大尺度形势对中尺度对流风暴影响的研究

2014年5月10日08时左右,在广东阳江市附近有分散对流单体出现并发展合并形成为尺度约200 km的准静止东西向线状MCS（Meso-scale Convective System）,持续近16 h,造成广东阳江以东至珠江入海口以西沿海强降水。通过实况分析、WRF-ARW（the Advanced Research WRF）模式模拟及地形敏感试验发现,在有利的大尺度水汽热力条件背景下,特殊的中尺度动力热力结构与云雾山地形的持续相互作用是该MCS触发和维持机制的关键因素。在大气低层出现的SLLJ（Super-low Level Jet）构成了向北输送的暖湿气流“通道”,增强了云雾山南侧上干冷与下暖湿的大气对流不稳定层结,使得暖湿空气在云雾山地形的阻挡作用下被强迫抬升达到自由对流高度,气块的CAPE（Convective Available Potential Energy）被触发释放,在云雾山附近生成分散的对流单体,配合中层偏西引导气流的作用,对流单体向东移动发展。由于以上大气中尺度动力热力结构特征的持续维持,配合云雾山地形抬升作用,在此后的十余小时内,云雾山附近不断触发新对流单体,在中层引导气流作用下向东移动的同时,持续的SLLJ为对流的发展供给大气不稳定能量使得对流单体逐渐发展合并,以此往复,形成了西端位于云雾山附近的准东西向线状MCS并长时间维持。

     

一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料,分析了１９９６年７月１日在黄海北部￣山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流体系形成的系统;中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生;对流云团的并合加强,产生异乎异常的能量,是该系统加强和发怅的重要条件;云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因「。     

一次中尺度对流风暴成因及CINRAD回波特征分析

用常规天气图、云图和CINRAD资料，分析2005年3月22日影响华南地区一次中尺度对流风暴过程，揭示中尺度对流风暴的环流背景条件及其成因：500hPa槽前西南急流和850hPa低涡切变东移南压及低空西南急流为对流风暴生成发展提供了有利条件；边界层华南西部低涡切变系统和地面中气旋及冷空气南下影响的共同作用是此次对流风暴的触发机制。该风暴的发生发展过程是在中等偏强的垂直风切变条件下，有利于发展成组织性完好的对流风暴。CINRAD回波结构及特征有：此次中尺度强对流风暴反射率因子表征为飑线回波带，强回波区呈弓状，其后侧有弱回波通道，预示有灾害性大风；弓状强回波头部及其带上出现了中气旋；径向速度图有逆风区及风暴相对径向速度图上有辐合区出现，在弓状回波头部有气旋性辐合等特征。分析结果有助于对流风暴的探测和预警预报服务工作。     

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。     

北京“7.10”暴雨β-中尺度对流系统分析

采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明:此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θ_se暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。     

一次槽后"湿"对流风暴的中尺度分析

对2002年8月5口发生在陕西境内一次槽后“湿”对流风暴过程进行了中尺度分析．结果表明：500hPa槽后冷平流是这次过程的直接影响系统;850hPa能量锋区和高能区提供了能鼙和强位势不稳定区;南海“北冕”台风和高原东侧副热带高压为此次过程提供了充沛的水汽,中、低空水汽通量超常;高、低空急流耦合产生的次级环流提供了持续强劲的上升运动;地面中尺度涡旋发展、合并及扩散是次级环流部分上升支演变过程的具体反映;产生强刈流风暴的块状回波强度为45～55dBz,高度为12～14km。     

山东盛夏的一次强风暴过程的中尺度分析

木文使用常规观测和雷达、卫星资料,对1990年7月15日,出现在山东的一次强对流风暴天气过程,进行了中尺度分析。指出这次天气过程是在大中小尺度系统共同影响下产生的。     

基于雷达回波拼图资料的风暴单体和中尺度对流系统识别、跟踪及预报技术

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的区域雷达组网三维数字产品作为数据输入,在雷达基数据的SCIT(The Strom Cell Identification and Tracking)算法基础上,完成了三维格点风暴单体识别、追踪和预报,用Davis发展的客观诊断评估方法识别雷达拼图资料中的中尺度对流系统,实现了雷达数据的中尺度对流系统识别、跟踪和预报,并利用这两种方法对多个强天气过程进行风暴和中尺度对流系统识别、跟踪及预报.在单雷达区域内用原SCIT和修改后的SCIT算法做了风暴单体定量识别检验.结果表明,(1)修改后的SCIT算法能够实现三维风暴的自动识别、跟踪和预报,在单雷达区域内与原算法识别风暴数量大体相当,中尺度对流系统识别方法能够实现中尺度对流系统的自动识别,并完成跟踪和预报;(2)SCIT算法预报误差较小,中尺度对流系统算法预报误差相对较大,它们的预报误差随时间延长而增大.     

吉林省对流性天气的分布特征及地形影响机制

通过对吉林省强对流天气和对流性天气活动与地形关系的分析，初步揭示出地形对两类对流天气的影响机制，其结果对进一步分析研究和准确预报强对流天气具有重要意义。     

河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度分析产品和雷达资料对2013年8月1日凌晨发生在河南省西部、北部的一次致灾强对流天气过程进行分析.结果表明:这次强对流是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,较大的垂直风切变出现在强对流发生后,可能与强对流天气产生时间较晚有关;地面辐合线是这次强对流产生的触发机制,强对流发生在地面等温线和等露点线的密集区内.云图亮温的低值中心对应地面的强雨区.1日凌晨,对流回波东移加强,先后形成的两条弓形回波,均存在明显的低层弱回波区和中高层的悬垂回波结构,大风发生在弓形带状回波后侧;对流回波带低层有很强的西南风急流,使得强对流回波形成弓形带状回波;强回波带的前沿速度场上,有中尺度辐合线、辐合区、逆风区存在,它们的出现和维持是产生局地强降水的一个有用指标,中尺度系统的存在是强对流风暴产生、维持、发展的必要条件;较大垂直液态含水量的维持为产生强降水提供了有利条件,垂直液态含水量的增减,预示着地面强对流天气的开始和减弱.     

一次强对流天气过程中尺度对流系统特征分析

利用NCEP／NCAR再分析资料、FY2C云图及广州新一代多普勒天气雷达产品,对2007年6月9～10日发生在广东省的一次强对流天气过程中的中尺度对流系统（MCS）进行了分析,主要结论有：1）对流层中高层辐散低层辐合,以及“上千下湿”相配置的垂直环流结构特征,和不稳定的大气层结为此次暴雨的形成提供了所需的动力条件和水汽条件;2）MCS云系生成、发展于南支槽和西南低涡东南侧的暖湿气流所形成的云系中;3）在雷达回波图上,MβCS回波的发展具有明显的右移风暴移动特点和“列车效应”,且发展成熟阶段的回波呈显著的“弓形”和“人字形”水平回波演变结构。     

一次云南强对流暴雨的中尺度特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料及常规观测资料与雷达、卫星等非常规观测资料,综合分析了2014年6月6日云南暴雨过程的天气成因及中尺度对流系统特征。结果表明:500hPa前倾槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的天气尺度影响系统;高能高湿的对流不稳定层结、明显的垂直风向切变是强对流天气形成的有利条件;在Q矢量散度辐合区内多个β中尺度对流系统(MCS)发生发展,短时强降水主要出现在MCS移动方前沿对流活跃的云顶亮温(TBB)等值线密集区,雨强变化与TBB等值线梯度变化密切相关;多普勒雷达及地闪资料显示多个γ中尺度对流系统是强对流暴雨产生的直接影响系统,雷暴易发生于回波强度在35~45dBz、回波顶高超过10km的区域,中尺度辐合线、第二类γ中尺度辐合区附近负地闪密集区与短时强降水、雷暴天气有很好的对应关系。     

十堰一次强对流天气雷达回波特征

利用十堰714C天气雷达回波资料,结合其它天气资料,分析了2004年7月6日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度天气形势下产生的,局地环境CAPE指数大,水平风的垂直切变较强。强降雹由多单体强风暴造成,回波强度强,高度较高,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）。雹云移动明显右偏于高空风,属右移风暴,以右后侧和右前侧传播方式发展。强降雹由后一种传播方式造成,初始回波从半空生成,云顶高度较高,强中心位于云体中上层。     

长沙黄花机场两次对流风暴特征的对比分析

利用新一代多普勒天气雷达资料、机场自动观测系统资料结合其它有关资料,对2012年9月1日和2013年7月1日发生在长沙黄花机场的两次对流风暴的特征进行了对比分析,结果表明：2012年9月1日的对流风暴属于普通单体风暴,具有尺度小、持续时间短、降水量大的特点;2013年7月1日的对流风暴属于多单体风暴,具有尺度较小、生命史较短,产生了雷暴、降水量小的特点。两次对流风暴的共同点：在很短时间内产生了大于20 m/s的地面大风（〉17 m/s）,出现了风向突变、风速骤增、气压上升、气温骤降等类似于飑线的气象要素剧烈变化过程;两次对流风暴的触发机制都是副高外围的东风波扰动。     

甘肃河西走廊两次强对流天气对比分析

使用地面高空观测资料、NCEP 1°×1°6小时再分析数据和张掖CINRAD/CC雷达观测数据,对2006年7月7日、8月10日发生在甘肃河西走廊中部的两次强对流天气的环流形势、大气稳定度、相对风暴螺旋度(SRH)、天气雷达回波特征进行了对比分析.分析结果表明:产生这两次强对流天气环流形势不同.7月7日飑线对流系统产生于北部沙漠戈壁由北向南移动,右移飑线前部结构为气旋式旋转;8月10日对流系统产生于青藏高原由南向北移动,来自高原上的暖湿气流水汽充足,不稳定层比7月7日深厚,产生冰雹的左移超级单体结构为反气旋式旋转.7月7日右移飑线相对风暴螺旋度降雹前为正值,降雹开始后转为负值;8月10日左移反气旋超级单体相对风暴螺旋度在发展期为负值,降雹开始后跃增到60m2·s-2以上.     

强对流天气形势聚类分析中SOM方法应用

利用2001—2008年5—9月京津冀地区175个气象站危险天气报、灾情报告及NCEP 1°×1°再分析资料,采用自组织特征映射方法（SOM）对该地区5—9月的天气形势进行客观聚类分型,并对各型的环流特征及其主要造成的强对流天气类型进行分析。结果表明：①天气形势主要有4类：以短时强降水为主的暖湿切变型,主要出现在7、8月;以冰雹天气为主伴随短时强降水和雷暴大风的冷涡型,主要出现在6、7月;以雷暴大风为主的西北气流型,主要出现在5月;以雷暴大风和短时强降水为主的西风槽型,主要是出现在6、9月。②暖湿切变型主要特征是低层为暖湿气流和充足的水汽输送、中层为西风气流;冷涡型中高层有较强偏北气流的干冷空气侵入和低层有较好的水汽条件;西北气流型中高层有强烈的干冷空气侵入和强垂直风切变;西风槽型的动力、热力条件都较弱。③西北气流型和冷涡型出现强对流天气的频率最高,达65%以上,暖湿切变型次之,西风槽型最低。     

美国强对流预报主观产品现状分析

为了全面反映美国强对流预报主观产品现状,同时也为推进我国国家级强对流天气预报业务建设提供思路,通过研读相关文献、最新技术报告和专家咨询等方式,对当前美国国家级强对流天气预报业务的产品类型、制作、发布规范等最新进展进行了比较详细的分析,并对我国国家级强对流天气预报业务建设提出了初步设想。通过分析看到,美国的强对流预报业务产品,以概率分类预报为主要形式,是以预报员为主体的综合主观预报产品。现已形成了一个比较系统的短时、短期、中期预报业务产品系列。以其为参照,我国强对流预报业务发展须加强四个方面的工作:第一,强对流天气气候学分析、诊断技术的研究应用;第二,基于高时空分辨率的中尺度数值预报系统的客观产品的研发和应用,强对流分类预报方法的研制;第三,专门预报员队伍的建设;第四,科学的业务流程和高效的综合监测传输。     

位涡诊断在黄土高原强对流风暴预报中的应用

利用位涡理论,对2004年6月15~16日宁夏、内蒙、陕西、山西和河南出现大范围的强对流风暴和局地冰雹天气过程作了诊断分析。个例分析发现,干位涡空间结构表现为:从风暴区下游到风暴区形成随高度向西倾斜的大值正位涡柱,风暴区形成对流层高层大值正位涡中心和对流层中低层伴有位涡梯度增强的位涡等值线密集区的叠置。对流层低层干位涡场特征表现为,风暴区形成干位涡等值线密集区和风场切变的耦合。对流层低层湿位涡场特征表现为,风暴区形成湿位涡正压项小于0对流不稳定舌和湿斜压中心以及湿位涡斜压项等值线密集区的耦合。风暴发生前,对流层中层500hPa河套生成经向位涡等值线密集区,500hPa蒙古地区强偏北气流中同时出现正位涡扰动和指向河套的正位涡平流,对黄土高原大范围强对流风暴的发生有指示意义。