一次春季强冰雹天气过程分析

利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2004年3月30日发生在广东的强冰雹过程进行了详细分析。结果表明:中高层强冷空气入侵配合地面中尺度低压的发展,导致不稳定能量突增;下湿上干的不稳定层结、合适的0℃层与-20℃层高度利于大冰雹的形成;强有力的中尺度抬升系统和强垂直风切变直接导致强对流的发生,并使强对流长时间维持。在强风暴的发展过程中,广州新一代多普勒雷达(CINRAD-SA)观测到高悬的强回波、风暴中低层强入流、风暴顶强辐散及冰雹云三体散射所产生的钉状回波(TBSS)等特征。雷达资料分析表明:TBSS的强度随着上升气流的强弱及冰雹的降落发生变化;即使无中气旋,持久稳定的风暴相对入流和风暴顶强辐散也能使强风暴长时间维持;风暴顶辐散减弱,标志着入流减弱,伴随着强回波核下降,风暴进入消亡阶段。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

鄂西南冬末一次罕见的强冰雹过程分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达和风廓线雷达资料,对一次罕见的鄂西南冬季强冰雹（直径1～3 cm）天气过程进行了分析,结果表明:强冰雹产生在上干冷、下暖湿,低空辐合、高空辐散的环流背景下,地面中尺度辐合和“喇叭口”的有利地形,给冷锋前暖区对流性天气提供了触发机制;地面冷锋南下伴随的垂直风切变增强有利于已经生成的对流风暴的维持和加强。强冰雹分别由孤立的超级单体和超级单体复合体（多单体结构中含有占支配地位的超级单体）产生。比较而言,孤立的超级单体发展更为高大,持续时间更长。风暴具有中气旋、高悬的强回波、低层入流、弱回波区与回波悬垂、中层径向辐合、风暴顶强辐散等超级单体风暴的典型特征;垂直累积液态含水量及其密度分别较长时间维持在35 kg·m^-2和4 g·m^-3以上的冬季高值;新一代天气雷达冰雹探测算法输出的冰雹指数产品预测到高概率的强冰雹。此次过程出现在冬末,虽然对流出现之后呈现出典型的风暴结构,可以提前10～30 min做出强冰雹的临近预警,但对于对流出现之前的提前数小时的强冰雹短时潜势预报而言,常用做判断强降雹潜势的探空特征（包括对流有效位能...     

前倾槽背景下河套地区一次强冰雹天气成因分析

利用常规观测资料、多普勒雷达资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料,对2016年9月22日内蒙古河套地区强冰雹天气成因进行分析,结果表明:在前倾槽有利的天气尺度环流背景下,中高层干冷空气叠加在低层暖湿空气上形成了对流不稳定层结条件。较大的对流有效位能(CAPE)、假相当位温θse高能区、0～6 km中等强度的垂直风切变有利于强冰雹的形成。反射率因子有"钩状回波"、前侧入流缺口、后侧入流缺口;前侧入流缺口表明有上升气流,强盛的上升气流有利于空中大冰雹的增长,后侧入流缺口表明有下沉气流,有可能引起破坏性大风。基本径向速度剖面有明显的中气旋特征,强烈的辐合有利于对流风暴上升运动的进一步发展;对流风暴后侧有辐散下沉气流降落到地面,辐散风出流促使对流风暴前沿的暖湿气流强迫抬升,从而使上升运动得到进一步的加强。反射率因子剖面有弱回波区、回波悬垂且55 dBZ以上的强回波核心位置超过-20℃层等温线高度以上;弱回波区左侧的回波强度高达55～60 dBZ且已经接地,表明有大冰雹降落到地面。     

营口一次百年一遇大冰雹天气过程分析

利用常规气象资料,卫星、营口S波段多普勒天气雷达资料等,对2013年6月3日发生在东北冷涡背景下的一次大冰雹过程进行分析。结果表明:(1)在高空东北冷涡环流背景下,高层干冷、低层暖湿的层结配置形成了大气层结不稳定,较强的垂直风切变和适宜的0℃、-20℃层高度有利于强冰雹天气的发生。(2)产生大冰雹的对流风暴是一个超级单体强雹暴。该风暴在反射率因子图上具有高悬的强回波、弱回波区、钩状回波等特征;在径向速度图上具有风暴顶辐散、中层径向辐合、中气旋等特征;在反射率因子和径向速度图上均可以看到三体散射的存在;同时较高的VIL含量和密度也预示了大冰雹的出现。     

超级单体风暴中大冰雹增长机制的模拟研究

为调查超级单体中大冰雹的运行增长机制,使用三维冰雹分档对流云模式结合三维粒子运行增长模式,对一例超级单体风暴进行了数值模拟.实测风暴的结构如中气旋、弱回波区、前悬回波等被很好地模拟再现,显示了模式对超级单体具有良好的模拟能力.雹胚在风暴发展阶段由过冷雨滴冻结产生,主要分布在主上升气流区上部,在主上升气流区西北侧中高层也有相当数量的雹胚粒子,冰雹主要分布在主上升气流区东侧.风暴发展阶段产生的雹胚有7％～8％增长到1 cm以上,1％左右增长到2 cm以上,这些大冰雹绝大多数起源于主上升气流区北侧的高层云区,气旋性进入主上升气流区按照简单的上—下形式增长,少数大冰雹起源于主上升气流区西北侧风暴后部中高层,气旋性地沿着主上升气流区的边缘按照下—上—下形式运动增长,表明了超级单体中大冰雹存在两条增长路径.     

塔里木盆地西缘两次致灾冰雹环境场和雷达特征对比分析

利用常规气象观测资料、雷达资料、探空资料、NCEP再分析资料,对2018年5月19日和7月29日喀什地区北部2次致灾冰雹天气的环境场及雷达特征进行对比分析。结果表明: (1)两次冰雹都是在中亚低涡的有利的环流背景下产生,午后垂直温度递减率增大,中高层干冷空气与低层暖湿空气交汇增强了大气不稳定性、冰雹发生前强对流指数明显增强、深层风切变加强、0℃～-20℃层高度适宜,为冰雹产生提供了有利的环境场条件。不同之处在于,两次过程中亚低涡中心强度和南伸的位置不同,“5.19”过程低涡位置偏南; 低层触发系统不同,“5.19”为地面中尺度辐合线触发对流,“7.29”为700 hPa切变线附近触发；θse能量锋区、比湿、中高层干冷空气入侵势力、深层风切变等变化上“7.29”冰雹比“5.19”冰雹偏强；(2)雷达回波形态和风暴类型上,前者为多单体线性风暴,后者为超级单体风暴,反射率因子剖面均出现弱回波区和悬垂回波等特征结构,≥50 dBZ 的回波伸展到-20 ℃层高度以上；径向速度图上均出现中小尺度辐合辐散特征；冰雹发生前VIL值出现跃增,冰雹结束后迅速下降,可以作为监测冰雹特征之一。上述特征结构在“7.29”过程表现的更明显。     

2010年福建一次早春强降雹超级单体风暴对比分析

利用探空、地面资料以及建阳、龙岩、长乐三部新一代天气雷达资料,对2010年3月5日福建中北部地区5cm强降雹的两个超级单体风暴进行了对比分析。结果表明,干暖盖、强垂直风切变、中高层正涡度区及地面中尺度低压为超级单体的形成提供了良好的环境场。两个超级单体都是由多单体合并后发展起来的,在成熟阶段以右移为主,属长寿命右移风暴:第一个超级单体在发展过程中由于地形作用和新单体的并入经历了3次加强过程,低层出现明显的钩状回波、中高层三体散射特征;第二个超级单体经历了多单体风暴—超级单体风暴—多单体风暴3个阶段,成熟阶段低层呈现出明显的倒"V"形回波特征,中高层有明显向右伸展的云帖。两个超级单体风暴的中气旋都是由中层发展起来,随着中气旋强度不断加强和厚度加大,最强切变中心突降时出现冰雹、大风强对流天气。通过对第一个超级单体中气旋流场分析,发现风暴前、后侧的下沉气流与低层入流形成了明显的辐合旋转作用,下沉的干冷气流进一步推动低层的暖湿入流,形成强烈的上升气流,并在风暴顶形成强辐散,使得风暴长时间维持。第二个超级单体在风暴减弱阶段,风暴右侧出现中气旋分裂,之后减弱、消失。产生强对流天气时,中高层维持高反射率因子,出现三体散射现象、风暴顶强烈辐散以及较大的VIL密度等特征。     

云南德宏“2016—03—29”冰雹天气过程初步分析

利用ECMWF全球再分析资料、常规气象观测资料及多普勒雷达资料,采用中尺度分析方法对2016年3月29日云南德宏一次强冰雹对流天气过程的特征及成因进行分析。结果表明:(1)阶梯槽形势和前倾槽结构及700 h Pa的湿舌是此次冰雹天气过程的大尺度背景;(2)冰雹发生时0℃线和-20℃线的高度有明显下降,中层存在干冷空气侵入,Δθse850-500的走向对中高层干冷空气具有指示意义;(3)高空急流南移影响导致垂直风切变增加和上升运动加强;(4)雷达上强回波高度均在7 km以上,且探测到旁瓣回波、TBSS、钩状回波、"V"形缺口、有界弱回波区、弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等特征。     

一次冰雹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(1°×1°)再分析资料、FY-2G卫星云图和多普勒雷达资料等对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹天气过程进行分析,得出以下结论:(1)此次冰雹过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、冰雹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冰雹天气提供了较好的触发机制;强冰雹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)多普勒雷达资料显示,引发强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,对此次冰雹等天气有很好的指示作用。     

线性准地转模型中基本流和辐射冷却对感热加热强迫的副热带高压形态的影响

通过求取定常线性准地转位涡模式的数值解,研究了感热型垂直非均匀分布的冷、热源强迫所激发的副热带环流的结构特征,讨论了副热带背景风场和洋面辐射冷却对洋面副热带高压“三角形偏心”结构形成的重要作用。结果表明,基本流对感热加热强迫的副热带环流有重要影响,当基本流为常数时,感热加热强迫的气旋和反气旋主要集中在对流层中下层,且地面系统远强于中高层。当基本流为非常数时,其经向切变能改变气旋和反气旋中心的经向位置,使它移至0风速所在纬度附近;其垂直变化加强了中高层气旋和反气旋,中心位于对流层上层,与南亚高压的位置基本一致。研究结果还表明,在大洋东部洋面辐射冷却与副热带地区背景风场的共同作用下,形成了洋面副热带高压特有的“三角形偏心”结构。副热带高纬度的西风使感热强迫的洋面副热带高压东移,低纬度的东风使其西移,形成东北—西南走向的“平行四边形”结构,且中心位于大洋西部。大洋东部强洋面辐射冷却激发的洋面反气旋加强了大洋东部的副热带高压,使其中心东移至大洋东部,从而表现出东北—西南走向的“三角形偏心”结构。      

关于积云增雨和实施方案的探讨

在综合雷雨云式的积云降水特点和归纳观测及理论结果的基础上,用数值模拟研究了阵雨形成机制,发现雷雨云式的积云结构类似于雹云,也存在着水平风“零域”和成雨“穴道”,大粒子群向这里集中并累积,然后再下泻成阵雨。据此提出了积云人工增雨的动力学根据和设计实施方案的要领,并给出了积云人工增雨作业部位、时机的概念模型。     

应用“0”域概念进行对流云防雹(增雨)作业

人工防雹(增雨)作业所依据的原理是成雹(增雨)机制和雹云(积云)结构特征,而作业的难题是判断作业的部位和时机。利用冰雹存在成长“穴道”的新概念,对所获取的雷达基本反射率、反射率剖面(RCS)、速度剖面(VCS)及风廓线(VWP)等资料进行分析,找到相对水平风速为0的区域,即可准确判定“0”域的位置,找到冰雹成长的“穴道”,解决人工防雹(增雨)作业中作业部位和时机的判断问题,以此指导人工防雹(增雨)作业。     

2009号台风“美莎克”对黑龙江的影响及非对称结构特征

使用常规观测资料及ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料,对2009号台风“美莎克”进行分析。结果表明：此次过程,副热带高压异常强大,位置偏北,并与北侧阻高合并形成高压坝阻挡;“美莎克”沿副高外围北上与中纬度低涡及冷空气相互作用,变性后斜压性明显加大,低涡增强;“美莎克”携带大量水汽,同时中低空急流将海上水汽持续向黑龙江输送,并在黑龙江强烈辐合,形成强的水汽辐合区和水汽辐合带;高低空急流耦合构成强的垂直环流,对应非常强的垂直上升速度;副热带高压向西北伸展,高空引导气流和热成风方向转为西北—东南向,促使“美莎克”登陆后向西北移动,穿过黑龙江,是黑龙江出现大暴雨的主要原因。分析台风中心涡度、散度、垂直速度、位温、湿位涡等物理量的三维结构变化,可以很好地认识台风在北上登陆中的变性过程以及降水出现非对称结构的原因。     

一次弓形回波中超级单体发展造成的大风、冰雹天气分析

利用Micaps常规资料、自动站资料及灾情调查资料、雷达回波资料等,综合分析了2011年4月15日出现在安顺市的大风、冰雹天气,此次天气直接触发系统是地面辐合线。通过对加密自动站的数据分析表明此次过程是一次典型的飑线过程。对多普勒雷达资料的分析进一步表明是一次＂后续线＂发展型飑线影响,其中有超级单体风暴产生,弓形回波前最凸起部位前侧＂v＂型缺口处的强辐合入流造成镇宁站的大风,弓形回波特征减弱时后部弱回波通道中的下击暴流造成西秀区岩腊乡和紫云县猫营镇大风灾害。这两次大风灾害发生于强对流系统不同的发展阶段,产生的机制有所不同。     

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应II.边界约束及风场与层结稳定度的自适应

本文着重研究了线性模型中副热带环流对潜热加热的响应过程中影响高、低压系统中心位置的因子, 剖析出边界层中基本流的垂直切变影响低层环流的根本原因, 并且探讨了线性模式中基本流和静力稳定度自调整过程的重要作用。结果表明, 在β效应和f效应、基本流在经向和垂直方向的二阶切变、以及东、西风基本流作用的非对称性等因素的共同作用下, 高、低压中心位于热源北侧。结果还表明, 当近地面基本流的垂直切变为零或者当风速随高度减小时, 低层气旋和反气旋中心位于地面上, 当风速随高度增大具有类似亚洲季风区的结构时, 低层气旋和反气旋中心抬升离开地面; 进一步考虑热源区附近静力稳定度和基本流自调整过程的作用后, 反气旋中心继续抬升至中层, 证明对流降水对其东侧对流层中低层副高的形成有重要贡献。指出基于传统线性准地转模式来研究副热带高压形成的缺陷在于应用不适当的下边界条件以及缺乏静力稳定度的自调整机制和基本流对热源的反馈机制, 从而得到“潜热加热激发的低层反气旋中心位于洋面上”的不切实际的解。     

Numerical modeling studies of lee mesolows,mesovortices and mesocyclones with application to the formation of Taiwan mesolows

Summary Numerical experiments are performed for inviscid flow past an idealized topography to investigate the formation and development of lee mesolows, mesovortices and mesocyclones. For a nonrotating, low-Froude number flow over a bell-shaped moutain, a pair of mesovortices form on the lee slope move downstream and weaken at later times. The advection speed of the lee vortices is found to be about two-thirds of the basic wind velocity, which is due to the existence of a reversed pressure gradient just upstream of the vortices. The lee vortices do not concur with the upstream stagnation point in time, but rather form at a later time. It is found that a pair of lee vortices form for a flow withFr=0.66, but take a longer time to form than in lower-Froude number flows. Since the lee vortices are formed rather progressively, their formation may be explained by the baroclinically-induced vorticity tilting as the mountain waves become more and more nonlinear.A stationary mesohigh and mesolow pressure couplet forms across the mountain and is produced in both high and low-Froude number flows. The results of the high Froude number simulations agree well with the classical results predicted by linear, hydrostatic mountain wave theory. It is found that the lee mesolow is not necessarily colocated with the lee vortices. The mesolow is formed by the downslope wind associated with the orographically forced gravity waves through adiabatic warming. The earth's rotation acts to strengthen (weaken) the cyclonic (anticyclonic) vortex and shifts the lee mesolow to the right for an observer facing downstream. The cyclonic vortex then develops into a mesocyclone with the addition of planetary vorticity at later times. For a flow over a steeper mountain, the disturbance is stronger even though the Froude number is kept the same.For a southwesterly flow past the real topography of Taiwan, there is no stagnation point or lee vortices formed because the impinging angle of the flow is small. A major mesoscale low forms to the southeast of the Central Mountain Range (CMR), while a mesohigh forms upstream. For a westerly flow past Taiwan, a stagnation point forms upstream of the mountain and a pair of vortices form on the lee and move downstream at later times. The cyclonic vortex then develops into a mesocyclone. A mesolow also forms to the southeast of Taiwan. For a northeasterly flow past Taiwan, the mesolow forms to the northwest of the mountain. Similar to flows over idealized topographies, the Taiwan mesolow is formed by the downslope wind associated with mountain waves through adiabatic warming. A conceptual model of the Taiwan southeast mesolow and mesocyclone is proposed.With 16 Figures     

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。对流层中上层副热带高压脊面附近经向温度梯度可以作为表征亚洲夏季风爆发的指标     

ASIA-PACIFIC WINTER LFO STRUCTURE AND LOWFREQUENCY VORTEX ACTIVITY FEATURES*

Based on the winter 1984/1985 ECMWF grid point data subjected to the 30-60 day band-pass filtering and composite analysis,a study is undertaken of the LFO(low-frequency oscillation) structure in the eastern Asian westerly jet entrance and exit regions and the Asia-Pacific low-frequency vortex activity characteristics.Results show that zonal wind oscillations on both sides of the jet core are in anti-phase,in close relation to the E-W displacement of the core.Ranging in NW-SE direction is a low-frequency vortex train(LFVT) emanating from Ural via central Asia to East Asia.A low-frequency vortex of Ural origin,when reaching around 50°N,80°E,is split into two parts,one travelling eastward and the other southward,and finally they arc connected cyclonically or anticyclonically at low latitudes,forming a vigorous low frequency cyclone or anticyclone in the eastern part of China mainland,completing a full cycle of the LFVT.Further,observed in the central Pacific are a meridional LFVT and a cyclone/anticyclone couplet looping in a counterclockwise sense,giving rise to the LFVT phase shift over this region.