渤海西岸边界层东风与暴雪天气的机理分析

2008年12月20—21日和2010年1月3日天津地区分别出现了历史同期罕见的暴雪天气。为了提高对这种极端天气发生机理的认识,利用多种资料对这两次天气过程进行了分析。结果表明：两次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统的演变却不尽相同。影响系统分别为高空横槽（高空槽）、850 hPa切变（850 hPa低涡切变）和地面倒槽（地面气旋）,水汽源自700 hPa西南气流和边界层东风的水汽输送。由于两次过程均与边界层东风相伴,特别对渤海西岸边界层东风对降雪天气的影响和作用进行探讨,表明偏东风不仅为本地输送一定量级的水汽,同时这种具有冷湿特征的东风还会与内陆具有暖湿结构的偏南风形成地面辐合线,加强地面的动力抬升作用,产生上升运动,有利于雨雪天气的加强和维持,因此可以认为边界层东风对暴雪的发生发展起到了显著的作用。     

极端天气气候背景下两次降雪过程的对比分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°分析资料,从同期气候背景、影响系统特征、干侵入特征和影响等方面,对2008年1月28日20时-29日08时、2月1日20时-2日08时江西中、北部两次较强降雪过程进行了分析。结果发现,两次过程发生的气候背景主要与大气环流异常及拉尼娜事件有关。两次过程的系统配置具有相同的特点,中层700-500hPa西南气流强盛,低层850hPa到地面的冷空气垫深厚,700-850hPa存在逆温层。两次过程都具有干侵入特征,干侵入所引起的对流层中低层垂直方向上的降温,使中低层0℃以上暖层明显减弱,700hPa温度降为0℃以下,为混合云内雨转雪的发生提供了必要的温度条件。两次过程中,低层冷平流越强,雪区南界越偏南。江淮到黄淮的下沉气流为对流层高层干空气侵入提供了动力条件,高层干冷空气向南、向下侵入,导致对流层低层850hPa偏北气流加强和维持,加大了中低层垂直风切变,使上升运动加强,为水汽凝结、冰晶和雪晶比含水量的增加提供了必要条件,从而使降雪得到发展。两次过程中,上升运动越强,降雪强度越大。     

冷平流强迫背景下攀枝花市一次雷暴过程综合分析

基于欧洲中心ERA5再分析资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达资料以及MICAPS气象资料,运用天气学方法对2020年4月13日四川省攀枝花市发生的冷平流强迫类雷暴天气过程进行综合分析。结果表明：本次雷暴过程混合了冰雹、短时强降水、雷暴大风等多种天气,其主要影响系统为200 hPa高空急流、500 hPa高原槽、700 hPa切变线和西南急流以及地面辐合线。200～500 hPa西北干冷空气顺高原槽南下对本次过程起主导作用,弱的700 hPa西南急流为本地输送了水汽和不稳定能量,中低层切变线和地面辐合线促进了暖湿气流的辐合抬升。此外,“上冷下暖”的气层结构、中低层较强的垂直风切变、气流的低层辐合与高层辐散、适宜的0℃和-20℃层高度、较强的CAPE和K指数、较大的700～500 hPa温度垂直递减率等因素也是本次雷暴天气过程发生发展的关键。     

Large-scale Circulation Control of the Occurrence of Low-level Turbulence at Hong Kong International Airport

This study identifies the atmospheric circulation features that are favorable for the occurrence of low-level turbulence at Hong Kong International Airport [below 1600 feet(around 500 m)]. By using LIDAR data at the airport, turbulence and nonturbulence cases are selected. It is found that the occurrence of turbulence is significantly related to the strength of the southerly wind at 850 h Pa over the South China coast. On the other hand, the east–west wind at this height demonstrates a weak relation to the occurrence. This suggests that turbulence is generated by flow passing Lantau Island from the south. The southerly wind also transports moisture from the South China Sea to Hong Kong, reducing local stability. This is favorable for the development of strong turbulence. It is also noted that the strong southerly wind during the occurrence of low-level turbulence is contributed by an anomalous zonal gradient of geopotential in the lower troposphere over the South China Sea. This gradient is caused by the combination of variations at different timescales. These are the passage of synoptic extratropical cyclones and anticyclones and the intraseasonal variation in the western North Pacific subtropical high. The seasonal variation in geopotential east of the Tibetan Plateau leads to a seasonal change in meridional wind, by which the frequency of low-level turbulence is maximized in spring and minimized in autumn.     

2010年1月鄂东一次暴雪过程中尺度分析

利用常规观测资料及NCEP／GFS再分析资料,对2010年1月5—6日发生在湖北东部的暴雪过程进行中尺度分析。结果表明：500hPa北支槽后干冷空气配合南支槽前西南暖湿气流形成的冷暖交汇以及850hPa低涡北抬发展是产生暴雪的主要天气背景;200hPa高空急流、700hPa西南急流、925hPa东北气流、850hPa气流汇合区、700hPa及850hPa露点锋、锋生次级环流、风向随高度强烈顺转的垂直风切变以及地面中尺度辐合区的有利空间配置,对暴雪预报具有重要指示意义。此外,在上述研究的基础上对此次暴雪过程的三维物理模型进行了总结。     

2012年6月26～29日宁夏强降水成因

利用常规资料及中尺度区域自动站观测资料、FY-2E 红外卫星云图、多普勒雷达、ECMWF等资料,对2012年6月26～29日宁夏北部和南部山区持续强降水过程作了较深入细致的天气动力学对比分析。得出：强降雨起止时间及落区出现在700 hPa切变线右侧与700 hPa南风风速辐合区左侧的区域内,同时宁夏持续强降雨落区出现在低层水汽辐合、低层正涡度辐合及高层负涡度辐散、持续上升运动区、-48℃＜TBB＜-20℃云团区和回波强度为25～45 dBZ的重叠区内;重叠区内关键物理量中心值越大,雨强越强,雨强最强时段往往是关键物理量大值中心叠加的时段。     

中国澳门国际机场重着陆事件的天气背景分析北大核心

对2018年8月28日北京首都航空公司CBJ5759航班在中国澳门国际机场发生重着陆事件分析结果,显示:(1)机场位于低空切变线南侧,低空西南急流与海陆地形辐合作用下形成的暖区局地对流引发分散性短时强降水和弱雷暴;对流北侧突然增强的偏南风使机场跑道附近顺风增加,引发低空风切变;(2)高分辨率数值模拟结果表明低空风切变发生时段内存在西南急流脉动,急流北侧的风场由西南风转为偏南风,促使海陆边界的热力和动力不稳定条件加强,有利于局地对流系统发展和其辐散出流增强,加速边界层内风场变化;(3)当飞机在下降过程中经过对流系统前侧激发的偏南风急流区时,水平风的垂直切变形成的顺风切变大于垂直风变化,增加的顺风使飞机空速减小,导致飞机升力减小并造成重着陆;(4)此次事件中天气系统的变化通过影响对流的发展间接促进低空风切变的发生,因此可在对沿海机场的低空风临近预报时通过加强对海上风场变化的监测来预估一定风险。     

2009年11月10—12日陕西特大暴雪诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY-2C卫星资料,对2009年11月9—12日陕西大范围特大暴雪过程进行了诊断分析,结果表明:500 hPa短波槽、700、850 hPa切变线是这次暴雪的主要影响系统,中尺度对流云团是造成此次暴雪的直接原因。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统,强降水中心与中尺度对流云团和云顶亮温的冷中心有较好的对应。暴雪区发生在ζMPV1为正值中心的东侧,ζMPV2的负值区。湿斜压性的增强主要是由于抬升的暖气流偏南风与低空冷气流偏北风之间形成较强的风向垂直切变,同时暴雪区附近存在较大的▽θse所致。强降雪过程中垂直螺旋度正值区长轴始终与低层切变线走向一致,且位于切变线的东侧。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。     

2008年9月四川一次持续暴雨过程触发及维持特征

利用NCEP1°×1°6h再分析资料和常规观测资料,对2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:副热带高压、东北冷涡、低空切变、青藏高原东部高空槽以及台风是影响此次暴雨过程的主要天气系统;来源于南海及孟加拉湾的低层偏南气流提供了稳定的水汽输送;暴雨前期850hPaθse场呈典型的"Ω"形分布;强烈的上升运动触发不稳定能量释放,有利于强降水天气的发生发展。     

利用风廓线雷达对广东前汛期短时强降水类暴雨过程低空风场特征的研究

为了更加深入地了解暴雨中尺度系统,利用风廓线雷达资料,对2012—2014年发生在广东前汛期的短时强降水的暴雨过程临近时次的低空急流强度、低空急流高度、低空急流指数以及各层垂直风切变等物理量进行了分析研究。研究结果表明:（1）在广东前汛期,86%的暴雨过程都会有短时强降水的出现; （2）2 km高度以下最大风速呈正态分布特征,主要集中在10~21 m/s之间,60%以上的强降水发生前3小时低空急流便已经存在,且随着强降水的临近,低空急流的比例逐渐增大,超过80%的过程强降水出现时有低空急流相配合; （3）暴雨发生前低空急流强度基本维持,最低高度逐渐降低。强降水出现时次,低空急流表现出逐渐加强的特征,最低高度也明显下降,从而导致低空急流指数I增大; （4）地面到不同等压面的垂直风切变随着高度的增加而逐渐减小,其中强降水发生时地面到925 hPa垂直风切变相较于暴雨发生前有所增大,而地面到850 hPa及700 hPa垂直风切变在强降水发生时则表现出下降的特征; （5）选取暴雨发生前各类物理量的中值作为暴雨发生的阈值,则低空急流强度在13.5 m/s左右,最低高度为1 km左右,低空急流指数I为6×10-3 s-1左右,地面到925 hPa、850 hPa以及700 hPa之间的垂直风切变分别在7.3×10-3 s-1、6×10-3 s-1以及4×10-3 s-1左右。      

冀中南一次春季雨雪过程诊断与预报技术分析

利用常规观测资料、自动站资料、雷达及NCEP 1°×1°资料,在诊断2013年4月19日河北省一次回流多相态降水过程成因的基础上,总结了降雪漏报的原因。结果表明:冀中南降水区位于700hPa切变线南侧、700 hPa西南低空急流与850 hPa东北风急流交汇处,暖湿空气在冷垫上爬升和急流的次级环流为降水提供了动力条件,低空急流为降水提供了水汽条件。整层大气可降水量及变化可作为降水预报的重要参考。对比分析雨区和雪区的温度廓线发现:通过温度平流分析温度的垂直分布和演变比单独分析温度特性层高度对于辨别降水相态更为可靠,而雷达风廓线资料可作为识别冷暖平流进而辨别大气温度层结变化的有益补充。本次降水相态预报出现偏差的主要原因是对温度垂直分布和演变判断不够准确。     

南疆西部两次极端暴雨中尺度特征对比分析

利用常规气象观测、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G云顶亮温、喀什CR/CC雷达产品及NCEP再分析等资料,对比分析南疆西部2020年4月17—24日和2021年6月15—17日(分别简称“过程1”、“过程2”)两次极端暴雨过程环流背景和短时强降水环境条件、中尺度特征。结果表明：两次过程均发生在500 h Pa“东西夹攻”的有利环流背景下,100 hPa南亚高压分别呈东部型和双体型,低空急流、切变线和地面中尺度辐合线是两次暴雨重要的触发系统。两次强降水均发生在对流云团发展最强盛、范围最大时或TBB梯度最大处。但雷达回波特征明显不同,“过程1”影响系统为线性多单体强风暴,最大反射率因子达65 dBZ,具有中小尺度辐合和旋转特性,强降水期间VIL维持40 kg/m²以上并有跃增现象,更有利于产生强对流。“过程2”影响系统为分散性普通单体风暴,径向速度高层辐散不明显,VIL值明显小于“过程1”。     

乌鲁木齐机场一次小尺度雷暴天气分析

利用常规天气资料、卫星云图资料、乌鲁木齐市多普勒雷达资料、AWOS资料对乌鲁木齐机场2006年5月18日发生的一次小尺度天气带来的强雷暴进行分析,结果表明：雷暴天气发生在较强降水过程之后较低气温条件下的一次特殊天气。雷暴天气发生时,乌鲁木齐机场个别时刻跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,在跑道上形成了水平风切变。此次雷暴天气是在北疆地区存在高空急流及500hPa高空槽的特定大尺度天气背景下,由地面能量锋、地面辐合线、干线触发的强对流天气。     

兰州中低层风向与降水的关系

对兰州单站探空资料７００ｈＰａ和５００ｈＰａ风向进行统计分析表明，兰州７００ｈＰａ风向既受复杂地形影响，又受天气系统影响。７００ｈＰａ的东北风和东南风与降水有较好的相关关系。７００ｈＰａ、５００ｈＰａ风向有机组合，其降水相关概率提高到７１％—８２％。     

Identification of typical synoptic patterns causing heavy rainfall in the rainy season in Japan by a Self-Organizing Map

In order to systematically and visually understand well-known but qualitative and complex relationships between synoptic fields and heavy rainfall events in Kyushu Islands, southwestern Japan, during the BAIU season, these synoptic fields were classified using the Self-Organizing Map (SOM), which can convert complex non-linear features into simple two-dimensional relationships. It was assumed that the synoptic field patterns could be simply expressed by the spatial distribution of (1) wind components at the 850 hPa level and (2) precipitable water (PW) defined by the water vapor amount contained in a vertical column of the atmosphere. By the SOM algorithm and the clustering techniques of the U-matrix and the K-means, the synoptic fields could be divided into eight kinds of patterns (clusters). One of the clusters has the notable spatial features represented by a large PW content accompanied by strong wind components known as low-level jet (LLJ). The features of this cluster indicate a typical synoptic field pattern that frequently causes heavy rainfall in Kyushu during the rainy season.In addition, an independent data set was used for validating the performance of the trained SOM. The results indicated that the SOM could successfully extract heavy rainfall events related to typical synoptic field patterns of the BAIU season. Interestingly, one specific SOM unit was closely related to the occurrence of disastrous heavy rainfall events observed during both training and validation periods. From these results, the trained SOM showed good performance for identifying synoptic fields causing heavy rainfall also in the validation period. We conclude that the SOM technique may be an effective tool for classifying complicated non-linear synoptic fields and identifying heavy rainfall events to some degree.     

不同类型华南暖区暴雨过程的环流特征

在对34年华南暖区暴雨的筛选和客观分类研究的基础上,继续深入研究不同类型暖区暴雨的环流特征与对流发生环境变量特征的异同.主要结果如下:大部分切变线型、低涡型和回流型暖区暴雨个例的环境场斜压性较强,其中回流型暖区暴雨在关键区斜压性最强,而南风型暖区暴雨个例的环境场斜压性相对较弱;所有类型暖区暴雨发生时对流层中高层的中纬度...     

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。     

2008年初武汉冰雪天气过程特征分析

利用实况观测资料和NCEP再分析资料对2008年初武汉市4次冰雪天气过程特征进行分析。结果表明：700—850 hPa的逆温与850 hPa以下层次的冷垫是该区降雪发生与维持的有利条件,700 hPa切变线偏在850 hPa切变线北方,风的垂直切变表明大气具有明显的斜压性,较高层次强大的西南气流在较低层次冷垫上输送大量暖湿空气。本区18日20时—19日20时暴雪发生时有较强的上升运动和较大的西南水汽输送与水汽辐合,最大西南水汽输送与水汽辐合的层次比一般暴雨过程要高,高层惯性不稳定、中层对流不稳定等都是暴雪发生的有利条件。     

沙尘暴热力结构的个例研究

利用民勤站L波段探空雷达2004年5月23—24日的一次强沙尘暴过程加密探测资料,从气象要素的垂直廓线和能量天气学两个方面,分析了沙尘暴发生发展过程中大气层结及其演变特征。结果表明：沙尘暴过境前,500hPa以下的高空风速较小,低层800hPa以下基本为偏东气流,中高层为偏西气流,沙尘暴过境时近地层风速明显加大,700hPa以下为西北气流,高层为西南气流;相对湿度在沙尘暴过境前,高层明显高于低层,而过境后,整层大气的湿度明显增加,且800hPa附近出现逆湿现象,沙尘暴过境前后整层大气相对湿度在垂直方向上的变化趋势基本一致。沙尘暴发生前,近地层气温较高,200hPa附近存在超低温现象,250hPa附近存在比较厚的下沉逆温层,随着沙尘暴过境,低层的气温显著下降,近地层约800hPa处出现逆温层,而250hPa处的逆温层逐渐减弱;地面气象要素的变化为：沙尘暴过境之前,地面气压比较低,温度较高,风速也比较小,而沙尘暴一到,顿时气压升高,风速猛增,温度下降;沙尘暴过境前,500hPa以下处于对流不稳定,过境期间饱和能差逐渐减小,不稳定能量由高层向低层传递,单站的垂直运动发展加剧;沙尘天气结束后．整层大气的结构基本稳定．不稳定能量衰竭,饱和能差进一步减小,整层大气湿度有了较大的增加。