短波辐射对东北冷涡强对流影响的模拟分析

针对短波辐射对东北冷涡强对流的可能影响,应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴个例进行了数值模拟试验.发现在东北冷涡天气尺度环流背景下,大气接收的短波辐射通过激发中尺度环流影响强对流的发生时间,而不是通过影响不稳定能量的积累触发强对流;地面短波辐射对对流层低层大气的加热作用是触发本次东北冷涡强对流的重要条件.地面短波辐射加热在对流层低层产生中尺度辐合扰动及对流不稳定层结共同促使了对流的爆发和维持.     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

关中西部致灾大冰雹天气分析

利用高空及地面天气图、宝鸡多普勒雷达资料,分析了2015年7月18日和2016年6月12日关中西部陇县两次大冰雹强对流天气成因及雷达特征.分析表明,两次过程环境条件比较一致,冷涡槽后西北气流携带的冷空气形成了对流不稳定层结有利条件,地面露点锋是强对流的触发机制.2015年7月18日冰雹是由中气旋的超级单体风暴产生,20...     

东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析

从深对流发展必须满足的对流层低层有足够强的湿层、层结不稳定和足够强的触发机制出发,对2002年7月11～15日由东北冷涡诱发的一次连续强风暴生成的环境条件进行了诊断分析。结果表明:低层暖湿条件是冷涡强对流预报的关键,强大的冷涡由于冷性层结深厚难以诱发强的对流性天气,而其分裂的次涡度中心或弱的冷性低涡配合低层暖湿气流常常产生突发性强对流性天气;强的风垂直切变引发的斜压不稳定和垂直运动是强对流触发和维持的重要条件,风暴发生前边界层到500 hPa风向随高度顺转超过90°,随着对流性天气的发展,850 hPa以上风垂直切变逐渐减小,而850 hPa以下可能受低层冷丘产生中高压的影响,切变有增大的趋势;冷涡诱发的强对流性天气常常位于高空急流出口区左侧,但在实际预报业务中需要配合散度场来进行综合判断。     

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。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

东北冷涡暴雨的特点及其非对称结构特征

以2009年6月8日个例为主,对东北冷涡造成的华北暴雨的卫星云图、雷达回波特征及降水特点进行了分析,并利用NCEP FNLs分析资料分析了东北冷涡的非对称结构特征、对流不稳定的建立过程和可能的释放机制。结果表明:东北冷涡具有非对称结构特征;除对流层中层风场、温度场结构较对称外,冷涡在对流层高层对应低槽、暖中心和高空急流,在对流层低层对应倒槽、暖舌,冷中心不明显;冷涡的负涡度、主要辐合辐散和上升运动中心分布在冷涡东南部;在冷涡东南部,对流层中层自西北伸向东南的干冷平流叠加在自西南伸向东北的暖湿平流上,造成对流不稳定迅速增长,且午后晴空辐射增温进一步加强了对流不稳定;冷涡系统建立对流不稳定的同时,冷涡东南部的上升运动为对流有效位能的释放提供了有利条件。     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

一次东北冷涡背景下的飑线天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°逐6 h再分析资料及FY-2E水汽图等资料,对2016年6月13 14日发生在山东的一次飑线天气过程进行综合分析。结果表明:此次大范围强对流过程是在东北冷涡背景下接连两次飑线影响而产生的,地面中尺度辐合线是触发不稳定能量释放的重要机制;强对流区上空的高CAPE值、中层干冷和低层暖湿的温湿垂直分布及中等以上强度的深层垂直风切变,都是这次强对流发生和维持的有利环境条件;强对流过程的干侵入主要来自于高空冷涡后部的偏北气流,引导冷空气向南入侵,随着干侵入的增强,其前侧的对流也随之增强;水汽图上"暗缝"的移动方向与500 h Pa气流的方向关系密切。     

东北冷涡底部一次MCC暴雨动力热力特征分析

利用常规气象观测资料、自动气象站降水量以及NCEP再分析资料,对东北冷涡背景下黑龙江省2019年7月16日暴雨过程成因及中尺度特征进行诊断。结果表明:2019年7月16日黑龙江省先后受中尺度对流系统(MCS)和中尺度对流复合体(MCC)活动影响,形成2个暴雨区。MCS和MCC云团均在内蒙古生成后移入黑龙江省,由于对流不稳定性增强及锋生作用而发展增强,并沿辐合线自西向东移动。降水期间冷涡底部的对流层高层存在一支源于高纬地区高动量的干侵入气流。MCC引发的暴雨过程中,大气低层强对流不稳定,中层湿对称不稳定,地面辐合线及锋面锋生的抬升作用,促使不稳定能量释放。在雷达反射率因子图上MCC表现为大范围混合云降水回波,其中有超级单体活动。MCC发展的环境场较MCS而言,中低层气旋涡度更大,高层辐散更强,即高层具有更强抽吸作用,导致更强的上升运动。MCC发展过程中中低层环境风显著增大,具有更大的水平风垂直切变,中尺度对流云团更具组织性。     

一次强风暴的垂直环境特征数值模拟分析

应用MM 5模式对东北冷涡诱发的 2 0 0 2年 7月 1 2日强风暴进行了数值模拟 ,较成功地模拟出中尺度强对流风暴。发现冷涡后部中层干冷空气绝热下沉是东北冷涡 70 0hPa附近干暖盖形成和维持的重要机制 ,而低层暖湿气流爬升及干暖盖的抑制作用是东北冷涡强对流不稳定能量积累的重要机制。风暴发生前持续的低层西南风到中层西北风的风垂直切变产生的差动平流 ,加剧了层结不稳定 ,而风暴临近风垂直切变方向的快速逆转使热成风不平衡 ,必须通过激发垂直环流以适应其变化 ,对风暴发展有重要作用。     

一次副高边缘强对流天气的水汽图像特征

利用惺水汽图像、红外云图和常规天气资料,对１９９８年８月１０日凌晨发生在山东半岛东部的副高边缘强对流天气进行了诊断分析。结果表明：高空弱冷空气侵入、副高西北部边缘减弱东移、副高边缘８５０ｈＰａ风的辐合、山东半岛对流不稳定环境的有利于强对流天气发生、发展,强对流天气发生在水汽图像最白亮区域与红外云图对流云团西端的重合区。     

盛夏两次冷涡强对流天气过程分析

利用地面、高空、雷达、自动站资料和NCEP产品对2019年7月2日和2019年8月28日,出现在白山市的强对流天气的背景和演变进行分析总结.分析结果表明,两次强对流天气过程都是受东北冷涡影响,属于典型的高空冷平流强迫型;高空冷平流起着主导作用,冷平流产生静力不稳定层结,利于对流发展,同时冷平流使0℃层和-20℃层较低,...     

浙中一次强对流天气动力热力场和雷达回波特征分析

利用NCEP再分析资料、常规气象观测和区域自动站观测资料、闪电及多普勒雷达天气资料,对2013年5月29日浙中局地强对流天气过程的环境场、触发机制和雷达回波特征进行了分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的;高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大;在热力不稳定能量增长储存条件下,冷空气、地面辐合线与中低层切变线是强对流天气的重要触发机制,地面辐合线对强对流天气还具有组织作用;沿等熵面移动的较大位涡有利于超级单体风暴的发生和发展;初夏0 ℃层高度偏高,但在满足强烈位势不稳定、中等风垂直切变以及低层充足水汽条件下仍可以导致局地小冰雹的产生;地面大风过程是低空暖湿气流入流在快要进入上升气流区时受到上升气流区的抽吸作用而加速导致生成的;多个回波强核被中气旋组织在一起,形成超级单体风暴造成了局地强风雹天气。     

东北冷涡不稳定能量分布特征及其与降水落区的关系

应用地面自动站1 h雨量资料和NCEP再分析资料,以一次典型的东北冷涡过程(2005年7月8~14日)为例,根据冷涡环流特征,将冷涡过程划分为发展期、成熟期、减弱期3个阶段。发现冷涡发展阶段降水主要由其南部西风锋区湿斜压不稳定产生,属于大范围混合型降水;而其他阶段降水主要由对流不稳定产生,以局地对流性降水为主。冷涡的不同发展阶段均可对应不稳定能量区,但其分布有较大差异,对流层低层的暖湿输送及辐合是不稳定能量积累的关键。发展阶段不稳定能量区分布于离冷涡中心较远的东南部;成熟期位于接近冷涡中心东南部;减弱期位于冷涡减弱形成的低压槽中。不同发展阶段不稳定能量与对流降水有不同的对应关系,冷涡发展期对流有效位能与较大的水汽通量是影响降水落区的主要因素;成熟期对流降水基本发生在对流有效位能区和925 hPa湿区的重叠区域;减弱期对流降水不但与对流有效位能、低层相对湿度有关,而且还取决于对流层低层辐合线。     

东北冷涡诱发的一次MCS结构特征数值模拟

应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴进行了数值模拟,较成功地模拟出了MCS强对流风暴结构。东北冷涡南部锋区斜压扰动及有利的潜在不稳定层结为MCS产生提供了环境条件。MCS在发展阶段,天气尺度抬升使不稳定能量积累,低层中尺度能量锋区及中尺度气旋性环流加强使中尺度辐合加强,产生中尺度强上升气流冲破中层稳定层结,倾斜上升逐渐发展为垂直上升。MCS强风暴成熟阶段地面气压场表现为强的雷暴高压,并有弱的前导低压和尾随低压配合。对应于雷暴高压的边界层冷丘与南部的暖湿气流形成的θe不连续线加强了低层气流的辐合抬升。前导低压与800~700hPa暖心低压扰动合并在一起,是由地面辐合、上升气流抽吸、潜热增温共同形成的低压扰动,对对流系统的维持和移动有重要作用。     

东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星和雷达资料以及NCEP再分析资料,对近10年东北冷涡天气背景下强对流天气过程的物理机制和中尺度特征进行了分析,并重点分析了在东北冷涡背景下,2009年6月3、5和14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气。结果表明,在东北冷涡发展阶段,即温压结构不对称、大气斜压性强时,冷涡的西、西南、南至东南部容易发生雷雨大风、冰雹等强对流天气。在东北冷涡形势下,飑线生成时具备以下特征:(1)存在明显的中尺度气旋式环流,850 hPa、925 hPa和地面有辐合线或干线存在;(2)静力不稳定,中低层温度直减率大;(3)风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400~500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;(4)伴随着飑线发展,在飑线后侧有显著升压,雷暴高压的强弱不仅指示了飑线发展的不同阶段,同时可作为地面大风预报的参考依据;(5)飑线的移动与对流回波的传播、出流边界和引导气流密切相关。     

一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究

利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的三维概念模型.结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点.高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件.位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的人流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件.暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层.在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素.     

2008年6月3日一次中尺度强对流天气过程分析

利用Micaps资料及新一代天气雷达探测资料,从环流背景、物理量场和雷达回波演变几方面分析了2008年6月3日下午郑州新郑机场遭遇的一场历年少见的强对流天气过程,结果表明:此次天气过程形成于东北冷涡东移过程中,旺盛的暖湿辐合上升气流提供了对流暴发的动力和水汽条件,中层相对较干的暖层结有利于积聚大量的不稳定能量,低层冷空气的入侵是对流暴发的触发机制.新一代天气雷达探测资料揭示了对流云团的发生、发展、移向和强度变化.