武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征分析

利用自动气象站逐小时和逐5 min观测资料、长江中游雷达组合反射率因子SWAN拼图产品及NCEP FNL再分析资料,对武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征进行分析。结果表明:不同的天气背景诱发的对流系统特征不同,低层暖强迫造成的斜压不稳定背景下,环境条件高能高湿,雷暴冷池的积累有利于稳定性降水前沿触发线状强对流;斜压锋生天气背景下,冷暖剧烈交汇使得大气斜压性显著增强,地面多有中尺度气旋波发展,锋区冷区稳定性降水中多伴随短时强降水,而暖区能量、湿度条件更好,易诱发短时强降水等分散性强对流;准正压天气背景下,大气斜压性弱,环境高能高湿,多由近地面层流场强迫和局地热力差异触发剧烈的热对流活动。从对流风暴雷达回波特征和降水特征来看,TS类线状中尺度对流系统(MCS)移速较快,短时强降水范围小;准静止类表现为带状走向的大范围层状云回波稳定维持,中间伴有多个积云对流生消迭代,每一阶段降水增强都与新生对流单体途经武汉站点相对应;组织合并类在回波合并时,意味着短时强降水的发展增强,合并后的回波形态和走向影响着降水的强度和持续时间。在不同的环境背景、触发诱因和组织形态下,短时强降水发生前后地面气象...     

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3.3次,主要发生在7月上旬—8月中旬,17—23时和02—08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg-1,对流由冷锋触发（有时存在暖区对流）,强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg-1,对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg-1。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

夏季长生命史盆地涡活动对川渝季节降水的影响

利用ERA-interim再分析资料和全国824个国家气象站的日降水资料,分析了1983—2012年夏季发生在四川盆地且生命史大于等于24 h(定义为长生命史)的低涡年际变化特征和成因,以及它对川渝地区季节降水的影响,研究结果表明:夏季长生命史的盆地涡的涡源主要位于盆地西南部附近和东北部附近,根据涡源位置的差异可将盆地低涡分为西南型和东北型。由于夏季长生命史西南型盆地涡出现频数远大于东北型盆地涡,因此长生命史西南型盆地涡对季节累积降水贡献较大,但是进一步分析发现长生命史东北型盆地涡产生的日降水强度较强,降水范围较广。长生命史西南型盆地涡由于较少移动,其主要影响区位于初生源地附近的局地地区,而长生命史东北型盆地涡由于移动性较强,其主要影响区位于副热带高压外围的较大范围地区。从季节尺度来说,影响两类低涡频数变化的关键大气环流因子有显著差异,当中纬度长波槽偏强,副热带高压西伸明显加强,以及高原南支绕流偏强时,有利于更多长生命史西南型盆地涡的生成;而当南亚高压强度偏弱,高纬度西伯利亚高压脊稳定维持,以及西伸的副热带高压边缘正好位于云贵高原东部地区附近时,有利于更多长生命史东北型盆地涡的生成。     

重庆“6·8”大暴雨过程诊断分析

该文利用NCEP再分析资料和地面观测资料,针对2017年6月8日20时—10日20时重庆地区出现的一次大暴雨过程,对过程发生前的降水实况、环流形势、对流潜势、能量条件、水汽条件、垂直运动以及对应过程发生发展最强时段的卫星及雷达特征进行了分析。此次过程为中高纬呈"两槽一脊"环流背景下,有长波槽分裂小槽东移,配合低层低涡系统及切变线的生成与发展,重庆位于副高584线附近,处在高空急流入口区右侧、低空急流左前侧的强抬升运动区。降水过程分为两个阶段,前一阶段为暖区降水,伴有较强的对流性特征,第二阶段伴随着冷空气的南压,冷暖空气在重庆长江沿线一带交绥,为混合性降水。第一阶段云图上呈现出暴雨云团形态,呈圆形、边界光滑、云团中心白亮区域对应降水大值区。雷达回波表现出较显著的低质心暖云降水特征,降水最强时段径向速度图上存在着明显的气旋式辐合区。第二阶段配合北方冷空气的侵入,云系呈带状分布和发展,伴随着对流云团的不断新生、合并、扩大,云团生命史较长,对应降水时间较长。雷达回波表现为层状云降水回波特征,且在重庆永川及周边区域存在"列车效应",从而造成了相应地区较长时间的持续性强降水。     

长生命史飑线在强、弱对流降水过程中的异同点分析

利用常规气象资料、自动站资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,对发生在我国中纬度地区不同对流环境下两次长生命史飑线过程的物理机制和中尺度特征进行了分析。结果表明:(1)飑线在近地面层有较强的水汽辐合,但强对流降水过程中的飑线湿层深厚,水汽辐合的层次更为深广、强度更强,存在较低的抬升凝结高度。(2)高层强冷平流与低层暖平流的叠加是飑线的共同特征之一;不同之处在于弱对流降水过程中飑线不稳定层结的建立更多地依靠高层冷平流的作用,有更高的温度直减率,具有弱降水超级单体的一些特征;强对流降水过程中飑线低层暖平流的加强也是造成大气不稳定的重要原因,θse在中层呈现出湿中性层结特征,存在更大的热力不稳定度,是典型的强降水超级单体特性。(3)长生命史飑线的发展离不开强环境风垂直风切变;强对流降水过程中垂直风切变主要是风速随高度变化而产生的,弱对流降水过程中垂直风切变主要表现为风向随高度的变化。(4)飑线沿着出流边界和引导气流方向移动。(5)飑线在雷达回波上的共同点:都出现典型弓形回波,减弱的标志亦是阵风锋逐渐远离回波主体,弓形回波逐渐断裂,强回波后侧的层状云回波面积开始增大;不同点在于弓形回波的演变方式不同,弱对流降水过程中的弓形回波有超级单体风暴的典型结构,而强对流降水过程中弓形回波的形成是由强降水超级单体的发展而来,单体结构明显不同于经典超级单体中非降水或弱降水超级单体。(6)速度场上低层存在着径向速度的大值区,中低层有辐合,并伴有中气旋存在,中层存在明显的MARC(Mid-Altitude Radial Convergence)。1km高度以下的径向速度大值区、MARC和中气旋对地面灾害性大风有提前预警作用。     

华南前汛期锋面对流系统和暖区对流系统的多尺度特征和集合预报敏感性对比分析

2018年5月7日华南地区受锋面中尺度对流系统和暖区对流系统影响,出现多条中尺度雨带。其中锋面对流系统形成降雨区范围较广,雨量分布不均;在锋前30～200 km暖区内,多个离散的短生命史β中尺度对流系统形成范围较小的中尺度雨带;而在华南沿海地区中尺度线状对流长度超过300 km,稳定维持时间超过12 h,形成局地300 mm以上的沿海强降雨带。雷达回波分析表明华南地区的锋面对流系统、暖区对流系统均以低质心型对流单体为主,其中锋面对流单体35 dBz回波顶高平均为5.5 km,暖区对流系统35 dBz回波顶高平均为4.7 km。利用ERA5再分析资料诊断降水效率表明,锋面系统降水效率平均在10%～15%,暖区对流系统的降水效率波动明显,瞬时降水效率可超过90%。此次降雨过程中雨滴谱分析表明,小粒子直径、高雨滴数密度的暖云降水特征突出,沿海暖区对流系统在各个降水强度量级上都具有更大的粒子直径和数浓度,因此降水效率较高。预报检验表明主流业务数值模式对于暖区对流性降水预报能力有限,欧洲中心再预报改善了暖区对流性降水离散度分布,中尺度区域数值模式能够反映锋面对流和暖区对流的基本特征,但在沿海暖区对流系统的强度、组织上仍然有偏差。比较锋面降水和暖区降水的集合预报敏感性表明,锋面降水对于锋前低压槽、低空急流等天气系统强迫具有较高预报敏感性,而沿海暖区降水对于上游入流区不稳定能量分布具有更显著的敏感性。     

陕西渭北中尺度对流系统组织模型及灾害分析

根据陕西渭北711型数字化雷达2000-2006年5-9月的观测资料,把335例中尺度对流系统(mesoscale convective systems,MCS)组织演变的模型分为3大类(单体、线状、区域型MCS)9小类(少动单体、移动单体、合并单体、拖曳层状、先导层状、平行层状、断裂线状、非嵌入区域和嵌入区域型MCS),统计了各类MCS的出现频次、日变化、生命史、水平尺度、回波移动速度等.重点结合降雹实况,分析了各类MCS的灾害差异.结果显示线状MCS的降雹概率最高,单体MCS的降雹概率最低.拖曳层状类MCS产生的灾害最为严重,少动单体MCS产生的灾害最小.     

梅雨锋西段持续性暴雨的环境场特征及贵阳极端降水成因

利用多种资料分析了2014年7月13—17日贵州持续性暴雨过程的中尺度环境场特征及贵阳极端降水成因,并以多个时次不同要素资料进行合成分析,构建此次梅雨锋西段持续性暴雨的天气学模型。结果表明:(1)此次贵州持续性暴雨发生在单阻型梅雨稳定的背景下,当地持续3~4 d的强降水由中低层低涡切变、低空急流及地面静止锋(梅雨锋)共同作用造成。(2)梅雨锋雨带的建立、维持及移动造成贵州不同区域出现强降水。此次过程梅雨锋雨带对贵州的影响分四个阶段,其中,第三阶段梅雨锋西段缓慢南压过程中多个β中尺度云团更替、合并及缓慢移动造成贵阳及周边部分县市降水量突破历史极值。(3)中低纬度系统相互作用使水汽输送异常偏强。7月16日白天当年第9号超强台风"威马逊"进入我国南海海面后促使副热带高压西侧向北输送的水汽加强,该水汽与来自孟加拉湾的强盛西南暖湿气流在贵州上空汇合、加强,形成异常偏强的水汽通量及水汽辐合中心,这可能是贵阳极端降水发生的重要原因。(4)相比2010—2014年5—9月贵阳发生的另外4场大暴雨过程,该过程更长的降水持续时间可能是贵阳极端降水发生的另一重要原因。(5)贵阳强降水期间,强降水的雷达回波表现为层状云-积云混合降水回波,并具有低质心暖云降水特征,同时径向速度图上可见强劲西南急流及中尺度气旋性辐合。     

一次西南低涡降水雷达回波结构和演变特征分析

基于新一代天气雷达三维组网等多源气象数据分析了2009年7月30～31日的一次西南低涡触发的强降水天气过程以及主要降水时段雷达回波三维结构及演变特征,研究发现:(1)西南低涡降水与低涡强度发展存在不一致性,强降水出现在低涡强度达到最强之前;(2)中尺度对流系统的发生、发展是此次低涡降水的重要影响因素,西南低涡与中尺度对流系统既相互独立又相互影响,降水是两者共同作用的结果;(3)最强组合反射率因子同样出现在西南低涡发展到最强盛之前,西南低涡能显著影响盆地内降水雷达回波的强度与类型。      

晴空回波特征与风场信息应用

为研究晴空回波风场信息在对流性降水天气中的预警应用价值,选取山东省临沂雷达站2008—2013年5—9月的观测数据分析降水晴空回波特征。研究发现:临沂地区5—9月约87%的日数会出现晴空回波,且90%以上出现在距离雷达站100km范围之内,反射率因子多在10~25dBz,具有明显日变化;晴空回波的速度产品能提供有效监测对流性降水出现前的大气低层风场信息,能一定程度反映低层湍流的耗散率,对降水过程有一定的指示性,相关研究成果对降低对流天气漏报率和提高预警提前量有重要意义。     

鄂西北夏季对流降水回波特征的研究

该文通过对鄂西北1995～1999年6～9月273个对流回波个例进行统计分析，得出生成对流云的主要天气背景为西风低槽过境和副高外围的影响。对流云回波出现频率6、9月较少，7～8月较多。当地地形对对流云活动具有促进生成、约束移动、抬升加强等作用。对流云可分为单体、多单体、超级单体和混合云中对流等种类。6、9月对流云平均的生命时间较短，回波强度、顶高和强回波区顶高较低。相反，7～8月对流云回波特征值较高     

强对流天气雷达回波强度相关性对比分析

为了提高山区复杂地形条件下局地强对流天气监测预警能力,有效减小天气雷达之间对降水目标物回波的测量误差,选取贵阳、毕节、遵义三部多普勒天气雷达同步观测体扫资料,以贵阳多普勒天气雷达站为基准,对比分析了强对流天气的雷达回波强度的变化特征。初步分析结果表明:贵阳与遵义、毕节雷达之间观测的回波强度具有一致性的波动特征,且存在较大的相关性;贵阳雷达观测的回波强度总体低于毕节、遵义雷达观测数据结果;两部雷达之间回波强度差异主要是由云和降水对雷达波的衰减所产生。     

闽东北地区夏季对流云特征的初步分析

利用新一代天气雷达资料分析闽东北地区夏季对流云的回波特征。分析表明:多单体合并对流云在生命史、回波高度、强度、尺度等方面都超过了单体对流云,其液态水总量也更大,自然降水条件和人工影响潜力都优于单体对流云,是夏季降水和人工催化的重要云系。分析得到对流云发展的不同阶段、不同高度层辐合辐散特点,为进一步研究夏季对流云结构和降水原理提供科学依据。通过对两个个例的天气形势分析,指出冷空气对对流发展有一定的激发作用。     

2019年6月桂林三次强降水天气成因对比分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测数据以及NCEP再分析资料,对桂林2019年6月6-12日接连3次强降水天气过程的环流背景、影响系统与形成原因进行了对比分析。结果表明:(1)3次过程按影响系统分属暖区暴雨、低涡暴雨和锋面暴雨过程,均发生在高空急流右侧辐散、低空急流左侧辐合叠加区。(2)3次过程均受500 hPa短波槽和地面中尺度辐合线影响,但第1次过程中西南急流及地形等、第2次过程中低涡切变线、第3次过程中冷锋也起到重要作用。(3)3次过程的触发系统不同,第1次暖区暴雨过程迎风坡地形对其起触发作用,西南急流使得后向传播的对流云带维持;第2次低涡暴雨过程的触发系统为低层位于贵州一带的西南涡,西部冷空气侵入与西南急流加强是低涡对流云团维持较长时间的原因;第3次锋面暴雨的触发系统为冷锋,锋面配合锋前暖湿气流使对流云带加强。(4)第1次过程暖区暴雨MCS模态主要为线状后向扩建类,极端强降水出现在线对流中后端;第2次过程低涡暴雨MCS模态为涡旋类,极端强降水出现在涡旋中心附近;第3次过程锋面暴雨MCS模态由前期后部层云区线状对流转为层状云包裹对流系统,强降水发生在线对流弯曲或中心强回波处。     

贺兰山东麓极端暴雨的中尺度特征

利用近10年宁夏逐时自动气象站降水、银川CD雷达、FY-2、探空和ECMWF再分析0.125°x 0.125°等高分辨率多源气象资料,在中尺度系统分型基础上,对比分析贺兰山东麓6次极端暴雨的中尺度特征.结果表明:(1)低空偏(东)南急流夜间增强并配合贺兰山地形,在东坡山前触发或增强了暴雨中小尺度系统,造成地形处降水增幅...     

Quantitative Analysis of Meso-β-scale Convective Cells and Anvil Clouds over North China

This paper proposes several quantitative characteristics to study convective systems using observations from Doppler weather radars and geostationary satellites. Specifically, in order to measure the convective intensity of each system, a new index, named the ``Convective Intensity Ratio' (CIR), is defined as the ratio between the area of strong radar echoes at the upper level and the size of the convective cell itself. Based on these quantitative characteristics, the evolution of convective cells, surface rainfall intensity, rainfall area and convectively generated anvil clouds can be studied, and the relationships between them can also be analyzed. After testing nine meso-β-scale convective systems over North China during 2006--2007, the results were as follows: (1) the CIR was highly correlated with surface rainfall intensity, and the correlation reached a maximum when the CIR led rainfall intensity by 6--30 mins. The maximum CIR could be at most ～30 mins before the maximum rainfall intensity. (2) Convective systems with larger maximum CIRs usually had colder cloud-tops. (3) The maximum area of anvil cloud appeared 0.5--1.5 h after rainfall intensity began to weaken. The maximum area of anvil cloud and the time lag between maximum rainfall intensity and the maximum area of anvil cloud both increased with the CIR.     

山东两次强对流天气雷达特征及环境场对比

利用常规地面和高空观测资料、加密自动站资料和多普勒雷达资料,对2016年6月山东两次强对流天气的雷达特征、环境条件等进行了对比分析,结果表明:6月14日强对流天气主要是横槽转竖引导冷空气南下引起,6月30日强对流天气发生在高空槽前、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,地面辐合线是两次过程的触发机制。6月14日垂直风切变和风暴承载层平均风均比30日大很多,致使14日的超级单体风暴持续时间更长、强度更强。风暴相对螺旋度的大小对强对流天气强弱程度有指示意义。两次过程都在地面辐合线附近生成,都具有中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等雷达特征,不同的是14日具有倒V形缺口、中层径向辐合、冰雹散射和钩状回波等特征,30日具有窄带回波、径向速度大值区等特征。两次过程都出现了弱旋转对应地面都带来小冰雹天气,这在预报业务中值得注意。两次降雹与风暴单体高度及强度、垂直累积液态水含量及密度、中气旋厚度、最大切变和持续时间密切相关。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。     

鄂西北夏季对流云降水微物理过程数值模拟

为了深入研究对流云降水微物理过程特征,为局地对流降水预报和人工增雨提供更多的参考依据,利用三维双参数对流云模式,使用常规单站探空资料,开展湖北两北部山地夏季对流降水实例的批量数值模拟,使用地面降水量和雷达回波资料检验模拟效果,统计分析降水微物理过程特征,归纳总结冰相粒子的形成、增长机制,以及液念水和冰相粒子的相互转化机制。结果表明：（1）对流云模式能够较好地模拟实际对流降水的一些宏观微观特征;（2）当地夏季主要是对流冷云降水,冰相过程是形成降雨的主要物理过程;（3）冰相过程巾过冷水、霰、冰晶之间的相互转化过程是主要的冷云降水形成机制。     

贵阳市汛期短时强降水时空分布特征

利用加密自动气象观测站和国家气象观测站逐小时观测资料,分析了贵阳市2014-2019年汛期（4-9月）短时强降水时空分布特征。结果表明：贵阳市汛期短时降水呈现中部多,南北少的空间分布特征,大值中心位于清镇市中南部-观山湖区-白云区一带,该区域也是降水量最多,短时强降水贡献最大的区域。贵阳市汛期短时强降水集中在5-8月,其中6月最多,7月次之;一天中相对高值时段为23-03时、7-8时和20-21时,不同月份短时强降水频次日变化存在差异;持续时间≥3h的短时强降水过程集中在清镇市中南部-观山湖区-白云区-乌当区西部一带,次高频区域集中在花溪区中南部及修文县南部;根据影响系统不同,将区域≥20%的短时强降水分为4类,其中低涡切变型最多,占50.9%,冷锋低槽型占35.9%,梅雨锋型占9.4%,两高切变型占3.8%。