利用探空资料确定呼和浩特地区3类强对流天气预警阈值

利用呼和浩特探空站计算的16个物理量,分析了2012—2016年6—8月呼和浩特地区的冰雹、雷暴大风及短时强降水天气过程中各物理量差异,结果表明:①订正后的(对流有效位能)CAPE大于等于1000J·kg-1、0℃层高度约4200m左右,-20℃层约在7200m左右,500hPa和850hPa温差达-25℃,逆温层高度在2km以上基本可以判定为冰雹天气;②短时强降水对水汽的依赖度更高,且具有更强的热力不稳定性,低层的温度露点差、500hPa与850hPa的假相当位温差Δθse(500-850)、大气可降水量PW也是短时强降水天气的重要判据;③订正后的(下沿对流有效位能)DCAPE值雷暴大风明显大于冰雹和短时强降水,约为其他2类强对流天气的2倍,订正后的CAPE略小于其他2类强对流天气。根据四分位数法、所占比例≥70%以及均值法界定各类预报因子阈值大小,进而确立了呼和浩特地区强对流天气预警指标。经检验均值法确定的阈值指标命中率均达到50%以上,可参考价值较高。     

利用探空资料判别北京地区夏季强对流的天气类别

利用北京南郊观象台探空资料计算出的18种物理参量及其时间变量,详细分析了2007年和2008年5-9月冰雹、雷暴大风以及暴雨强对流天气过程下物理量的差异.结果表明:0℃层高度、-20℃层高度、500 hPa和850 hPa温差、逆温层高度、低空风切变能比较显著地区分冰雹和暴雨天气,其σ也比较小;此外850 hPa的温度露点差、500 hPa和850 hPa的θse 差、大气可降水屠PW也足判断强对流类别的重要条件.而对于时间变量来说,CAPE、DCAPE、K指数、500 hPa和850 hPa的θse差、PW、低层的垂直风切变这儿种物理量的6小时变量也能比较好地甄别出冰雹(雷暴大风)和暴雨天气.上述研究结果表明,合理利用探空资料甄别夏季强对流天气的类别是可能的.     

郑州强对流天气成因分析

对2004年郑州出现的7次强对流天气过程的天气形势、影响系统及稳定度的分析结果表明：华北低涡和NW气流形势下存在着低层升温、高层降温机制,使大气层结趋于不稳定,当测站高低空温差或温度平流差达到一定量值,且近地层存在辐合系统时,易出现强对流; SW气流或高压控制时,大气高温高湿,具有较强不稳定能量,若850 hPa或地面出现辐合系统时,易产生强对流;地面湿度连续数天加大或保持在某一值域,其上空温湿24 h变化呈上趋冷下趋暖或上趋干下趋湿并达到一定量值,预示强对流的发生;700～500 hPa湿度明显减小,24 h温度露点差加大4 ℃以上,或近地层θse≥350K,中低层Δθse≥26 K,θse小值位于700 hPa或500 hPa,其厚度≥2000 m,易出现强雷雨大风; 700 hPa以下t-td≤4.3 ℃,或连续4天850 hPa t-td≤7 ℃、700 hPa t-td≤5 ℃、500 hPa t-td≤9 ℃,PW≥12,可预示短时暴雨的出现.     

华南前汛期垂直温差与强对流天气发生频率

利用2004-2009年3-6月清远站探空资料,得到垂直方向11种温差,对它们与强对流的相关性进行统计,选出相关性较高的850与700、850与500、400与100 hPa等压面垂直温度(T(850-700)、T(850-500)和T(400-100))进行研究,对其在各区间出现强对流的频率进行统计.结果表明,不同月份强对流日低空温差变化幅度较小,高空温差变化幅度较大;随着低空温差和高空温差的增加,强对流的频率基本上呈增加的趋势;强对流主要集中在T(850-500)＞20℃、T(850-700)＞6℃的区域,T(400-100)为64～66℃、T(850-500)为23～26℃、T(850-700)为8～11℃的区域频率更高;对于大范围强对流天气,T(850-500) ＞24℃或T(850-700)达到10℃时,通常是风雨相伴,大范围强降水为主的可能性极小;T(400-100) ＜60℃时,出现大范围强降水的可能性非常小.     

郑州强对流天气成因分析

对2004年郑州出现的7次强对流天气过程的天气形势、影响系统及稳定度的分析结果表明华北低涡和NW气流形势下存在着低层升温、高层降温机制,使大气层结趋于不稳定,当测站高低空温差或温度平流差达到一定量值,且近地层存在辐合系统时,易出现强对流; SW气流或高压控制时,大气高温高湿,具有较强不稳定能量,若850 hPa或地面出现辐合系统时,易产生强对流;地面湿度连续数天加大或保持在某一值域,其上空温湿24 h变化呈上趋冷下趋暖或上趋干下趋湿并达到一定量值,预示强对流的发生;700～500 hPa湿度明显减小,24 h温度露点差加大4 ℃以上,或近地层θse≥350K,中低层Δθse≥26 K,θse小值位于700 hPa或500 hPa,其厚度≥2000 m,易出现强雷雨大风; 700 hPa以下t-td≤4.3 ℃,或连续4天850 hPa t-td≤7 ℃、700 hPa t-td≤5 ℃、500 hPa t-td≤9 ℃,PW≥12,可预示短时暴雨的出现.     

强垂直温度梯度条件下强对流天气分析与潜势预报

采用19年3~9月常规探空观测资料,对南昌ΔT850-500≥27℃这种强垂直温度梯度与江西强对流天气过程的关系进行了相关分析,并将区域强对流天气、局部强对流天气、无强对流天气的3类情况下的中低层气压、温度、湿度、风场及稳定度进行分类合成分析,结果表明:当南昌ΔT850-500≥27℃时,且有天气系统作为触发条件时,江西强对流天气发生的概率达85%;中低层低槽和切变等影响系统、江南华南暖湿气流、河套地区的冷空气都有利于江西强对流天气出现。对典型个例的探空曲线和对流有效位能分析表明:强垂直温度梯度结合中低层高湿度是强对流天气发生的重要条件。在强对流天气潜势预报中,强垂直温度梯度有时比对流有效位能更有指示性。根据上述分析结果,建立了相应的预报流程,并在业务试用中取得较好的效果。     

基于探空图作岳阳强对流天气预报指标的分析

收集整理2007—2016年岳阳冰雹、雷雨大风、短时强降水3类强对流天气过程及其实况、再分析资料,基于探空图计算能量指标及不稳定指标,分析其与强对流发生的关系,寻找预报指标阈值,并进行预报试验。研究结果表明:①TT≥49℃、A≥20℃、K≥40℃时比较容易出现短时强降水天气,但在降雹与雷雨大风过程中,A10℃或K≥35℃的机率比短时强降水中的低,雷雨大风中的CAPE值明显比冰雹和短时强降水中的大。②2月下旬—4月上旬, LI20℃、Wm1.2 m·s~(-1)、△Z3 000 m(2～3个条件满足)可作为冰雹的预报指标;雷雨大风指标阈值为△θse_(700-850)≤-7℃、SI≤-1.2℃、垂直风切变(1 000～500 hPa)≥10 m·s~(-1);③每年的日能量平衡高度变化可分为两个阶段,当第一阶段中能量平衡高度高于250 hPa,且处于变化曲线中的极值时,往往对应出现强对流天气;第二阶段中能量平衡高度大部分高于250 hPa,要参考其他预报指标进行强对流天气预报。     

鲁中地区分类强对流天气环境参量特征分析

将山东中部地区16 a暖季(4-9月)106次伴随瞬时风力不低于8级的强对流个例划分为雷暴大风、冰雹雷暴大风和强降水混合型等3种类型,利用常规探空资料和地面观测资料,通过箱须图的形式分别讨论3种类型对应的一系列关键环境参数的分布特征和预报阈值。进一步,又将上述106次个例中的特强对流个例,包括产生25 m/s以上瞬时大风的特强雷暴大风个例、产生不小于20 mm直径冰雹的特强冰雹个例以及50 mm/h或以上强度的特强短时强降水个例提取出来构成一个子集,讨论其关键环境参数分布特征和预报阈值,并与全部对流个例的相应关键环境参数进行比较。最后,对鲁中地区强对流系统的触发机制进行了简要阐述和讨论。结果表明:(1)雷暴大风型、冰雹雷暴大风型和强降水混合型对应的850和500 hPa温差的最低阈值为25℃; 3种类型对应的地面露点最低阈值分别为13、16和24℃; 相应的大气可降水量最低阈值分别为20、24和32 mm; 相应对流有效位能的最低阈值分别为300、900和1300 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为12.0、12.5和8.0 m/s。(2)通过地面露点、大气可降水量以及暖云层厚度等关键参数的分布特征可以将上述3种类型的前两种与第3种类型即强降水混合型进行一定程度的区分,但要通过各个关键参数的分布特征区分前两种强对流天气是困难的。(3)对于伴随冰雹的强对流天气,适宜的融化层高度为3.0-3.9 km; (4)特强雷暴大风、特强冰雹和特强短时强降水等3种特强对流类型与全部强对流个例的3种类型相比,其条件不稳定度明显增大,体现为850和500 hPa温差的增大、水汽条件有所加强、对流有效位能明显增大,3种类型特强对流天气对应的对流有效位能最低阈值分别为1000、1100和2000 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为16、12和11 m/s,即特强雷暴大风型和特强短时强降水型的风垂直切变阈值明显增大。上述工作构成了山东中部伴随雷暴大风的强对流天气短时预报的一个基础,结合各类强对流天气发生的气候概率,可以通过决策树或模糊逻辑方法制作成适合于地、市气象台的分类强对流天气短时预报系统。      

苏沪浙地区短时强降水与冰雹天气分布及物理量特征对比分析

利用1971-2006年气象记录月报表A文件资料及1999-2009年自计、自动站降水资料对苏浙沪地区短时强降水与冰雹天气时空分布特征进行统计分析基础上,对华北冷涡背景条件下区域性冰雹与3小时降水量大于100 mm的极端降水过程环境场条件差异进行了对比.归纳了两种强对流天气的物理量阈值.结果表明:冰雹年发生频率先递减后略增,30～50mm·h-1降水天气日数缓慢增加,高发区均位于江苏省北部.强降水较冰雹天气华北冷涡浅薄位置偏南,冷空气强度较弱,伴随低空急流,深厚湿对流明显;冰雹天气时高空急流强盛且偏南,上千下湿呈干对流风暴特征,两者均由低层不连续线触发.统计表明,0℃层高度、△T850-500、K指数、可降水量和高空风切变等参数冰雹与强降水天气分别平均相差-1700m、7℃、8℃、-37 mm和1.63×10-3s-1,这些物理量用来区分对流天气类型较好.     

郑州地区3次冷涡型强对流天气对比分析

对2004年6月中下旬郑州地区3次比较典型的强对流天气的高低空形势、物理量场及雷达资料的对比分析结果表明:1)500 hPa冷涡的位置在42°N以南,郑州上游有较强冷平流侵入,并且700 hPa和850 hPa也有对应低值系统存在,是郑州地区强对流天气发生发展的大尺度环流背景.2)地面中尺度辐合线的存在是强对流天气的主要触发机制.3)动力因子的差异造成了不同类型的强对流天气.4)雷暴云中强下沉冷空气在近地层强烈辐散能够引起地面大风.5)水汽因子的差异决定了雷雨能否发生.上下层均为干冷空气时一般仅伴有大风天气;低层暖湿、中高层干冷时能增加大气的对流性不稳定,有利于强降水和局地冰雹的产生.     

中国短时强对流天气的若干环境参数特征分析

利用中国2005-2009年2 000多个国家级气象观测站雨量资料和2002-2011年部分探空站探空资料,研究了中国短时强降水、强冰雹、雷暴大风以及混合型强对流天气的环境参数特征,通过环境参数特征的对比分析,将上述四种强对流天气加以区分,并对所选取的探空数据和环境参数进行了分类和对比分析,结果表明:(1)通过T-logp图温湿曲线形态、500～700 hPa和850～500 hPa温差、0℃、20℃层和平衡层高度、地面和1.5 km高度的露点温度、1.5 km高度温度露点差、对流有效位能和0～6 km垂直风切变等区分上述四种类型强对流天气的环境背景;(2)纯粹短时强降水天气(包括1、II型)与强冰雹天气、雷暴大风天气环境参数的区别比较显著,前者与后两者相比主要表现在较小的700～500 hPa和850～500 hPa温差,弱的垂直风切变,较高的0℃层、-20℃层和平衡层高度,较大的地面和地面以上1.5 km处的露点温度,其中短时强降水I型(占了纯粹短时强降水的大多数)以其整层较高的相对湿度与其他类型强对流的环境背景差异最为明显;(3)混合型强天气与强冰雹天气、雷暴大风天气在T-logp图温湿曲线形态、对流有效位能及0～6 km垂直风切变诸方面特征相似,表现为对流层中层存在明显干层、较大的对流有效位能和0～6 km垂直风切变,但在相对较高的平衡层高度、较高地面和地面以上1.5 km处露点温度及较小的850～500hPa温差等方面与纯粹短时强降水更为接近.     

沈阳地区强对流天气潜势预报环境参数特征分析

利用常规探空观测和WRF分析场等资料,分析了2005—2014年沈阳地区强对流天气的气候背景特征、演变规律及日变化特征等,将强对流天气划分为冰雹、雷暴大风(≥17.2 m·s-1)、短时强降水(≥20 mm·h-1)和混合型4种类型;并分析探空资料在强对流天气潜势预报中的作用,着重探讨14时(02时)探空资料对沈阳地区强对流天气短时临近潜势预报的作用。结果表明:2005—2014年沈阳地区4种强对流天气中,以短时强降水天气发生次数最多,其次为雷暴大风天气,冰雹天气的发生次数最少,多数强对流天气发生在午后至傍晚。由合成T-Log P图的温湿廓线可知,沈阳地区短时强降水天气发生时中低层存在显著湿区,与雷暴大风和冰雹为主的强对流天气温湿廓线明显不同,多数合成T-Log P图的显著特点为中层大气干燥。冰雹型强对流天气的0℃层和-20℃层高度明显低于其他强对流天气类型的高度;冰雹型强对流天气T700-T500和T850-T500显著大于短时强降水型及雷暴大风型强对流天气,且T850-T500的指示意义更好;4种强对流天气类型平均SI均出现了正值,说明SI失去了不稳定性的指示意义;短时强降水天气的K指数明显高于冰雹天气;雷暴大风天气发生时对流有效位能明显小于其他强对流天气类型。可见,WRF中尺度模式中的T-Log P预报图对沈阳地区强对流天气的预报具有一定的指导意义。     

西宁地区2016年8月22-23日短时强降水成因分析

利用常规观测资料和云图资料数值产品资料等对西宁2016年8月22—23日的强降水天气过程进行了诊断和分析,结果表明:(1)此次强降水是西宁地区夏季典型的副热带高压内出现的强对流天气。具有利于强降水发生的大尺度环流系统配置,地面辐合线是此次强对流天气的中尺度触发机制。(2)水汽条件充沛,湿层较厚;低层暖高层冷形成了强的不稳定层结。(3)22日西宁地区θse的高能舌从700hPa延伸到500hPa,Δθse700-500≥10K;K指数为36℃,SI<0℃,CAPE值达到786.3J·kg~(-1),这些参数指示了大气的强不稳定。可以将上述指标作为西宁短时强降水预报的参考指标。过程中西宁上空0~6km的垂直风切变较弱。(4)过程中中尺度对流云团非常活跃,TBB≤-53℃的冷云团的位置和维持时间与强降水的落区和持续时间基本一致,可以考虑将TBB≤-53℃作为西宁地区强降水落区预报的中尺度特征指标。(5)强降水发生时雷达组合反射率显示最强回波达到了60dBZ,强降水的出现时间和落区与雷达组合反射率强回波的持续时间和强度有很好的对应。VIL在降水前期有大值,降水出现后有一个减小的过程。     

2004年4月23日江西强对流天气过程分析

从天气形势、卫星云图、雷达资料及部分物理量、对流参数等方面,对江西2004年4月23日的强对流天气过程进行了分析.分析结果表明,高空南支槽、地面辐合线、850 hPa西南急流和切变线,是这次强对流天气过程的主要影响系统;强风垂直切变和不稳定是这次强对流发生的重要条件;对流云团发生在逗点云系的凹边界;强对流落区与500hPa干舌、中尺度辐合线、当天14时≥40℃的地面总温度有较好的空间对应关系.     

基于关键对流参数分级的强对流潜势预报

通过对上海地区1998—2009年4—9月各类强对流天气的统计分析,选取42个对流参数及其时间变量,采用逐步回归方法建立了针对各类强对流天气的0～12h潜势预报方程。在此基础上,提出了基于关键对流参数进行分级的强对流潜势预报方法,选取K指数、SI指数、PWV(大气可降水含量)指数和θsedif85(500hPa和850hPa假相当位温差)等反映大气热力和水汽条件的关键对流参数,根据对流分布情况将各对流参数分别分为3个等级,并分级建立了针对不同强对流天气的潜势预报方程。与未分级方程对比表明:基于关键对流参数分级的预报方程对雷雨大风、强雷电和所有对流等预报效果上有明显提升,采用如下组合评分更佳:雷雨大风的预报采用SI分类方程,强雷电和所有对流采用PWV分类方程。将基于关键对流参数分级的强对流潜势预报方法在数值预报模式中进行了业务应用,取得了较好效果。     

T106物理量预报场在强对流天气落区预报中的应用

通过分析我省近几年来强对流天气过程的T106部分物理量预报场的分布特征,发现其中的θse、K和ω预报场对预报我省强对流天气有较好的指示意义。并据此给出我省强对流天气动态落区预报的判据和2001年试用情况。     

2018年4月桂西南一次冰雹天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP(1°×1°)再分析资料对2018年4月14日下午—15日凌晨左右发生在桂西南的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:此次强对流天气过程具有持续时间长、影响范围广、小时雨强较大、前期以降雹为主、后期以短历时强降水为主的特点;近地层锋面和辐合线是此次强对流天气发生的重要触发机制;200 hPa高空辐散流场有利于底层辐合上升运动的加强,可以弥补500 hPa弱槽槽前动力抬升机制的不足;对流层中层具有干冷空气的侵入是预报强对流天气的关键因子,而地面强对流天气容易发生在干空气侵入700 hPa层之后数小时内;强对流天气容易发生在θse大值区或者舌区;对流层正涡度从中层下传到底层对于预报强对流天气的出现具有一定的指示意义;雷达产品分析表明回波具有明显的悬垂回波、弱回波区、辐合区、中气旋、三体散射长钉和旁瓣回波特征。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

东北冷涡背景下强对流天气的基本特征分析

利用呼伦贝尔市CIMISS系统实况资料,统计分析了2010—2021年5—9月东北冷涡背景下的强对流天气时空分布及物理量参数特征。结果表明：(1)5月雷暴大风次数最多,6月冰雹次数最多,6—8月是短时强降水集中发生期,尤以8月次数最多。(2)强对流天气主要出现在12:00—20:00,其中短时强降水每个时次均有发生,但雷暴大风与冰雹天气在21:00—次日08:00基本没有发生过。(3)大兴安岭西部雷暴大风站次较多;大兴安岭东北部、岭上及岭西北的冰雹站次较多;短时强降水与强对流天气空间分布特征较为一致,均是大兴安岭岭上南段与岭东的站次较多。(4)雷暴大风天气的风速多以17.2～20.7 m·s^-1为主;短时强降水量级为20.0～29.9 mm的站次占总站次的74.3%;持续时间小于5 min冰雹居多,直径小于5 mm冰雹的站次占总站次的49.1%。(5)短时强降水850 hPa的比湿、水汽通量、水汽通量散度的物理量参数均值均大于冰雹、雷暴大风;短时强降水K指数均值大于冰雹、雷暴大风,T₈₅₀-T₅₀₀均值大于26℃,短时强...     

四川盆地不同强度短时强降水物理量特征对比分析

利用2007—2017年5—9月四川盆地84个国家自动站逐小时观测资料和时间间隔6 h的ERA-Interim再分析资料,分析了四川盆地不同强度短时强降水发生发展所需的热力、水汽和垂直风切变等条件,并对不同强度短时强降水的环境物理量特征进行了对比。结果表明,极端短时强降水的抬升凝结高度、自由对流高度和平衡高度(EL)均高于普通短时强降水,EL可以较好地区分极端短时强降水和普通短时强降水,约75%的极端短时强降水和普通短时强降水分别发生在EL高于258.6和658.2 hPa的环境下。极端短时强降水的对流有效位能(CAPE)和对流抑制能量值同样高于普通短时强降水,约50%的极端短时强降水和普通短时强降水的CAPE值分别高于792.5和451.9 J·kg~(-1)。不同强度短时强降水的850和500 hPa假相当位温差(θ_(se850)-θ_(se500))差异显著,极端短时强降水的θ_(se850)-θ_(se500)数值明显高于普通短时强降水,10℃可做为区分二者的参考阈值。约50%的短时强降水大气整层可降水量(PW)超过58 mm,不同强度短时强降水的PW差异不明显,但极端短时强降水具有较为明显的上干下湿垂直分布特征。垂直风切变和上升运动对四川盆地不同强度短时强降水的区分没有明确的指示意义。