干侵入对我国东部一次强飑线过程的作用分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、雷达资料、FY2E卫星资料等,对2014年7月30日至31日发生在我国东部的一次强飑线天气过程进行综合分析,并着重分析了干侵入对此次飑线过程的作用。结果表明：中层阶梯槽引导高层干冷空气向下入侵后叠加在低层暖湿气流之上,增强了大气不稳定,不稳定能量累积;低空切变线促使不稳定能量释放,是此次飑线的重要触发机制。对干侵入的分析结果表明：此次飑线过程中,干侵入来源于高空槽后下沉气流,干侵入底部风场调整使得飑线在移动过程中发生了转向。在飑线发展过程中,干侵入范围扩大、强度增强;干侵入使飑线发生区域上空空气变冷、变干,增强了大气不稳定。干侵入底部的低相当位温空气与飑线内部高相当位温空气混合是飑线长时间维持的重要原因。     

Instability of squall-inducing waves, global sea-surface temperature anomalies and climate change in tropical north Africa

Summary An inviscid form of the hydrodynamical equations is solved with enhanced horizontal shear, which is a synoptic feature consistent with stronger African Easterly Jet (AEJ) in Sahelian dry years, for unstable waves generated along the boundary between the two tropospheric air masses in tropical north Africa (i.e. the moist south-westerlies and the dry north-easterlies). Using a two-layer model of the atmosphere in order to correctly simulate the tropospheric synoptic situation in the sub-region, results show that the mode of the waves which is known to be fundamental to the development of West African squall lines is more unstable in dry years. This instability is found to be most-pronounced when the surface of discontinuity between the south-westerlies and the north-easterlies is at 700 mb level. Further, it is shown that in Sahelian dry years, the zone of these unstable waves shifts slightly southwards. This shift causes a deficit in rainfall in West African isohyet bands north of latitude 12°. The persistence of this deficit is linked with the continuous warming, in July, August and September of the 18-year period 1969–1986, of the three oceans (Indian, Pacific and South Atlantic) whose sea-surface temperature (SST) anomalies influence rainfall in tropical north Africa. It is shown that anytime these oceans warm up anomalously, the strength of the AEJ is enhanced leading to the climate-change process of: SST anomaly, increased AEJ strength, southward shift of the zone of squall-inducing waves and consequent reduction in total annual rainfall north of latitude 12° in tropical north Africa.With 5 Figures     

华北平原飑线与一般对流活动发生条件的对比分析

本文根据1986年6、7月影响华北平原北部的4次飑线过程,分析了飑线发生的天气形势,对比分析了飑线与一般对流活动的发生条件。分析结果表明,华北飑线的发生与中层冷空气爆发相关,飑线发生前华北平原的不稳定能量分布具有高值、集中分布和正增长的特点。这些分析结果可能有助于华北地区飑线的分析和预报。     

用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征

飑线是中国春、夏季常见的一种天气现象.2007年4月23-24日华南地区的一次强飑线过程,因强度强、持续时间长,给广东部分县市造成巨大的经济损失.利用广州和深圳的新一代多普勒天气雷达的探测资料,采用双多普勒雷达风场反演方法和热力动力反演方法,研究此次飑线内部的三维风场、动力和热力结构.在此基础上,通过质量、动量诊断探讨其维持机制.同时,结合地面、高空常规观测及自动站资料分析系统伴随的环境和地面中尺度特征.结果表明,系统发生于中等强度垂直风切变(0-3 km,18 m/s)和中等强度对流不稳定度的环境中,其移动速度最快达17 m/s,属快速移动的飑线.飑线过境时,地面测站呈现风向突变、风速骤增、气压上升、温度与露点骤降等现象.其成熟期的雷达回波和风场结构与过去观测的热带、副热带快速移动飑线系统特征相似.由前(前方指系统移动方向)向后,降水结构依次为对流区、过渡带和层云区.其中,对流区由多个对流单体组成,对应强回波和上升运动,而单体之间为弱下沉运动.气流特征呈准二维结构,包括系统前方深厚的从前向后气流和系统后部低层的从后向前气流.这两支气流在系统前缘低层辐合形成动力高压,触发新对流单体,是系统长时间维持的主要机制.在对流区倾斜上升气流的下方,存在一凝结潜热释放增暖引起的低压区.另外,在对流系统西侧不断有新对流单体形成,并被平流至系统中,促进对流维持.进一步对对流区的质量和动量通量诊断揭示,垂直于飑线系统的水平动量的垂直输送有逆梯度输送的特性,将增加垂直飑线方向的环境垂直风切变,有利于系统维持.相对的,平行飑线方向的水平动量具有顺梯度输送特征,使该方向上风切变分量有被均滑趋势.     

2012年4月2日华东灾害性飑线大风成因分析

2012年4月2-3日华东地区出现8～11级灾害性大风,此次大风影响时间长,持续强度大,造成了严重的人员伤亡和经济损失。为探讨大风天气成因,运用传统的天气学方法和多普勒雷达等资料,对此次飑线大风过程产生的天气背景及中尺度发展演变特征进行了分析。结果表明,此次大风是由中尺度系统飑线和冷空气共同影响造成的。前期是在江淮气旋天气背景下,近地面激发出中尺度飑线系统,飑线经历了形成、发展、减弱三个阶段,在每个阶段,雷达强度图上的回波形状、强度、回波顶高,以及速度图上的逆风区、速度模糊等特征都与实况有很好的对应关系;在发展成熟阶段出现了冷湿雷暴高压和冷池,加剧了大风的发展和维持。后期大风主要是受冷空气影响产生。在实际业务工作中,传统的天气学分析方法和以多普勒雷达为代表的先进探测手段相结合,是监测和预警此类强对流天气的主要手段,能够在一定程度上弥补数值预报模式的不足。     

一次辽东湾飑线过程的观测与数值模拟分析

利用观测资料和高分辨率数值模拟资料对2014年6月26日发生在辽东湾北部的一次飑线过程进行了分析。本次飑线发生发展期间,对流层中层存在正在发展加深的槽,近地面则是偏南暖湿气流和西北干冷气流交汇形成的辐合线,天气尺度环境强迫较强,有利于强对流的触发和发展。此次飑线发生发展于地面辐合线的南段。对比分析表明模拟结果和实况观测较为一致。对辐合线北段对流较快消散,而南段对流得以继续发展成为飑线的原因进行了分析。结果表明,与北段相比,南段环境水汽更为丰富,对流有效位能大,水平风的垂直切变适宜。此外,南段环境还受海风锋导致的增湿、降温以及辐合带来的弱上升气流的影响。以上因素是导致辐合线北段对流较快消散而南段对流可以较长时间维持,并发展成为飑线系统的主要原因。本次飑线在成熟时期的气压场成显著的“高—低”结构分布。对流云区中部存在一个中高压,而尾流低压区位于对流云区后部与层状云区交界处。高压后部是一个强烈的地面辐散区,风速较大。飑线成熟时期中主要存在两支气流,前向入流在飑线前方低层流入,带入暖湿空气并在对流云区抬升,随后分成两支在飑线高层向前向后流出。后向入流在飑线后方中层流入,带入干冷空气并下沉,随后在近地面辐散流出。对飑线的对流云区、尾流低压区、层状云区及飑线后方的模拟探空展现了飑线不同区域的环境场特征。     

黄淮流域一次飑线天气的数值模拟与分析

利用1°×1°NCEP再分析资料和探空资料,对2009年6月3日发生在黄淮流域的强飑线天气过程进行诊断分析,并采用WRF模式进行天气过程模拟和进一步研究。结果表明：本次飑线天气是东北冷涡后部横槽引导冷空气南下与南方暖湿气流相遇引发的。地面干线附近是雷暴和飑线的高发区。这次飑线天气发生在高空急流减弱之际、低空急流建立之前。高低空急流的U、V风分量变化对飑线有一定的指示意义。不同阶段的飑线降水和大风出现位置不同。     

华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析

本文利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)同化多部多普勒雷达观测资料和常规地面探空观测资料,对2009年8月17日发生在我国华东地区的一次飑线过程进行高分辨率数值模拟;利用模拟输出资料,分析该飑线过程的动力和热力特征和对流线单体后向新生的环境条件。研究结果表明:(1)在飑线系统初生阶段,从飑线后部(北方)的团状对流系统的低层MCV(mesoscale convective vortex)中南下的冷空气与西南暖湿气流相遇激发强对流,促进飑线发展;随着飑线系统的发展和南移,团状强对流系统的低层MCV的气旋性环流对飑线的影响逐渐减弱,而飑线本身产生的低层冷池向外辐散的冷空气与环境场西南暖湿气流辐合成为飑线持续发展的主要动力。(2)本次飑线系统属于典型的后向新生型飑线,由4条处于不同发展阶段的对流线合并而成,对流线上对流单体的后向新生是动力和热力过程共同作用的结果,既需要一定的对流抑制能量促进对流有效位能的累积,也需要一定的环境风场垂直切变、低层风场的辐合和水平涡管向垂直涡度的转化。     

江淮地区暖区飑线中尺度观测研究

本文依据地面、高空常规资料,华东中尺度天气试验加密资料,地面温、压、湿、风、降水自记及卫星、雷达资料,对1983年4月27日晚至28日晨的江淮地区暖区飑线进行分析,揭示了飑线的一些有意思的特征。分析表明,飑线经大别山东侧自西向东传播,接近低空西南风急流轴时,对流强度发生变化;飑线过境有短时增温、伴有降性阵水特征;飑线的地面气压由β尺度的飑前中低压、飑后中高压及紧随其后的对称中低压组成。由空间结构分析看到飑前有自近地层开始的暖湿入流,飑后有来自对流层中高层的下沉气流等特征。将其和热带及美国的中纬度飑线比较发现,这次暖区飑线的气压场、温度场、风场及天气分布与经典飑线有差异,与热带及美国中纬度飑线也有区别,我们认为这是副热带地区暖区飑线的特点。     

江苏地区两次强飑线天气过程的特征分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、自动气象站加密观测及多普勒雷达资料,对2006年4月28日和2009年6月14日发生在江苏及周边地区的两次典型飑线过程进行了对比分析.结果表明,两次过程发生前期,对流层低层伴有明显的暖平流,中高层出现冷平流,促进了该地区大气层结不稳定的形成和发展;在飑线移动发展过程中,地面风场中对应一条清晰的辐合线,对飑线的触发和维持起着重要的作用.两次过程中环境场的热动力结构存在明显差异:就热力条件而言,前者发生在春季,冷空气势力依然较强,对流层低层的暖平流是大气层结不稳定发展的主要原因之一,后者发生在暖湿气流相对活跃的夏季,中高层冷空气的侵袭更值得关注;动力条件分析表明,前者低层辐合抬升条件明显好于后者,而后者的热力条件占优势,一旦对流启动,更容易发展.     

一次飑线天气的非常规气象资料特征分析

利用常规及非常规气象资料，对2004年6月7日河北省衡水市的一次飑线进行了分析，发现低涡切变线、地面冷锋是这次强对流天气的影响系统。从红外卫星云图特征看，这次飑线过程属于在较弱的风垂直切变环境下生成的断续线型，多个对流单体构成云线。从雷达回波特征上看其发生发展过程属于后续线型，形成比较典型的弓形回波和逆风区。对比红外卫星云图、闪电定位资料以及雷达回波发现，三种非常规气象资料在系统影响时间、强度变化，移动方向方面具有很好的对应性。     

带通滤波在华北飑线预报中的应用

本文选择了两种有代表性高空流型的华北飑线个例,应用带通滤波器成功地将实际流场分离成变化缓慢、比较稳定的大尺度环境场和有明显移动变化的中尺度扰动场。一般,在扰动场上出现几个中-α尺度(250-2500km)的扰动系统,其中有一两个扰动系统较深厚,并有规律地移动。它们的水平尺度比飑线系统大,生命史较长并先存在于扰动流场中,飑线就发生在某一扰动的一支较强的气流内。     

一次飑线过程的雷达回波分析及其反演风场研究

用常规气象观测资料,中尺度自动气象站资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月15日发生在重庆中西部的飑线过程的进行了分析,发现了"逆风区"在预报中具有一定的提前量。同时通过四维变分(4D-VAR)同化方法反演风场,得到反演的水平风场能较好的反映飑线内部各个发展阶段的对流单体的内部流场结构,同时发现4D-VAR反演风场能较好的反映出飑线不同发展阶段的流场特征。     

OBSERVATIONAL STUDY ON THE PRE-TROPICAL CYCLONE SQUALL LINE OF 8 AUGUST 2007 OVER THE COAST OF SOUTH CHINA

A squall line in front of the tropical cyclone Pabuk occurred in the west of the Pearl River Delta to Zhanjiang on August 8th, 2007 when the storm approached South China. The development, structure and environmental conditions for this squall line were investigated in this study, with particular attention paid to the possible connection of this squall line with Pabuk. The observational data employed in this study are from soundings, Doppler weather radars and wind profile radars. The following six major conclusions are drawn by our observational analyses. (1) This squall line developed gradually from individual convective cells, and land breeze may be responsible for the onset of the squall line. (2) The path and intensity of the squall line were modulated by the environmental conditions. The squall line propagated along the coastline, and it was stronger on the landing side of the coastline compared with the surrounding in-land regions and oceanic regions. (3) The typical characteristics of tropical squall lines were seen in this squall line, including the cold-pool intensity, vertical structure and the wake flow stratiform precipitation at its developing and mature phases. (4) The environmental conditions of this squall line resemble those of tropical squall lines in terms of deep moist air and low convection condensation level. They also resemble mid-latitude squall lines in terms of the convective instable energy and vertical wind shear in the lower troposphere. (5) Two roles were played by the strong wind around Pabuk. On the one hand, it made the atmosphere more unstable via suppressed shallow convection and increased solar radiation. On the other hand, it enhanced the land-sea thermal contrast and therefore strengthened the sea breeze and the resultant water vapor transport. The sinking temperature inversion prevented the occurrence of low-layer weak convection and accumulated convection instability energy for the development of the strong convection.     

Radar characteristics of convective clouds during squalls in the southeastern part of western Siberia

The following radar characteristics of squall clouds in southeastern western Siberia are studied: the frequency of the maximum height of cumulonimbus clouds in squalls, the height of the 0°C isotherm, radar reflectivity at three levels, maximum reflectivity, and a complex criterion of thunderstorm likelihood. The radar characteristics are determined for squalls in different synoptic situations. The results of this study can significantly improve the existing methods of squall forecasting.     

华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析

利用2012—2015年3—9月华南地区的雷暴大风和雷达数据,挑选了华南地区20次典型飑线过程并进行统计分析表明:华南地区的西风带飑线出现于春季和初夏,台风飑线出现于盛夏;3—4月的西风带飑线一般在凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,而7—9月的台风飑线一般在中午或下午开始发展,前半夜趋于减弱。挑选了4次西风带飑线过程和4次台风飑线过程,使用2012—2014年的NCEP物理量分析场,在考虑季节变化的基础上分析两类飑线各种物理量的异同点,结果表明:西风带飑线850 hPa与500 hPa的温差较大,台风飑线则是925 hPa与700 hPa的温差较大;西风带飑线低层暖平流较强但中层不明显,台风飑线相反;在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间的变化为显著负值,台风飑线则不明显;西风带飑线的高层辐散和低层辐合较台风飑线更强;台风飑线925 hPa的相对湿度较西风带飑线小,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa以干平流为主而925 hPa以湿平流为主,台风飑线则相反。对两种飑线过程进行对比分析表明,雷暴高压的持续加强、扩大及相应冷池的扩大导致西风带飑线的不断加强发展,而台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的等压线锋区可能对回波的生成和前期发展有重要作用。      

不同强度台风相伴随的内陆台前飑线对比分析

本文应用多种常规观测资料和非常规观测资料,以两个强度差异较大的台风(201409号台风威马逊和200606号台风派比安)在内陆造成的台前飑线为研究对象,从飑线产生的实况、大尺度环流背景及飑线不同阶段进行分析,重点以飑线初生阶段的环境条件和成熟阶段的地面中尺度特征、垂直结构进行对比分析。分析结果表明:(1)"威马逊"飑线主要是台风倒槽和副热带高压(以下简称"副高")的相互作用引起的;而"派比安"飑线则是由台风倒槽、副高、西风槽相互作用引起的;两次过程副高位置的不同造成台风外围东南急流位置的差异,"派比安"飑线过程中东南急流更有利于飑线的持续。(2)飑线初生阶段,充沛的水汽来源、明显的条件不稳定、不稳定能量的积累、对流抑制能量的减小均为飑线的初生提供了有利的条件,地面辐合线使得离散的对流单体组织发展成飑线;而水汽条件、地面辐合线位置的差异导致了两次飑线初生位置的不同;对流有效位能(CAPE)、对流抑制位能(CIN)差异预示着"派比安"飑线过程对流发展潜势强于"威马逊"飑线过程。(3)飑线成熟阶段:由地面温压场特征分析出"派比安"飑线冷池中心比"威马逊"飑线更明显;垂直动力结构更有利于强对流的产生和发展。(4)西风槽底部和台风倒槽顶部在湘北的结合,使得已衰减的"派比安"飑线再次增强发展形成Ⅱ阶段飑线。(5)和以往研究的西风带飑线相比,这两次飑线过程并没有分析出那么强的"雷暴高压"、正变压,但有冷池、明显的温度梯度、气压梯度,低层的垂直风切变主要是由风的方向变化所导致。     

A Modeling Study on the Mechanism of Convective Initiation of a Squall Line over Northeastern China

High-resolution numerical simulation results of a squall line initiated along a convergence zone in northeast China on 26 June 2014 were presented in this study. The simulation was performed by a convection-permitting model with coarse and fine grids of 4 and 1.33 km, respectively, and the simulation results were validated against the observation. Results showed that the simulation adequately reproduced the life cycle of the squall line, which allowed detailed investigation of the mechanism of convective initiation in this case. The synoptic condition was favorable for convective initiation and the convection was triggered in a convergence zone, where a branch of dry and cold air and a branch of moist and warm air collided. The water vapor flux divergence was inhomogeneous and some cores of water vapor convergence existed in the convergence zone. These cores were the spots where water vapor converged intensely and the air there was forced to rise, creating favorable spots where the convection was initially triggered. A series of quasi-equally spaced vortices near the surface, which themselves were the result of horizontal shear instability, were accountable for the inhomogeneity of the surface water vapor flux divergence. These vortices rotated the moist air into their north and dry air into their south, thus creating more favorable spots for convective initiation in their north. After initiation, the updraft turned the horizontal vorticity into vertical vorticity in the mid-level. The vortices near the surface collaborated with the vorticity maxima in the mid-level and enhanced the development of convection by providing water vapor.     

一次华南海岸带台前飑线的结构特征与环境条件的观测研究

2007年8月8日,热带风暴“帕布”移动到华南近海,在珠江三角洲至湛江以西地区出现了一次强飑线天气过程。根据多普勒天气雷达、风廓线雷达和气象探空等观测数据,分析此次台前飑线的生成、演变过程、组织结构以及环境大气条件特征,并对热带风暴“帕布”与台前飑线环境大气的关系进行初步探讨。观测和分析结果显示:(1)此次台前飑线系统是由孤立的对流单体逐渐发展而成,陆风环流的抬升作用有可能对飑线的初始生成起到重要作用;(2)台前飑线移动路径和强度受海岸附近环境条件的影响;在海岸靠近陆地一侧的强度远比内陆和海洋上强,移动路径倾向于沿海岸线平行;(3)台前飑线在发展和成熟阶段,其水平结构具有典型的尾流层云降水特征;其冷池强度和垂直结构具有典型的热带飑线特征;(4)台前飑线发生在具有深厚水汽层、对流凝结高度较低的环境大气条件中,与热带飑线的环境大气条件类似;而对流不稳定能量和低层垂直风切变强度与中纬度飑线接近;(5)热带气旋外围大风一方面使低层风切变加强,同时为环境大气提供了高层的水汽。在下沉环流区内太阳辐射使陆地明显增温,一方面使位势不稳定能量增大,另一方面也使海陆温差增大、海风环流加强,导致低层风切变进一步加强,低层水汽输送增大。下沉逆温抑制了低层弱对流的发生,为强对流的发展积累了对流不稳定能量。      

On the Development of Meso-Scale Heavy Rain Parcels in China

Heavy rains occur in China frequently, which often bring us floods and serious disasters in the summer half-year. The meso-scale heavy rain parcels (MHRP) in the mid-latitude are usually developed in following cases:I.By the approaching, meeting and / or overlapping of different weather systems, when two or more different rainfall systems are getting to conjugate, some MHRPs could be developed, such as: 1) a new cold/warm front or squall line approaches an old front or squall, even when the old one is somewhat decrepit; 2) at the places where two or more synoptic systems with different characteristics are meeting together, such as the meeting of tropical cyclone with the cold airs coming from the mid- and / or high-latitudes, or the low latitude vortex meeting with the westerly trough; 3) at the intersections of some different weather systems, such as the intersection of drylines, squall lines or fronts moving from different directions; and 4) by the overlapping of rainfall parcels produced continuously