阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明:阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明:1)此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统(persistent elongated convective systems,PECS)和1个β中尺度持续拉长状对流系统(meso-β-scale PECS,MβECS)发生发展造成的。2)与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3)物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4)低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

一次由线状风暴和阵风锋引发的致灾大风成因

2018年6月13日,多条线状风暴和阵风锋造成山东多地出现致灾大风,基于常规、加密气象观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,对此次大风成因进行了分析。结果表明:(1)冷涡后部横槽转竖引导冷空气叠加在低层暖脊之上,850 hPa与500 hPa 温差高达34.7 ℃,同时925~600 hPa 的干层与地面至925 hPa的近饱和层相叠置,上下层大气之间温、湿差异显著,形成强热力不稳定,持续并增强的低层逆温层使不稳定能量得到积累,显著干层和低层强温度垂直递减率为夹卷和蒸发冷却过程提供了有利条件。(2)线状风暴各生命期强阵风是由内嵌其中的普通单体或超级单体下击暴流所引发。单体间下沉气流合并使地面大风的影响范围和强度有所增大。强阵风均伴随较强降雨和降雹,雨滴和冰雹的拖曳是产生下击暴流的重要原因,极大风速与5 min降水量具有正向相关性,青岛34.8 m ·s-1的极端大风出现时5 min降水量达19 mm。(3)山东东南部的初生对流在地面辐合线、海风锋、对流云街上被接连触发,遇阵风锋后生命史延长,得以并入到主风暴,使风暴发展壮大,而风暴中的下沉气流又驱动多股阵风锋加速向南推进,增强地面风速,阵风锋与风暴主体之间存在相互促进机制。在对流潜势较高的条件下,需关注边界层辐合线对对流的触发作用。     

2020年5月山东强对流天气特点及成因

2020年5月山东共出现13次强对流天气过程,其中8次出现冰雹,共15市（93.8%）81站（65.9%）出现降雹,单站最大降雹次数为4次。10次出现10级以上雷暴大风,5次出现短时强降水,强对流次数之多、范围之广、强度之大、灾害之重为近10年少见。其中,“5 ·17”强对流天气过程最为剧烈,其冰雹范围之广非常罕见,最大冰雹直径为4.5 cm,最大风速达36.6 m ·s^-1（12级）,最大雨强达56.9 mm ·h^-1。利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）和加密自动气象观测站、多普勒天气雷达、闪电定位等资料,对2020年5月山东强对流天气特点及强对流多发的原因进行分析,并以“5 ·17”强对流天气过程为例,对雷达回波特征和风暴内的垂直运动进行剖析。结果表明：（1）副热带高压强度偏强,一方面有利于其外围的西南暖湿气流到达山东,另一方面阻挡西风带系统,导致前倾槽强度偏强,长时间维持在山东上空;500 hPa异常偏强的暖高压脊前西北气流携带的冷空气叠加在850 hPa偏强的暖温度脊上空,造成山东上空长时间为位势不稳定大气层结。（2）在上述有利的天气背景下,山东上空水汽充沛,对流有效位能偏大,冀鲁豫3省交界处气旋式辐合偏强,鲁中地区稳定存在一条辐合线,容易触发产生强对流天气,造成山东5月强对流天气频发。（3）对流风暴高度组织化、区域性的超级单体群以及一条长度超过500 km的强飑线是造成“5 ·17”强对流的直接原因,对流风暴内部的上升速度高达28 m ·s^-1。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

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 h Pa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。     

浙江省北部沿海一次雷雨大风天气过程分析

文章对2007年7月21日浙江省北部沿海一次雷雨大风天气过程的多普勒雷达回波特征及其成因进行了分析.结果表明:这次强对流天气发生在副高边缘的不稳定区域,高空有弱冷空气侵入形势下,地面静止锋是造成强对流天气的直接影响系统.淅北地区低层暖平流和地面持续4天的高温,积累了巨大的不稳定能量,在高空有冷平流侵入后,高低层温度差动平流大大促进了这一地区大气不稳定层结的发展.这次强对流天气的源地位于露点锋区之中,实际预报工作中要注意露点锋区中对流云团的发生发展.雷达回波上出现阵风锋和快速移动的强对流短带,是有雷雨大风天气产生的标志.     

冷涡背景下两次强对流天气对比分析

2010年5月29—30日和2012年6月12日山东半岛均出现由高空冷涡造成的强对流天气,但其强度和范围却差异较大。综合分析天气形势、探空资料、卫星云图、多普勒雷达和风廓线仪等资料,结果表明:两者均受冷涡低槽影响,前者为地面气旋,后者为冷锋过境;水汽图上水汽区的干湿边界、暗区等与强对流的发生发展有着密切关系;红外云图TBB≤-48℃的范围基本与出现对流的区域吻合,TBB≤-52℃的区域与强降水区域比较吻合,但当湿层比较浅薄时,也可能只出现雷暴天气,而非强降水。     

两次长寿命非超级单体孤立强风暴多普勒天气雷达观测对比分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空和天气实况资料,对2次历时超过4 h的孤立非超级单体风暴强度结构、流场结构和环境物理量及其差异性进行了分析。结果表明,0611和0915风暴均产生于东北冷涡底部西北气流和低层切变线环境形势下,上干冷下暖湿,0～6 km具有强垂直风切变,600 h Pa为起点的下沉对流有效位能(DCAPE)具有较大值。旺盛阶段,0915风暴的最大反射率因子(DBZM)、基于单体的垂直累积液态含水量(C-VIL)和强中心高度(HT)参数平均值明显大于0611风暴,差值分别是6. 7 dBZ、11 kg·m-2和2. 4 km。0915风暴成熟阶段的前期表现为明显中层径向辐合(MARC)特征,中期风暴中层表现为强气旋性旋转气流结构,后期又演变为MARC特征,同时辐合强度更加显著。0611风暴旺盛阶段中层具有双涡结构,但前期气旋性旋转强度明显大于反气旋性旋转强度,后期情况相反,反气旋性旋转强度明显大于气旋性旋转强度。两次过程中环境物理量差别明显的是对流有效位能(CAPE)和低层比湿,0915风暴CAPE和低层比湿明显大于0611风暴过程。在相似的形势背景下,低层湿度大,具有大的CAPE值,风暴内部上升气流的最大上升速度较大,利于强反射率核的悬垂和维持。     

冷涡背景下一次强对流过程的卫星水汽图像特征

将卫星水汽图像与高层动力场进行叠合分析,可为强对流天气监测预报提供有价值的信息。将卫星水汽图像和大气动力场相结合,对山东省一次冷涡背景下连续强对流过程的环境特征进行分析。结果表明,冷涡云系具有非对称结构特征;冷涡东南侧的暖湿对流与涡后动力干带入侵时爆发的暗区新生对流,这两个阶段的热、动力不稳定增长机制有所不同。与高位涡、急流相伴的水汽暗带是对流层上部的动力活跃区。当涡后具有高位涡特征的动力干带入侵时,高层动力活跃区叠加于低层暖湿平流区上空,促使对流爆发。卫星水汽图像体现了冷涡发展不同阶段高空动力强迫的差异。水汽图像上动力干带色调变暗,干湿边界锐化的特征,与高层位涡和高空急流增强有关。通过卫星水汽图像上连续时次的干湿对比,可以跟踪识别这些高层特征,进而判断高层动力特征的演变,为深厚湿对流环境条件的诊断提供依据。     

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3. 3次,主要发生在7月上旬——8月中旬,17——23时和02——08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg~(-1),对流由冷锋触发(有时存在暖区对流),强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg~(-1),对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg~(-1)。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。     

一次渤海“切变线”诱发强对流天气监测及可预报性探讨

利用micaps3.2系统强对流实况监测、渤海6部天气雷达、海洋WRF模式等同步资料,对2015年8月31日渤海一次典型"暖式切变线"引发强对流天气过程进行综合分析及可预报性探讨。结果表明:天气尺度系统的有效配置为不同时段的中尺度对流系统发展提供了环流背景条件。08—20时渤海湾一线925—850 h Pa切变线东移增强,08时临近探空K指数35℃、SI指数-1.81℃及CAPE为166 J/kg,垂直风切变16 m/s,导致天津一线的强对流天气发生。20—02时低层925 h Pa"暖式切变线"北抬,20时K指数32℃,SI指数为1.36℃,CAPE达383 J/kg,垂直风切变为19 m/s,对流性不稳定能量增强,在渤海中部的切变线附近诱发多个中γ、β尺度强对流风暴单体,在雷达回波"列车效应"下,造成了秦皇岛近海新一轮强对流天气过程。WRF模式数值模拟与实况对比:对流有效位能(CAPE)08时初始场运行结果误差大于14时;逐小时强对流回波带演变与925 h Pa切变线和CAPE高值区较一致;强垂直运动和边界层水汽辐合触发CAPE的释放;在辽东湾北部Δθse(850—500 h Pa)较弱干冷切入与对流系统的发生、落区有一定对应关系;雷达监测网与WRF物理量叠加是提升海区强对流预警方法的有效途径之一。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。     

山东一次春季冷空气10级大风的天气成因

2020年3月18日中午至夜间,山西、河北、北京、天津和山东等地先后出现阵风10级及以上强风天气。利用风廓线雷达、国家级地面气象观测站和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析数据(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)等资料,对强风过程的天气学成因进行了分析。结果表明：强风发生在低空暖脊异常发展的热力环境条件下,冷锋自黄土高原下到华北平原,中层锋消,垂直方向上发生“断裂”,低层冷锋先行侵入热低压,在锋生过程中发生。强风具有显著的非地转瞬变特征,低层强冷平流是强变压梯度产生的主要因素,变压风叠加在快速移动的冷锋系统中诱发大风,变压风是重要组成部分;低空动量下传效应引起低层风速波动,但不足以直接诱发强风。     

渤海湾阵风锋垂直结构特征及维持机制分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、VDRAS反演资料和地面加密自动站等资料,分析了从渤海湾西岸和南岸移入的两条阵风锋发展演变过程及其维持机制.结果 表明:西岸阵风锋处于"亚最优切变态",垂直伸展厚度为1.8km,对流层低层强盛的西南暖湿气流沿阵风锋输送到雷暴中,强冷空气堆下沉与近地层暖湿空气形成的气压和温度梯度密集区造成...     

渤海强对流天气监测及概念模型初建

利用micaps系统个例库、秦皇岛雷达、天津雷达、FY-2E红外云图、海岛站、GPS闪电定位仪、探空及中尺度物理量场等资料,采用同步资料叠加分析方法,对2007-2011年4-10月出现渤海西岸区至海区强对流天气的25个例进行综合分析和对应关系的研究.初步得出:(1)强对流发生时三类天气尺度背景场条件下的高空与低层急流配置及K指数和SI指数对应值,渤海边界层辐合线与强对流天气落区对应关系;(2)同步卫星云图中尺度MCC象元动态特征及TBB值;(3)海区中β尺度单体及多单体风暴雷达反射率因子、回波顶高特征及阈值,回波顶高与雷电分布对应关系;(4)初步建立渤海强对流天气概念模型,归纳海区强对流预警指标.在2012年5-6月业务试验中效益显著,为渤海海洋强对流天气监测、精细化预报方法研究提供参考依据.     

华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气环境场条件对比分析

利用探空观测资料,对比分析华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气过程环境场条件,揭示出现短时强降水、雷暴大风和冰雹天气时的水汽、稳定度和垂直风切变差异特征.分析结果表明:500 hPa上冷涡中心位于42°N的华北冷涡、850 hPa低涡系统和偏南风急流以及地面气旋是这三次混合型对流天气的影响系统;在这三次混合型对流过程中...     

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明:1)两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2)两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0℃层高度之下。3)风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子Z_(DR)和比差分相位K_(DP),Z_(DR)≥0.5 dB,K_(DP)≥0.5°·km~(-1),相关系数CC≥0.95;反射率因子在50～54 dBZ之间,对应的K_(DP)1.0°·km~(-1),CC≥0.97,Z_(DR)适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4)两次强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现Z_(DR)柱和K_(DP)柱,高度接近-10℃层高度,8月10日强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱略高于0℃层高度,Z_(DR)柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

一次强对流天气过程中的两次回波合并分析

在对流性天气过程中,回波的合并往往容易引发强对流的产生和发展。本文针对2004年7月6日发生在浙江中北部到舟山沿海一带的一次强对流天气过程,利用舟山新一代天气雷达资料,对此次天气过程中出现的两次回波合并过程进行分析。结果表明：此次天气过程中出现的两次强对流天气都与回波的合并有密切的关系;最强烈的天气最有可能出现在回波即将合并到完全合并之间。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。