2013年春季一次强飑线过程中尺度特征研究

运用多种观测数据,结合WRF模式分析了2013年3月19日发生在黔湘地区一次飑线形成期的中尺度特征。（1）此次飑线发生在高空500 hPa槽前的西南气流中,地面冷锋附近。环境风为西南向,且垂直于飑线长轴的分量小于沿着飑线长轴的分量。（2）飑线东、西两段存在显著差异：东段所在环境干燥,下沉对流有效位能DCAPE大,故雷暴大风强而短时强降水弱,对流单体初始于锋区及冷空气一侧,呈碎块状分布;西段环境湿润,短时强降水和冰雹集中,对流单体出现于地面锋区附近中尺度辐合线内,辐合线持久,其上辐合中心处不断有单体新生。（3）此次过程有重力波作用,且飑线西段重力波特征更明显。急流中的波动与中尺度辐合线相交,波动上升气流叠加辐合线上升运动,引起对流发生并迅猛发展,使得对流单体趋向于沿着波动等振幅面排列成带状,进而形成飑线。（4）旧单体南、北两侧均有新对流单体发生：北侧新单体高、低层重力波反相位叠加,对流受到抑制;南侧的新单体高、低层波动同相,上升气流加强,对流得以发展;新旧单体不断迭代更新,飑线整体向东南传播。     

山东半岛海风锋在一次飑线系统演变过程中的作用

2016年6月30日生成于华北南部的一次长生命期的强飑线过程，造成了山东地区大范围风雹天气。文中利用常规观测资料、区域自动气象站观测数据及雷达监测产品，分析了山东半岛复杂的海风锋特征在这次飑线系统的断裂、再组织化以及极端大风、冰雹灾害形成过程中的重要作用。结果表明:（1）初始对流是在地面冷锋辐合线上触发的弱对流，在对流系统向更不稳定区域移动时与水平对流卷相交，对流迅速发展，并组织成东西走向的直线型飑线。（2）飑线系统在平原地区继续向前移动的过程中发生断裂，这一过程与渤海湾在黄河三角洲形成的两条移动方向不同的海风锋以及飑线系统的阵风锋有关:向内陆推进的两条海风锋与阵风锋在飑线系统中段的前部相交，诱发新生单体，造成该处对流系统更快地向前传播，最终导致飑线系统断裂；与此同时，断裂后的西段风暴因低层暖湿入流被切断而逐渐减弱。（3）断裂后西段残留风暴系统出流阵风产生的新生风暴向东北方向发展，与断裂后的东段风暴的后向传播（向西南方向发展）机制相互作用，完成了飑线的再次组织化，形成了具有典型弓状特征、水平尺度更大、近似于东北—西南走向的飑线系统。（4）长生命期飑线系统造成的极端雷暴大风和最大冰雹出现在飑线再组织化初期，位于飑线系统“弓部”位置，地面极端雷暴大风是冷池密度流、后侧入流急流和水成物对应的前侧下沉气流共同作用的结果，其中与后侧入流急流几乎完全分离的、与水成物对应的前侧下沉气流在这次极端地面大风发生时可能起到了重要作用。（5）山东半岛东侧的黄海海风锋向内陆推进（东南向西北）过程中与自西北向东南移动的飑线相遇，加强了风暴前侧的抬升、水汽供给和组织化程度，为飑线的长时间维持提供了有利条件。      

高空急流加速与中低层锋生函数

以1983年4月28日影响江淮地区的冷锋天气过程为例，讨论了高空急流加速与锋生函数之间的关系。计算结果表明了在这次冷锋天气过程的前期，高空急流加速对对流层中层锋生具有重要贡献。而在这次冷锋天气过程的后期，低层锋生可能是由斜压波从基流中获得发展的能量而诱使低层锋生。     

区域地形影响下冷锋后飑线的数值模拟

本文设计了一个加地形并含详细边界层参数化方案的十三层有限区域细网格模式，并对1983年4月28日冷锋后方、大别山东侧干锋触发形成的近似垂直于冷锋的飑线过程进行了模拟。通过和无地形模式模拟结果的比较，表明区域地形的诱发作用是大别山东侧一类飑线形成的可能原因。文中还模拟了冷区飑线的热力、动力结构，其主要特征和观测研究的结果是一致的。     

一次华北飑线的阵风锋天气过程分析

利用常规气象观测资料、加密自动站观测资料和雷达探测等资料,对2013年8月4日晚上华北一次飑线的阵风锋引发的雷暴、大风等强对流天气的特征和成因进行了分析,结果表明:地面冷锋与前倾槽的配置构成了有利的大尺度环流背景,地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度辐合线,使得对流活动加剧,促使新的雷暴生成或加强。飑线成熟阶段具有明显的波动特征,并向右向发展。阵风锋首先产生于飑线的强雷暴群前,并随着飑线的增强而增强;阵风锋的维持主要依靠风暴持续的下沉气流,下沉气流减弱后阵风锋会随之减弱。飑线及阵风锋过境时均伴有气象要素的剧烈变化,在系统发展强盛时,阵风锋过境气象要素的变化幅度大于飑线的变化,其余时段则偏弱。飑线减弱以后,阵风锋还会维持一段时间,这需要加强系统的监测。     

一次强飑线雷达回波和云图特征

通过分析050322强飑线过程的天气背景，卫星云图和雷达回波变化特征，进一步验证了珠江三角洲锋前暖区强对流带状回波的一种模式[1]。初步得出：飑线回波带初生阶段，母体回波中的40-55dBz强度廓线层水平尺度扩大明显，而且移向母体回波前边缘速度非常快。发展和成熟期强度廓线梯度大，弧形结构明显，40-55dBz强度廓线层顶部高，结构成柱状而且前进边缘比较整齐等特征。     

华东飑线过程中的地面中尺度物理特征

本文利用华东中尺度天气试验资料和雷达回波,分析了9例强飑线过程中逐时地面物理量场的变化。提出中尺度散度场的配置及变化与中尺度强对流天气有十分密切的关系,而中尺度扰动辐合强度演变与锋前暖区内的中尺度扰动风场汇合线有关,这些关系往往能预示中尺度强对流天气的出现和发展。有时,在飑线发展的过程中具有中尺度重力波特征。     

湖州市“4·2”大风天气过程成因分析

2012年4月2日,湖州市及其周边地区出现了一次强风天气过程.本次过程具有强度大、持续时间长等特点.为探讨强风的成因,利用常规的地面、高空观测资料、物理量场及雷达回波资料进行了诊断分析.结果表明,本次强风过程是在低层冷锋、高层冷涡横槽影响下,由冷锋触发产生的中尺度系统飑线和锋后梯度风产生的冷空气大风混合在一起造成的.     

梅雨锋中大振幅重力波的活动及其与环境场的关系

本文分析了梅雨锋暴雨过程中中-β尺度大振幅惯性重力波的活动及其与环境场的关系。突发性降水所构成的雨峰线能表征这类波的活动,重力波平均波长为200km,振幅2hPa。周期6—8h,移速为60—80km/h,强降水全部位于中尺度气压波槽后和脊前的辐合区内,波动的传播方向各异,靠近低空急流的波动大体沿低层盛行风方向传播;有的则受中尺度散度场移动、变化的影响;或受冷锋前先期到达的冷涌性中尺度锋区的影响,并与它一起移动。这类短波活动对环境风场的影响是:它破坏近地层的急流状结构和日变化,却使对流层中、下层环境风增强,急流轴上抬以至消失,这类短波活动使大尺度风场获得能量。     

广西一次槽前型暖区飑线的中尺度分析

利用自动站加密观测资料、常规观测资料、NCEP资料以及FY2G、雷达资料,对发生于2016年4月22日的广西暖区飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:(1)飑线移动快速(100km·h-1),主要引发湿对流天气(雷暴大风和短时强降雨);飑线过境前气压下降,过境时气温和露点骤降、气压涌升、风向突变、风速陡增,过境后气压再次下降;具有尾流低压、雷暴高压、飑锋和飑前低压等飑中系统特征。(2)此次暖区飑线是在500h Pa高空槽加深东移的大尺度背景下发生的,飑线A初始对流的触发与云贵准静止锋前的地面辐合线密切相关,飑线B初始对流则由红河与玉溪间的露点锋及其锋前西南风和东南风的辐合线所触发,对流触发后随高空槽和中层基本气流向东偏南方向移动发展,影响广西。(3)虽然没有冷锋伴随而下,此次暖区飑线依然是在较强的环境下维持,有较强垂直风切变、较高对流有效位能、层结曲线和露点曲线向上形成"喇叭"状配置(上干下湿对流不稳定);地面辐合线、边界层暖切对飑线的发展和维持有重要作用。     

大别山地形对江淮飑线发展变化及组织结构的影响研究

利用中尺度WRF模式,NCEP/NCAR再分析资料以及常规气象观测资料,对2014年7月11—12日发生在江淮地区的一次飑线过程进行数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,研究了在经过大别山地形时飑线内部组织结构的变化特征以及地形对其发展的影响。结果表明:(1)飑线经过大别山主体时在山前加强以及过山后迅速减弱的主要原因与山前对流不稳定、上升运动大于山后有关;(2)大别山东部边缘对飑线的加强有增幅作用:当午后飑线移至大别山东部边缘时,东部边缘的谷风加强并强迫对流单体在飑线的前部新生,试验得出谷风可使低层风速最大增强6 m·s~(-1)左右,若无山谷存在时前向新生单体不再出现;(3)经地形敏感性试验得出:地形引发的大别山东部背风一侧的背风波扰动,有利于飑线内部对流单体的发展与加强,同时充沛的水汽补充,也是下山后飑线加强的因子之一。     

两次冷涌过程的分析

本文利用两次船舶航行实测资料及部分常规观测资料研究了两次冷涌过程的时—空结构。除进一步证实了冷涌具有重力波特征的论点外,还得出了几点初步结论:(1)这两次过程前缘的传擂速度为20—2米秒-1,很接近重力内波波速的动力气象理论值;(2)某海区冷涌到达之前的大气层结决定了冷涌是否具有重力波特征:(3)以重力波传播的冷涌比平流移动的更有效地把能量传至低纬洋面。      

Analysis of the structure and propagation of a simulated squall line on 14 June 2009

A squall line on 14 June 2009 in the provinces of Jiangsu and Anhui was well simulated using the Advanced Regional Prediction System (ARPS) model. Based on high resolution spatial and temporal data, a detailed analysis of the structural features and propagation mechanisms of the squall line was conducted. The dynamic and thermodynamic structural characteristics and their causes were analyzed in detail. Unbalanced flows were found to play a key role in initiating gravity waves during the squall line's development. The spread and development of the gravity waves were sustained by convection in the wave-CISK process. The squall line's propagation and development mainly relied on the combined effect of gravity waves at the midlevel and cold outflow along the gust front. New cells were continuously forced by the cold pool outflow and were enhanced and lifted by the intense upward motion. At a particular phase, the new cells merged with the updraft of the gravity waves, leading to an intense updraft that strengthened the squall line.     

冷涌结构及冷涌期中低纬环流相互作用的数值试验

本文利用1982年12月下旬一次冷涌过程的数值试验结果,分析了冷涌的结构并初步讨论了冷涌期中低纬环流的相互作用。结果表明,冷涌仅在近地面反映清楚,水平流场上表现为由大地形激发的开尔文波引起的东北大风沿青藏高原东侧迅速南下,而冷涌前沿则是以重力波特征向南传播。Hadley环流随冷涌南进不断加强。冷涌在涡度场和散度场上分别为一条状北倾的正涡度区和辐合区,它对应于冷锋南下时造成的上升运动区。冷涌能引起赤道地区的扰动加强和中纬度对流层高层西风急流的增强。冷涌期中低纬地区能量增大,通过能量的频散作用把中低纬环流连结起来了。      

Numerical prediction of an intense convective system associated with the July 1987 montreal flood. part I: Gravity waves and the squall line

Abstract

In this study, a 24‐h high‐resolution numerical prediction of a prefrontal squall line associated with the 14 July 1987 Montreal flood is employed to investigate the origin and role of mesoscale gravity waves in the development of the squall system. The 24‐h integration using an improved mesoscale version of the Canadian regional finite‐element model is first validated against available observations; then non‐observable features are diagnosed to reveal the relationship between deep convection and gravity wave events. It is shown that the model reproduces well many aspects of the squall line, such as the propagation and organization of the convective system, as well as its associated precipitation. It is found that gravity waves are first excited near Lake Erie, following the initiation of early convective activity. Then, these waves propagate eastward and northeastward at speeds of 20 and 35 m s^‐1, respectively. As the waves propagate downstream, deep convection radiates rapidly behind the wave trough axis, forming a long line of squall convection. Because the squall line moves with the gravity waves in a “phase‐locked” manner, deep convection has a significant influence on the structure and amplitude of the gravity waves. The sensitivity of the wave‐squall prediction to various parameters in convective parameterization is also examined.     

THE CISK MECHANISM AND THE INERTIAL GRAVITATIONAL WAVES IN SHEAR FLOW

By using the symmetric equations of atmospheric dynamics in y-z plane with vertical and horizontal shear of wind, the nonlinear ordinary differential equation is derived with the method of travelling wave.Its stability is discussed by using the theory of nonlinear stability and the KDV equation is solved. The effects of linear CISK, nonlinear CISK, inertial stability and vertical shear of wind on the amplitude and the width of isolated inertial gravitational wave are discussed. In order to understand deeply the formation and development of meso-scale synoptic systems, such as the squall line, MCC, the cold surge of Asia high and typhoon, the factors of development of the isolated inertial gravity wave are analysed.     

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,...     

中尺度大气运动中孤立重力波特征的研究

通过对斜压大气(基本风场有垂直切变)运动中重力内波的研究发现:对于小振幅扰动(弱非线性问题),考虑波动之间的非线性相互作用以后,控制重力内波波包(调制波)的演变方程是非线性Schrodinger方程.然后通过对冷锋爆发冷涌过程的计算表明:冷涌主体前沿的宽度约10km,行进速度约为13/s,随着冷涌的增强,其宽度变窄.这些计算结果与实际的观测结果比较一致.