一次飑线过程雷达回波特征及环境条件分析

利用常规资料、NCEP/NCAR再分析资料及多普勒天气雷达资料等,对2014年3月30—31日广东一次飑线过程进行了分析。重点分析了飑线发生的环流背景、环境特征、不稳定条件、垂直风切变等及多普勒雷达回波演变过程。结果表明:(1)此次飑线过程发生在中高纬地区稳定的阻塞形势下,从四川盆地东移的高空槽和低涡切变线是造成广东强对流天气的主要影响系统。(2)低空急流水汽输送、低层强水汽辐合、强低空垂直风切变和上干下湿的水汽垂直分布为飑线的发生、发展提供了必要的热力和动力条件。(3)强盛阶段飑线具有明显的阵风锋和弱回波通道,速度图上飑线北端为强的气旋式切变,南端为弱的反气旋式切变,在"弓形"回波顶点处有强的速度辐合。飑线内部后侧为一支倾斜向下的冷空气入流,前沿是一支沿冷空气爬升的暖空气入流。(4)在"弓形"回波顶部后侧长时间维持着向后倾斜的后侧入流急流RIJ(Rear Inflow Jets),RIJ对"弓形"回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。     

一次典型飑线过程的个例分析

利用太原c波段多普勒天气雷达资料,结合NCEP数据资料,对2008年6月28日发生在山西的一次大范围飑线过程进行了综合分析后发现：该飑线产生于对流层中高层槽后干冷空气向南扩散,低层辐合,大气层结极不稳定,垂直风切变强的大背景下,在其影响的区域产生的主要灾害天气现象为大风、冰雹和暴雨。飑线呈现出典型的弓形回波特征,后部人流急流（rear inflow jet）和后部人流缺口（RIN）,前部的阵风锋等典型特征。弓形回波两端存在中尺度流型,即北端的气旋式旋转和南端的反气旋式旋转。北端的气旋式旋转在演变过程中不断加强而变成一个旋转的逗点头,而南端的反气旋式旋转在演变过程中基本保持不变,弓形回波的形状也从开始时的南北对称结构逐渐转变为南北不对称的结构。另外,弓形回波前沿中低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂,强回波区延伸到0℃等温线之上,表明雷暴内上升气流很强,有利于冰雹和强降水形成。     

一次飑线风暴的环境条件和雷达回波特征分析

利用常规气象观测和新一代天气雷达监测资料,对大兴安岭地区加格达奇市2006年8月一次飑线天气的环境条件和雷达回波特征等分析发现：此次过程的影响系统高空槽为前倾结构,飑线发生在地面冷锋前,大气具有较强的不稳定层结,有利于上升运动,水汽充足,低层较强的垂直风切变使对流云团和弓形等线状回波生成并较长时间地维持和发展。对流云团位置与上升运动区域较为一致,产生飑线的强对流云团出现在中低层垂直速度梯度较大并靠近上升运动中心一侧,并位于低层比湿和水汽通量散度梯度较大区域即干锋附近以及K指数能量锋上。飑线弓形回波出现在一个中尺度椭圆状对流云团中心内部发展最强处。当云团向东北偏东方向移过加格达奇雷达站时,雷达反射率因子先后呈现出弓形、＂人＂字形等线状回波特征,当线状回波南端＂人＂字形顶部较强回波和后侧入流急流前方＂V＂型槽口的尖峰移经加格达奇时,带来了雷雨大风天气。     

2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理

2017年7月7日下午至午夜,河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程,其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和NCEP分析资料,利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下;超过2000 J/kg的对流有效位能（CAPE）、强0—6 km和0—3 km风垂直切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件;较低的湿球温度0℃层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度;对流层中层高达30℃温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE）,利于弓形回波和地面大风的形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低黑体亮温（TBB）和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统,最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等;对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因;大的对流有效位能和下沉对流有效位能以及强风垂直切变是飑线维持的原因。      

一次飑线过程的中尺度特征分析

利用武汉WSR—81S数字化雷达回波,GMS展宽数字化云图、逐时地面流场及常规天气图等资料,分析了湖北省1993年4月30日的飑线过程,得到了一些有意义的结果。     

利用多普勒雷达网对一次典型飑线过程的分析

利用天气学原理和新一代多普勒天气雷达网,对2005年3月22日发生于广东的一次大范围飑线过程进行了详细分析。分析表明,南岭横切变和500 hPa南支槽为过程提供了大尺度天气背景,地面小股冷空气的入侵则是其触发条件;弓形回波后部弱反射率因子通道的出现标志着飑线发展到最强盛阶段;线性波状飑线南北段不断新生对流单体并有向弓形回波中间传递合并的趋势;雷暴群产生的下沉辐散在其右前方一定距离产生的长弱回波线,是识别雷暴群变化的一个标志。     

我国飑线发生条件的研究

利用常规观测资料以及广东省中尺度自动气象站资料、多普勒天气雷达产品、风廓线雷达资料、卫星云图以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对分别发生在2016年4月13日和17日的华南两次飑线过程(前者简称“4.13”飑线,后者简称“4.17”飑线)的特征及其差异进行了分析,重点探讨了相同季节、相似区域不同飑线过程对同一地区所带来的灾情影响差异较大的原因。结果表明: (1)两次飑线发生的环流背景相似,但后期对广东的影响差异较大,“4.13”飑线影响范围小而强,其进入广东境内发展成弓形回波;“4.17”飑线范围大而相对较弱,其进入广东境内后逐渐减弱。(2)“ 4.13”飑线过程存在有利于其发生并增强的前倾槽结构和较强垂直风切变;“4.17”飑线过程下游地区有冷空气浸入,不利于强天气发生。(3)低层暖平流及中层干冷空气下沉造成“4.13”飑线过程强不稳定层结,在广州附近形成气旋性中尺度辐合线有利于飑线在此加强。(4)两次飑线过程造成地面大风的原因不同,“4.13”飑线大风由弓形顶下击暴流产生,后部入流很强,强回波质心高;“4.17”飑线大风由普通超级单体造成,回波质心较低,雨滴的重力拖曳作用较小,致使地面雷雨大风强度相对较弱。

     

2007年4月广西一次强飑线过程的雷达回波分析及数值模拟

2007年4月17日广西发生了一次强飑线天气过程。利用常规气象资料、多普勒雷达资料从天气形势和雷达回波演变特征等分析了这次强飑线过程的成因,并高分辨率中尺度数值模式WRF对该过程进行数值模拟。结果表明,这次强飑线过程发生在欧亚中高纬地区两槽一脊的经向环流形势下,西风槽、地面冷锋是天气尺度的主要影响系统。雷达回波显示,这次强飑线过程的雷达回波有典型的三体散射和弓形回波特征。此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征,表明该模式对强对流天气系统有一定的模拟能力。     

浙北地区一次飑线天气的数值模拟分析

利用NCEP1°×1°的再分析资料对2014年3月29日发生在浙北地区的一次飑线天气过程进行诊断分析,并用中尺度数值模式WRF3.2.1对该过程进行数值模拟。结果表明,高空槽、低层冷涡和地面气旋为这次飑线天气的主要影响系统;K指数和θse等值线反映了浙北地区大气层结的不稳定性。此外,WRF模式基本上能模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征。数值模拟结果显示,低层正涡度,高层负涡度的配置有利于强对流的产生和发展;850hPa的流场特征能够很好地分析出飑线系统经历发生、发展到消亡的演变过程。     

山东一次飑线过程的中尺度分析

2005年7月12日山东中西部地区发生了一次飑线天气过程.利用自动气象站、多普勒雷达及NCEP 1°×1°的逐6小时资料,从天气形势、垂直结构、地面中尺度场等角度分析了该飑线过程.结果表明:低涡后部的横槽转竖是这次飑线发生的大尺度环流背景,横槽转竖过程中引导高空冷空气下泻,形成上干下暖的不稳定层结,不稳定层结主要是通过高低空的温度差动效应来实现.与飑线相对应的是一支强盛的上升气流,飑线后部是下沉气流,具有较高动量的高空气流下沉至地面向外辐散,使得飑线后部地面辐散区中的风场大大加强.地面辐合带的走向和摆动对飑线移动有明显影响,辐合强度不断增强和范围不断扩大之后,天气也就愈激烈.地面低压区的移近、合并,有利于形成强对流发展的环境场.     

雷达资料同化对一次浙江初春罕见飑线过程数值模拟的影响分析

以2018年3月4日影响浙江的初春罕见飑线过程为例,利用WRF模式与GSI-3DVar同化系统开展了雷达资料同化对重大强对流天气的影响研究,分析了雷达资料同化对此次飑线过程的模拟改进作用和可能影响过程,对比了雷达反射率因子和雷达径向速度的同化效果,探讨了不同数量和位置的雷达资料同化对模拟效果的影响。结果表明:雷达资料(尤其是反射率因子)同化有效改善了飑线边界层特征的模拟,从而改进了模式对飑线过程中组合反射率因子、降水、大风等发展演变的模拟效果。雷达反射率因子同化通过直接调整水凝物质含量,修正风暴中降水模拟及由此引起的蒸发冷却,形成更接近实况的强冷池,进而产生了比雷达径向速度同化更大的正贡献。相对于同化非关键区域的雷达资料,同化飑线过程上游关键区域的雷达观测所包含的重要中小尺度信息,对飑线过程模拟效果提升更为重要。     

江淮灾害性大风飑线的特征分析

本文利用2000—2017年4—9月的多普勒雷达资料、地面和高空探测资料,识别出江淮地区35条飑线。空间分布显示,飑线主要形成于长江以北的平原地区。时间分布显示,40%的飑线发生在7月,其中7月下旬有一峰值;约37%的飑线形成于中午到下午,在午后到傍晚成熟,在下午至夜间消亡。较多的飑线向东南方向移动,移速集中于8～16 m·s~(-1),长度为200～250 km,强度为60～65 dBz,生命史为3～4 h。飑线的主要形成方式为离散区型(broken areal型),组织方式以后部层状云型(trailing stratiform型)居多,主要消散方式为逆向断线型(reversed broken line型)。把飑线的天气背景分成五种类型:浅槽型、深槽型、高压边缘型、槽后型和冷涡型。江淮飑线多出现在西风槽前;深槽型飑线引起的地面降温幅度最大;深槽型和冷涡型飑线的雷达回波核较高,天气也更为剧烈,除了降水和雷暴大风外,还可出现冰雹或龙卷。五种天气型的相同之处是对流有效位能大于1300 J·kg~(-1),0～6 km的垂直风切变大于10 m·s~(-1),抬升凝结高度多低于930 hPa,即低层为高温潮湿的环境。     

华北地区强飑线的时空分布与发展移动特征

基于2013—2017年华北地区的雷达组合反射率因子数据和雷暴大风观测数据,总共识别了27次强飑线过程,对27次强飑线过程的时空分布及发展移动特征进行了统计分析。结果表明,华北地区强飑线最集中的时间为7月下旬至8月上旬,强飑线最强的时次集中于16:00—22:00;强飑线形成前40 dBz回波起始位置最集中的区域为山西、内蒙古和河北3省交界处附近,强飑线形成位置多在京津冀境内;山西东部到河北西部沿山一带是最长长度达到400 km以上且维持时长超过7 h的强飑线形成位置集中区域;40 dBz回波起始时间为02:00—07:59的强飑线平均形成时长最长,14:00—19:59的强飑线平均形成时长最短;强飑线的最长长度与发展时长及维持时长有较好的对应关系;回波起始时间为14:00—19:59的强飑线形成期移动距离较短但发展期移动距离较长,而回波起始时间为02:00—07:59的强飑线则相反;大多数强飑线发展期的移动速度要快于形成期移动速度。     

一次华北飑线的观测分析

利用气象常规观测资料、卫星、自动观测系统、多普勒雷达等多种资料,对2004年7月23日发生的华北飑线进行了观测分析。分析表明:华北飑线发生在副高西北侧的不稳定区域,产生于中尺度对流系统(MCS)当中,地面冷锋和副高南退以及高空前倾槽的形势,使MCS向东南方向移动过程中发展,加强成为飑线;华北地区中、低层水汽通量的辐合,为此区域强对流的发生提供了充足的水汽;850 hPa和700 hPa低空急流的存在,一方面强劲的西南气流输送的暖湿平流加强了华北地区不稳定层结,另一方面急流附近的强风切变为飑线的产生提供了动力条件。     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明：模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。

     

2012年4月广东左移和飑线内超级单体的环境条件和结构对比分析

2012年4月开汛后广东省接连出现强对流天气,尤其是冰雹日数更是超过历史同期平均。本文利用常规天气观测资料和雷达、自动站等非常规资料对广东首次观测到的风暴分裂中左移超级单体风暴和飑线内超级单体风暴引发的两次强对流天气过程进行了对比分析。结果表明:"4·10"冰雹和雷雨大风天气是由局地强烈加热产生的"热雷暴"发展成超级单体风暴造成的;"4·12"冰雹、雷雨大风和短时强降水天气由飑线及飑线内超级单体风暴造成的,其产生于切变线、较强冷空气南下过程中的低层暖平流和中层冷槽共同作用的环境条件下,较强的平流过程使垂直风切变明显增大;两次过程中0℃层高度都低于4月当地0℃层高度平均值。风切变矢量随高度的变化决定了左移和右移风暴的发展趋势,"4.10"风切变矢量随高度逆时针变化,使风暴分裂后左移风暴得以发展成超级单体;"4·12"风切变矢量随高度顺时针变化,有利于有组织风暴即飑线和飑线内超级单体的形成和发展,超级单体向承载层平均风的右侧运动。左移超级单体回波具有中反气旋、弱回波区和旁瓣回波及强回波中心位于其移动方向左侧等特点;飑线内超级单体的中气旋、弱回波区和强回波中心位于回波移动方向右侧,三体散射长钉长度和中层辐合厚度都很大,后侧下击暴流产生了31.1 m·s~(-1)地面强风。     

河北唐山一次飑线过程的中尺度天气分析

利用常规观测资料、自动气象站资料及雷达资料,对2013年8月4日影响唐山的一次飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:500 hPa高空槽是产生这次飑线的主要影响系统,地面中尺度辐合线是这次过程的触发机制;对流层中层干冷空气入侵与低层暖湿气流的辐合增强了大气层结的不稳定;低层辐合、高层辐散进一步加强了垂直运动的发展;中低层垂直风切变则有利于飑线的发展、加强和维持。雷达回波图上可识别出中低空的中尺度辐合线、弓形回波、逆风区等中小尺度结构特征,对于此类强对流性天气的预报具有实际指示意义。     

利用CINRAD WSR-98D探测飑线天气过程

根据南昌CINRAD WSR-98D天气雷达获取的2002年4月5日的平均径向速度场和强度场回波资料，结合当日探空、500hPa及地面天气形势等资料分析发现：2002年4月5日的强风夹带飑线天气过程的发生、发展，在高空、地面天气形势及层结稳定度方面均表现出明显特征，同时在多普勒天气雷达回波上也有明显特征。