雷暴大风落区的天气学模型和物理量参数研究

对1971 2008年山东雷暴大风的气候特征、天气系统配置模型和物理量参数特征进行分析研究。结果表明,雷暴大风的天气系统分为四种类型:槽前型、槽后型、副热带高压(下称副高)边缘型和横槽型。春季和秋季以槽前型为主,6月和8月槽后型较多,副高边缘型只出现在7月。副高边缘型的对流不稳定能量最高,0~6 km风垂直切变最小;槽后型风垂直切变最大,对流不稳定能量也较大;槽前型的风垂直切变和对流不稳定能量都较大;横槽型的风垂直切变和对流不稳定能量都较小。在鲁西北和鲁中地区槽前型最多,鲁南地区槽后型最多,横槽型主要影响山东北部和半岛地区,副高边缘型主要影响鲁西北和鲁中地区。在内陆地区,春季大气湿度小,不稳定能量低、上下层温差大、0~6km风垂直切变大,大风指数大;夏季低层大气暖湿,对流不稳定能量高、风垂直切变小,大风指数小。鲁南地区产生雷暴大风的温湿条件比鲁西北和鲁中地区高。在山东半岛的沿海地区,低层大气湿度大、温度低,对流不稳定能量小,大风指数较小,但是K指数、θse上下层之差和0~6 km风垂直切变较大,低层大气温度和湿度的月变化较小。     

广西雷暴大风环流特征和物理量诊断分析

利用观测资料和ECMWF分析资料,对广西2006-2008年发生的雷暴大风强天气45次个例进行统计分析,并应用天气学方法进行影响模型分析,从雷暴大风发生的条件入手,探讨了一些稳定度指数和动力参数的物理意义,及雷暴大风发生区域的环境场特征,统计归纳出了:(1)造成广西雷暴大风强天气过程可分为高原深槽型,台风低槽型、副高西部型和华北低槽型等四种天气模型;(2)雷暴大风多发生在午后,峰值出现在16时左右;7月和8月出现的最多;(3)局地雷暴大风的出现与地形作用有密切关系;(4)雷暴大风产生前,四种天气影响型广西大部地区大气层结均有不稳定能量聚集,低层有强的水汽辐合,相对湿度大;高原深槽、华北低槽和副高西部影响型强的垂直上升运动和正涡度中心位于广西北部,台风低槽影响型则位于广西东南部;(5)出现雷暴大风的区域大气层结不稳定性更显著,低层水汽辐合和中低层气旋性辐合也偏强.     

南充雷暴大风天气学概念模型和环境物理量分析

利用1981～2016年气象常规观测和自动站资料对南充大风的基本气候特征进行统计分析,重点探讨不同类型区域雷暴大风的天气系统配置和环境物理量基本特征。结果表明：(1)南充雷暴大风按照形成原因主要分为高空冷平流强迫类和斜压锋生类,按落区出现情况分为全市型、东部型和西部型,东部型雷暴大风主要由高空冷平流强迫所致,全市型和西部型雷暴大风过程则多为斜压锋生所造成。(2)斜压锋生类雷暴大风主要发生在显著冷暖平流导致的斜压锋生与锋面动力强迫共同作用的形势下,高空冷平流强迫类则主要是高空强干冷平流的作用。(3)雷暴大风过程发生前大气环境呈上干下湿、湿层浅薄或为“喇叭口”形态,对于不同类型雷暴大风过程发生前的环境物理结构不同,斜压锋生类雷暴大风产生时大气环境多为明显斜压特征,高空常伴有强锋区,低层不稳定能量大,因此热力因子比较重要。高空冷平流强迫类主要发生在川陕槽后强烈冷平流形势下,水平风垂直切变大、要求低层增温快,故热力和动力因子都重要。     

山东内陆和半岛雷暴大风的环境物理量特征

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个大气环境物理量参数进行统计分析,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≥500 J/kg的比率为50%～76.1%;在内陆4—5月、半岛5—6月DCAPE≥500 J/kg的比率为52.4%～57.1%;在7—8月K指数≥30℃的比率为58.3%～88.9%。(3)5—9月θ_(se700-850)月平均值-1℃;7—8月SI的月平均值1℃、LI的月平均值0℃。(4)内陆4—5月、半岛4月和7—8月风暴强度指数≥250的比率在70%以上。内陆6—8月、半岛7—9月强天气威胁指数≥150的比率在75%以上。(5)内陆5—8月、半岛4—5月大风指数17 m/s的比率在75%以上。(6)内陆4—5月、半岛4—6月和8—9月500 h Pa风速≥12 m/s的比率在84.0%以上,850 h Pa以偏南风为主,风速较小。     

台风影响型雷暴大风环流及物理量特征

该文统计了广西2006～2008年台风影响型雷暴大风发生情况,分析雷暴大风500hPa高度场和地面气压场特征,对相关的物理量进行了诊断分析,结果表明:(1)台风中心进入南海北部海域,华中、华南及华南沿海地区具有明显的"两高一低"的环流特征;(2)台风影响型雷暴大风出现在7～9月份,多发生在午后,峰值出现在16时左右;(3)台风影响型雷暴大风产生前,广西大部地区大气层结存在不稳定能量聚集,低层有强的水汽辐合,相对湿度增大,在靠近能量锋区移动方向的区域整层大气为强的垂直上升运动,中低层有正涡度配合.     

山东中西部地区雷暴大风天气气候特征

利用实测资料和历史天气图，统计分析了1980－1997年山东中西部地区雷暴大风天气的气候规律、天气系统特点以及雷达回波特征，对其中12次强雷暴大风个例的相关物理量参数和能量、环境风分布进行了分析，总结出了产生雷暴大风的前期天气系统特征及预报指标。     

海南岛雷暴大风天气形势和环境参数特征分析

利用海南岛区域加密自动站资料和海口站探空资料,结合ERA-Interim再分析资料对2014-2018年海南岛雷暴大风的强度、时空分布、环流形势和物理量参数特征进行分析研究。结果表明:(1)海南岛雷暴大风主要出现在5-8月的午后到傍晚时段,最大阵风风速大部分在8级及以上。(2)雷暴大风的环流形势可以分为三类,即西南热低压型、季风槽型和冷锋型,其中季风槽型根据槽线位置可以分为华南沿海槽型和南海低压槽型。(3)西南热低压型雷暴大风的大气不稳定能量最大,上干下湿,垂直风切变较小;冷锋型的大气不稳定能量最小,上干下湿,垂直风切变最大;季风槽型的大气不稳定能量较大,整层较湿,垂直风切变最小。(4)季风槽天气形势下发生雷暴大风时,较容易伴随短时强降水天气,西南热低压型的雷暴大风风力比其他类型更大。     

京津冀地区雷暴大风天气的统计分析

利用海南岛区域加密自动站资料和海口站探空资料,结合ERA-Interim再分析资料对2014—2018年海南岛雷暴大风的强度、时空分布、环流形势和物理量参数特征进行分析研究。结果表明：(1) 海南岛雷暴大风主要出现在5—8月的午后到傍晚时段,最大阵风风速大部分在8级及以上。(2) 雷暴大风的环流形势可以分为三类,即西南热低压型、季风槽型和冷锋型,其中季风槽型根据槽线位置可以分为华南沿海槽型和南海低压槽型。(3) 西南热低压型雷暴大风的大气不稳定能量最大,上干下湿,垂直风切变较小;冷锋型的大气不稳定能量最小,上干下湿,垂直风切变最大;季风槽型的大气不稳定能量较大,整层较湿,垂直风切变最小。(4) 季风槽天气形势下发生雷暴大风时,较容易伴随短时强降水天气,西南热低压型的雷暴大风风力比其他类型更大。

     

极端雷暴大风的环境参量特征

为了研究极端雷暴大风天气环境要素特点,选取2002—2017年中国各地区极端雷暴大风个例95个和不伴随强对流的普通雷暴个例95个,通过两者间关键环境参数的对比,揭示极端雷暴大风事件的关键环境参数特征。结果表明:极端雷暴大风天气发生在对流层中层相对干的环境下,表现为400~700 hPa极端雷暴大风对应的单层最大温度露点差和平均温度露点差平均值分别为25.7℃和13.6℃,而普通雷暴的相应值分别为16.2℃和6.5℃。统计结果表明:尽管产生极端雷暴大风的对流风暴和普通雷达对应的地面露点差异并不大,但前者相应的大气可降水量（平均值为37 mm）明显低于后者（平均值为51 mm）,差异突出表现在两者湿层厚度的不同上;相对于普通雷暴事件,极端雷暴大风事件对应的对流有效位能值（平均值为1820 J·kg-1）明显高于普通雷暴事件的对应值（平均值为470 J·kg-1）;此外,极端雷暴大风事件对应的对流层中下层垂直温度递减率、下沉有效位能、夹卷层平均风速和0~6 km,0~3 km垂直风切变均明显大于普通雷暴事件对应的相应值。     

河北廊坊雷暴大风的气候特征

利用1970~2012年廊坊地区9个气象站地面雷暴大风观测资料,采用趋势分析、滑动t检验、小波分析和最大熵谱分析等统计方法,系统分析了该地区雷暴大风天气的时空特征及变化趋势和变化周期。结果表明:廊坊地区的雷暴大风局地性强,43 a间只出现了一次全区性的雷暴大风天气过程,雷暴大风多以单站出现为主。雷暴大风的地域性特征明显,中部的廊坊市及南部的文安、大城站较易出现,而北部发生概率较低。雷暴大风的日、月及年变化特征明显。雷暴与大风主要发生在午后至前半夜,大风发生时间一般落后于雷暴,1 h内的雷暴与10 min以内的大风发生概率最高;雷暴大风3~10月都可出现,主要集中在夏季,发生概率为73.3%;近43 a来,年均雷暴大风日数整体呈现减少趋势,且中部的站点减少趋势最显著,1994年为雷暴大风的显著突变年,其显著变化周期为3.23a。雷暴大风多为"湿"型。     

北京地区雷暴大风不同生命期内的雷达统计特征及预警提前量分析

选取2010—2014年发生在北京地区的19个致灾的雷暴大风天气过程,应用北京新一代多普勒天气雷达体扫资料的反射率因子和径向速度产品,分析了雷暴大风天气不同生命期内的雷达回波特征。分析发现依据径向速度大值区能对77.8%的带状回波造成的雷暴大风天气提前发布预警,能对100%的弓形回波造成的雷暴大风天气提前发布预警,而其中有67%可提前30min发布预警;孤立的块状回波前侧均未观测到阵风锋回波,径向速度图未观测到入流急流,径向速度大值区不明显。但径向速度图上观测到的中层径向辐合、入流急流、中气旋及反射率图上观测到的阵风锋都为雷暴大风的提前预警提供了重要指示特征。     

川藏地区雷暴大风活动特征和环境因子对比

利用2010—2017年中国气象局重要天气报、地面观测和探空资料以及欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料,对川藏地区雷暴大风的活动特征、环境因子和环流形势进行统计分析,并对其中高原（海拔高度不低于1 km）和盆地（海拔高度低于1 km）区域雷暴大风活动进行对比。结果表明：川藏高原区域雷暴大风频次呈5—6月和9月双峰型分布,主要发生在午后;盆地区域主要发生在夏季,午后和夜间均较活跃。高原站雷暴大风年平均频次约为2次/站,在雷暴和大风中分别约占4.5%和8%。盆地站年平均频次仅为0.4次/站,雷暴中仅占1.5%,但在大风中约占60%。高原站雷暴大风的中低层环境温度递减率较大,一般呈上湿下干的逆湿垂直结构;而盆地站雷暴大风通常具有上干下湿的垂直结构。分别对5—6月和9月高原站雷暴大风两个峰值时段的环流形势进行合成分析,发现5—6月受高空西风槽影响,中层有弱冷平流侵入,高层位于高空急流入口区右侧,环境垂直风切变较大;而9月受副热带高压边缘影响,中高层较干,低层暖湿气流明显。这些均有利于雷暴大风发生。     

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。     

2006年5—9月雷暴天气及各种物理量指数的统计分析

对2006年5-9月全国雷暴天气时空特征进行了统计分析,结果表明:雷暴天气的发生具有明显的短时局地特征,大多数发生在17-20时,上午11时发生最少.全国范围发生过雷暴天气的站点不到总数的三分之一.从空间分布来看,广东、广西及云南三省(区)是雷暴发生最为频繁的省份,内蒙古中西部、新疆北部、青海北部等地则发生较少.此外,统计分析各物理量指数后发现,各种物理量指数对于雷暴等强对流天气发生呈现出不同的概率分布特征,其中最主要的特征是当雷暴等强对流性天气发生时,存在3个高概率区域,每个区域对应物理量指数值相对集中在一个特定范围内.     

海南儋州雷暴天气气候特征分析

利用1971-2000年儋州30年逐日雷暴观测资料,对海南儋州地区雷暴时间分布特点和变化规律进行分析研究,总结了儋州雷电活动的气候特征.结果表明:儋州年平均雷暴日数达111天,高发季节为每年5-8月,高发时段为午后13-17时,年雷暴日数年代际线性变化呈下降趋势,但二阶滑动平均变化趋势为先减后增.对1991-2000年雷暴产生的天气影响系统统计表明:儋州雷暴主要产生于冷空气、变暖的高压脊、热带气旋、副热带高压、热带低值系统5类天气系统中,有明显的季节特征.     

保定地区冰雹的气候及物理量参数特征

利用保定地区1974~2010年4~10月19个县市气象站冰雹资料,对保定地区近37 a的冰雹气候特征进行了详细统计与研究,在此基础上筛选出典型个例,并基于北京和邢台探空站2000~2010年探空资料,细致分析了典型冰雹日常用物理量参数的阈值。结果表明:保定地区年均冰雹日数的地区差异较大,年均最大降雹日数中心位于西北部山区的涞源,铁路线以西年均降雹日总体多于铁路线以东各市县;冰雹日数与海拔高度呈显著正相关,相关系数达0.924;冰雹日数夏季最多、春季次之、秋季最少,其中6月冰雹出现几率最大;近37 a来,保定地区年冰雹日数均呈不同程度的减少趋势,其中西部山区减少趋势及波动最明显,说明降雹频繁的地区降雹年际波动也大;各物理量参数的阈值可作为预报本市冰雹的参考。     

伊宁机场雷暴的统计预报方案

通过对伊宁机场天气资料及其组合的计算,寻找一些与产生雷暴关系较为密切的因子,利用统计预测中多因子综合相关法建立预报方程。     

新疆雷暴的统计特征

根据新疆地面气象记录月报表，整理出1961－1999年39年新疆90个气象观测站的雷暴天气现象资料并进行统计，结果表明：天山南脉，西部天山和天山中部是新疆雷暴的高发区，新疆雷暴集中于6－8月，多出现在午后至夜间。有半数以上的雷暴持续时间不超过半小时。     

动力-统计方法在24小时雷暴预报的应用

利用T213数值预报产品,计算了多个对流参数,应用事件概率回归方法分别建立了全国690个基本站4-9月的24h雷暴潜势预报方程,并根据TS评分值最大的原则确定了雷暴发生预报的临界概率,针对2010年4-9月进行试预报。研究结果表明：（1）基于T213输出产品计算得到的对流参数物理意义明确,与雷暴有无事件相关系数较高,对雷暴潜势预报方程贡献很大。（2）雷暴潜势预报方程对区域性雷暴的预报指示性较强,尤其对于雷电频发的地区效果更好。（3）690个站TS评分平均值为0．24。