2011年盛夏石家庄一次短时暴雨分析

2011年7月26日石家庄市出现一次暴雨冰雹天气,其特点是500 h Pa及以上高空强冷空气导致高空形势在12 h内发生剧变,短波槽快速南下,致使探空观测和数值预报失灵。本文对其他监测资料进行分析,发现这种剧烈变化的天气有明显特征:卫星云图上河套北部逗点云系尾长而粗壮,有向南发展趋势,云系后部的暗区表明干冷空气侵入,与低层暖湿空气形成对流云,尾部断裂表明冷空气加速南下。单站要素变化显示,石家庄地面假相当位温比正常值高了8℃,出现异常不稳定能量。强对流天气发生在假相当位温密集带内,能量中心假相当位温最高达到90℃以上,100 km内假相当位温温差超过25℃,最大降雨出现在假相当位温密集带内。雷达回波呈西南—东北带状排列,前部最大强度为65 d BZ,强回波前形成阵风锋,正负最大速度均超过20 m/s,飑线自西向东移动,它的移向和发展程度决定降雨和冰雹的路径和强度。石家庄市区风向转变和形成地面辐合线分别较降水起始时间提前21 min和30 min。     

沙尘暴个例的热力动力结构分析

运用Micaps常规气象观测资料,结合天气动力学分析方法,从沙尘暴发生发展的动力、热力角度,对2011年4月29—30日发生在巴彦淖尔市沙尘暴天气个例深入分析,结果表明:沙尘暴发生前,近地层气温较高,200h Pa附近有超低温,垂直温度梯度增大,对流旺盛。高空急流入口左侧辐合下沉运动形成逆温层,有利于不稳定能量在底层积累。500 h Pa以下高度相对湿度由底层到高层迅速增大,500 h Pa高度以上相对湿度呈减小趋势。饱和假相当位温曲线在600 h Pa以下与温度轴成钝角,饱和假相当位温曲线和假相当位温曲线距离较远,表明600 h Pa以下大气层结呈不稳定结构,且近地层到高空水汽含量较小,不稳定结构为沙尘暴发生提供了有利条件。200 h Pa附近,位温、假相当位温、饱和假相当位温三条曲线一致向左倾斜又向右倾,表现明显的超低温,假相当位温曲线上低层偏南风,高层西风、西北风,整个对流层大气表现顺滚流。700—850 h Pa高空槽前有一致的暖平流,槽后有一致的冷平流,暖区的上升运动和冷区的下沉运动得到发展,形成明显的对流运动,由冷区的下沉运动、低层由冷区指向暖区的水平运动和暖区的上升运动构成了一个垂直方向上的次级环流,次级环流的下沉支处于高空急流轴入口区的左侧下方,进一步把高空急流的动量传递到地面,次级环流在低层由冷区指向暖区的水平运动加大地面风速,致使风力增大,为此次沙尘暴提供了动力条件。     

副高边缘暴雨过程中的GPS可降水量和假相当位温分布特征

利用2010年8月石家庄地基GPS反演的可降水量、地面加密自动站和常规天气资料,对由副高进退引起的河北省中南部一次强降水天气过程中GPS可降水量和地面假相当位温的演变趋势进行了详细分析.结果表明:1)此次暴雨过程是由副高边缘暖湿气流与切变线共同作用造成的,强降水区主要出现在500 hPa的584～588 dagpm线、700～850 hPa切变线之间;2)降水出现时GPS可降水量基本对应于高值阶段,强降水出现时可降水量位于峰值前后;降水出现时GPS可降水量偏离系数为正值,而强降水一般出现在偏离系数超过1时;3)对同一测站而言,GPS可降水量越大对应的实际降水越强.当测站不同时,GPS可降水量高并不一定代表更强的降水,这与测站的地理位置和海拔高度有关.4)降水出现前热力和水汽条件配置好,能量不断积累,假相当位温逐渐升至极大值.随着降水出现与能量的释放,假相当位温回落到谷值阶段,此谷值越低、持续时间越长,对应的降水也越强.     

假相当位温的新算法及其应用

本文引入以气压、温度、水汽压(或相对湿度百分数)为参数的假相当位温新算法和计算程序来计算地面假相当位温的θ_(se),θ_d,θ_(sed)和θ_r[‰]等物理量。并以θ_r[‰]时间剖面图简例说明其在气象站大降水预报中的可能应用。     

安徽冬季地面降水相态的判别研究

文章对安徽省2000—2009年11月至次年4月的雨、雨夹雪、雪和冻雨四类降水相态样本的温度、相对湿度和假相当位温分布特征进行了分析。从地面到500 hPa,气温、相对湿度和假相当位温对平原、山区的地面降水相态的区分能力均逐渐减弱,且相对湿度对降水相态的区分能力远弱于气温和假相当位温。在同一气压层上,假相当位温与气温对平原地区地面降水相态的区分能力相当,而假相当位温在某些气压层上对山区降水相态的区分能力略优于气温。在不同气压层上,平原地区各降水相态的气温和假相当位温均接近正态分布,山区假相当位温相对于气温更接近正态分布。因此假相当位温更适合作为地面降水相态的判别因子。选取地面到500 hPa共6个气压层(山区5个)的假相当位温作为地面降水相态的判别因子建立多级判别方程,利用2010年的降水相态样本对所建立的多级判别方程进行独立性检验。结果表明:多级判别方程对雨、雨夹雪或雪、冻雨的区分能力较好,对雨夹雪与雪的区分能力相对较弱。利用T639模式资料对两个降水相态复杂个例进行预报检验,多级判别方程能较好地预报雨雪转换的时间及区域,对降水相态的预报具有较高的参考价值。     

1996-07-17淮河上游暴雨能量分析

通过对1996年7月17日淮河上游地区大暴雨过程能量分析,得出3点认识：①暴雨区假相当位温随高度增大,湿层厚,大气处于位势不稳定和湿不稳定状态;②由于增前西南急流的水汽输送,暴雨临近出现了超常的增湿增能现象,暴雨区靠近增能中心;③在有利的环流形势作用下,系统完成了能量转换机制,支持了强降水过程。     

2012年3月4-5日湖南永州市暴雨成因分析

利用常规气象观测资料、高空探测资料以及NCEP再分析资料,对2012年3月4-5日发生在永州的一次区域性暴雨过程进行了分析.分析得出:本次强降水是在500 hPa西风槽、中低层切变线以及地面弱冷空气的共同影响下造成的,高低空急流的配合为强降水提供了充足的水汽以及动力抬升条件;高湿区中高层干冷空气平流的侵入有利于对流不稳定能量的积聚,是触发本次强降水的重要条件之一;高层负涡度辐散与低层正涡度辐合相配合的动力结构,是触发此次暴雨的动力机制;永州市附近维持假相当位温大值区,聚集了大量的不稳定能量.     

2018年吉林省一次暴雨过程成因分析

利用常规气象观测数据、吉林省加密自动站观测数据、NCEP的1°×1°再分析资料和卫星云顶亮温数据,对2018年8月13—15日吉林省一次暴雨过程成因进行分析。结果表明:“三带”(西风带、副热带和热带环流)是暴雨产生的大尺度环流背景。大气整层水汽通量显示副热带高压外围的西南气流与远距离台风外围东南气流共同为暴雨输送充沛的水汽。降水有两个主要阶段,大气层结特征均为高层有正值位涡扰动并沿假相当位温锋区下滑,大气层结不稳定,水汽充沛,不稳定能量较大。降水第二阶段水汽输送、动热力条件、不稳定能量均小于第一阶段。云图表现特征为中尺度对流辐合体和中尺度对流云团,中尺度对流辐合体云团发展旺盛时,低层呈现气旋式涡度、中尺度辐合,高层呈反气旋式涡度、中尺度辐散。925 hPa低空切变线和地面辐合线是暴雨发生的中尺度触发条件。     

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。     

罗-辛假相当位温的精确计算

综合分析罗斯贝、辛普森、拉欣和桑德斯等关于空气的干绝热和湿绝热过程的研究,从定义出发,严格推出罗-辛假相当位温(θ_ses)的精确计算公式,包含罗斯贝假相当位温(θ_se)与辛普森假相当位温(θ_ss),编制出5种假相当位温变量表,对比分析了文献[12]及其计算结果与本文相应结果的差异,并分析指出差异的原因。     

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明：模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。

     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

三峡坝区一次强风害天气多普勒雷达回波分析

2002年4月15日夜间发生在三峡坝区的强风暴属于典型的地面冷锋侵入西南倒槽天气背景下的强对流过程,其瞬间最大风力达11级,降水强度达50 mm/h左右。多普勒雷达发现风暴成熟阶段的回波具有中气旋等特征。强回波历时近4 h,根据当地短时大风的记录近地面伴随较强的下泄气流,造成灾害性大风。灾害性大风的能量可能来自对流层中层对流不稳定能量的积聚,能量大小对风害的强度有很好的指示性,对流不稳定能量层消失时刻预示风害爆发时刻。此个例灾害性大风和强降水发生在最强回波、最高回波顶和最大垂直累积液态水含量之后。强烈的天气现象与天气雷达回波指示值之间的时间差可作为预报员今后预报此类天气的重要参考。     

浙东冬季和夏季两次强雷暴天气过程对比分析

利用多种观测资料,结合NCEP再分析资料,对比分析了浙东冬季和夏季两次强雷暴过程中的各种环境条件,结果表明:以对流有效位能CAPE表达的深厚湿对流潜势条件夏季个例的比冬季的好,二者分别为1148 J·kg~(-1)和490 J·kg~(-1)。冬季个例的动力抬升条件更好:低层到地面受冷锋影响;700、850 h Pa因急流风向风速的不连续而产生较强的辐合;500 h Pa处于长波槽前的上升气流中,最大的垂直速度达1.1 Pa·s~(-1)。两次过程的共同特点是强回波分布与地面θ_(se)高值区和切变线叠加区对应关系比较好,为雷暴系统的临近预报提供了重要线索。地面有冷锋影响时,要考虑冷锋入海后风力加大,地面辐合加强,使对流发展。由海陆不同比热属性造成的海陆之间白天和夜间的不同温差,对白天和夜晚系统入海后的强度变化有不一样的影响。10个浙东冬季雷暴个例天气形势分析结果表明,冬季雷暴的共同特点是都有冷暖空气在浙东强烈交汇,华南到华东中低层有很强的西南急流,850 h Pa最大风速达到20 m·s~(-1)以上。两季雷暴各种对流参数对比分析结果显示,冬季雷暴比较好的预报指标是总指数和垂直风切变,重点关注西南急流的强度、冷锋和850-500 h Pa的对流稳定性及动力抬升条件。     

对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究

文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法,对大气对流能量参数的计算技术进行了研究。结合实际个例,利用可逆饱和绝热过程,对包含液态水重力拖曳作用的修正对流有效位能(MCAPE)和修正下沉对流有效位能(MDCAPE)进行了定量计算。文章结合数值模式输出探空分析,预报不稳定和对流能量的区域分布,在此基础上建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法,用MM5 及国家气象中心T106模式输出及诊断产品预报强对流天气落区,并检验强对流落区预报技术。     

副热带高压控制下湖南两次短时暴雨发生及系统维持机制对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料,对2018年副高控制下湖南两次短时暴雨发生及维持机制进行分析。结果表明：①在水汽丰沛且有足够的不稳定能量和抬升条件下,强盛副高脊区反气旋环流内也可以触发短时暴雨天气,其大尺度环流形势特征和湖南典型暴雨过程有着较大差异;②对流性降水发生前,不稳定能量明显增强,中低层增湿明显,为暴雨提供能量与水汽条件;③两次过程分别受副高南侧热带气旋外围云系扰动和弱冷空气侵入影响,925 hPa形成弱扰动或者弱切变,配合地面中尺度辐合线,近地面动力抬升触发对流性降水,白天受太阳辐射影响,能够自由触发热对流。地形抬升也是重要触发机制,发生在迎风坡热对流占比84%;④两次短时暴雨的雷达回波为非常明显的低质心高效率的降水回波,环境风及其垂直风切变小,尽管不利于对流风暴有组织的发展,但雷暴单体移动缓慢,有利于同一地区长时间的强降水。     

一次超级单体分裂过程的雷达回波特征分析

2016年6月7日下午鄂西发生一次伴有超级单体的强对流过程。利用常规地面和高空观测资料以及区域自动站、多普勒天气雷达等资料,对该过程超级单体形成的环境条件及雷达回波特征进行了详细分析。结果表明：（1）上干下湿不稳定层结、较高的对流有效位能与强烈的低空垂直风切变是有利于超级单体产生的环境条件,地面辐合线和鄂西北山区地形对超级单体的触发和增强起到关键作用;（2）宽大有界弱回波区以及位于其上的强悬垂回波,弱回波区前侧强入流与中层径向辐合（MARC）的存在,都表明超级单体具有降雹潜势;（3）大风核（27 m·s^-1）持续时间超过2 h、中气旋深厚持久、阵风锋、高空强冷平流下传以及风暴内部下沉气流的共同作用,导致了地面大风;（4）前侧入流槽口斜升气流强而持久且风暴顶辐散长时间维持,造成强降水。

     

2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理

2017年7月7日下午至午夜,河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程,其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和NCEP分析资料,利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下;超过2000 J/kg的对流有效位能（CAPE）、强0—6 km和0—3 km风垂直切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件;较低的湿球温度0℃层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度;对流层中层高达30℃温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE）,利于弓形回波和地面大风的形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低黑体亮温（TBB）和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统,最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等;对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因;大的对流有效位能和下沉对流有效位能以及强风垂直切变是飑线维持的原因。      

一次冷涡背景下强对流不稳定条件的成因分析

利用常规观测资料及NCEP再分析资料,在分析环流背景、探空资料的基础上,通过选取不同的高度和温度,对比研究四种CAPE以及CAPE场与地面要素场的关系,对发生在辽宁沈阳的一次冷涡背景下的强对流天气进行不稳定条件成因分析.结果表明,水汽潜热是不稳定能量的主要组成部分,冷涡背景下低层暖湿平流、高层冷干平流有利于不稳定能量的累积,从而导致强对流天气的发生;对流温度CAPE可以反映午后发生强对流所必需的不稳定能量,对强对流天气预报具有一定指示意义.     

An algorithm on convective weather potential in the early rainy season over the Pearl River Delta in China

This paper describes the procedure and methodology to formulate the convective weather potential （CWP） algorithm. The data used in the development of the algorithm are the radar echoes at 0.5° elevation from Guangzhou Doppler Radar Station, surface observations from automatic weather stations （AWS） and outputs of numeric weather prediction （NWP） models. The procedure to develop the CWP algorithm consists of two steps： （1） identification of thunderstorm cells in accordance with specified statistical criteria; and （2） development of the algorithm based on multiple linear regression. The thunderstorm cells were automatically identified by radar echoes with intensity greater than or equal to 50 dB（Z） and of an area over 64 square kilometers. These cells are generally related to severe convective weather occurrences such as thunderstorm wind gusts, hail and tornados. In the development of the CWP algorithm, both echo- and environment-based predictors are used. The predictand is the probability of a thunderstorm cell to generate severe convective weather events. The predictor-predictand relationship is established through a stepwise multiple linear regression approach. Verification with an independent dataset shows that the CWP algorithm is skillful in detecting thunderstorm-related severe convective weather occurrences in the Pearl River Delta （PRD） region of South China. An example of a nowcasting case for a thunderstorm process is illustrated.