青藏高原一次冰雹强对流天气过程的诊断及雷达回波特征分析

利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达（C-POL）的观测资料、ERA-Interim 0.125°（纬度）×0.125°（经度）气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊断及雷达回波特征分析。结果表明:1）此次冰雹强对流过程发生在有切变线伴随的高原低涡东移过程中,低涡尾部前倾的切变线为这次冰雹的发生提供了动力、水汽条件。2）强对流天气的水汽输送主要来自从孟加拉湾、印度及尼泊尔翻越喜马拉雅山脉的水汽,强对流发生前水汽输送显著增加,低层水汽集中在400 hPa以下,有明显的辐合及垂直输送。3）那曲400 hPa以下为假相当位温随高度递减区,也是水平辐合及垂直上升运动的重合区,有明显的对流不稳定能量集聚及动力抬升条件。4）雷达回波图上可看到,此次强对流天气主要由局地新生的多个中γ尺度孤立对流单体造成,其移动路径与切变线前西南气流一致。大部分单体水平尺度不大,生命史短,但仍有部分单体强度大,生命史较长。局地气流辐合扰动会导致新的单体产生,单体的发生、发展及维持离不开低层气流辐合提供的动力条件。5）在距离高度显示图上表现出了弱单体雹云特征,雹云云顶伸展至16 km,高于夏季平原地区普遍对流云高度,但未突破对流层顶,0℃层远低于平原地区,为深厚强对流降水;强降水中心位于云团下部,即有降雹也有降水,降雹以霰粒为主;垂直方向存在强烈的入流和上升气流,悬挂回波出现在入流上升气流之上,中层辐合区的气流下沉区对应降雹区;中层辐合区与上层的高空辐散区配合导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。     

一次新生脉冲风暴分析

本文利用多普勒天气雷达、地面自动站等高时空分辨率观测资料和NCEP1×1°再分析资料,对2017年7月28日南充市区由脉冲风暴引起的局地强对流天气的背景、环境条件、雷达特征、大风成因等进行了研究和探讨。结果表明:(1)此次强对流天气过程以受西太平洋副热带高压控制为背景,有异常强的对流不稳定能量和十分充足的水汽;边界层切变线与弱冷空气回流进入盆地东北部及下垫面加热不均匀导致的强温度梯度是风暴新生的触发机制;在弱垂直风切变的环境条件下,使得过程中雷暴具有脉冲风暴特征。(2)此次过程有多个脉冲风暴的活动,造成南充城区大风的脉冲风暴主要有两个,1号风暴单体在强的温度梯度触发后,快速向上向下发展,成熟崩塌时以下击暴流的形式形成强的地面辐散气流,造成高坪站大风;强的下沉气流到达地面形成冷中心,冷中心与前方的暖中心形成强的温度梯度即冷池密度流,冷池密度流产生强的气压梯度力风,再叠加单体下层辐散气流造成了华凤镇的极端大风。      

一次冰雹强对流天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(2.5°×2.5°)再分析资料、FY-2G卫星云图资料和多普勒雷达等资料对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹等强对流天气过程进行分析,得出以下结论：(1)此次强对流天气过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、强对流发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次强对流天气提供较好的触发机制；强对流发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件；强垂直风切变可促使不稳定能量释放形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件；冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)卫星云图中MCS发展明显,容易给局地强对流输送能量,利于强对流的维持发展,且强对流区主要位于云顶亮温TBB低值区的后部和南部,多普勒雷达资料显示,引发强对流天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等强对流天气有很好的指示作用。     

浙中一次强对流天气动力热力场和雷达回波特征分析

利用NCEP再分析资料、常规气象观测和区域自动站观测资料、闪电及多普勒雷达天气资料,对2013年5月29日浙中局地强对流天气过程的环境场、触发机制和雷达回波特征进行了分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的;高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大;在热力不稳定能量增长储存条件下,冷空气、地面辐合线与中低层切变线是强对流天气的重要触发机制,地面辐合线对强对流天气还具有组织作用;沿等熵面移动的较大位涡有利于超级单体风暴的发生和发展;初夏0 ℃层高度偏高,但在满足强烈位势不稳定、中等风垂直切变以及低层充足水汽条件下仍可以导致局地小冰雹的产生;地面大风过程是低空暖湿气流入流在快要进入上升气流区时受到上升气流区的抽吸作用而加速导致生成的;多个回波强核被中气旋组织在一起,形成超级单体风暴造成了局地强风雹天气。     

冀中南一次强对流暴雨的数值模拟

利用NCEP 1°×1°再分析资料和常规资料对2009年5月发生在河北中南部的强对流暴雨天气过程进行了数值模拟。低空700 hPa流场的中尺度扰动和涡度场的加强说明：发生在河北中南部的短时强对流暴雨与东北回流密切相关 ,低空东北风的辐合,使地转平衡遭到破坏,从而引发水平辐合和辐散及铅直运动,在地转适应过程中,700 hPa中尺度环流偶在河北中南部形成并加强,对应的正负涡度对也出现并增大,使辐合上升运动增强,强对流暴雨出现在辐合场和辐散场之间区域。高空急流中心右前侧辐合导致气流下沉,向南的一支引起低空北风加大。加强的东北回流与低空较强偏南气流在河北南部相遇,耦合上升。可见,垂直环流的形成及东北回流的加强是此次强对流暴雨产生的重要原因。     

“2012.4.11”两个强降雹超级单体特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、新一代天气雷达和风廓线雷达等资料,对一次强对流天气过程中两个强风暴单体的形势背景、强对流发生条件、强风暴单体演变及结构特征、风暴异同点进行了详细分析。结果表明：（1）本次强对流过程是发生在强的垂直风切变条件下;高层冷平流降温减湿、低层暖平流增温增湿的对流不稳定层结,高CAPE值为强对流发生发展提供了必要的能量条件;上干下湿的水汽分布有利于冰雹、雷暴大风的产生;适宜的0℃、－20℃层高度使此次过程地面以降雹为主;地面倒槽低压、辐合线及低层锋区的南压是这次强对流天气的触发因子。（2）两个强降雹单体雷达回波共同特征是降大雹前均出现了三体散射长钉回波,弱回波区,回波强度强,VIL密度均大于4 kg·m－3,成熟阶段均右偏高空风约30°。（3）长生命史超级单体风暴Ⅱ的中气旋维持2个多小时,它保证了一支强上升气流支撑空中大冰雹的增长,维持了雷暴的持续发展,使其生命史长达近6 h,同时也存在前侧、后侧入流缺口,反映了上升气流与下沉气流共存的风暴动力特征,其高层辐散更强,移动路径东略偏南且移向稳定,平均右偏高空风约28°,移速均匀为14 m·s－1;超级单体风暴Ⅰ的中气旋维持时间仅十几分钟,且处于弱中气旋的下限,其高层辐散和上升气流更弱,风暴生命史更短,移动路径东略偏北,除成熟阶段外右偏高空风10°～20°。这些差异与产生风暴的环境条件如垂直风切变、垂直涡度等存在差异有密切关系。     

2016年山东一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用常规观测、区域自动气象站、NCEP/NCAR再分析和雷达回波资料,对2016年6月30日山东一次阵风锋触发的强对流天气进行了分析。结果表明,此次强对流主要发生在高空槽与副热带高压相互作用、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,阵风锋、地面辐合线和负变压中心所产生的抬升作用及近地面层冷空气的侵入使气温骤降是触发对流的关键因素。低层水汽充沛、湿层厚,属于上干下湿的不稳定层结。强对流发生区域处在假相当位温差（Δθse）和风暴相对螺旋度（storm relative helicity,SRH）的大值中心及其右侧位置。对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、850 hPa与500 hPa之间温差、大风指数、强天气威胁指数等都对此次强对流有较好的指示作用。0 ℃层高度和融化层高度较高是此次过程未出现大冰雹的原因。较强的0～3 km垂直风切变在强对流预报业务中需要注意。此次强对流过程是线状回波带前侧风暴内出现了阵风锋,阵风锋又不断触发雷暴使个别强单体风暴发展加强成为超级单体风暴,具有持续时间较短的中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、风暴顶辐散、窄带回波、径向速度大值区等回波特征。风暴移动速度比风暴承载层平均风速大,缩短了超级单体存在时间。此外,风暴参数与天气的强烈程度密切相关。     

铜仁市一次雷暴大风过程分析

利用常规站资料、ERA5资料（0.25°×0.25°）以及务川雷达和铜仁新一代多普勒天气雷达资料对2022年4月24日发生在贵州铜仁市多个区（县）的一次雷暴大风过程进行分析,结果表明：（1）此次天气过程是发生上干下湿的不稳定环境中,高空槽、南支槽、低涡、切变线和地面辐合线都为此次强对流天气过程提供了触发条件。（2）大的DCAPE值、中层中等强度的垂直风切变和低层较强的垂直风切变以及较大的850hPa与500hPa的温差都是利于大风产生的条件。（3）大风常常出现在弓形回波前部突出处,高悬的强回波、弱回波区、高的回波顶高以及径向速度中出现逆风区和强并且深厚的中层径向辐合等都是出现大风天气的雷达产品特征。     

藏北一次局地爆发性浓雾特征与成因分析

利用那曲市色尼区常规气象观测资料,结合NCEP（1°×1°）、Era5（0.25°×0.25°）再分析资料,从天气学角度对2019年4月10日藏北一次浓雾天气的形成机制、物理结构特征以及局地性爆发的成因进行诊断分析。结果表明：此次浓雾具有局地爆发性特征;前期积雪融化的水汽蒸发配合风场辐合作用,为此次大雾的形成提供了水汽条件;500 hPa环流背景及边界层内上层暖平流与下层冷平流配置,为大雾的形成提供了弱风与稳定层结条件,从而雾得以发展且维持;夜间少云,地表净辐射加强,降温冷却作用导致水汽达到饱和状态,利于水汽凝结形成无数悬浮于空气里的小雾滴;近地层风速小、逆温及下沉运动使水汽不易向高空扩散,在相对有限的空间内水汽大量汇聚,导致大雾爆发性发展;大雾的局地性与特殊地形关系密切。     

2012年初春粤北一次少见高架雷暴过程的分析

利用常规观测资料、地面中尺度自动气象站资料以及NCEP再分析资料,分析了2012年2月27日广东发生的一次罕见高架雷暴天气过程的特点及成因。结果表明,这次出现在低层冷高压控制下地面冷锋后部并伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程,是一次典型的"高架雷暴"过程。与从地面发展的普通雷暴不同的是,强对流天气发生时,近地面层大气层结稳定,低空有逆温层存在,暖湿空气是从逆温层以上开始抬升的,强对流天气落区与850 hPa切变线有较好的对应关系。中高层西风槽东移南压,850 hPa偏南急流的建立和显著增强,为此次高架雷暴过程提供了有利的环流背景。近地面层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,配合高空槽前辐散气流的抽吸作用以及广东上空有利的大气动力、热力不稳定条件,是此次高架雷暴过程形成的原因。     

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:（1）这次雷暴大风过程发生在500 hPa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;（2）对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;（3）在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;（4）阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;（5）地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。      

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及 ERA5 再分析资料,对 2019 年海上卫星发射气象保障过程中 6 月 1 日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明：1）辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2）潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3）聊城风暴进入烟台后传播方向与 850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4）在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

2017年5月14日合肥地区雷暴大风过程机理分析

利用地面、探空、机场自动观测、多普勒雷达等资料,以多普勒雷达数据产品为重点,对合肥机场及周边地区一次雷暴大风的成因进行了分析。结果表明：机场西北部两个对流风暴在3—6 km高度层合并,5 km高度处形成强反射率因子核,强反射率因子核高度10 min内迅速下降4 km,风暴内下沉气流在地面形成强冷池,强冷池的快速移动导致机场大风形成。下沉气流产生的初始原因是降水粒子的下降拖曳作用;吸入作用、水成物与环境间的负浮力增大、动量下传、补偿性气流的作用是下沉气流产生的重要原因。机场西南部的大风带由雷暴出流边界过境造成,出流边界破坏了边界层结构导致超折射现象的消失。风暴后部持续的冷空气补充和风暴前部源源不断的上升气流维持稳定的垂直环流,持续的下沉补偿气流导致机场东部大风的长时间维持。     

四川盆地一次阵风锋触发的局地强对流天气雷达特征分析

应用自动气象站资料和多普勒雷达观测资料,对盆地南部一次阵风锋引起的局地强对流天气进行分析,结果表明:阵风锋是对流风暴产生的下沉气流到达地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象;阵风锋在多普勒雷达上表现为一条狭窄弧线,回波强度弱,速度图上有辐合,阵风锋与强雷暴的发生、发展和维持有促进作用;阵风锋过境会引起气象要素陡变,阵风锋经过的地方,强雷暴的产生地与地面风场辐合线的位置和温度槽线的位置有很好的对应关系,对短临预报预警的提前发布有较强的指示意义。      

“艾云尼”台风龙卷天气过程分析

利用常规观测、地面自动气象站、多普勒天气雷达、现场灾调及互联网视频等资料,对2018年6月8日发生在广东省佛山市南海区大沥镇的1804号“艾云尼”台风龙卷天气过程进行分析。结果表明:龙卷发生在台风“艾云尼”登陆后前进方向的右后侧,强度为EF1级。高层辐散抽吸、中低空强劲的东南风急流叠加和地面中尺度辐合线的抬升触发作用是其有利的环流背景。对流参数表现为弱的对流有效位能和对流抑制能量、强低层风垂直切变、低抬升凝结高度和大的风暴相对螺旋度。产生龙卷的风暴为低质心微超级单体风暴,龙卷出现在钩状回波的弱回波区内。速度图上中气旋提前龙卷约30 min,临近龙卷发生时中气旋旋转速度增至最强,尺度缩小,底高降至最低,对龙卷预警有一定指示作用。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

广州白云机场一次微下击暴流引起的低空风切变过程分析

对2017年8月1日在广州白云机场产生的42.1 m/s强阵风成因进行分析,发现此次强阵风是微下击暴流的下沉气流到达地面造成的。利用广州白云机场的地面自动观测资料和C波段多普勒天气雷达资料分析微下击暴流经过机场时地面各气象要素的演变特征以及产生强风切变的对流单体的移动和强度演变情况。分析表明:微下击暴流到达地面后造成了强烈的风速和风向的低空风切变,气压骤升,温度迅速降低,利用高时空分辨率的地面自动观测数据可以发布低空风切变的告警;在微下击暴流产生强地面风前,对流风暴单体的雷达回波反射率强度突然降低、回波顶高减弱,径向速度图上出现了中气旋以及在近地层有强烈的反气旋辐散,可利用多普勒天气雷达发布低空风切变的预警。     

华北区域冰雹天气分型及云系特征

基于地面加密观测资料、FY-2E静止气象卫星观测资料和NCEP分析资料,选取2010—2012年华北区域内27次冰雹过程,按大气环流背景、主要影响系统和云系的云型特征等将其分为冷涡云系尾部型、低涡槽前型和偏北气流控制型3种类型。分析结果表明:3种天气型下冰雹对流云系特征存在差异,但90%以上的冰雹过程发生在对流云团的快速发展阶段中,降雹集中出现于准圆形或椭圆形对流云团边缘或带状对流云系的传播前沿区域,对应于云顶亮温梯度的大值区。在掌握背景环境的前提下,综合分析红外图像中对流系统的发展演变、水汽图像暗带和暗区变化等信息,对冰雹的监测和预警有一定的参考价值。定量统计分析表明,大的亮温梯度值 (不低于8 ℃/0.05°) 是辅助判断冰雹能否发生的重要参量,而当冰雹云同时具备低云顶亮温和大亮温梯度的情况下,更有利于大于10 mm大冰雹的发生。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。