江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

利用常规气象观测资料、区域站观测资料、EC再分析资料、FY-2G卫星资料和雷达资料,对2017年7月29日湖北宜昌一次下击暴流过程进行了中尺度分析。结果表明：(1) 此次下击暴流过程发生在副热带高压(以下简称副高)边缘,宜昌北部对流由冷空气触发产生,中部对流由冷空气绕流产生的偏东气流受宜昌西部山区地形抬升触发产生。(2) 下击暴流过程中伴随着气压陡升、气温骤降、风向突变、风速骤增的现象,气压突增和风向突变比风速骤增提早10 min左右出现。(3) 卫星云图显示大风出现的位置基本上在云团传播方向前沿云顶亮温梯度最大的区域。(4) 本次过程呈典型的脉冲风暴特征,初始雷达回波强度较强,高度位于4~6km,回波形态直立,且在地面大风出现前10min左右有明显的中层径向辐合特征(MARC)。(5) 回波受长江河谷地形阻挡以及副高的阻挡作用,在长江河谷移动缓慢,因此维持时间较长,并且出现两次加强,一次为回波合并加强,一次在三峡坝区附近受局地的热力和动力辐合作用加强。

     

强风暴电过程对霰粒子含量和谱分布影响的数值模拟研究

利用建立的耦合电过程三维冰粒子分档模式(通过引入电场力来考虑电场对粒子的影响),模拟研究了北京一次强雷暴发展过程中电过程对霰粒子含量、数浓度的影响。结果发现:(1)相对小的霰粒子含量受电过程直接影响较大,这种影响累积后,会对相对较大的霰粒子含量产生间接作用。在冰雹发展的初期和成熟期的部分阶段,电场对霰粒子最大含量所处空间位置基本没有影响。而在冰雹发展的成熟期向衰败期过渡时的部分时刻,电场对其稍有影响。在霰粒子最大含量处,直径相对较大的霰粒子决定着总的霰粒子含量。(2)总体来说,直径较小的霰粒子数浓度受电场影响较大,直径较大的霰粒子数浓度受电场影响较小。由于霰粒子含量中心大直径粒子较多,而其受电场的影响相对较小,并且该处电场也小于电场极值,故其最大含量受电场影响相对较小。所以,在此次个例的模拟过程中,霰粒子最大含量的时变曲线变化很小。(3)考虑电过程情况下,在霰粒子数浓度最大处,小直径霰粒子数浓度要么增加,要么略微减少,而大直径霰粒子要么进档增长受阻,要么数浓度减少。对不同直径的霰粒子来说,电过程既有可能使其数浓度增加,又有可能使其数浓度减少。当电场较大时,电过程对小直径霰粒子的影响比较直接,而对大直径霰粒子的...     

北京一次大风和强降水天气过程形成机理的数值模拟

利用3维强风暴冰雹分档模式(IPA—HBM)对2001年8月23日北京的一次伴有大风、暴雨和冰雹的强对流天气过程进行模拟和分析，并与部分观测资料进行了比较分析。结果表明，该模式对此次强风暴的生命史、降水分布、降雹的大小等要素做了较好的模拟，并能够模拟出伴随强风暴过程所产生的强下沉气流和及地面强风速切变(下去暴流)。从云微物理学角度分析了此次局地性大风的形成原因，认为由高空冰雹粒子的拖曳产生的负浮力作用是促发强下沉气流产生的主要原因，其次是冰雹的融化和雨水蒸发冷却对下沉气流起加速作用，冰雹的拖曳和融化作用对下沉气流具有决定性作用。强风暴所产生的爆发性强下沉气流最终导致了局地大风的形成。     

北京一次下击暴流的三维数值模拟分析

应用中尺度气象数值模式WRF模拟再现了2001年8月23日北京时间14时至24日00时发生在北京密云县附近的一次典型强对流风暴天气,重点发掘并分析了密云水库附近一次茁中尺度下击暴流的形成与演变过程。研究表明：（1）WRF模拟结果显示该茁中尺度下击暴流的生命期为1 h左右,水平尺度约为20 km,其水平和垂直流场与下击暴流流场的理论结构基本一致,但辐散气流流速在近地面层未能达到下击暴流定义的18 m/s;（2）模拟的下击暴流环境场中扰动位温、各水成物的比含水量与层结不稳定性以及上升气流的联系紧密,并可推断强下沉气流主要由雨水粒子拖曳作用产生,较大的位温扰动则加强了气流上升运动,迫使暖湿气块更大程度抬升,进一步维持和发展下击暴流系统。     

中国大范围雷暴大风事件(Derechos)研究: 时空分布、环境背景和对流系统形态特征

2017年7月9日,天津市西南地区出现一次伴随短时强降水、冰雹、下击暴流的强雷暴大风天气过程,其中天津市静海区独流镇先后发生两次下击暴流大风。利用多普勒天气雷达数据、三维变分风场反演资料、地面加密自动站观测资料等,对此次强雷暴大风天气过程中下击暴流的成因进行了初步探讨。结果表明：(1) 本次过程发生在500 hPa冷涡后部和高空前倾槽形势下,上干冷下暖湿形成静力不稳定层结,对流发生前对流层中下层具有明显的条件不稳定、较大的对流有效位能和下沉对流有效位能,西南风与东南风形成的中尺度辐合线在低层高温背景下触发对流,较弱的垂直风切变环境使得对流风暴初期以脉冲风暴形式出现。(2) 下击暴流大风发生前伴随雷达回波图上反射率因子核心下降、中层径向辐合和低层中气旋等特征。(3) 降水粒子的拖曳作用对独流镇两次下击暴流大风的发生均起到重要作用;此外,第一次下击暴流大风的发生还与负浮力和干空气夹卷有关,第二次下击暴流大风的发生则与中气旋后侧扰动气压垂直梯度有关。

     

Numerical simulation and sensitivity study of a severe hailstorm in northeast Spain

During the afternoon of August 16th 2003 a severe hail event occurred in the town of Alcañiz in the Ebro Valley (Spain). This storm brought with it intense rain and hail precipitation that caused severe floods, damaged cars and street furniture. A diagnosis, using data from ECMWF, showed the presence of a mesolow at surface level centered over the Northeast of Spain, carrying winds from the Mediterranean Sea towards the Central Ebro Valley. At medium and high levels, a trough, whose axis extended over the Northwest of the Iberian Peninsula, moved eastwards preceded at 500 hPa by a thermal trough that caused increasing instability before the arrival of the geopotential trough.A numerical study of this event has been carried out using the MM5 model with a double aim. On the one hand, it attempts to check whether or not the simulation reproduces the storm in Alcañiz. On the other hand, it carries out a sensitivity experiment in order to evaluate the contribution of two specific factors: topography and solar radiation. Compared with radar data, the control simulation reproduces the region affected by the storm reasonably well. The suppression of topography and/or solar radiation substantially modifies the surface mesolow and the spatial distribution of the precipitation. Neither of these factors, considered independently, reproduces the precipitation caused by the storm in Alcañiz. However, the results illustrate the importance of the synergic effect of these two factors on the spatial localization of the storm and on the intensity of the precipitation registered.     

渝西一次强对流风暴过程的中尺度特征分析

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、ADTD地闪资料和天气雷达资料,分析了2011年7月23日重庆西部一次强对流风暴过程的中尺度特征。结果显示：（1）此次强对流天气是在“两高一低”环流背景下发生的,强的层结不稳定、低层水汽充足、大的下沉不稳定能量及0-6 km中等强度垂直风切变为其提供了有利的环境条件。（2）地面灾害性大风主要集中在地面强降水及地闪密度中心附近,地面观测到与地面大风相联系的辐合线、辐散区、冷池及雷暴高压等中尺度特征,地闪以负地闪为主,负、正地闪之比约为101：1。（3）造成极端大风和短时强降水的强对流风暴在雷达回波图上具有明显的阵风锋、回波悬垂、弱回波区和有界弱回波区等特征;在径向速度图上,具有明显的中气旋、辐散区、大风区、前侧入流、高层辐散和低层辐合等特征,这些特征对地面灾害性大风具有一定的监测预警意义。     

2019年呼和浩特一次强雷暴天气过程综合分析

利用NCEP再分析资料、雷达、卫星资料以及闪电定位资料对2019年7月27日呼和浩特市一次强雷暴天气过程进行了综合分析.结果表明:此次雷暴过程主要受贝加尔湖低压中心和蒙古高原高空槽东移影响;雷暴发生前,K指数和CAPE等不稳定参数均超过阈值,大气层结呈现上干冷下暖湿的不稳定形势,并且垂直方向上低空辐合、高空辐散的结构与...     

山东半岛秋季一次脉冲风暴下击暴流观测分析

利用山东威海CINRDA/SA多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面自动气象观测站资料等,对2018年9月8日发生在威海文登机场附近的一次下击暴流天气特征进行分析。结果表明：1)此次下击暴流天气发生在高低空一致的西北气流背景下,午后太阳辐射使得低空大气加热显著,形成了强烈的不稳定层结。2)大气层结特征呈喇叭状温湿分布,850 hPa以下接近干绝热的温度直减率,为下击暴流的发生提供了有利环境条件。3)地面辐合线为风暴单体的产生提供了动力抬升条件。4)从多普勒雷达产品上看,风暴初始回波发生在午后海风锋触发的晴空窄带回波上,通过单体间的合并加强,发展成为多单体风暴;下击暴流出现前,对流风暴回波强度及高度明显发展,成熟阶段的对流风暴伴有回波悬垂结构和三体散射特征,伴随着强反射率因子核心的持续下降,下击暴流迅速到达地面,径向速度图上存在明显的中层辐合、旋转、低层辐散的现象;5 km以上60 dBZ强反射率因子核心的下降,结合径向速度中层辐合、低层辐散特征可提前3～9 min预警下击暴流的发生。     

一次雷暴大风引发的强沙尘暴天气的中尺度系统分析

使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。     

“2007.08.13”汕头强雷暴天气雷达回波特征分析

根据2007年8月13日汕头强雷暴天气的雷达资料和闪电定位资料,利用统计和对比分析的方法,分析闪电活动与雷达回波之间存在的关系。结果表明:强回波面积与闪电次数具有显著相关关系,闪电活动相对于强回波面积的变化有10 min的提前量;闪电发生的位置变化与强回波的移动密切相关,而速度回波更清晰地反映和预示雷达回波的移动趋势。基本速度图中的辐合区也是闪电活动频繁的区域,雷暴发生前40 min,风廓线图中出现断裂的双干区,随后该双干区自上而下迅速遭到破坏。双干区的出现和破坏是雷暴天气产生的先兆特征。     

华北层状云系人工增雨个例数值研究

利用耦合了CAMS详尽云方案和非静力中尺度数值模式MM5V3的CAMS中尺度云分辨模式对2008年3月20—21日环北京地区的一次层状云系降水进行模拟和人工催化数值试验。模拟自然降水分布与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析的基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度进行试验对降水的影响。结果表明：在过冷水含量高且冰晶含量低的区域引入人工冰晶可使地面降水增加。引入人工冰晶后催化区域水汽明显减少,云水也有减少,冰晶粒子和雪粒子增加,而且水汽减少的量明显大于过冷云水的减少量。同时催化后550 hPa附近的下沉气流中心变为上升气流,动力、热力效应明显。雪碰并冰晶增长、冰晶转化成雪增长是催化高度附近雪晶增加的主要过程,而催化高度以下,雪碰并过冷云滴增长是雪晶增加的主要过程;雪晶碰并过冷雨滴增长是霰粒子增加的主要过程;雨滴碰并云滴增长是雨滴增长的主要过程。     

一次下击暴流天气特征分析

利用河南濮阳CINRDA/SB多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面自动站资料等,对2011年7月10日发生在河南濮阳的下击暴流天气进行诊断分析。分析表明:此次下击暴流天气以高空快速下滑的低压槽为背景,高空冷空气叠加在低空暖舌之上,使大气具有强烈的层结不稳定。大气环境场呈倒"V"形的垂直温湿分布:云底位于700 h Pa高度,云底以下空气干燥,气温直减率约为9℃/km,接近干绝热气温直减率,有利于干下击暴流的发生。地面辐合线的存在和弱冷空气的侵袭,为强风暴单体的产生提供了动力抬升条件。从多普勒雷达产品上看,风暴初始回波发生在一条稳定的晴空窄带回波上,通过单体间的合并加强,发展成为孤立的多单体强风暴;风暴反射率因子反复在3—6 km高度强烈发展,风暴反射率因子强核高度反复4次快速下降,形成强烈的冷下沉气流,在底层出现强烈的径向辐散风;径向速度图上中层一直存在向着反射率因子核心的辐合特征,这正是下击暴流的风场特征。     

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。     

上海“8.5”特大暴雨的成因和特点

利用WSR－88D多普勒雷达资料，通过分析2001年8月5日到8月6日产生于上海地区的特大暴雨过程的雷达回波特征，研究探讨这次过程的降水成因和降水特点。发现副热带高压边缘偏南气流的风速辐合、螺旋雨带中强回波短带的合并加强、风的垂直切变产生的辐合以及热带系统的高效率降水作用是这次暴雨过程的降水成因和降水特点。并提出了预报这类暴雨系统需要注意的要点：强降水回波的发生和发展加强往往和风场中的局地强辐合区相联系，利用多普勒雷达连续演变的风场资料，可及时了解辐合区的形成和演变过程，提前作出强降水可能性的预测。     

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程,并结合多普勒雷达探测资料,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变.模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等.同时,模拟分析了冰雹形成的微物理过程,结果表明,本个例模拟雹云中,冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程(CLch、CLrh)而进一步长大的.     

强对流风暴中同质冻结增温的直接探空观测

通过两个强对流风暴个例,利用探空资料辅以卫星反演方法,揭示了强对流风暴中同质冻结增温这一事实。探空观测到在强风暴中同质冻结潜热释放造成该层内的空气增温达5℃以上,风暴中强上升气流使云滴没有足够的时间长大,云水向雨水转化和云的晶化会被推到更高的高度,在到达同质冻结高度之前,异质核化过程没有太多的时间消耗大量云水,多数云滴被带到同质冻结高度以上时迅速冻结,造成潜热的集中释放,使周围的空气增温。NOAA卫星观测到的云顶的大量由同质冻结形成的小冰粒子以及过顶现象,进一步证实了同质冻结潜热增温。当探空仪靠近风暴、对流层顶又距同质冻结高度层较近时,同质冻结增温作用有可能被探空仪观测到。     

北京一次短时局地大暴雨过程的特征及对云物理方案的敏感性数值模拟试验

云物理过程是云和降水形成的重要环节。本文针对2011年6月23日发生在北京地区的一次大暴雨过程进行了云降水与天气特征分析,并开展了WRF模式中10种不同云微物理方案对此次暴雨强度、落区和发生时间的敏感性数值模拟试验。研究结果表明,此次大暴雨是由多单体组织、合并形成深厚的中尺度对流系统,并具有明显的短时局地特征和有利的高低空、高低纬度大中尺度天气环流形势及强烈的水汽输送条件。暴雨强度、落区和发生时间的数值模拟结果对云物理方案非常敏感。不同云物理方案对累积降水量≥50 mm和≥100 mm的暴雨模拟的ETS评分显示,只有Thompson方案对此暴雨量级的评分均为正,其他方案的ETS评分均不理想,特别是对累积降水量≥100 mm的大暴雨模拟。在小时暴雨强度和发生时间方面,Thompson方案模拟效果也较好,其次是Lin方案和WSM6方案;对区域累积最大降水量和落区的模拟方面,Thompson方案和Morrison方案模拟的最大累积降水量更接近观测值,但在落区方面,一些具有完整云物理过程的单参数方案（Lin方案、WSM6方案）模拟效果较好,但模拟的最大降水量偏小。针对暖雨的双参数方案WDM6对区域平均降水模拟较好,但对暴雨极端降水模拟较差。对造成差异的原因分析表明,不同云物理方案的差异主要体现在雪和霰的参数化方面,由于采用的粒子谱分布、密度和末速度不同,导致云中粒子间的碰并和形成过程不同,大部分云物理方案模拟的霰含量高,雪含量低。这种云微物理过程的差异会导致云动力过程的反馈作用出现明显不同,但这种反馈作用的差异主要体现在降水粒子对上升气流的拖曳作用不同。尽管云中相变潜热过程对云动力过程具有很重要的影响,但不同云物理方案在相变潜热过程和温度廓线分布方面造成的差异并不明显。因此,云物理方案中考虑合理的粒子谱分布、形态和密度变化,有利于提高暴雨的模拟效果。     

2017年8月萍乡地区连续性雷暴大风过程分析

利用常规观测资料、探空资料、多普勒天气雷达基本产品及导出产品,分析了2017年8月中旬萍乡地区雷暴大风天气过程,并选取了其中最强的一次过程进行了细致的分析。结果表明,“北低槽、南副高”的环流形势是此次长时间雷暴大风的环流背景,萍乡受“上下一致”的西南急流控制,中低层切变线、西南急流导致了强对流不稳定;低层逆温、“上干冷、下暖湿”以及风垂直切变的垂直结构,为雷暴大风的产生提供了层结条件和能量条件;地面热低压和地面辐合线、干线等是此次雷暴大风的触发机制。飑线过境,气象要素变化剧烈,在“人”字形回波附近,回波断裂处等区域容易产生强雷暴大风天气。强回波高度迅速下降、拖曳作用、动量下传、中层干暖空气的夹卷及蒸发作用、一定强度的中层径向辐合等多种因素导致了此次地面大风。垂直累积液态含水量、最大反射率因子、风暴顶高的持续下降,对地面大风天气的预报具有一定的指示意义。     

“2000.1 0”海南岛大暴雨成因分析

引发2000年1 0月1 3-1 5日海南岛洪灾的起因,源于南海热带低压、冷空气、低空东风急流等天气系统的相互叠加,以及充沛的水汽输送,冷暖空气在海南岛上空交绥所致.