一次飑线过程的雷达回波分析及其反演风场研究

用常规气象观测资料,中尺度自动气象站资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月15日发生在重庆中西部的飑线过程的进行了分析,发现了"逆风区"在预报中具有一定的提前量。同时通过四维变分(4D-VAR)同化方法反演风场,得到反演的水平风场能较好的反映飑线内部各个发展阶段的对流单体的内部流场结构,同时发现4D-VAR反演风场能较好的反映出飑线不同发展阶段的流场特征。     

重力波对一次雹暴天气过程演变的影响

利用北京地区雷达、风廓线仪和稠密的自动站观测资料,对2005年5月31日午后多次出现雹暴现象的飑线天气过程进行了中小尺度诊断研究,揭示了雹暴系统的发生、发展和再生过程与地面气象要素分布之间的关系,重点分析了重力波对雹暴单体、雹暴群演变、移动的影响.结果表明:(1)在有利于强对流发生的大气环流背景下,由地形、强雹暴产生的重力波,不仅催生新的风暴单体,而且对风暴单体的移动、发展或减弱产生直接影响;(2)不同强迫源(地形、强雹暴)引发的、具有不同振幅、波长和波动周期的中尺度重力波之间通过复杂的相互作用过程对多个风暴单体的演变产生了重要影响,有利于雹暴群的形成.     

2009年9月2日包头市强对流灾害性天气雷达回波特征分析

通过对强雹暴灾害性天气雷达回波形状、有界区域的分析,发现强雹暴云团雷达回波,具有强降水超级单体的特征,加强超级单体、飑线风暴等强对流天气的分析研究,对做好强对流天气的预报、预警,具有重要意义。     

一次飑线过程的雷达观测和数值模拟分析

利用NCEP再分析资料、国家级自动气象站降水资料、武汉探空和多普勒雷达回波资料,借助WRF模式,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境场分析和数值模拟研究。结果表明:此次飑线发生在弱的垂直风切变和强对流不稳定环境下。飑线形成阶段,系统内存在左、右2条强对流回波带。对不断发展增强的左支回波带进一步模拟发现:初期,环境风垂直切变较弱,飑线前部强不稳定能量是飑线新生单体不断发展加强的主要原因;此后,不稳定能量逐渐释放,垂直于飑线系统水平动量的垂直逆梯度输送使得与飑线发展方向平行的对流层低层风垂直切变增强,为飑线发展提供动力条件。在飑线发展过程中,新生单体不断在对流区前沿触发加强以及对流单体合并与增长使得飑线系统得以长时间维持,而成熟单体减弱为后方的层状云降水区,正是单体的生消交替保证飑线系统向前传播。     

新疆一次强飑线过程双多普勒雷达观测的中尺度风场结构分析

利用新疆乌鲁木齐和五家渠的双多普勒雷达同步观测资料与双多普勒雷达风场反演技术,结合多种气象资料(1 min间隔的地面自动站资料、探空资料和NCEP再分析场资料等),综合分析了2005年6月26日新疆乌鲁木齐附近一次强飑线过程。其流场特征是低层存在明显的辐合线,中层辐合,高层辐散。中低层的风场辐合使旧回波右侧(西南侧)一定距离处依次生成新回波并与旧回波合并,对流单体间的辐合线促使其迅速合并,是飑线发展的重要原因。对流单体间的合并是从中层开始的,然后扩展到低层。在低层对流单体合并后,飑线前部有一明显的辐合线,入流区、大的回波强度梯度区和弱回波区非常明显;同时,不同发展阶段的风场配置有明显的不同,上升气流和下沉气流在多单体风暴中同时存在。本次飑线过程中低层是东南风的入流气流,与对流带后部的西北风气流相遇后向上倾斜上升,在中高层形成飑前砧状云,这与国内外中纬度飑线的结构基本一致,但本次飑线过程只有前缘强烈的对流区,没有尾随的层状云降水。自动气象站、多普勒雷达及其反演的风场很好地揭示了该飑线的发生、发展、爆发过程及其回波和风场的空间结构特点。     

北京地区一次飑线的组织化过程及热动力结构特征

2015年8月7日华北西北部的一次断线状对流系统向东南方向移动,并与平原地区多单体雷暴合并、组织,最终形成强飑线,造成北京地区出现较大范围的风雹和局地短时强降水天气.基于多源资料的研究结果表明:(1)飑线形成有三个阶段:上游线状对流发展移动、平原多个单体雷暴的新生和合并、线状对流并入本地多单体后组织成飑线.第二阶段中,...     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17—19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料。在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1)这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2)200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成。在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场。而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压。文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3)在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变。此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4)飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动。这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助。     

华北飑线系统的结构与演变特征

1983年6月27日有一次飑线群影响华北、华东地区的七个省市。本文利用天气雷达、卫星云图、高空探空测风和地面加密观测等资料,对飑线系统的结构与演变作了综合分析。飑线群由四个飑线系统组成,它们相继发生发展组成一次影响范围大、持续时间长的强对流天气过程。 本文提出了华北地区飑线系统生命史的中尺度天气模式,包括组织、扩展和消散三个阶段。生命史总共3—5小时。在组织阶段,几个孤立分散的对流单体组织成一条对流带——飑线。在扩展阶段,对流带扩展成一个中尺度对流系统——飑线系统,它包括系统前缘的飑线和后部不断扩大的砧云     

云南南支槽飑线雹暴中尺度特征及环境条件

利用自动站、FY-2E卫星、地闪及1°×1°NCEP再分析气象资料对春季两次南支槽影响下云南飑线雹暴中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明:南支槽前的高低空偏西急流不仅为强对流雹暴提供水汽条件,而且相互耦合加强上升运动为强对流雹暴提供动量条件,雹暴发生在500 h Pa和700 h Pa南支槽前的偏西急流耦合区内;高空深厚强急流带和强垂直风切变导致中高层强斜压性加大而加强上升运动促使雹暴发展,且中低层强垂直风切变影响雹暴的组织和发展,雹暴发生在中低层垂直风切变大于等于3×10~(-3)s~(-1)的区域;青藏高原500 h Pa低槽东南移引导北方冷空气南下,形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定,为强对流雹暴发生发展提供重要的对流不稳定条件,雹暴发生在850 h Pa与500 h Pa温差T_((850-500))≥27 K的强烈不稳定区域内;上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致南支槽对流积状云形成,后侧中层冷平流侵入和高空急流动量下传作用进一步发展形成逗点状对流云系和弓形飑线,而偏西急流强弱和强垂直风切变大小是导致两次飑线雹暴发展差异的直接原因。     

滇南飑线的发生环境及其多普勒雷达回波特征

通过对NCEP资料、常规气象资料和CIND3830-CC多普勒雷达观测资料的统计分析,归纳出滇南普洱市2004—2009年18次飑线发生前的天气形势及物理量场特征、飑线的时间分布特征、飑线的移动路径等。总结了飑线在多普勒雷达图上的基本结构、飑线中强对流单体的基本反射率特征、径向速度特征及天气对应关系,并分析飑线中回波单体的结构与灾害天气类型的对应关系、垂直液态水含量(VIL)的变化与飑线中冰雹的相关关系等。根据灾害类型和飑线中单体的结构将飑线分为5种类型,对飑线的短时临近预报有指导作用。     

黄花机场一次强飑线过程的雷达回波特征分析

利用常规观测、自动气象站和天气雷达等观测资料,对2012年4月24日发生在黄花机场的一次强飑线过程进行了分析,结果表明：（1）此次强飑线为槽前型飑线,飑线主要影响系统为高空短波槽、低涡切变线、低空急流.此外,对流层高层干冷空气的侵入配合强烈的低层辐合抬升也促进了飑线的组织化发展.（2）飑线过境时,各气象要素短时发生剧烈变化,风的变化是最剧烈要素,风向瞬时从偏南风转为偏北风,风速猛增至21 m/s.（3）此次飑线以断续线型与后续线型相结合的型式在回波上以“西南-东北”的狭长强回波带向湖南东南部移动,期间还发生了“跳跃”现象.（4）在飑线的不同阶段,回波特征和移动方向不尽相同,其移动方向与风暴的核心区发展高度有密切联系,当风暴核心区高度发展越高,回波的移动方向与环境风偏差越大.（5）此次飑线部分单体出现“云顶上冲”,云内垂直切变强烈,个别单体发展为超级单体.     

华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析

本文利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)同化多部多普勒雷达观测资料和常规地面探空观测资料,对2009年8月17日发生在我国华东地区的一次飑线过程进行高分辨率数值模拟;利用模拟输出资料,分析该飑线过程的动力和热力特征和对流线单体后向新生的环境条件。研究结果表明:(1)在飑线系统初生阶段,从飑线后部(北方)的团状对流系统的低层MCV(mesoscale convective vortex)中南下的冷空气与西南暖湿气流相遇激发强对流,促进飑线发展;随着飑线系统的发展和南移,团状强对流系统的低层MCV的气旋性环流对飑线的影响逐渐减弱,而飑线本身产生的低层冷池向外辐散的冷空气与环境场西南暖湿气流辐合成为飑线持续发展的主要动力。(2)本次飑线系统属于典型的后向新生型飑线,由4条处于不同发展阶段的对流线合并而成,对流线上对流单体的后向新生是动力和热力过程共同作用的结果,既需要一定的对流抑制能量促进对流有效位能的累积,也需要一定的环境风场垂直切变、低层风场的辐合和水平涡管向垂直涡度的转化。     

基于VDRAS资料探究河北中南部一次弓状强飑线的演变和机理

利用常规气象资料、ERA5再分析资料、北京VDRAS资料以及雷达资料，对2021年7月31日发生在河北中南部的一次弓状强飑线过程进行分析。结果表明：（1）此次飑线过程发生在冷涡的背景下，500 hPa涡后的冷空气与850 hPa的暖脊叠加，建立了不稳定层结，在地面辐合线附近触发。（2）雷达回波由分散的对流单体合并加强，强弓形出现时，最大强度值超过55 dBZ，存在径向速度大值区和中层径向辐合等特征，这些都预示地面大风的出现，而回波悬垂预示冰雹出现。（3）雷达反演的风场可以显示飑线的水平和垂直结构，能清楚地指示飑线的出流、入流以及辐合区，对指示飑线不同部位的发展趋势有重要指示意义。（4）地面风场辐合导致雷暴单体触发，雷暴单体在不稳定的大气层结中获得快速发展，发展过程中0～3 km的垂直风切变逐渐增强，低层形成冷池，热力不均匀区域扩大，沿着扰动温度梯度大值区与风场辐合区，新生对流向东向南传播，分散对流单体合并演变为飑线。（5）从飑线发展阶段的热动力结构分析中发现，由倾斜上升气流与下沉气流形成垂直环流，下沉气流增强时，冷池效应增强，低层环境垂直风切变也增强，环境条件的改变是飑线发展的结果，同...     

飑线结构和强度对低层湿度和环境垂直风切变的敏感性研究

利用数值模式WRF进行二维飑线理想数值试验。通过改变初始场低层湿度和低层环境垂直风切变探讨了初始环境场对飑线在触发阶段与发展初期结构和强度的影响。低层湿度试验表明,增加低层湿度有利于初始启动阶段对流的发生从而使对流系统强度更强;飑线强度增加,对流上升运动增强,更有利于冷池前沿激发出新生对流单体,系统发展更快;同时激发更多降水,冷池强度增强。低层环境垂直风切变试验表明,在飑线触发阶段,更强的环境垂直风切变使对流主体前倾趋势更大,对对流的触发有阻碍作用;冷池和环境垂直风切变的相互作用被认为是飑线发展的重要机制,基于RKW理论,在飑线发展初期,近地面冷池相对较弱,在更弱的环境垂直风切变作用下更容易使对流结构呈直立状态从而产生更强和更深的上升运动,飑线强度增强。     

一次强飑线过程的卫星云图及天气雷达回波特征分析

利用常规天气观测资料、自动气象站气象观测资料、卫星云图以及天气雷达观测资料,对2005年5月30日发生在陕西省境内的飑线过程进行了探讨和分析,结果表明:地面到500 hPa各层影响系统的前倾结构,使前倾结构控制区内地区的不稳定度迅速加强,加之蒙古冷涡旋转分裂冷空气触发形成中β尺度对流系统(MβCSs),为飑线形成提供了前期动力和热力条件;地面流场和能量场的分析明显反映出了飑线在地面切变线后部,风向、风速辐合区前部。雷达产品分析表明飑线回波具有线状分布和发展快的特点,而且最大反射率与径向速度的最大值在飑线发生的时段内长时间相伴。当飑线回波上的单体进入“逆风区”时,发展更旺盛,不仅造成了灾害性的大风和冰雹,还造成了影响范围内的短时强降水。     

对流移入杭州湾后飑线发展机制分析

为加深对杭州湾影响下飑线维持机制的理解,利用多普勒天气雷达、常规和加密观测资料以及NCEP GFS资料,分析了2014年7月27日浙北飑线成因,并重点探讨了此次飑线过程中对流从北岸和南岸移入杭州湾的演变过程及对飑线整体发展的作用。分析表明:南北向辐合线触发新的雷暴单体生成及中等强度的深层垂直风切变,是此次飑线生成和发展的关键环境条件;飑线中对流从南北两岸移入杭州湾后强度均加强,使得飑线得到更好的维持发展;杭州湾上更好的水汽和更强不稳定能量条件,使从北岸移入杭州湾的对流单体加强并连接苏南、浙北两条线状对流,这是进而使得飑线持续发展的重要原因;杭州湾表面与陆地相当的温度和湿度,以及海上较强的垂直风切变,使南岸入海对流强度维持,并在地面冷池和后侧入流的共同影响下发展成弓形回波,这也是飑线维持的重要因素。     

飑线群发展的若干特征

飑线,除了作为单一的对流性的中尺度系统外,在特定的天气形势下,还会同时出现多条飑线,我们称之飑线群。在卫星云图上则可以看到多个中尺度对流复合体(MCC),它们大多数是由许多对流单体组合而成的,其水平尺度可以到100—200千米。也有的是从一个对流单体发展为超级对流单体的。飑线群发生后,多数排列成一线,并向同一方向移动。有的飑线群排列不规则,移动方向也不一致。也有的飑线群由于两条飑线相近及其邻近环境相互作用,形成飑线的合流,在地面出现强烈的暴风区,造成严重的灾害。下面介绍两次发展不同的飑线群实例。     

一次强飑线天气过程的新一代天气雷达探测和临近预报

利用位于桂林的新一代天气雷达资料对2005年5月5日影响广西桂林的锋前强飑线过程进行了详细的分析。分析飑线整体演变和内部对流单体演变表明:此飑线为后续线型和断续线型的结合。由镶嵌在飑线中的小尺度超级单体造成对流性大风。对流单体并入飑线前,可发展为成熟的超级单体,有TBSS和BWER等特征,垂直累积液态水含量可达70kg·m-2,造成局地大冰雹。可根据VIL值确定大多数强风暴位置和辨别带有大冰雹的风暴,对强对流天气做临近预报。     

一次强飑线及飑前中小尺度系统特征分析

使用常规天气、灾情、自动站、卫星云图、雷达回波和风廓线雷达等资料,采用统计对比分析和特征提取等方法,对2012年4月10日强飑线天气系统进行分析和研究,结果表明:(1)此次强飑线是由若干个倾斜深厚对流单体所组成,具有紧密排列的回波带结构。(2)云图上表现为中尺度对流系统(MCS)结构特征,随着MCS东移降水冷却、西南气流输送暖湿空气和午后地面温度不断升高,地面开始形成温度梯度较大的温度锋区。(3)飑线形成前期,MCS南侧出现多条平行短带"梳状"回波特征,并在其南端不断产生对流单体回波,最后发展成飑线回波带。(4)飑线移动前方不断产生具有"前伸"、TBSS和假象回波结构的局地雹云超级单体回波群,这些飑前中小尺度系统是产生此次冰雹灾害的主要回波系统。(5)5 min风廓线雷达资料在前期阶段,能够观测到西南急流的演变情况,包括急流中的大风区。(6)当飑线系统临近时,受飑线中尺度环流的影响,飑线移动前方具有较强的上升运动,且伸展高度可以达到6000 m,但垂直速度、Cn~2和SNR都较小;当飑线系统过境时,具有很强的水平风切变,受到强降水的下曳作用,垂直速度、Cn~2和SNR都明显加大;飑线系统过境后,恢复到前期阶段。     

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。