LAPS分析场在一次强对流天气过程尺度分析中的应用

利用LAPS（local analysis and prediction system）同化系统融合多种观测资料,对2010年8月25日发生在上海的一次强对流天气过程进行中尺度分析。结果表明,这次强对流天气主要是由中、低空中尺度辐合系统直接触发形成的。强对流形成阶段,地面有分散辐合形成并逐渐加强,成为触发中尺度垂直环流的主要机制,垂直结构上出现低层辐合高层辐散的有利配置,风暴中心附近出现明显的上升气流区,中高层相对湿度显著增加。成熟阶段,强对流云体中心附近的对流层底层开始出现下沉气流,上升气流在其拖曳作用下明显倾斜。衰减阶段,下沉气流加强使中尺度环流动力结构和水汽供应受到破坏,垂直结构上转为底层辐散高层辐合。因此,与天气尺度分析相比,基于LAPS的中尺度分析能更深刻地揭示中小尺度系统的三维结构和时空演变特征。     

LAPS资料在人工影响天气中的应用初探

通过对LAPS资料应用于人工影响天气的作业天气预测、作业条件判别、作业技术参数确定、效果评估以及云降水数值模拟研究的可行性分析,初步探讨了其应用方法;以个例分析了LAPS的温度场、高度场资料、水汽、云宏/微观产品以及衍生的对流有效位能、抬升指数、对流抑制能量等物理量资料对防雹作业天气过程的预测潜力及其在人工增雨作业服务中的应用效果。结果表明：LAPS资料提供的物理量产品可为人工影响天气作业指挥提供高时空分辨率的数据信息,在防雹作业天气预测上具有一定优势,并可方便准确地确定增雨作业区域、催化部位和催化剂量,从而增强作业方案设计的科学性和可操作性。     

局地分析和预报系统(LAPS)及其应用

通过2006年7月1～31日逐日08:00探空资料计算1000～100 hPa各层的热成风螺旋度,分析热成风螺旋度在各层等压面以及垂直剖面图上的分布与强对流灾害天气的关系.结果表明:强对流灾害性天气出现前,当地到邻近上游地区有正热成风螺旋度高值区(中心)存在,当高值中心数值很大、正值区垂直方向层次较厚时,出现的对流性灾害天气强度较大,出现站点数较多.热成风螺旋度正值中心出现在强对流灾害天气产生以前,且有6 h以上的提前量,因此可以用热成风螺旋度诊断强对流灾害天气,作为预报指标,建立预报概念模型,为强对流灾害天气预报提供依据.     

一次台风登陆后的局地对流天气分析

本文利用常规观测资料、天气图、云图、T213数值预报、MICAPS的物理量场等资料,对2005年8月15日发生在遂宁机场上空的一次对流天气过程进行诊断分析。结果表明:台风登陆后在大陆形成的低气压是这次天气过程的影响系统;这次过程有发生雷暴天气的典型物理量场配置:低层辐合、高层辐散、高能、充沛的水汽、较强烈的上升运动;盆地局地对流的产生与台风的移动路径、深入大陆的程度有一定关系。     

一次台风登陆后的局地对流天气分析

本文利用常规观测资料、天气图、云图、T213数值预报、MICAPS的物理量场等资料,对2005年8月15日发生在遂宁机场上空的一次对流天气过程进行诊断分析.结果表明:台风登陆后在大陆形成的低气压是这次天气过程的影响系统;这次过程有发生雷暴天气的典型物理量场配置:低层辐合、高层辐散、高能、充沛的水汽、较强烈的上升运动;盆地局地对流的产生与台风的移动路径、深入大陆的程度有一定关系.     

LAPS分析场资料在暴雨中尺度分析中的应用

利用常规地面探测、高密度自动雨量站、高空探测资料,并且融合多普勒雷达拼图产品,LAPS可输出比较精细的分析场。针对2008年6月21～22日一次暴雨天气过程,基于LAPS不同时空分辨率的中尺度分析场,分析了雷达回波、风场、高度场以及物理量场,比较不同时空分辨率LAPS分析场之间的差异。结果表明:(1)此次强降水过程可划分为2个阶段。第一阶段雨量集中在沿淮地区,呈纬向带状分布;第二阶段集中在大别山地区,其雨强更大,是中尺度局地性降水。(2)大别山区的地形抬升对低涡增强或减弱的演变具有重要影响,是低涡增强、发展的触发机制。当低涡接近大别山区时,低涡明显加强;当低涡逐渐远离大别山区时,低涡则减弱。(3)第一阶段有风的切变线,第二阶段有风的辐合,说明风场的辐合和切变促进云和降水的发生、发展,因此它们是产生暴雨的触发条件。(4)高分辨率的LAPS结果对于风场和云的变化刻画地更为细致。雷达回波发生在风的切变线处,或者风场辐合处;大别山区暴雨过程中,在其西侧有闭合性的涡旋,低涡缓慢东移,回波位于涡旋东侧,强降水发生在低涡东侧。(5)K指数、沙氏指数、整层可降水量与这次大别山地区暴雨过程具有较好的对应关系,与暴雨落区基本相同。这些指数在暴雨落区预报与应用方面具有一定参考价值。     

国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅱ：对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术

中尺度天气分析技术在对流性天气的短期预报业务中发挥了重要作用。文章介绍了国家气象中心正在发展和试运行的对流天气中尺度过程分析规范和支撑技术,旨在为中尺度对流天气的短时临近分析和预报提供技术方法,其客观技术支撑为中国气象局强对流短临预报系统SWAN、强对流天气综合监测技术和自动站资料快速客观分析技术等。文章以2011年4月17日强对流过程为例,介绍了如何利用多源观测资料(常规和非常规资料)快速识别和掌握强对流天气(短时强降水、雷暴大风、冰雹、龙卷等)实况,分析当前对流系统类型及其结构特征,判断未来影响对流系统发生、发展的中尺度环境条件,并综合考虑客观自动外推算法产品,最终指导预报员对未来0～6 h内的强对流天气影响区域进行短临预报预警。业务试验表明,对流天气中尺度过程分析技术可为强对流天气短临预报业务提供重要参考和依据。     

大尺度形势对中尺度对流风暴影响的研究

通过对多次强对流过程的分析,归纳出大尺度天气形势对中尺度对流风暴发生发展影响的4个方面,提出了天气形势分型的基本原则,并介绍了北京、华东和闽南地区不同天气形势下强对流活动的特点。     

一次局地特大暴雨的成因分析

在卫星云图分析的基础上,结合常规气象资料和Ｔ１０６数值产品分析了北京地区１９９８年７月２３日局地特大暴雨的成因和中尺度系统在ＩＲ云图中的特征。中尺度系统是在有利的天气北景下,水汽辐合中心和高能区中产生发展的。     

滇缅脊前一次弱对流形成的局地大暴雨过程分析

利用常规观测资料、加密自动站资料、NCEP 1°×1°每6 h再分析资料和多普勒雷达资料,用尺度分离和物理量诊断分析方法,对2005年8月7日发生在云南新平平掌的局地大暴雨进行综合分析,结果表明:低层700 hPa滇缅脊前哀牢山沿线切变线内生成的中尺度气旋,是产生局地强降水的主要天气系统;局地大暴雨发生在低层辐合、中高层辐散的弱对流环境中,低层局地强水汽辐合为此次大暴雨提供了水汽条件;局地大暴雨发生前垂直螺旋度低层为辐合上升,强降水发生在辐合上升运动减弱期;大暴雨发生在对流云团温度梯度迅速增大的位置,多普勒雷达回波强度和回波顶高均无强对流特征;局地大暴雨发生地有逆风区形成,不断南下补充的新对流单体,使得β中尺度回波长时间维持,是导致局地大暴雨发生的重要原因。     

对流天气预报中的环境场条件分析

中尺度对流天气的分析包括以天气型识别和中尺度过程分析为主的主观分析,以及以动力热力物理参数诊断为主的客观分析。利用"配料法"预报的思路,通过诊断有组织的深厚中尺度对流系统发生、发展的4个条件(水汽、不稳定、抬升和垂直风切变),开发了中尺度对流天气的环境场条件分析技术(对流天气图分析和客观物理量诊断技术),并应用于中国国家气象中心的强对流天气预报。以中尺度对流天气的天气图分析方法为例,介绍如何利用高低空观测资料,分析对流天气发生发展的环境场条件;并以数值模式释用为主的强对流特征物理量诊断分析为例,介绍如何动态诊断对流天气的动力热力条件演变。     

华中区域LAPS中尺度分析场的检验与评估

本文利用LAPS融合地面观测资料、探空资料、雷达资料形成中尺度分析场,将该分析场与实况降水、雷达同波、TBB图进行对比,发现LAPS分析场具有中尺度系统的描述能力.设计了融合不同观测资料的试验方案并计算了各种试验方案的均方根误差,定量对比分析了各种资料在LAPS系统中的作用,结果表明LAPS融合所有观测资料后得到的分析...     

福建一次持续性强对流天气过程诊断分析

利用加密地面观测资料、 自动站资料、 常规观测资料和NCEP再分析资料, 分析了2012年4月10—12日福建省持续性强对流天气过程的形成机制。结果表明, 此强对流天气过程是在稳定的大尺度环流背景条件下产生的, 低层辐合和高层辐散相叠置、 良好的水汽输送、 大气层结不稳定和高CAPE值为强对流发展提供了必要的热动力条件; 地面中尺度辐合线触发对流发展, 而中层冷空气的侵入加剧了大气层结的不稳定, 使对流发展加强; 最大上升运动中心高于0 ℃层高度以及强的风垂直切变, 有利于冰雹形成。强对流天气潜势预报分析和卫星、 雷达及自动站资料的跟踪分析是做好强对流天气预报预警的有效方法。     

An algorithm on convective weather potential in the early rainy season over the Pearl River Delta in China

This paper describes the procedure and methodology to formulate the convective weather potential （CWP） algorithm. The data used in the development of the algorithm are the radar echoes at 0.5° elevation from Guangzhou Doppler Radar Station, surface observations from automatic weather stations （AWS） and outputs of numeric weather prediction （NWP） models. The procedure to develop the CWP algorithm consists of two steps： （1） identification of thunderstorm cells in accordance with specified statistical criteria; and （2） development of the algorithm based on multiple linear regression. The thunderstorm cells were automatically identified by radar echoes with intensity greater than or equal to 50 dB（Z） and of an area over 64 square kilometers. These cells are generally related to severe convective weather occurrences such as thunderstorm wind gusts, hail and tornados. In the development of the CWP algorithm, both echo- and environment-based predictors are used. The predictand is the probability of a thunderstorm cell to generate severe convective weather events. The predictor-predictand relationship is established through a stepwise multiple linear regression approach. Verification with an independent dataset shows that the CWP algorithm is skillful in detecting thunderstorm-related severe convective weather occurrences in the Pearl River Delta （PRD） region of South China. An example of a nowcasting case for a thunderstorm process is illustrated.     

2016年6月13—14日山东强对流天气过程的中尺度特征及成因分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、区域气象观测站资料和多普勒天气雷达资料等,对2016年6月13—14日山东强对流天气过程的中尺度特征、触发条件及雷达回波等进行了分析。结果表明,冷涡前部高空槽和地面气旋造成13日强对流天气,高空冷涡和地面气旋造成14日强对流天气。高空干冷、低层暖湿气流有利于大气对流不稳定度加大。13日对流系统由2个独立的MαCS组成,14日则是由MβCS演变而成的MαCS系统。辐合线和干线是强对流天气的触发条件,两者重合处能诱发对流单体强烈发展。移动路径右偏中层引导风向、高空西北风的切入和地形因素是导致强降雹超级单体发展及持续存在的原因。6 h前的400～1 200 J·kg-1对流有效位能区域与降水落区对应较好。两日强对流天气过程的水汽均以西南向输入、南北向辐合为主;14日过程中渤海湾的水汽输送也很重要。高层更宽阔的MPV异常及显著下传、高低层正负位涡差的增大会造成更强的上升运动和对流不稳定。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料、区域加密站资料、卫星云图和雷达资料,对2015年5月6日(简称“05.06”)和8月30日(简称“08.30”)河南两次东北冷涡型强对流天气过程的系统配置、环境条件、中尺度特征等进行了详细分析。结果表明：(1)两次过程均发生在东北冷涡稳定维持下的环流背景下,“05.06”过程是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流,“08.30”过程则由横槽南下及暖湿气流引起以短时强降水为主伴有大风的湿对流。(2)“05.06”过程中高层有较强的干冷平流,叠加在低层暖湿平流上,形成了强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹发生发展;“08.30”过程则类似准正压类强对流,弱暖平流抬升配合上层冷平流形成不稳定,垂直风切变小,湿层较厚,有利于短时强降水的发生。(3)两次过程均发生在地面温度、露点大值区及高梯度区,高温高湿为其提供了能量和水汽条件,地面辐合线是其触发抬升机制。“05.06”过程冷暖交汇明显,干湿对比显著,是在冷暖交汇和干湿交汇共同有利环境下产生大风冰雹天气;“08.30”过程则是在高湿区中由冷暖交汇产生对流不稳定,以短时强降水为主。(4)两次过程均由发展旺盛的中β尺度对流云团自北向南移动产生,云顶TBB较低,中尺度雨团与TBB高梯度区对应较好。(5)雷达回波上,强对流过程中对流单体出现明显的回波悬垂、弱回波区以及有界弱回波等特征,径向速度场上有低层辐合和高层辐散、中层径向辐合、逆风区、中气旋等特征。

     

能量参数在南通地区强对流天气中的应用

对南通地区1991--2003年强对流天气气候特征进行了统计分析;将强对流天气的大范围环流形势作了分型和总结;利用常规观测资料和1°×1°的NCEP再分析资料,通过MMSV3．7高分辨率数值模拟结果,对典型个例进行了分析研究。结果表明：有利的天气系统影响,大气不稳定能量的累积和释放是强对流天气形成的关键条件之一。利用数值模拟结果计算的有效位能、强天气威胁指数等对强对流天气都具有很好的指示意义。     

中国当代强对流天气研究与业务进展

对当代中国几十年来强对流天气研究和业务进展做了阐述,主要包括强对流系统产生的环境背景和主要组织形态,以及具体强对流天气的有利环境条件、触发机制、卫星云图特征、多普勒天气雷达回波特征以及预报、预警技术等诸方面。总体来看,中国学者对强对流以及不同类型强对流天气(强冰雹、龙卷、雷暴大风)发生、发展的环流背景以及通过雷达和卫星观测到的组织结构及其演变特征都已有了明确认识,研究了对流系统的多种触发机制,深入认识了超级单体、飑线等对流系统的环境条件、组织结构特征和维持机制,了解了中国中尺度对流系统的组织形态和气候分布特征,获得了强冰雹、龙卷、下击暴流和雷暴大风等的雷达、卫星和闪电等的多尺度观测特征、形成机制和现场灾害调查特征,发展了各类强对流天气识别、监测和分析方法以及基于"配料法"和深度学习方法等的预报、预警技术等。因此,强对流天气业务预报水平已得到显著提升。     

一次东北冷涡不同阶段强对流天气特征对比分析

利用NCAR/NCEP再分析（1?×1?）资料、区域自动站观测、FY-2D/2E卫星观测和GPS/MET水汽监测等资料,对2012年6月7-18日长春地区发生在同一东北冷涡系统不同演变阶段的3次强对流天气进行对比诊断分析。结果表明：在冷涡形成期,高低空急流耦合产生的次级环流上升支,触发锋前不稳定能量释放,导致中β尺度孤立深厚湿对流系统出现;在冷涡发展期,对流层高层干冷空气向对流层中下层侵入,形成高空露点锋,触发有组织的中α尺度对流系统;在冷涡消亡期,低涡减弱为高空槽并快速东移,其后部冷空气置于低层大范围暖湿空气之上,地面中尺度辐合触发不稳定能量释放,形成中β尺度对流系统。