阵风锋在短时大风预报中的应用

应用石家庄及周边县（市）风自记、多普勒雷达等短时高频资料,对2005年5—8月石家庄出现的短时大风及其与阵风锋、对流降水关系进行统计,侧重分析了2005年6月17日强对流性雷雨云外围产生的阵风锋造成的雷雨大风过程。结果表明：阵风锋在雷达反射率因子图上表现为强对流回波前方近地层的条状或孤状弱窄带回波;在径向速度图上表现为风向、风速急剧变化的辐合带区域;速度图中的风辐合最强处与强度图中阵风锋回波位置相符,并且与风速演变曲线中的峰值有很好对应;阵风锋移向和移速提前预示了主体对流回波传播方向、强对流天气的强弱以及短时大风的时空分布,从而为灾害性天气的短时及临近预报提供参考依据。     

Evolution Mechanism of a Severe Squall Line Triggered by the Coupling of a Sea Breeze Front and a Gust Front

In the present study, a severe squall line (SL) was analyzed by using intensive observational surface data and radar monitoring products. In this process, mesoscale convergence lines, such as the sea breeze front (SBF), gust front and dry line, served as the main triggering and strengthening factors. The transition from convection triggering to the formation of the initial shape was mainly affected by the convergence line of the SBF, which combined with thermal convection to form the main parts of the SL. In the later stage, the convergence line of the gust front merged with other convergence lines to form a series of strong convective cells. The SBF had good indicative significance in terms of severe convective weather warnings. The suitable conditions of heat, water vapor and vertical wind shear on the Shandong Peninsula were beneficial to the maintenance of the SL. Before SL occurrence, tropopause folding strengthened, which consequently enhanced the baroclinic property in the middle and upper troposphere. The high sensible heat flux at the surface easily produced a positive potential vorticity anomaly in the low layer, resulting in convective instability, which was conducive to the maintenance of these processes. In the system, when precipitation particles passed through the unsaturated air layer, they underwent strong evaporation, melting or sublimation, and the cooling effect formed negative buoyancy, which accelerated the sinking of the air and promoted the sustained development of the surface gale. Together with the development of low- level mesocyclones, the air pressure decreased rapidly, which was conducive to gale initiation.     

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。     

三次雷暴导致的阵风锋过程分析

利用多普勒天气雷达资料和自动站资料对2012年5月16日江苏、6月9日京津冀地区以及7月10日河北的三次阵风锋过程进行综合分析。结果表明：持续下沉的冷空气形成雷暴高压是阵风锋产生的直接原因。雷暴高压形成过程中,一方面,下沉气流在较小区域内迅速堆积形成雷暴高压,另一方面,新旧单体不断更替,风暴内稳定的下沉气流使雷暴高压发展。雷暴高压内强辐散气流与环境空气形成阵风锋。随着雷暴高压的移动和增强,阵风锋向前移动和增强,当雷暴高压减弱,阵风锋也逐渐消亡。温度梯度与气压梯度越大,瞬时大风越强,阵风锋也越强。阵风锋产生的瞬时大风与窄带回波的强度值不一定成正比。中层径向辐合对阵风锋产生有提前预示作用,提前量为半小时左右,辐合持续时间越长,阵风锋生命史越长。     

乌鲁木齐国际机场一次阵风锋天气成因分析

利用常规天气资料、跑道自动观测资料(AW0S)、自动气象站资料、卫星云图、多普勒天气雷达等资料,对乌鲁木齐机场发生的一次阵风锋造成的大风和沙暴天气进行分析.结果表明:①阵风锋天气来临时,具有气压陡升、温度骤降、风向变化、风速突增、湿度增加等气象要素的演变特征,跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,多个时刻跑道水平风切变强度超过了强度标准值.②阵风锋天气是在500 hPa北支槽底分裂短波携带冷空气快速向东入侵渗透下出现的,大风沙暴发生在干线和地面风场辐合区附近,空中“干暖盖”的存在有利于不稳定能量的积累.③对流云团在东移过程中破坏了乌鲁木齐上空的逆温层,促使不稳定能量的释放,呼图壁至乌鲁木齐机场的大风沙暴天气就发生在TBB值梯度的密集带上.④阵风锋在雷达图中表现为强对流回波前方一条弱而窄呈南北向的带状回波,回波强度偏弱,速度场中形成了正负速度交界的辐合带.     

一次阵风锋主导的雷暴大风过程雷达回波特征分析

利用常规资料、自动站加密资料、探空资料、ERA5再分析数据及多普勒天气雷达资料,对2021年4月30日影响浙北沿海的一次强对流天气过程进行分析。结果表明:(1)此次过程发生在高空冷涡及其槽后强劲的西北急流背景下,低空切变线和地面辐合线共同提供了抬升触发条件。(2)适当的对流抑制能量CIN、相对较低的自由对流高度LFC和较高的对流有效位能CAPE有利于形成上冷下暖的不稳定层结,深厚的垂直风切变配合中层干空气夹卷,使得强对流天气进一步发生、维持和发展。(3)此次阵风锋发展经历了3个阶段,产生阵风锋的雷暴主体发展强烈并引起地面大风时,存在强回波中心高度快速下降、后侧中层强入流、径向速度辐散场及速度模糊等特征。(4)强冷空气堆下沉形成气压梯度密集区和风温湿切变易造成雷暴大风天气,负变温中心及正变压中心对强对流有一定指示性。(5)阵风锋过境时常出现气压陡升、风速加大、风向突变、温度骤降,由于雷达观测距离限制,预报员需前期分析潜势,结合自动站要素与雷达信息共同研判。     

一次阵风锋碰并作用触发短时强降水过程观测分析

对足够精细的观测资料做详尽的分析有助于澄清对流组织与增强的动力机制。本文利用机场跑道两端的分钟雨量资料、常规观测资料、加密自动站、ERA5再分析和S波段双偏振、X波段双偏振相控阵雷达资料,对2022年7月15日厦门机场出现的一次短时强降水天气进行了分析。结果表明：此次过程因阵风锋在传播过程中与地面辐合线交叉碰并而触发抬升,在500 hPa与850 hPa假相当位温差的负大值区和低层高温高湿的环境下激发出新的对流,给厦门机场带来罕见的短时强降水天气,期间分钟雨量最大达2.5 mm、跑道能见度降至400 m,两者呈反相关,但当分钟雨量大于1.6 mm时两者反相关性减弱,能见度谷值则晚于雨量峰值出现。观测分析表明,径向速度的气旋性切变与分钟雨量的变化趋势较为一致,两者有较好的对应关系。当2～5 km高度存在气旋性切变时雨量显著增加,当有两个高度层的切变强度达到2×10^-3s^-1以上时分钟雨量可达约2 mm,为本次短时强降水的组织特征。     

MIGFA阵风锋识别算法改进与检验

根据南京CINRAD/SA天气雷达探测的江苏沿江地区阵风锋回波特征,对MIGFA(Machine Intelligence Gust Front Algorithm)阵风锋识别算法进行改进:在考虑平滑算法使用和低仰角数据融合的基础上,根据阵风锋回波特征,改进了0.5°反射率阵风锋细线函数模板,设计了较高仰角(1.5°/2.4°)反射率阵风锋细线函数模板,引入1.5°和2.4°双层反射率阵风锋细线函数模板替代原空间差分反射率函数模板。考虑阵风锋特征与距离测站的关系,设计了动态权重函数组合多组得分值,从而有效识别阵风锋回波。在此基础上通过弧度判断和阵风锋回波平坦度测试的方式,进一步降低虚警率。最后利用2009年6月14日南京雷达阵风锋个例进行效果识别,并采用临界成功指数对南京雷达120个阵风锋样本进行效果评估。结果表明:改进的MIGFA法识别效果良好,将临界成功指数从0.39提高至0.60,引入降低虚警率的做法使得虚假警报率从0.34降至0.16。     

一次强雹暴系统及其阵风锋的雷达回波研究

作者介绍了在一次强雹暴系统的雷达探测中发现的阵风锋回波带。讨论了阵风锋回波带的性质、结构及其成因，分析了它对雹暴回波系统的反馈作用，指出了其和经典模式中阵风锋的不同之处。提出了这次雹暴系统维持和传播的自激机制，并且探讨了阵风锋回波带在短时预报中的应用。     

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。     

多普勒雷达对一次阵风锋的三维结构研究

通过对济南地区一次春季阵风锋的多普勒雷达资料分析,反演出典型的密度流外流边界(阵风锋)的特征,在雷达回波图上表现为一条狭窄的弧状强回波带,强回波带的后方再发展出宽大较弱的回波区.体扫的各仰角速度场显示出阵风锋合理的空间结构;在雷达回波上阵风锋的长度表现为低仰角长,高仰角短,而距离表现为低仰角远,高仰角近.速度垂直剖面上存在典型的中层径向辐合MARC,高度大约在2.5～7 km之间,反映出强对流存在明显的后方中层入流.随着仰角的增大,可以分析出阵风锋是近地面现象.     

一次热带气旋外围飑线对广州白云机场的影响

使用常规探测资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达产品,分析0809号热带气旋北冕8月4日在登陆前对华南天气的影响.结果表明,在热带气旋北侧外围的偏东风低空急流给广东沿海地区输送充足的水汽以及日升温和副热带高压下沉运动的共同作用,积累了不稳定能量,飑线天气在由弱冷空气造成的边界层辐合线的作用下得以爆发.弓形回波后弱反射率因子通道的出现,说明发展到最强盛阶段的飑线影响白云机场.阵风锋和下击暴流伴随着飑线影响白云机场,产生了强雷暴,近地面层风速迅速加大、风向突然改变以及强降水造成的地面能见度的骤降等,严重影响飞行安全的天气.综合分析风切变等雷达产品判断阵风锋和下击暴流产生的影响飞行安全的低空风切变,飞机飞行时应特别关注飑线低层下击暴流产生的辐散型风切变.     

飑线传播与发展及其引发地面强风过程个例分析

针对2006年4月28日发生在江苏境内的一次飑线过程,分析了过程期间的边界层特征、垂直结构和飑线的传播演变特征,讨论了飑线造成地面强风的物理原因。结果表明,在近地面层中,飑线首先在地面辐合线上激发并发展起来,当它向前传播时,边界层水平风场产生扰动,使飑线在近地面层的传播过程中表现出明显的波动特征,飑线后部降水区中降水质点的拖曳和下沉气流的共同作用是地面强风产生的关键。     

一次强雷暴阵风锋和下击暴流的多普勒雷达特征

利用江苏盐城多普勒天气雷达资料结合自动气象站和常规观测资料对2007年7月25日苏北兴化等地的一次雷雨大风过程进行了分析.结果表明:风灾是由两种不同类型的雷暴大风产生的.一种是阵风锋,产生于风暴前沿,影响时地面产生7～9级大风.另一种是下击暴流,产生于多单体风暴中,其反射率因子核初始高度高于-20℃等温线高度,有中层径向辐合和反射率因子核下降的特征.影响时风暴内部下沉气流在地面强烈辐散,产生10级以上的大风.阵风锋上空有新生单体合并进原风暴,风暴发展加强;当下击暴流产生、风暴减弱后,阵风锋上又有新生单体补充进原风暴,导致下击暴流连续产生,阵风锋持续影响.     

我国阵风锋类型与产生机制分析及其主观识别方法

文章总结了近些年我国学者对阵风锋所开展的相关研究,阐明了阵风锋的空间结构、类型及其特征,探讨了阵风锋窄带回波的形成机制,提出了阵风锋的主观识别方法,结果表明:从雷达探测资料分析,可将阵风锋分为两类,一类是雷暴母体静止型阵风锋,一类是雷暴母体运动型阵风锋,而前者还可以进一步分为两个子类型。阵风锋类型不同,阵风锋对雷暴母体的反馈作用也截然不同。阵风锋窄带回波的形成可概括为两种机制:第一种是大气折射指数梯度脉动导致的布拉格散射(Bragg Scattering),第二种是由昆虫对雷达波的粒子散射(Particle Scattering)导致。利用阵风锋雷达强度和径向速度回波特征,可以识别阵风锋的位置和范围,并对其外推做出预报。由于阵风锋是低层大气现象,所以需要应用较低仰角的雷达资料来识别。利用阵风锋雷达回波特征,配合气象卫星高分辨率可见光云图上呈现的中尺度对流云团和弧状云线的变化,结合地面中尺度观测网资料,可以综合识别阵风锋的形成、发展和消散。     

阵风锋自动识别与预警

根据阵风锋的回波特征, 该文设计了阵风锋自动识别算法。在速度场中,考虑辐合线识别;在强度场中,考虑窄带回波识别;根据窄带与辐合线的空间一致性,综合二者识别出阵风锋。基于该算法,以锋线闪烁和物理量输出两种方式实现了预警功能。最后利用地面自动气象站资料和2009年6月3日河南商丘、郑州及2009年6月5日安徽阜阳3个雷达站探测的阵风锋98个体扫样本资料检验了识别效果,并采用临界成功指数进行评估。结果表明:双向梯度法能有效滤除大范围降水回波而保留窄带回波;该算法只需考虑较低仰角层,大大提高识别效率。在速度场中采用的算法能有效识别出径向辐合线,同时也适用于低空径向风切变和辐合线的识别;利用临界成功指数对98个体扫样本进行识别率评估,识别率达到68.4%。     

Wind Gust and Turbulence Statistics of Typhoons in South China

The wind data of four typhoons were obtained and analyzed. The wind speeds were measured by sonic anemometers at four observation sites in Guangdong and Hainan provinces. Detailed analysis of the wind data was conducted to investigate the turbulence characteristics of the typhoons. Characteristics of the gust factor and the turbulence integral scale of the typhoons were concluded with high confidence. The relationships among the gust factor, gust duration time, mean wind speed, roughness length, and turbulence intensity were described. The turbulence integral scale was found to be closely related to the segment length and turbulence intensity.     

传播运动在对流风暴合并过程中的作用

2012年8月18日下午,山东省境内飑线在形成过程中发生多次合并,强度增强,造成章丘和宁阳分别出现9级和10级雷暴大风。基于多普勒天气雷达反演风场和地面加密自动气象站资料,分析了传播运动在对流风暴合并过程中的作用。结果表明:1)地面冷池前沿阵风锋强度大,垂直厚度达2 km。受其影响,飑线向东移动的同时向东传播(前向传播),北段逐渐演变为弓形回波。2)弓形回波与单体E分别具有独立的垂直环流,均为前向传播,但位于上游的弓形回波传播速度快,二者最终合并,垂直环流合二为一。3)弓形回波与单体E合并过程中,水平风速与上升运动明显增大,气压降低,尺度减小,最终形成强烈旋转上升的小尺度低气压柱,造成章丘大风。4)飑线尾部水汽充沛,阵风锋辐合造成飑线前侧的暖湿空气抬升,不断产生新的对流单体并逐渐合并增强,导致飑线向西南方向传播(后向传播)。5)位于下游的对流单体传播方向与平流方向相反,在3 km高度产生云桥,最终与上游单体整层合并。飑线尾部对流风暴多次合并,强度持续增强,造成宁阳大风。     

Adaptive Wind Gust and Associated Gust-factor Model for the Gust-producing Weather over the Northern South China Sea

Wind gusts are common environmental hazards that can damage buildings, bridges, aircraft, and cruise ships and interrupt electric power distribution, air traffic, waterway transport and port operations. Accurately predicting peak wind gusts in numerical models is essential for saving lives and preventing economic losses. This study investigates the climatology of peak wind gusts and their associated gust factors(GFs) using observations in the coastal and open ocean of the northern South China Se...     

成都双流机场“7.9”低空风切变天气过程分析

利用多普勒雷达对2010年7月9日发生在成都双流机场的两次低空风切变飞行事件进行分析,这两次低空风切变过程是由中尺度对流系统（MCS）产生的阵风锋和下沉气流造成的。利用实时的多普勒气象雷达和地面自动观测数据,确定阵风锋的传播方向和速度,估计阵风锋引起的风切变发生的时段和位置;多普勒反射率因子的形态及多普勒速度图像能有效判断下沉气流的区域,对下沉气流造成的风切变有很好的指示和预警作用。