿度和环境垂直风切变的敏感性研究

利用数值模式WRF进行二维飑线理想数值试验。通过改变初始场低层湿度和低层环境垂直风切变探讨了初始环境场对飑线在触发阶段与发展初期结构和强度的影响。低层湿度试验表明,增加低层湿度有利于初始启动阶段对流的发生从而使对流系统强度更强;飑线强度增加,对流上升运动增强,更有利于冷池前沿激发出新生对流单体,系统发展更快;同时激发更多降水,冷池强度增强。低层环境垂直风切变试验表明,在飑线触发阶段,更强的环境垂直风切变使对流主体前倾趋势更大,对对流的触发有阻碍作用;冷池和环境垂直风切变的相互作用被认为是飑线发展的重要机制,基于RKW理论,在飑线发展初期,近地面冷池相对较弱,在更弱的环境垂直风切变作用下更容易使对流结构呈直立状态从而产生更强和更深的上升运动,飑线强度增强。     

弱垂直风切变下台前飑线不同发展阶段的热、动力特征分析

以2014年7月18日09号超强台风"威马逊"影响期间,发生在湘赣地区的一次台前飑线过程为例,讨论了在垂直风切变明显弱于中纬度飑线情况下台前飑线的生成与发展机制。研究表明:1)在飑线初生阶段,弱垂直风切变与较弱冷池相平衡使得飑线垂直发展,其前部上干冷下暖湿的不稳定环境条件是其发展加强的热力因素;台风倒槽右侧风向水平切变、飑线前侧的阵风锋是其发展的动力条件。2)在飑线成熟阶段,飑线后侧的地面冷池范围变大、强度变强,导致飑线前方的水汽及能量补给减弱;同时飑线后部中层干冷空气入侵加强,飑线上升气流向冷池方向倾斜,垂直抬升条件减弱,不利于台前飑线的发展维持。成熟阶段的这两个特点表明台前飑线由盛转衰。3)在飑线消散阶段,由于飑线远离台风,台风的影响减弱,导致台前飑线水汽和动力条件不足,从而消亡。     

低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分同化技术,通过对6部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新循环同化和云尺度数值模拟,初步分析了2009年7月23日发生在华北地区的一次飑线过程的低层动力和热动力影响机制。结果表明,这次飑线过程处在低层中等强度切变的环境条件下,低层环境垂直风切变和冷池相互作用是本次飑线过程维持发展和传播的关键机制。在飑线发展的初期,低层垂直风切变较强,但冷池偏弱,冷池传播速度(C)和垂直于飑线的低层切变分量(ΔU)的比值C/ΔU<1,飑线回波前倾。而此时环境热力条件(对流有效位能较高和自由对流高度较低)对飑线的发展加强起到了积极作用,克服了这种低层切变和冷池不平衡所形成的不利条件。在飑线的加强和成熟阶段,由于对流降水使冷空气不断下沉,从而导致冷池快速加强,使低层切变和冷池强度逐渐达到近似平衡状态(C/ΔU≈1),低层大气处于最强的垂直抬升状态,飑线发展最为强盛,飑线回波直立。随着时间的推移,降水累积效应导致冷池强度明显大于低层切变强度(C/ΔU>1),不利的形势导致飑线逐渐趋于消散,飑线回波明显变宽、后倾,回波顶高显著下降。对模拟结果的定性分析和定量计算均表明,影响这次飑线过程发展维持的低层垂直风切变和冷池相互作用机制与Rotunno和Weisman等用来解释飑线发展演变的RKW理论一致。另外,模拟结果显示,低层0—3km风切变对飑线的发展维持最为重要,但是0—6km的中层风切变也有正面作用,特别是在飑线发展旺盛阶段,应该考虑其影响。     

华南前汛期冷空气影响下两次飑线大风过程的对比分析

利用常规气象资料、自动站资料、FNL 1°×1°再分析资料和多普勒雷达资料对比分析了2017年在西风槽前并伴随着冷锋影响下的两次飑线大风过程,其中"4·21"较"5·8"过程造成了更严重的灾害性大风。结果表明:(1)高空槽和地面冷锋的配置提供了深厚的动力条件,但中层槽靠近后增强的垂直风切变是大风产生的关键原因,垂直风切变的大值区对大风落区具有指示意义。(2)华南地区夏半年,探空曲线对于6 h后的指示意义不大,CAPE及假相当位温随高度减小虽能表征层结不稳定度,但对地面大风的指示意义不强。(3)倾斜的结构有利于"4·21"对流的发展,强回波质心高是"4·21"产生地面大风的主要原因,"5·8"过程没形成倾斜结构的同时低层的上升运动更为强烈,削弱了雨滴下降对空气的拖曳作用,不利于地面大风的产生。     

昆明机场一次飑线过程分析

对2003年8月7日发生在昆明机场的一次飑线个例进行分析,雷达图像显示,这个飑线由两个短带回波合并而成,其对应的出流边界发展出新的对流风暴;低层水汽和能量的聚集形成了对流不稳定区,高层的干冷空气入侵加大了对流不稳定度,触发机制除了东风波外,低层的垂直风切变起到了关键作用.     

一次飑线天气过程分析

从天气形势、物理量场、垂直风切变、气象台自记记录等方面分析了2005年5月6日02时左右(北京时,下同)发生在深圳市的一次强对流天气的形成机制,发现该过程是一次明显的飑线天气过程,其触发机制为:地面弱冷锋、低空急流、垂直风切变共同作用的结果。     

秦皇岛一次飑线冰雹天气分析

利用常规探测资料、自动站观测资料、多普勒天气雷达资料等对2014年6月26日发生在秦皇岛市的一次飑线冰雹天气过程大尺度环流背景、雷达回波特征及灾害性冰雹大风形成原因进行了分析。结果表明:本次飑线过程是受高空冷涡后部冷空气、低层暖切变共同作用的结果;飑线过境前后,气象要素变化比较明显,风向突变、风力猛增、气压涌升、气温急降、相对湿度上升;本次强风暴影响系统尺度为中α尺度,"弓"形回波结构明显,同时有雷暴出流边界;速度图上的风速大值区、后侧入流、中低层径向辐合及垂直风廓线图中低层风的转变信息等对大风的预警有明显的预示作用,且从雷达四维变分分析可知850 h Pa辐合上升运动较强,中层有干冷空气入侵;回波垂直剖面图上飑线前沿低层存在有界弱回波区,中高层有回波悬垂。     

江西四次飑线雷达回波和风廓线产品特征分析

为了做好江西飑线天气的监测预警,使用MICAPS系统平台探空资料、江西地面要素资料、江西WebGIS雷达拼图和风廓线雷达产品等资料,对2017～2020年5月江西四次飑线过程进行分析,结果表明：(1)500 hPa低槽、冷锋、倒槽或辐合线,850 hPa至925 hPa切变线、低空西南急流、“上干下湿”不稳定层结、200 hPa分流区,导致江西飑线天气。(2)≥17.2 m/s 的雷暴大风出现有2～23站次,≥50.0 mm 的强降水出现有3～13站次,分别在江西境内各区域出现;飑线天气过程单点最大风速达到27.9 m/s(铅山),单点最大日降水量162.9 mm(资溪)。(3)温度层结曲线与露点曲线近似成“漏斗状”配置,整个大气层结呈上干下湿分布;湿对流有效位温(CAPE )为1124 J/kg,K 指数(K )为39℃,沙氏指数(SI )为－1.94,风暴强度指数(SSI )为274,500-1000(925)hPa垂直风切变(W_500-1000)为11 m/s,零度温度层高度(ZH )为4 970 m,-20度温度层高度(-20H )为8 304 m。(4)雷达拼图上,初始阶段的A回波带和B雷暴回波群的合并,是发展形成飑线的关键;回波带某段向前突出形成的“弓状”回波带结构,是江西飑线回波带强盛阶段的经典形态;飑线回波带上常伴有超级单体和强单体回波出现,且雷电分布密集,最大回波CR强度达到60 dBz以上,地面雷暴大风发生在这些强回波移动前方。(5)风廓线雷达产品上,飑线过境前,边界层风向不统一,边界层以上风向为一致的西南风,垂直速度W 和大气折射指数Cn^₂ 都比较小。飑线过境时,风向转为西南风,垂直速度W 明显加大到 4～8 m/s,大气折射指数Cn^₂ 加大到 -16～-12 m^_-2/3。飑线过境后,慢慢恢复到前期水平。这些研究结果为飑线天气的监测预警提供了依据。     

强对流天气预报的一些基本问题

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,对2017年5月11日和6月5日发生在湖南的两次飑线过程（以下分别简称\     

大气环境条件对夜间飑线影响的敏感性试验

利用CM1数值模式,以2017年8月7日发生在长江三角洲地区的一次夜间飑线过程为例,开展弱切变背景下中层相对湿度、低层风切变和对流有效位能的敏感性试验。结果表明:中层相对湿度升高,有利于夜间飑线雷达回波面积、回波强度和地面降温幅度增大。湿度降低,虽导致夜间飑线的雷达回波宽度变窄,但有利于夜间飑线结构和强度的维持。中层相对湿度的改变对夜间飑线成熟阶段的地面最大风速的影响并不十分明显,但是中层相对湿度的降低会增大地面最大风速的波动;低层风切变的增大使夜间飑线雷达回波强度增强、面积增大、移速变慢,也使飑线冷池强度增强,而对成熟飑线的冷池厚度和地面最大风速影响不大,但是更弱的环境风垂直切变更容易出现脉冲风暴地面强风。低层风切变的减小不利于夜间飑线的发展以及成熟夜间飑线结构和强度的维持;对流有效位能越大,越有利于夜间飑线雷达回波强度和回波面积以及冷池强度和厚度的增大,也有利于夜间飑线地面降温幅度和地面最大风速的增大。中等大小的对流有效位能更有利于成熟夜间飑线强度和结构的维持。低对流有效位能不利于夜间飑线发展,但在中层湿环境条件下依然能发展成为成熟的夜间飑线。该研究揭示了中层相对湿度、低层风切变和对流有效位能等大气环境条件对夜间飑线发生、发展的影响机制,为夜间飑线的预报提供了参考依据。      

卫星云图资料在台风路径相似预报中的应用

利用中国气象局（CMA）最佳台风路径资料、地面加密自动站资料、SRTM30数据与ERA5再分析资料,对2013年相似路径台风“苏力”与“潭美”造成的福建暴雨落区差异的成因进行了分析。结果表明：（1）两次台风暴雨过程中福建强降水落区相对于台风移动路径方向的位置在其登陆前后有所不同,台风登陆前强降水均位于其路径北侧（闽东北）,台风登陆后“苏力”强降水转至其路径南侧,而“潭美”强降水则位于路径附近。（2）台风登陆前“潭美”相较于“苏力”低纬存在强水汽输送带、闽东北上空高能高湿、低层辐合和高层辐散形成的抽吸作用,配合垂直正涡度场及地形抬升作用,该区域上升运动强且伸展高度高,导致其路径北侧降水强度更大、范围更大。（3）台风登陆后,“苏力”路径的南侧为强水汽辐合中心、气流汇合区及能量锋区,垂直正涡度柱南倾,上升运动强烈且强对流不稳定;“潭美”移动路径附近为强水汽辐合中心,西北气流与偏西气流汇合,维持暖湿结构,正涡度柱范围位于台风中心附近,该区域配合低层辐合、高层辐散,强垂直上升运动。受地形的引导、阻挡作用,低层气流加速辐合与抬升,有利于强降水的维持和加强。（4）台风强降水落区与环境风垂直切变有较好的对应关系,强降水区往往位于环境风垂直切变矢量下游和左侧;“苏力”和“潭美”登陆前后环境风垂直切变强弱和方向不同,可能是造成福建暴雨落区差异的重要原因之一。

     

上海浦东机场一次连续出现的强对流天气对比分析

2006年6月22日从中午至半夜,上海浦东机场连续发生了3次强对流天气过程,对飞行安全及航班的正常都造成了很大影响.利用各种常规观测、多普勒雷达、卫星云图及风廓线仪等资料,对6月22日的连续性对流过程进行对比分析.发现此连续对流过程中3次强对流天气发生、发展过程具有明显差异,其触发机制也各不相同.其中第一次强对流天气为局地热力对流;第二次强对流天气为锋面过境引起的飑线过程;而第三次强对流天气是伴随中尺度低压环流的对流过程.在各次强对流过程发生前,浦东机场风廓线仪资料中均出现明显的风向的垂直切变,具有较好的预警意义.     

山东一次飑线过程的闪电特征和大风形成机制分析

利用闪电定位资料、多普勒雷达资料和卫星资料分析2016年6月13日发生在山东的一次飑线天气过程的地闪变化特征和大风形成机制,结果表明:本次过程发生在东北冷涡影响背景下,大气层结上冷下暖,随着层结不稳定性逐渐增强和不稳定能量的积蓄,在较强的深厚垂直风切变环境下触发强对流风暴进而组织成飑线.整个飑线过程中负地闪占主导地位,...     

西北太平洋环境风垂直切变和热带气旋移动对涡旋内对流非对称分布影响的特征分析

热带气旋（TC）预报特别是强度预报是当今大气科学研究和业务预报的重点、难点问题,TC环流内部的对流系统对气旋的结构和强度变化有着十分重要的影响。利用FY-2C/2E黑体亮温（TBB）资料和NCEP分析资料,研究了2005-2012年西北太平洋热带气旋外雨带区的对流非对称分布特征,及其与环境风垂直切变和TC移动的关系。分析发现,整层风垂直切变的方向与TBB一波非对称大值区关于方位角的分布有很好的对应关系。在弱整层风垂直切变条件下（<5 m/s）,TC移动引起的非对称摩擦效应会使对流易出现在移动方向的右前象限。在中强整层风垂直切变条件下（>5 m/s）,风切变成为影响对流非对称分布的主要因子,TC外螺旋雨带区的对流集中于顺风切方向及其左侧,对流偏离顺切变左侧的程度一方面受到TC内逆时针环流的影响,另一方面与风垂直切变的强度有关：对于发展阶段的TC,当风垂直切变增强时,一波非对称分布更加显著,切变越强,TC强度越大,外雨带区的对流越偏离顺风切左侧;对于消亡阶段的TC,风垂直切变的影响作用并不明显。