2013年2月大气环流和天气分析

综合应用常规观测资料、再分析资料、多普勒雷达探测资料等多源数据,分析了2013年2月发生在长江中下游地区一次高架雷暴过程的形成机制。结果表明,此类高架雷暴过程发生在冷锋后部对流稳定的环境大气中,其主要形成过程为：首先气块在地形强迫和锋面抬升作用下产生垂直运动,由于对流稳定环境大气的抑制,气块只能到达较低的中性浮力高度并产生与环境大气之间的绝对地转动量差（ΔM）,在ΔM调整机制作用下自低层抬升的气块将产生沿等熵面的惯性加速度从而加强了倾斜运动,当暖湿气流沿锋面爬升至约700进一步加强,并在此过程中产生对称不稳定并通过反馈机制促进倾斜运动的进一步发展。在地形强迫和锋面抬升的基础上,ΔM调整与对称不稳定的共同作用使得冷锋后部锋区上空产生旺盛的倾斜运动,倾斜运动的持续发展使对流得到组织化,产生带状的对流云和降水带,最终形成了雷暴等强对流天气。总之,在对流稳定的环境大气条件下,由于地形强迫和锋面抬升、ΔM调整、辐合切变线和高低空急流耦合以及对称不稳定等机制的联合作用激发了倾斜对流运动的强烈发展,使倾斜对流有效位能大量累积并释放,最终形成了此次冬季高架雷暴天气过程。     

2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明：陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350~500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0~6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。     

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.     

沿江苏南一次伴随"高架雷暴"的暴雪天气成因分析

利用沿江苏南地面气象站监测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了2013年2月18-19日一次罕见伴随雷暴的暴雪天气过程的成因机制。结果表明:700 hPa强盛的暖湿气流与925 hPa显著的偏东风急流交汇,形成了"暖盖"与"冷垫"稳定叠置并持续维持的锋生机制,为此次暴雪的发生发展提供了成熟的动力热力条件,在淞附增长作用下,形成较强降雪。强降雪落区与假相当位温密集带有很好的对应关系。对饱和湿位涡的进一步诊断分析表明,此次伴随暴雪出现的雷暴是较典型的冷区"高架雷暴",它出现在条件性对称不稳定的环境中。通过等熵分析揭示了雷暴的触发机制:暖湿气流沿着锋面从低层爬升到600~650 hPa,与冷空气相遇触发了本次雷暴。     

2009年早春南方地区一次高架雷暴天气过程的机理分析

2021年2月24—25日河南出现一次伴高架雷暴的暴雪天气过程,各级气象台站业务预报对该过程中雷暴均漏报,对降雪量级预报也偏小。利用常规气象观测资料、双偏振雷达产品和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,重点分析了这次暴雪过程中高架雷暴的环境条件及双偏振雷达参量特征。结果表明: (1)东移加深的中纬度高空槽、700 hP a发展北上的西南急流与地面扩散南下的冷空气等天气尺度系统相互作用触发对流,造成暴雪过程出现高架雷暴。(2)该过程最强水汽输送位于700 hPa,水汽通量大值带位于河南沿黄(河)一带,河南上空水汽充足,为中层不稳定层结建立和对流触发提供了有利的热力条件。(3)低槽前部两个次级环流圈上升支叠加为雷暴发生和降雪增强维持提供了强的上升运动;0—6 km较强垂直风切变有利于对称不稳定发展;700 hPa西南风急流辐合作用配合高空槽大尺度强迫使得中高层不稳定能量释放,从而触发对流。(4)高架雷暴发生时,雷达回波强度≥45 dBz、顶高超过-20℃层,“牛眼”结构和辐合上升区长时间维持有利于产生雷暴;雷达双偏振参量相关系数(CC)较小(0.7~0.9)、差分相移率(K_DP)较大(0.5°~0.7°·km^-1)和差分反射率(Z_DR)＞2 dB是高架雷暴发生时的主要特征,回波强度＞55 dBz并伴有较大K_DP (0.5°~0.7°·km^-1)与雷电频发和强降雪时段相对应。

     

2012年早春河南一次高架雷暴天气成因分析

利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高架雷暴发生在中纬度暖性低槽发展东移的环流形势下,边界层顶以上近中性条件不稳定性层结(偏向于很弱的条件不稳定)在高空槽前正涡度平流和低层暖湿平流的强迫作用下,使得700 hPa以上出现较大范围的较强上升运动,地面冷高压后部偏东气流对高架对流的产生具有冷垫作用。(2)出现高架雷暴的大气低层存在较强的逆温层,700 hPa暖温度脊前的西南暖湿低空急流为高架雷暴的产生提供了充足的水汽和能量,并使低层逆温层顶以上出现弱条件不稳定层结和较高的露点,两者结合导致弱的最不稳定对流有效位能MUCAPE,其值在10~50 J·kg~(-1)之间,高架对流是由逆温层顶附近及其以上的暖湿气块被抬升而造成的,对应1.0~3.0 m·s~(-1)的雷暴内最大上升气流。(3)此次高架雷暴发生在强斜压环境中,有较强的动力不稳定,中低层0~6 km和0~3 km垂直风切变值分别为(3.0~3.7)×10~(-3)和(5.0~5.3)×10~(-3)s~(-1)。(4)本次过程-10℃、-20℃层高度分别在5、6.5 km,弱对流云顶高度多在6~8 km或以上,超过了冻结层高度,易导致雷电发生。(5)从流型配置模型看,高空暖性低槽、中高层强烈发展的温度脊、700 hPa强西南暖湿低空急流和边界层冷中心、冷温度槽、地面冷高压等是值得关注的影响系统,当这些天气系统有利配置时,应注意低层逆温层、中层弱条件不稳定层结的建立以及高架雷暴发生的可能性。     

广州白云机场一次大雾伴随高架雷暴过程分析

利用常规观测资料、机场风廓线资料,分析2014年3月12日广州白云机场出现持续性大雾,期间伴随出现雷暴天气的原因.结果表明:此次大雾持续的原因是低层接近饱和的湿度和逆温层的维持.同时,白云机场风廓线资料表明属大雾伴随高架雷暴.雷雨出现后,大雾并没有好转,大雾消散原因是中低层冷空气向地面渗透,破坏了近地面层的逆温结构.     

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

一次暴雪过程的高架雷暴环境条件及雷达特征

2021年2月24—25日河南出现一次伴高架雷暴的暴雪天气过程,各级气象台站业务预报对该过程中雷暴均漏报,对降雪量级预报也偏小。利用常规气象观测资料、双偏振雷达产品和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,重点分析了这次暴雪过程中高架雷暴的环境条件及双偏振雷达参量特征。结果表明:(1)东移加深的中纬度高空槽、700 hP a发展北上的西南急流与地面扩散南下的冷空气等天气尺度系统相互作用触发对流,造成暴雪过程出现高架雷暴。(2)该过程最强水汽输送位于700 h Pa,水汽通量大值带位于河南沿黄(河)一带,河南上空水汽充足,为中层不稳定层结建立和对流触发提供了有利的热力条件。(3)低槽前部两个次级环流圈上升支叠加为雷暴发生和降雪增强维持提供了强的上升运动;0—6 km较强垂直风切变有利于对称不稳定发展;700 hPa西南风急流辐合作用配合高空槽大尺度强迫使得中高层不稳定能量释放,从而触发对流。(4)高架雷暴发生时,雷达回波强度≥45 dBz、顶高超过-20℃层,“牛眼”结构和辐合上升区长时间维持有利于产生雷暴;雷达双偏振参量相关系数(CC)较小(0.7～0.9)、差分相移率(K_D...     

2019年2月黔东北锋后冷区两次高架雷暴过程的对比分析

利用高空、地面气象观测资料及NCEP再分析资料,对贵州铜仁2019年2月17日(简称"02·17"过程)和2月20日(简称"02·20"过程)两次冷锋后部的高架雷暴天气进行了对比分析,结果表明:(1)两次过程均受高空槽、中低层切变线及地面冷空气补充加强影响,亦受700 hPa西南急流脉动导致风速辐合触发释放不稳定能量影...     

长江中下游6—7月降水的降尺度模型

基于偏相关的强迫因子选取方法,以长江中下游6—7月降水为例,进行了降水变率的归因分析,并建立了相应的统计降尺度模型。结果表明,影响长江中下游6—7月降水的强迫因子主要有两个:西太平洋850 h Pa的位势高度(W_(PH8))和黑潮延伸区的海表温度(K_(SST))。W_(PH8)反映的是西太平洋副热带高压对长江中下游降水的影响;K_(SST)反映了黑潮延伸区的变率。基于这两个因子的线性降尺度模型能较好地拟合长江中下游6—7月的降水,在独立检验和模式检验阶段,模型体现出了可靠性,因而可用于长江中下游降水的季节预测。     

2021年2月黄河中下游两次暴雪的相态转换特征及成因

利用常规高空资料、地面加密自动站、双偏振多普勒天气雷达、微波辐射计与ERA5再分析数据等多源资料,分析了2021年2月下旬黄河中下游两次暴雪过程的相态演变及形成机理。结果表明:两次过程的大尺度影响系统基本一致,只是影响系统的强度和位置不同导致两次过程存在些许差异。两次过程均存在相态转换,过程Ⅰ中存在相态逆转(由雨转雪再转雨),而过程Ⅱ中只存在雨转雪的转换。在太行山以西的山区,当地面2 m气温低于0.5 ℃时,降水相态以雪为主,在0.5~1 ℃之间时,多为雪或雨夹雪并存;在平原地区,当2 m气温为1~2 ℃时,降水相态为雨或雨夹雪,在0~1 ℃之间时,则为雪与雨夹雪并存,低于0 ℃时,降水相态为雪。在降雨阶段,双偏振雷达产品相关系数(CC)值约在0.98以下,差分反射率(Z_DR)在0.6 dB以上,差分传播相移率(K_DP)值约在0.2 (°)·km^-1以上;在降雪阶段,CC值在0.98~0.99之间,Z_DR值在0.2~0.8 dB之间,K_DP 值约在0.2 (°)·km^-1以下;但在降水相态由雨转雨夹雪时,Z_DR、CC与K_DP 值没有明显变化。     

长江中上游平原地区冬季雾观测分析

长江中上游年平均雾日数达到20~106 d,是我国主要雾区之一。利用2010年12月在江汉平原观测获得的边界层廓线和雾滴谱资料,重点分析了该地区冬季雾过程的边界层结构及其生消过程。结果表明:荆州冬季雾多出现在寒潮过境1~2 d后,多为平流辐射雾;雾顶发展是水汽在上层逆温下积累,并伴随200~300 m高度冷平流降温引起;近地层冷平流降温导致饱和水汽压减小,同时上层系统性下沉增温引起逆温增强,水汽积累促使强浓雾过程产生;低空急流促使外界偏干气流与雾体混合后雾滴蒸发,是该地区雾顶迅速下降的主要原因;平均数浓度为150~406个·cm-3,极大值达到1 983个·cm-3,平均液水含量为0.014~0.118 g·m-3,极值达到0.786 g·m-3,与南京和重庆强浓雾观测值相似,超过其他地区观测值。城市地区高气溶胶浓度,配合充足的水汽条件,使得荆州雾过程微物理参量数值较大,易出现能见度小于50 m,持续时间4~9 h的强浓雾过程。     

天气尺度波列对长江中下游6月梅雨的影响

采用1979—2007年6月NCEP/NCAR2.5°×2.5°逐日再分析资料和中国743站逐日降水资料,利用相关分析、合成分析等方法,分析了天气尺度波列的特征及其对长江中下游6月梅雨的影响。结果表明:当长江中下游6月梅雨较少时,东亚及西太平洋区域存在一个天气尺度波列;该波列的延伸距离较短(从黄河河套地区经过长江中下游至南海、菲律宾海一带),维持时间也很短,且仅仅在500 h Pa以下较强。诊断及个例分析表明,当该波列异常显著时,长江中下游梅雨降水明显减少,而其南部区域降水则增多,说明该波列对预报长江中下游降水具有重要的指示意义。     

近50a长江中下游不同量级暴雨的年代际变化特征

利用1966—2015年中国地面气候资料数据集降水数据,对长江中下游地区春、夏、秋三季不同量级暴雨的年代际变化特征进行了研究。结果表明,暴雨在各季节变化特征明显不同,不同量级间也存在明显差异。暴雨在春秋季变化平稳,但在夏季呈现1990s频发,2000年之后少发的特征,并存在准20 a周期变化。大暴雨则在近30 a来呈现频发的特征,其中春季大暴雨在2010年之后显著增加,秋季大暴雨则在2000年之后明显增加。特大暴雨发生概率很小,但夏季特大暴雨在1990s之后一直呈现频发的趋势,并表现为准32 a的周期变化特征,秋季特大暴雨在2000年之后明显频发。大暴雨、特大暴雨在各季节均表现为近十几年来显著增加的趋势。暴雨和大暴雨均存在明显年代际跃变,这种跃变在暴雨、大暴雨频发的区域增幅更为显著。     

2013年夏季长江中下游地区降水异常与MJO的可能联系

利用国家气象信息中心提供的753站降水资料,澳大利亚气象局提供的RMM MJO指数资料和NECP/NCAR逐日再分析资料,分析了2013年夏季长江中下游地区降水持续异常与MJO位相异常的可能联系。结果表明：2013年夏季长江中下游地区持续干旱期间,MJO位相分布明显异常,MJO东传停滞,长时间维持在第1、8位相;西太平洋副热带高压偏北偏强。当MJO位于第1、8位相时,东亚高纬度地区的环流距平场呈现“西高东低”的分布特征,不利于西伯利亚地区的冷空气南下至长江中下游地区;当MJO位于第1位相时,副热带高压西北侧水汽主要输送至长江中下游地区,第8位相时,输送至长江中下游地区的水汽异常偏少。总之,当MJO位于第1、8位相时,冷空气活动较弱,冷暖空气无法在长江中下游地区交汇,同时该地区深厚的下沉运动从近地面一直延伸至对流层上层,不利于降水的发生,导致2013年夏季降水持续偏少。     

2011年长江中下游梅雨锋暴雨的环流特征分析

利用客观分析资料和常规观测资料,分析了2011年6月长江中下游梅雨锋暴雨的大尺度环流特征,并对其中两次梅雨锋暴雨过程的降水特征和锋生条件进行对比分析。结果表明:(1) 500 hPa 中高纬地区两槽一脊强度均比常年偏强,持续稳定的高纬经向环流形势的存在为梅雨锋强降水持续稳定提供了所需的冷空气,冷空气与印缅槽前稳定的西南气流在长江流域频繁交汇,有利梅雨锋锋生以及形成大范围持续性强降水;(2) 200 hPa 南亚高压北侧强西风急流以及其南侧东风急流均比常年明显偏强;(3) 来自孟加拉湾的西南急流与副热带高压南侧偏强的东南气流辐合形成强南风影响我国华东地区,为梅雨锋强降水提供了充足的水汽输送,梅雨锋区水汽辐合明显加强时段与梅雨期四次强降水过程一一对应;(4) 两次梅雨锋暴雨过程降水特征和锋生条件存在明显差异,前者冷暖空气同时对锋区作用造成能量锋区锋生,是一次对流性降水,后者无冷空气影响,是一次地面静止锋波动引起的稳定性降水。     

6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号.研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因.观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高.进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡.此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因.这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径.     

青藏高原低频振荡对2013年夏季长江流域高温热浪的影响

利用1971～2013年台站逐日最高气温、平均气温站点资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,通过小波分析、Butter-worth带通滤波、相关分析、合成分析等方法,分析了青藏高原的低频振荡特征及其对长江流域高温热浪的影响.结果表明:2013年夏季,长江中下游地区最高气温、平均气温均存在40～70d和10～20d的两...