下击暴流形成机理及监测预警研究进展

下击暴流指对流单体强下沉气流引发的地面或地面附近的爆发性辐散出流,单个下击暴流会导致千米尺度地面强阵风,而下击暴流簇可导致较大范围间断性地面灾害性强阵风,其形成机制亦不限于强下沉气流辐散。文章回顾了下击暴流的界定,然后分为孤立风暴产生的下击暴流和中尺度对流系统内嵌的下击暴流两种情况进行讨论,内容包括对流大风和下击暴流产生的物理机理、风暴结构特征以及基于多普勒天气雷达的预警技术。在上述回顾基础上,对下击暴流形成机理及监测预警难点进行了讨论,提出了与下击暴流相关的亟需研究的问题。     

微下击暴流外流动力学

1.引言哪些因素决定着微下击暴流的峰值外流速度?在定常外流的情况下,外流的速度近似地与下曳气流的速度相同.后者是负浮力垂直方向积分的近似估计值(Droegemeier,1988).在定常的情况下,负浮力的作用简单地说是使下降气流加速,而对外流没有任何其他的影响.可是,对于非定常状态,负     

多普勒天气雷达下击暴流图像识别

以下击暴流具有的低层显著辐散特征为基础,引入图像识别中的连通区识别技术,开发出了应用于多普勒天气雷达的下击暴流图像识别算法。首先通过设置的速度阈值将径向速度进行二值化处理,然后运用8邻域法寻找速度大值区,并采用距离、夹角和正、负速度差值等条件进行约束对正、负速度大值区进行配对,最后对未成功配对的速度大值区进行邻近区域的二次匹配,从而识别出下击暴流区域。利用多个下击暴流个例实测的多普勒雷达数据对该算法进行了测试,结果表明该算法对一些较小尺度的下击暴流,尤其对受环境风场影响而具有不对称辐散特征的下击暴流有良好的识别效果。     

武汉一次下击暴流天气的成因分析

对多普勒天气雷达、卫星以及高空地面等各种探测资料进行了综合分析。结果表明:2007年7月27日发生于武汉地区的局地强对流天气过程主要是在500 hPa副热带高压边缘反气旋性弯曲的西南气流中,受午后下垫面强烈加热、对流不稳定增强、局地中尺度辐合系统加强等共同作用下,产生的中尺度对流系统直接造成的。雷暴云中宏尺度(Macro-scale)、微尺度(Micro-scale)的下击暴流在近地面形成的破坏性直线风是导致武汉地区大风灾害的直接物理原因。     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析．结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征．     

辽源市东辽县境内一次下击暴流的分析

利用长春多普勒雷达产品资料对2008年7月23日发生在辽源市东辽县境内的一次下击暴流天气进行初步分析,结果表明,回波加强时产生了28．3m／s的大风及强降水天气;弓状回波的反射率因子核心部分（〉45dBz）的高度下降明显。     

下击暴流自动识别算法研究

针对下击暴流反射率因子核心下降和低层强辐散的流场特征,开发了基于多普勒天气雷达资料的下击暴流自动识别算法。首先采用风暴识别和追踪算法对风暴进行分类识别,计算风暴反射率因子核心下降的高度,同时对多普勒雷达最低层径向速度资料进行处理,寻找符合低空辐散特征的一维辐散矢量;其次利用二维识别技术合并成二维辐散特征,并采用一组质量...     

山东半岛秋季一次脉冲风暴下击暴流观测分析

利用山东威海CINRDA/SA多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面自动气象观测站资料等,对2018年9月8日发生在威海文登机场附近的一次下击暴流天气特征进行分析。结果表明：1)此次下击暴流天气发生在高低空一致的西北气流背景下,午后太阳辐射使得低空大气加热显著,形成了强烈的不稳定层结。2)大气层结特征呈喇叭状温湿分布,850 hPa以下接近干绝热的温度直减率,为下击暴流的发生提供了有利环境条件。3)地面辐合线为风暴单体的产生提供了动力抬升条件。4)从多普勒雷达产品上看,风暴初始回波发生在午后海风锋触发的晴空窄带回波上,通过单体间的合并加强,发展成为多单体风暴;下击暴流出现前,对流风暴回波强度及高度明显发展,成熟阶段的对流风暴伴有回波悬垂结构和三体散射特征,伴随着强反射率因子核心的持续下降,下击暴流迅速到达地面,径向速度图上存在明显的中层辐合、旋转、低层辐散的现象;5 km以上60 dBZ强反射率因子核心的下降,结合径向速度中层辐合、低层辐散特征可提前3～9 min预警下击暴流的发生。     

一次下击暴流过程的多普勒雷达特征分析

本文主要利用高空及地面常规观测资料、卫星遥感监测资料和C波段多普勒雷达监测资料,对2012年6月20日下午14时30分产生在齐齐哈尔东部的下击暴流过程进行分析。结果发现:这次下击暴流主要是前期低层辐合并且配合了较好的层结不稳定条件使得对流发展起来;后期由于700 hPa干空气的卷入使得降水粒子在下降过程中蒸发,气团加速,最后在地面附近产生辐散性大风。在过程开始之前可以根据雷达探测到的反射率因子核高度的不断下降以及不同高度速度场的辐合辐散特征提前几分钟预警出下击暴流过程。     

Manual of downburst identification for project Ni m-rod

2020年5月20日受强对流系统影响广西贵港市出现下击暴流,造成严重损失。本文利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料、NCEP再分析资料,对该下击暴流超级单体的结构演变与环境特征进行了分析。结果表明：（1）2020年5月20日贵港市黄练镇厂房损毁和人员伤亡是小尺度下击暴流造成的辐散性阵风所致。（2）造成下击暴流的超级单体初生阶段向东北方向移动,增强、成熟和消亡阶段向东南方向移动;该单体成熟阶段具有钩状回波、回波悬垂、有界弱回波区、中气旋、中层径向辐合等特征且维持了较长时间。（3）该过程500 hPa广西有短波槽东移,槽后干冷的西北气流与低层西南暖湿空气在广西中南部造成强垂直风切变和不稳定层结,一方面使风暴体倾斜增强了中层干冷气流的侵入,另一方面加大了由水凝物粒子蒸发冷却作用引起的负浮力。（4）中低层暖平流强迫和地面辐合线是此次下击暴流的主要的强迫和触发机制;初始对流在桂西南触发,分散的对流单体在宾阳与贵港附近加强为高度组织化的对流系统,中层干冷空气的侵入、高的低层环境相对湿度与凝结物的重力拖曳共同作用产生强的下沉气流和近地面灾害性大风。

     

鄂东一次下击暴流天气的中尺度分析

利用自动气象站观测网资料,计算了逐分钟地面散度场,并将散度场等与多普勒天气雷达资料叠加形成综合分析场,对2007年7月27日鄂东地区雷雨大风天气过程进行了中尺度分析。结果表明:地形辐合线对中尺度对流系统(MCS)触发和加强起到重要作用。MCS发生发展期间,多普勒天气雷达上相继有两个弓状回波形成。第一个弓状回波在速度图上因弓状回波移动方向与雷达波束有较大夹角后部入流急流特征不明显,但强度图上有弱回波通道特征;第二个弓状回波沿雷达径向移动,后部入流急流特征明显。武汉地区灾害性雷雨大风是一个强盛的多单体风暴所产生的系列下击暴流造成的,它位于第二弓状回波向前突出的位置。系列下击暴流发生期间,地面附近强辐散峰值与多单体风暴强回波高度显著下降的时间和位置基本一致。除弓状回波特征、后部入流急流、中层速度辐合及回波重心高度下降等特征外,弱回波通道、风暴相对速度图上沿雷达波束方向的正负速度对等也是下击暴流发生的典型特征。     

下击暴流的雷达预警量化指标研究

下击暴流是一种局地灾害性天气现象,对航空飞行安全有极大危害,也会对地面物体造成严重损害。依据下击暴流发生前母体雷暴(下文简称雷暴)反射率因子核迅速下降的特征,基于雷达体扫数据,定义了判断下击暴流发生、发展的“单位面积等效势能”概念,并结合下击暴流期间雷暴速度场中层辐合的事实,设计得到了下击暴流出流强度公式。结果表明:(1)单位面积等效势能值的变化准确反映了雷暴强中心高度变化。(2)相邻体扫的单位面积等效势能差,反映了雷暴能量的释放量,下击暴流发生前1—2个体扫的单位面积等效势能差达到最大,这反映了下击暴流的爆发;可通过设置单位面积等效势能的释放量为30%,预警下击暴流的发生。(3)单位面积等效势能的释放能够提前6—12 min预警出下击暴流的发生,并通过出流强度公式量化由下击暴流产生的地面大风值。预警风速的误差由雷暴距雷达的距离决定,距离越近风速误差越小,反之亦然。(4)对6次下击暴流预警结果表明,该指标能够准确预警下击暴流的发生,而出流强度受雷暴识别参数的影响较大,远距离误差较大。     

渤海的特殊地形对冬季冷流降雪的贡献

对2001年12月24日由干冷的东北冷涡南下导致山东境内沿渤海地区产生降雪的过程进行了分析。结果表明：渤海半封闭型的海域加强了冷涡的强度，提供了水汽，同时其海岸线及其周围的特殊地形对这次降雪也有很大的贡献，是一次典型的中尺度系统与局地小尺度系统叠加的实例。     

Doppler radar observation, CG lightning activity and aerial survey of a multiple downburst in southern Germany on 23 March 2001

Two downburst events from one thunderstorm are investigated, which occurred on 23 March 2001, in Germany's climatologic annual minimum of downburst activity. Observations by two Doppler radars are combined with hail reports, ground lightning detection and an aerial survey conducted after the event. The downburst-producing storm had formed at a synoptic convergence line within the warm sector of a cyclone. It had a remarkably high propagation speed of up to 31 m s^− 1 corresponding to the mid-tropospheric flow. Thus, by superposition with the storm motion, even two weak downbursts were sufficient to cause the observed damage of F1 and F2 intensity, respectively. While in its late stages, the storm was dynamically characterized by lower- and mid-tropospheric divergence; at about the time of the first downburst, a mesocyclonic vortex signature was verified. Aside from mid-tropospheric dry air entrainment, a thermodynamic explanation for the triggering of the two downbursts by melting of small hail according to recent findings by Atlas et al. [Atlas, D., Ulbrich, C.W., Williams, C.R., 2004. Physical origin of a wet microburst: observations and theory. J. Atmos. Sci. 61, 1186–1196] appears probable. Despite the lack of warnings to the public, the storm's potential for hail and strong straight-line winds was detected by the German weather service radar software CONRAD more than a half hour before the downbursts occurred.     

乌鲁木齐市区域数值预报模式业务系统

介绍了区域非静力中尺度数值模式预报系统，模式与MICAPS平台的结合，运行的硬件、软件平台，在新疆气候及复杂地形下对模式的预报能力进行了初步的试验。     

“4.20”川南强风暴的初步分析

1989年4月19日23时至20日02时,川南地区发生了一次特大风雹事件,经单站资料和雷达、卫星照片分析,确认此次风雹灾害不是龙卷、飑线造成;而是与超级强风暴单体后部的下击暴流相联系.本文依据所收集的有限资料,从风暴形成的环流背景.能量条件、触发机制等方面作丁初步分析,发现“4·20”风暴的形成与以前总结的强雹暴形成模式差别较大,因此,对它有作进一步研究的必要.     

鲁南一次锋面附近局地特大暴雨成因分析

利用美国新一代中尺度数值模式WRF对2005年9月2日发生在鲁南的一次局地特大暴雨过程进行了数值模拟,着重对此次暴雨的产生机制进行了分析.研究表明,台风倒槽顶部的高湿区是暴雨主要水汽来源;对流层低层辐合线在暴雨发生发展过程中起重要作用;锋面附近的小尺度扰动是造成暴雨的直接系统;对流层低层地形造成的绕流是暴雨重要的触发机制;南北两系统的相互对峙是造成特大暴雨的重要原因.     

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率η坐标模式，以一个实际飑线个例的常规资料为初值，通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线，进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验，结果表明，飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能，小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却，而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动，起着胚胎和组织积云对流的作用，这样大、中、小三种尺度相互作用导致了边界层中尺度辐合线发展成为飑线。