湖北省不同类型雷暴大风的时空分布及环境参数特征

基于常规观测资料、NCEP再分析资料、闪电定位资料和雷达资料,对湖北省2007-2015年雷暴大风的天气类型、时空分布和环境条件进行了分析,并根据箱线图展示的结果分区域分季节讨论了各型雷暴大风的环境参数特征。结果表明:(1)湖北雷暴大风分为高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、斜压锋生型、准正压型,其发生在3-8月,其中夏季(6-8月)雷暴大风占其全年总数的78%;一天中,其主要发生在15-19时,峰值在16时;雷暴大风空间分布不均,其高频中心位于鄂西南的宜昌和鄂东的黄石。(2)各型雷暴大风存在季节和区域差异,斜压锋生型主要出现在春季,高空冷平流强迫型、低层暖平流强迫型、准正压型主要出现在夏季;高空冷平流强迫型在鄂西北发生最多,低层暖平流强迫型在宜昌地区、江汉平原、鄂东均出现较多,准正压型和斜压锋生型在鄂东发生最多。(3)高空冷平流强迫型雷暴大风的850 hPa与500 hPa温差(ΔT₈₅)和中低层(925-500 hPa)风垂直切变(S_L95)较大,850 hPa露点温度(T_d85)偏低;低层暖平流强迫型的S_L95、K指数均较大;准正压型的对流有效位能(CAPE)较大、S_L95、低层(925-700 hPa)风垂直切变(S_L97)较小;斜压锋生型的S_L95和S_L97均较大。(4)湖北雷暴大风的对流参数K指数、ΔT₈₅、CAPE的阈值分别为35℃、25℃和925 J·kg^-1,鄂西北、鄂东的对流参数离散度较大,按区域归纳各型雷暴大风的对流参数阈值,对当地雷暴大风预报预警更有指导意义。     

基于“配料法”的云南短时强降水预报概念模型建立

本文利用云南省125个国家级自动气象站及3400个区域站统计并选取了2012—2016年5—10月的典型短时强降水个例,基于"配料法"的基本思路对其进行中尺度特征分析,最终得出适用于云南省的五类短时强降水概念模型。分析结果表明:云南省短时强降水集中出现在6—8月,且一天中存在两个明显的峰值;高空强烈的干冷平流及大风天气是判别高空冷平流类的重要依据,冷空气主要通过两条路径影响云南;分析低层暖平流类的关键系统为季风槽及孟加拉湾低压,主要影响滇中及以南地区;地面锋面是斜压类的重要特征,此类强降水主要位于700 hPa切变线及850 hPa温度锋区前侧,地面锋面附近;准正压A类短时强降水主要受西风槽及副热带高压的相互作用影响,其强降水落区分散,预报难度大;准正压B类受台风登陆后减弱的低压及其外围云系的影响,强降水位于700 hPa湿舌、850 hPa暖脊及地面辐合线共同影响的区域(一般位于滇中以南地区)。     

“2011.07.25”山东乳山强降水分析

本文利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、分辨率为0.1°×0.1°卫星FY-2E的TBB资料,多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明：(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850hPa和925hPa切变线附近,低层850hPa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气伴有下沉运动相遇,从而触发对流不稳定能量的释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63～-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度要偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

甘肃东部两次短时强降水天气过程对比分析

利用FY-2E卫星云图、NCEP/NCAR1°×1°逐6 h再分析资料、甘肃省区域自动站资料等,对比分析两次发生在8月中旬及相同气候背景、相同地形条件下的短时强降水天气过程(2014年8月16—17日和2015年8月11—12日)。结果表明:两次强降水天气过程的形成机制有所区别,分别由高空冷平流强迫和低层暖平流强迫造成;高空冷平流强迫造成的短时强降水落区较为分散,低层暖平流强迫造成的强降水落区则更为集中;高空冷平流强迫对抬升条件的要求比低层暖平流强迫低,而低层暖平流强迫引起的垂直速度强度弱于高空冷平流强迫;在大致相同的地形条件下,水汽条件是发生短时强降水的主要因素,在这两次大气环流背景基本相同的情况下,水汽条件好的天气过程雨强更大,短时强降水出现站次也更多。     

松嫩平原西部局地暴雨天气成因分析

利用常规气象观测、卫星、雷达和NCEP1°×1°再分析等资料,分析2013年6月27~28日齐齐哈尔市稳定性中雨和龙江县对流性暴雨天气成因,结果表明：龙江短时强降雨出现在850hPa切变线同500hPa槽线或850hPa干线位置近于重合时,层结不稳定,上升运动强;齐齐哈尔降雨发生在低层切变线附近,层结趋于稳定,上升运动弱。地形迎风坡作用有利于龙江降雨强于齐齐哈尔。 单站风、相对湿度和垂直速度时空变化差异以及对流有效位能、大气可降水量和SI指数等物理量可以反映两地上升运动、水汽、层结不稳定条件差异。较好的水汽和大气层结不稳定条件只是对流性短时强降水的必要条件。中尺度对流云团和小尺度对流云回波产生龙江短时强降雨,齐齐哈尔稳定性较大降雨由层状云产生。     

山东省三次暖切变线极强降水的对比分析

应用加密观测、常规观测、卫星云图和雷达探测的资料及NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对山东省三次极强降水天气进行了诊断和对比分析。结果表明,低层暖式切变线和500 hPa西风槽是三次强降水的主要影响系统。强降水前低层大气高温、高湿、对流不稳定,有较高的对流不稳定能量。低层暖式切变线辐合和暖湿平流产生的上升运动与地面辐合线附近产生的上升运动相叠加,触发对流不稳定能量释放,产生强对流,造成强降水。较强的风垂直切变使得对流有组织地发展。强降水期间,中高层弱的干冷空气侵入,使得对流不稳定加强,中高层具有高位涡的干冷空气入侵诱发低层中尺度涡旋发展, 辐合上升运动加强。低层暖湿气流螺旋式辐合上升与中高层入侵的干冷空气相遇,水汽凝结率增大,降水强度增强。中高层干冷空气侵入的时段与极强降水的时段相对应。有利的地形对局地短时极强降水有重要作用。低层暖式切变线和500 hPa低槽的位置、强弱不同,中高层冷空气的强度和入侵路径不同,对流云团的发生发展、内部结构和移动方向不同,造成强降水的地理位置和强度不同。     

“2011.07.25”山东乳山强降水中尺度分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星FY-2E的TBB资料、多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明:(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850h Pa和925h Pa切变线附近,低层850h Pa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生在高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气(伴有下沉运动)相遇,从而触发对流不稳定能量释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63~-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

巴彦淖尔市一次寒潮天气动力机制分析

使用常规气象观测资料,采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法,从寒潮环流背景和动力机制,对2012年11月2-4日发生在内蒙古巴彦淖尔市一次寒潮天气过程进行了分析.结果表明:①乌拉尔山高压脊强烈发展东移,脊前偏北急流带南移、南下低涡与转竖低槽合并,冷空气向南爆发,造成了此次寒潮天气过程.②850 hPa冷平流区向南扩展的速度比地面气温24h负变温区向南扩展速度超前12 h左右,强盛的冷平流是造成气温骤降的主要原因.③300 hPa偏北急流轴左侧风速有气旋性切变,右侧有反气旋性切变,加大地面气压场的气压梯度,产生“梯度风”.高空槽前暖平流、槽后冷平流,暖区上升、冷区下沉,形成对流运动.低层由冷区指向暖区的水平运动和暖区上升运动构成垂直方向上次级环流,次级环流的下沉支处于高空急流轴入口区左侧下方,使高空急流动量传递到地面,低层水平运动(冷区指向暖区)加大了地面风速.     

副热带高压边缘连续两次强降水形成机制分析

利用常规观测资料、自动气象站加密观测资料、GPS/MET水汽监测资料、FY-2E卫星云图和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对副热带高压边缘山东南部连续两次强降水的形成机制进行分析。结果表明,两次强降水都是由副热带高压边缘500 hPa弱西风槽过境影响产生的,副热带高压主体加强西移,850～700 hPa有较强的西南急流。强降水产生在西南低空急流的前方、暖式切变线附近;西南低空急流加强北上强降水开始,急流减弱强降水结束。强降水区与CAPE的高值区、低层水汽通量高值舌、水汽辐合中心、暖平流中心有较好的对应关系。西南低空急流、GPS/MET水汽监测对强降水的短时预报有一定的指示性。对流云团TBB最低为-78～-62 ℃,各观测站对应最大小时雨量为40～90 mm。强降水期间,850 hPa及以下有中尺度涡旋发展,涡旋尺度小,气压场上表现很弱,流场上表现明显,有明显的气旋性环流中心,在925 hPa涡旋中心东南部的暖平流中心降水强度最大。第一次强降水的中尺度涡旋源地发展,稳定少动,在其东南部上升运动强且降水强度大;第二次强降水中,冷空气在低层从西北部侵入,形成气旋,向东北移动,强降水产生在冷锋前部的暖区中,对流不稳定能量高,降水强度大、范围大。     

2011年7月12—20日华北冷涡阶段性特征

利用常规天气、地面危险天气报、自动站加密、NCEP/NCAR再分析资料等,对2011年7月12—20日持续9 d的华北冷涡过程阶段性特征进行分析。结果表明:冷涡过程降水主要分布在内蒙古东北部、华北和东北南部,发展阶段对流性强,多雷暴大风和冰雹,水汽来源于西南和东南气流,850 hPa上有强暖温度脊,高空急流较完整;减弱阶段以短时强降水为主,水汽来源于偏东气流;两阶段700 hPa以下为斜压,上升运动区主要位于东侧;发展阶段500 hPa为干区,南侧存在干空气侵入和θ_e梯度;减弱阶段整层相对湿度较大,θ_e锋区及不稳定度减弱。中层冷平流及中高层正涡度平流随高度增强是冷涡发展的主要因子,冷涡减弱是由低层冷平流进入冷涡中心、中层冷平流及中高层正涡度平流减弱共同影响所致。     

“0713"山西短时强降水天气的潜势及触发条件分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星逐时TBB资料、多普勒雷达及自动站资料,对2018年7月13日夜间出现在山西东南部的短时强降水天气进行了潜势及触发特征分析。结果表明:副高外围的强劲西南气流为本次短时强降水过程提供了充沛的水汽条件;"上干冷下暖湿"的层结结构与"高层冷平流、低层暖平流"的温度差动平流提供了强对流发生发展所需的能量条件;上升运动的形成和维持有利于不稳定能量的释放和增强。地面β中尺度辐合线发展为β中尺度涡旋,激发β中尺度对流云团的合并与加强;大于等于35 dBZ的β中尺度带状回波中镶嵌的γ中尺度对流单体,在500 hPa西南气流的引导下,形成高度组织化的多单体线状回波缓慢移动是形成局地短历时强降水的直接原因。     

2013年四川盆地三次持续性暴雨过程的环流形势和物理成因分析

利用常规探空和地面自动站观测资料、卫星红外云图TBB和NCEP再分析资料,对2013年6~7月发生在四川盆地的3次持续性暴雨过程进行了大尺度环流背景及物理成因分析。分析结果表明:500h Pa贝加尔湖、鄂霍次克海地区的高压脊起到阻塞作用,利于西伯利亚到巴尔喀什湖附近的深厚低槽稳定分裂短波东南移,槽前持续的正涡度平流向四川盆地输送孕育低层中小尺度系统发生发展,700h Pa西南涡是造成3次暴雨的直接影响系统,其活动对强降水落区有重要作用;850h Pa暖平流维持,在暖平流梯度大值区触发中尺度对流系统产生强降水,暖平流越强降水越强;孟加拉湾的西南暖湿季风气流持续向四川盆地输送水汽和热量,使能量在释放后快速重建,并有适宜的动力环境条件使水汽聚集、辐合和垂直上升,强降水得到持续;700h Pa持续的西南急流在向北加强的过程中南北风分量形成的辐合有利于低层切变线南侧、急流左侧区域的辐合加强,配合高层辐散的抽吸机制,是3次过程强降水持续的又一重要因素。     

诊断分析技术在山西强降雪预报中的应用

利用常规探测资料和诊断分析方法,对2009年11月9 12日山西大范围持续强降雪天气过程进行了综合分析。结果表明:(1)500 hPa阻塞形势和低空低涡切变线稳定维持,700 hPa西南急流、850 hPa偏东急流、850 hPa和925 hPa强偏东北气流等三支强气流稳定维持,地面回流形势与河套倒槽共同强烈发展并稳定维持,是造成此次大范围持续强降雪的重要原因。(2)强降雪出现前,低层中纬度持续有暖湿空气向山西地区输送,暖湿中心强度持续增强;从其水平结构变化看,可将此次过程分为锢囚降雪、回流降雪、暖倒槽降雪和持续降温四个阶段,各个阶段降雪特点不同。(3)强降雪区上空垂直热力结构为上冷、中暖、下冷,低层冷平流强度为普通暴雪的3倍;对流层中低层持续存在对流性不稳定,不稳定区内存在空气辐散,且持续有暖湿平流输入,导致对流性不稳定及其降水不断增强。(4)此次强降雪天气过程中,山西上空大气可降水量累计达到35~88 mm;随着低层和近地层风场的加强和辐合,大气可降水量不断增加,强降雪也呈现持续增加的趋势。(5)强降雪前及整个强降雪期间,强降雪区上空300 hPa以下为水汽散度通量正值区,其强度在500~600 hPa达到最强,且强度为普通暴雪的6倍,而高层和低层均存在弱的辐散。     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

一场突发性局地大暴雨触发作用的分析和探讨

利用多种非常规高时空分辨率观测资料并结合ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料,分析了2019年6月2日长春市区的一场突发性局地大暴雨的中尺度特征,结果发现,低层或高层冷中心、暖湿气流和冷池出流三者之间不同的相互作用是该过程两段不同强度降水产生的根本原因：第一时段降水较强,并伴有强雷电和冰雹,700 hPa附近较弱冷中心在低层偏南风急流作用下北移至长春站北部并叠加在高层强冷中心之下,其下沉气流在边界层顶附近受该处降水形成的冷池和冷锋后部冷平流阻挡向南回流,冷池出流强度增强并在长春站附近迫使强暖湿气流抬升,长春站上空层结不稳定性加强,当上游对流云团东移至该地时强烈发展,回波强度超过60 dBZ,后向传播作用形成东西向线状对流,列车效应显著;第二时段降水相对较弱,仅伴有雷电,长春上空中低层仍为暖平流控制,高层冷空气继续加强并南压,其下沉气流在边界层顶附近受低层急流作用向北辐散,冷平流较强并与第一阶段强降水产生的冷池出流(较弱冷平流)在长春站附近辐合,迫使其低层相对较暖的气团抬升,700 hPa以下转为垂直上升运动,对流云团移至该处再次发展并与周围对流云团合并形成线状对...     

山东省短时强降水天气的特征分析

通过分析山东省2007—2010年常规观测资料、山东省区域和国家级自动气象观测站降水观测资料,研究短时强降水天气的时间和地理分布特征,分析短时强降水出现的时间、落区和强度,并对1小时降水量≥100mm的短时特强降水的天气系统进行了分析,结果表明：2007—2010年山东省短时强降水天气一般出现在5—10月,7—8月较多;1小时降水量≥100mm的短时特强降水都发生在7—8月;出现短时强降水天气的时段以午后至傍晚居多,夜间次之,上午最少;当500hPa位于西风槽前和副高边缘,700hPa和850hPa位于西风槽前或存在切变线,地面有冷锋影响时,有可能发生1小时降水量≥100mm的短时特强降水天气。     

基于地面分钟雨量数据的湖北省短时强降水时空分布特征分析

基于湖北省地面加密自动站2010—2015年的分钟雨量数据,利用滑动累积的小时雨量识别短时强降水事件,对比分析了鄂东南、鄂东北、武汉、江汉平原、鄂西北和鄂西南等六个预报区域的短时强降水日数、频次的时空分布特征,并对极端短时强降水进行初步探讨。结果表明:(1)短时强降水年均日数有明显的局地特征,强降水中心主要集中在鄂东南、鄂东北、武汉、鄂西南等区域;月变化呈显著单峰型特征,峰值在7月。(2)短时强降水的频次分布也具有明显的月变化和日变化特征。从月变化上看,江汉平原、鄂东南呈双月峰值分布(6月和7月),武汉和鄂东北地区的主峰在7月、次峰在6月,鄂西北和鄂西南地区的主峰在7月、次峰在8月;从日变化上看,鄂西北(04时和19时,北京时,下同)、鄂西南(01时和17时)、鄂东北(08时和16时)、鄂东南(07时和16时)呈双峰分布,江汉平原呈单峰分布(07时),武汉呈多峰分布(07—14时)。(3)极端短时强降水阈值范围为53～124.8 mm,具有夜发性特征,峰值在午后15时到凌晨01时,空间分布较为零散,相对而言,武汉地区观测到极端短时强降水的可能性最大,鄂西南和鄂西北最小。     

陕南东部一次短时强降水天气的成因分析

利用常规高低空气象观测资料、地面逐小时降水、物理量和卫星云图资料,对2017年4月15日发生在安康东部的一次局地短时强降水天气进行诊断分析,结果表明:西风带的中层弱冷空气与安康附近的东南暖湿气流交汇时,触发对流产生;低层850 hPa东南气流为局地短时强降水提供了比较充沛的水汽;大气低层存在大量不稳定能量;高空300 hPa的较强辐散与低层850 hPa较强辐合叠加,提供了较强的上升运动;在卫星云图上表现为一个水平尺度为100～200 km,云顶亮温TBB最低为-56℃,生命史为10 h的中-β尺度对流云团。     

低层温度平流对华北雨雪天气过程的降水相态影响分析

利用常规地面、探空观测资料、NCEP FNL和GFS分析资料,通过对2012年11月3—4日华北地区雨雪天气过程的降水相态特征进行分析,发现涡旋外围的雨雪分界线基本与925 hPa的0℃等温线和925 hPa偏北与偏南风的流线辐合线相吻合;而涡旋中心附近的雨雪分界线则存在从涡旋西北象限向涡旋中心逆时针旋转的特征。气旋发展初期,降雪主要集中在850 hPa低涡的东北偏北象限到西北象限之间,低涡的东南象限为降雨。随着气旋强度增强,低层冷平流导致低涡西南象限温度下降,降雪落区逐渐沿气旋西侧的流场向南发展,最终呈现出气旋形状的分布特征。雨雪相态的转变取决于整个对流层低层(850~950 hPa)的温度平流状况。当900~850 hPa或者950~900 hPa出现较强暖平流时,即使其他层次存在明显冷平流,降水相态仍然可能以雨为主。低层涡旋西侧的西北冷平流是造成降雪的最重要原因,当低层气流转变为偏东风后,冷平流消失,降水相态转变为雨。     

一次极端短时强降水天气分析

本文利用常规地面及高空观测资料、加密自动站资料及多普勒雷达资料等,从环境条件及雷达特征等方面对2019年鸡西市一次极端短时强降水天气进行分析,结果表明:强降水发生在宽广且深厚的西风槽稳定维持背景下,降水区中层有冷空气入侵,低层位于槽前暖湿气流中,一致的西南风输送水汽至降水区。850 hPa槽线是本次对流天气的触发系统,上冷下暖及午后地面温度迅速升高造成热力不稳定,另外,低层绝对水汽含量较高是本次短时暴雨发生的重要条件。从雷达产品上看,麻山区的降水是由多单体风暴形成的,其中包含有超级单体风暴,单体依次经过降水区,强对流过程持续3 h,一定的"列车效应"使其出现了短时暴雨天气。