中国冷季高架对流个例初步分析

通过对3个中国冷季高架对流个例进行详细分析,试图揭示中国冷季不同类型高架对流在环境背景、雷达回波结构、产生的天气类型和主要形成机理方面的主要特征,包括共同点和差异。利用常规高空和地面观测、NCEP分析和雷达回波资料,采用对不同类型多个典型个例分析的方法进行研究。首先给出了中国冷季高架对流的定义,然后分别仔细分析了3个不同类型冷季高架对流个例,探讨他们各自的环境背景特征,生成与发展机理,对他们的相同点和差异进行了对比。3个个例的共同特点是斜压性和深层风垂直切变都很强,对流发生区在地面锋面冷区一侧数百千米。不同点是前2个个例为条件不稳定结合水汽和抬升触发等条件导致的垂直对流,低层暖平流都很强,但对流有效位能差异很大,对流强度和导致的天气差异很大。第3个个例为条件对称不稳定结合水汽等条件形成的倾斜对流个例,倾斜对流区在地面锋面以北500-600 km处,冷垫非常深厚。第1个例子于2012年2月27日发生在华南,最不稳定气块对流有效位能只有100 J/kg左右,深层风垂直切变很强,850-700 hPa的辐合切变线触发了该高架对流,对流较弱,最强反射率因子在40-45 dBz,只产生了雷电、霰和小冰雹。第2个例子于2007年3月30日晚上出现在山东半岛,最不稳定气块对流有效位能达1400 J/kg,0-6 km风垂直切变（风矢量差）达32 m/s,形成数个结构类似超级单体的对流风暴,多个多单体强风暴,和大量多单体风暴,最强反射率因子将近70 dBz,导致6个站出现冰雹,其中1个站观测到直径23 mm的大冰雹,另1个站点出现21 m/s对流大风。其最有可能的触发机制是以泰山为中心的山地激发出来,在低层为稳定层,以上为深层条件不稳定层和强风垂直切变环境下形成的较大振幅俘获中尺度重力波。该俘获重力波可能还对对流生成后对流的组织形态和对流群的整体结构具有显著调制作用。最后1个例子是发生在2008年1月中国南方大范围冰冻雨雪期间1月27日安徽、江苏和浙江的区域性大暴雪,分析表明,条件对称不稳定导致的倾斜对流是产生此次大暴雪的主要原因之一。      

华东地区冷季两次高架对流个例分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域自动站气象资料,分析了2019年8月16日山东省特大冰雹和雷雨大风强对流天气过程。结果表明：（1）此次强对流天气过程是在东北冷涡背景下由地面β中尺度辐合线、γ中尺度涡旋触发产生的。（2）中低层较大的温度垂直递减率、近地面层的逆温层、上干冷下暖湿、适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是雷暴大风和大冰雹出现的典型特征。（3）β中尺度辐合线触发的对流单体不断发展、合并,形成单体之间排列较为松散的飑线,而γ中尺度涡旋附近个别单体发展成超级单体风暴。（4）诸城强冰雹的超级单体风暴具有有界弱回波区、三体散射、旁瓣回波、中气旋等特征。另外,风暴强度达到鼎盛后迅速减弱、强中心高度快速下降、风暴低层左后方出现强反射率因子区、风暴低层右前侧气旋性旋转强度加强、深厚持久的中气旋、风的垂直切变强,均是造成日照极端雷暴大风的影响因子。

     

中国泛华北地区冷季高架对流特征气候统计分析

本文利用常规地面、高空、区域自动站观测资料、灾害性强对流天气监测记录资料以及NCEP分析数据,对2000—2015年泛华北地区(32.5°~53.5°N、105°~135°E)冷季(除6、7、8月以外)高架对流时空分布特征、锋面环境特征以及不稳定机制进行统计分析。研究发现,泛华北地区冷季高架对流多发生于河南中北部、山东西部及河北中南部。从季节分布来看,2和11月是冷季高架对流发生最多的月份,呈"双峰型"分布特征。冷锋是引发泛华北地区冷季高架对流的主要锋面系统,约占高架对流事件总数的60%。高架对流发生时常伴随有较强的冷垫及锋面逆温,有超过半数的高架对流发生在温差超过6℃的逆温层之上。逆温层顶高多位于850hPa之上甚至能达到700hPa。高架对流发生时多伴随有20~30m·s~(-1)的0~6km强垂直风切变,这一强斜压特征有利于条件对称不稳定及其导致的高架倾斜对流的发生。经过分类与统计发现,条件对称不稳定和弱条件稳定度或近湿中性大气层结下的锋生强迫引发的较强上升运动是造成华北冷季高架对流的主要不稳定机制。     

华南前汛期锋面对流系统与暖区对流系统的个例分析与对比研究

在2005年6月20日的一次华南暴雨过程中,影响两广地区局地强降水的两个主要的中尺度对流系统(MCS)在性质上有很大不同,初步分析断定,影响广西局地强降水的MCS1为锋面云团,而影响广东局地强降水的MCS2为暖性云团.通过对二者进行对流强度、维持机制以及湿位涡结构的比较分析发现,锋面对流系统MCS1与暖区对流系统MCS2的对流上升速度都很大.引起的局地降水量也相差不多.由于二者存在水汽条件的差异,因此不能排除微小差异主要足由水汽条件直接导致的,无法就此得出它们的对流强度强弱的比较结果;同时,对二者成熟阶段维持机制的对比分析得到,具有锋面特征的MCS1,中高层有很强的偏北气流进入,在对流区是以对流对称不稳定机制来维持对流运动的;而具有非锋面结构的MCS2由于没有偏北气流的进入,加上水汽条件充沛,主要由湿对流不稳定机制来维持对流运动.另外,湿位涡(MPV)结构的对比分析中得到如F结论:在VMP的结构上,二者均表现出中低层潜在对称不稳定结构特征;在VMP1的结构上,锋面对流系统MCS1表现出南北气流相瓦作用的特征,而暖区对流系统MCS2表现出高低空气流相互作用的特征;最后,在VMP2的结构上,MCS1反映了对流区南北两侧高低空急流的作用,而MCS2则反映了对流区内中高层干冷空气下滑的作用.     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压（简称副高）西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明：副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层（700 hPa以下）的对称不稳定区,700～500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700～500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层（750 hPa以下）锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500～800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压(简称副高)西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明:副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层(700 hPa以下)的对称不稳定区,700~500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700~500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层(750 hPa以下)锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500~800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

一次暴雨过程降水强度“双峰”结构成因分析

利用LAPS再分析高分辨率资料,对2008年6月9—11日浙、赣、皖地区一次具有"双峰"结构的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:中低层切变线和低空急流是此次暴雨过程的直接影响系统,为暴雨形成提供了良好的动力抬升机制。暴雨过程中暴雨中心区域水汽一直比较充沛且变化较小。对不稳定机制的分析表明,10日03时降水第一峰值可能是由低层对流不稳定和中层条件性对称不稳定机制的共同作用下形成,而条件性对称不稳定可能是10日09时降水出现第二峰值的主要成因,而绝对动量距平调整,则是条件性对称不稳定形成的可能机制。     

2012年广西一次高架对流冰雹过程分析

利用天气学分析和物理量诊断方法,分析了2012年2月27日一次冰雹天气过程的成因.结果表明:(1)中低层急流和地面东路冷空气入侵高温高湿不稳定区是形成这次对流的主要原因;(2)高低空急流中强暖湿西南气流为冰雹提供充足的水汽和能量条件,高低空急流的耦合是此次强对流爆发的重要触发机制;(3)上层干冷、中下层暖湿的位势不稳定层结和干湿空气间强的风垂直切变为冰雹提供上升动力条件.     

2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明：陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350~500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0~6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

两次斜压锋生类强对流过程对比分析

利用常规气象观测资料、加密自动站资料及NCEP再分析资料,对2019年春季江西两次强对流天气(以下简称"3·21"、"4·9"过程)作对比分析.结果表明:①两次过程都由冷空气进入地面倒槽触发,"3·21"过程冷暖空气的辐合明显;"4·9"过程锋面辐合较弱,冷锋移动快.②"3·21"过程对流发生时湿层更深厚,对流层高层高...     

荤尔勒地区两次强对流天气过程的形势和雷达回波对比分析

通过对2006年5月3日和7月17日库尔勒地区两次强对流天气的形势和物理量对比分析，以及库尔勒新一代天气雷达（CINRAD—CC）产品中的组合反射率（CR）、风暴相对平均径向速度（V）等产品的分析，得出库尔勒地区夏季强对流天气过程发生时的有利天气形势、物理量场分布及多谱勒天气雷达产品特征。     

库尔勒地区两次强对流天气过程的形势和雷达回波对比分析

通过对2006年5月3日和7月17日库尔勒地区两次强对流天气的形势和物理量对比分析,以及库尔勒新一代天气雷达(CINRAD-CC)产品中的组合反射率(CR)、风暴相对平均径向速度(V)等产品的分析,得出库尔勒地区夏季强对流天气过程发生时的有利天气形势、物理量场分布及多谱勒天气雷达产品特征。     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29-30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明：两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图 TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

2018年汛期我国东部雨季天气特征分析

2018年主汛期我国平均降水量为652.0 mm,较常年同期偏少95.0 mm。空间分布上呈现出北方降水偏多,南方降水偏少的总体特征。其中华南地区前汛期降水量较常年偏少5～8成,江淮地区梅雨季降水量较常年偏少4～8成,华北地区降水量较常年偏多2～8成,局地偏多2倍以上。除华北雨季开始时间较常年偏早外,华南前汛期、江淮梅雨期开始时间均较常年偏晚。2018年主汛期全国平均降水日数71.29 d,较常年偏少12.67 d。共出现暴雨5229站日,较常年偏少280站日。华南前汛期降水阶段性明显,中前期冷空气较弱,副高异常偏强是降水偏少的重要原因,后期南海季风爆发,水汽条件明显改善,中高纬度环流经向度增大,降水明显增强。江淮梅雨期间,长江中下游地区高层辐散抽吸的动力条件以及低层水汽辐合均较常年同期偏弱,是梅雨期降雨强度整体偏弱、梅期偏短的重要原因。华北雨季期间,东北亚稳定维持着一个异常反气旋环流,在中纬度地区形成东高西低的环流形势,是华北地区出现强降水的重要原因之一。2018年汛期全国共出现34次区域性暴雨过程,区域性暴雨过程的次数与常年同期基本持平或略偏少,全国暴雨站日也较常年同期略偏少。     

华北冷涡背景下山东两次强对流天气过程对比分析

基于地面和高空观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及多普勒雷达等资料,对发生在山东两次相似环流形势的华北冷涡背景下,造成不同类型的强对流天气进行对比分析。结果表明：(1)2016年6月14日发生的强对流天气(“6·14”过程)以雷暴大风和短时强降水为主,发生在低层弱的垂直风切变环境中,对流层中下层(400～900 hPa)存在较为深厚的暖湿平流,水汽输送充沛,同时造成0℃、-20℃层高度抬升,有利于短时强降水而不利于冰雹产生;2018年6月13日发生的强对流天气(“6·13”过程)以雷暴大风和冰雹为主,发生在较强的条件不稳定层结和强的低层垂直风切变环境中,400～500 hPa冷平流以及低层暖平流的同时增强,有利于对流层中层的温度垂直递减率进一步增大,造成-30～-20℃层进一步下降,促成了大冰雹的发生环境。(2)“6·14”过程是由地面辐合线触发,“6·13”过程是由锋面触发。(3)“6·14”过程强反射率因子高度低,无明显高悬强回波结构,利于出现短时强降水;“6·13”过程具有单体结构密实和明显高悬强回波结构特征,因此,6·13”过程对流强度更强,更容易出现冰雹。     

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。     

湖北冷季高架雷暴天气分类及环境参数特征分析

利用常规观测资料、加密地面自动站、闪电定位仪和ERA5再分析资料,将2011—2020年湖北冷季91次高架雷暴事件,按照形成机制分为雷雨型、强对流型和雷打雪型3类,并细致归纳了3类事件的时空分布特征、大气环流背景及关键环境参数等特征。(1) 湖北冷季高架雷暴雷雨型最多,强对流型次之,雷打雪型最少。3类型存在明显的时空分布差异,雷雨型主要发生在秋末冬初(11月)和冬末初春(1—2月),强对流型及雷打雪型常出现在早春2月,3月基本以强对流型为主。(2) 低槽冷锋、850 hPa切变线及低空西南急流是冷季高架雷暴发生的有利环流背景,近地面为稳定的冷气团控制,逆温明显,西南低空急流沿着锋面逆温层以上的850 hPa附近触发抬升,水汽、上升运动及不稳定层结均出现在850 hPa以上。雷雨型和雷打雪型距离冷锋超过100 km以上,强对流型不足100 km。(3) 850 hPa是风场转换的重要层次。强对流型850 hPa露点温度(Td850)、K指数、850 hPa与 500 hPa温差(ΔT85)、850 hPa假相当位温(θse850)、西南急流厚度和强度(I700)、切变线强度(S850)最大,中低层(850~700 hPa)垂直风切变(SL78)最小;雷打雪型对水汽和不稳定能量的要求最低,SL78最大。     

宁夏冬季寒潮天气过程对比分析

利用常规天气资料和数值预报产品,应用天气学分析和诊断方法,结合宁夏冬季寒潮预报指标,对2008～2009年冬季2次寒潮天气从天气实况、环流背景、影响系统、天气成因等方面进行了对比分析.揭示了宁夏冬季2次寒潮天气的主要特点和成因,得到了一些宁夏冬季寒潮预报的指示信息.