2014年7月14日新乡强对流过程成因分析

利用常规和区域自动站观测资料、卫星和多普勒雷达监测产品及NCEP再分析资料,对2014年7月14日新乡强对流过程进行了综合分析。结果表明：高空东移冷槽与低层暖脊叠加使新乡上空形成明显的不稳定层结,而中低层暖湿空气在午后表现出明显的北抬和向高空扩展的趋势,使大气对流不稳定度进一步加强,有利于雷暴大风和冰雹强对流天气的出现;同时,强对流天气发生前0—6 km垂直风切变达到中等偏强程度,有利于对流系统的形成和维持。地面中尺度辐合线起对流触发作用,辐合线尾部前侧的对流云团发展更强更快。云团合并导致对流云团迅猛加强,对流单体合并有利于对流回波的暴发性发展及回波顶快速抬升。过程中雷暴外流边界也是强对流的重要触发机制,太行山脉东侧的雷暴外流边界受地形抬升作用,触发大范围分散的对流单体,导致了局地短时强降水天气。风灾主要是由多单体风暴中的下击暴流和雷暴外流边界造成的,下击暴流造成的大风比由雷暴外流边界导致的大风更强。此外,强回波中心强度增强、质心高度迅速升高,回波顶高和VIL值跃增等对强对流过程中局地冰雹预报有较好的指示意义。     

华北冷涡背景下山东两次强对流天气过程对比分析

基于地面和高空观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料及多普勒雷达等资料,对发生在山东两次相似环流形势的华北冷涡背景下,造成不同类型的强对流天气进行对比分析。结果表明：(1)2016年6月14日发生的强对流天气(“6·14”过程)以雷暴大风和短时强降水为主,发生在低层弱的垂直风切变环境中,对流层中下层(400～900 hPa)存在较为深厚的暖湿平流,水汽输送充沛,同时造成0℃、-20℃层高度抬升,有利于短时强降水而不利于冰雹产生;2018年6月13日发生的强对流天气(“6·13”过程)以雷暴大风和冰雹为主,发生在较强的条件不稳定层结和强的低层垂直风切变环境中,400～500 hPa冷平流以及低层暖平流的同时增强,有利于对流层中层的温度垂直递减率进一步增大,造成-30～-20℃层进一步下降,促成了大冰雹的发生环境。(2)“6·14”过程是由地面辐合线触发,“6·13”过程是由锋面触发。(3)“6·14”过程强反射率因子高度低,无明显高悬强回波结构,利于出现短时强降水;“6·13”过程具有单体结构密实和明显高悬强回波结构特征,因此,6·13”过程对流强度更强,更容易出现冰雹。     

一次春季江淮气旋混合型对流天气特征及成因分析

采用天气雷达、高空地面观测、1°×1°NCEP再分析场资料,分析一次春季江淮气旋形成发展过程中混合型(冰雹、大风、短时强降水)对流天气特征,初步解释了不同类型对流天气形成发展的原因。结果表明:不同类型强对流天气在时空分布和对流特征上存在差异,其中局地冰雹主要由气旋形成阶段离散对流线产生,带状短时强降水由气旋形成阶段人字形对流线上及发展阶段S形对流线后部的列车线/邻接层状云类中尺度对流系统(MCS)产生,大范围大风主要由江淮气旋发展阶段S形对流线上尾随层状云降水类MCS产生。江淮气旋是大尺度天气系统斜压发展的结果,对流活动使锋面低层辐合增强,对气旋形成发展有加强作用。强对流天气的产生与江淮气旋动力热力场有密切关系。气旋形成阶段,西南涡结合山区地形提供了有利于鄂西南大冰雹形成的环境场,暖式切变线以及气旋发展阶段受南支槽影响的冷式切变线,提供有利于风暴列车效应形成的环境场而产生短时强降水;气旋发展阶段,冷式切变线提供有利于后部入流急流形成的环境场而产生大范围大风。     

“9.24”内蒙古东南部致灾飑线过程成因分析

利用常规观测、地面自动站加密观测资料、NCEP(0.25°×0.25°)再分析资料以及多普勒雷达资料等,对2016年9月24日发生在内蒙古东南部一次致灾飑线天气过程进行分析。结果表明:(1)中高层干冷空气扩散东南下与低层西南急流的辐合急剧加强为强飑线提供了非常有利的大尺度环流背景;(2)对流有效位能(CAPE)在强对流爆发前有明显跃升;假相当位温(θse)中低层分布呈显著的倒漏斗状,而且随高度增高递减率明显增大,这种上干下湿的层结有利于雷暴大风和冰雹等强对流天气产生;(3)地面中尺度露点锋(干线)和中尺度辐合线长时间维持、耦合并加强成为这次强对流天气的直接触发和维持机制;飑线后部一直维持雷暴高压,表明有地面大风存在;(4)雷达回波伴有弓形回波特征,低层呈现有界弱回波区(BWER),中高层有明显的回波悬垂,50～55 dBz强回波区延伸到7.5 km,表明对流风暴内有强烈的上升气流,有利于短时强降水和大冰雹的形成;(5)弓形回波径向速度剖面图上存在中层径向辐合(MARC)。     

2018年一次罕见早春飑线大风过程演变和机理分析

2018年3月4—5日,华南、江南等地发生了一次大范围强对流过程,发生时间早,落区范围广,多地伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水等剧烈对流天气,尤其飑线在江西境内造成了严重大风灾害。基于大气环流和雷达回波发展演变特征,将该次过程分为初始、发展和减弱三个阶段：初始阶段西风槽前西南急流造成的低压倒槽为强对流提供大尺度触发条件;发展阶段对流活动位于槽前暖区中,飑线在江西造成极端大风;入夜后,冷锋南下,对流进入减弱阶段。环境场及对流参数诊断表明江西中北部低层高温高湿,中层干冷,温度垂直递减率大,有利于产生雷暴大风。南昌探空长时间序列分析表明温湿要素气候态异常,与历史同期比,低层明显偏暖偏湿,中层偏干,有利于极端对流天气发生。综合多源观测资料和雷达资料分析中小尺度特征,本次江西飑线过程特点及成因包括：（1）受引导气流和前向传播共同作用,飑线移动速度快。（2）自动站分析显示飑锋后雷暴高压强,与锋前暖低压作用造成强密度流,有利于产生大范围直线型大风;（3）通过对比飑线弓状回波南北段回波结构差异表明,飑线后侧中层干后向入流促使降水粒子相变,剧烈降温形成的强下沉运动(下击暴流)是导致极端大风的主要原因,后部层云区下沉气流增强雷暴高压加之动量下传作用对雷暴大风有增幅作用。     

青藏高原东北部一次罕见强对流天气的中小尺度系统特征分析

2016年8月17-18日青藏高原东北部出现了罕见的大冰雹、短时暴雨、雷暴大风等强对流天气。运用常规观测资料、NCEP再分析资料、葵花静止气象卫星、多普勒天气雷达等观测资料分析了此次强对流过程的大气环境场和中小尺度对流系统的发生发展和对流传播机制。结果表明:西太平洋副热带高压北抬明显,属于低层暖平流强迫型。水汽输送主要来自南海。维持较长时间的弱冷锋是强对流的地面触发机制;对流云团逐渐演变为MCC,对流传播整体具有沿着河谷往层结不稳定区的正向和往低层入流风的反向传播的特征。河谷地形是影响对流移动和传播路径的关键;强对流风暴单体生命史均较长,强降雹单体为类超级单体和普通多单体,强降水回波属于多单体线状对流。降雹单体整体比降水单体发展得更强,变化幅度更大,尤其是垂直累积液态水含量的变化更剧烈。强对流开始前单体垂直累积液态水含量均是先增后降;几处局地雷暴大风是由雷暴云团内弱降水在较厚的环境干层蒸发而显著降温所产生的较大负浮力或由线状对流中强降水拖曳导致的强下沉辐散气流造成,雷达回波具有质心急剧下降或中层径向速度辐合特征。     

黑龙江省一次伴有龙卷的暖区暴雨成因分析

2014年7月19日夜间黑龙江克山出现雨强超过90 mm的短时强降水,利用常规观测资料、区域站资料、NCEP/NCAR再分析资料等对此次冷锋前部的暖区强降水成因进行分析。结果表明:(1)此次强降水出现在580 dagpm线附近,副高诱发的超低空急流为强降水提供了充沛的水汽和不稳定能量。(2)地面辐合线和地形抬升触发对流。高空急流东移,高空急流出口区左侧和辐散区与低层辐合相耦合促使对流快速发展增强。耦合消失,强降水则快速减弱。(3)低层暖平流明显,尤其地面具有暖锋锋生特征。强降水出现在不稳定层结和上升运动快速增强的阶段。(4)地面～200 hPa辐合层形成深厚的上升运动区,促使对流快速发展。(5)中尺度对流雨带沿地面辐合线生消。降水先出现在暖湿舌前部。随后,强降水产生的冷空气抬升暖湿空气形成冷锋特征的降水,由于强降水和冷空气的正反馈作用,降水持续时间长。冷空气势力最强时,伴随中尺度气旋性环流及0～1 km强垂直风切变有利于龙卷产生。(6)开口状地形的辐合作用、抬升及局地地形导致的中尺度环流风场对暖区降水的形成和维持作用显著。     

锋面与暖区短时强降水的特征差异分析

选择2012—2013年锋面和暖区强降水过程,利用自动站、Micaps和SWAN雷达拼图资料分析两类短时强降水的雨强及伴随的灾害性大风特征,并针对典型强降水风暴的环境场和雷达物理量特征进行对比,结果发现:(1)暖区强降水过程出现80 mm/h以上超强降水的概率更大,降水极值也更大,但锋面强降水更容易伴随有灾害性大风出现。(2)暖区强降水通常发生在不稳定能量较高的环境场中,湿层深厚,低空暖湿急流输送是重要原因,而锋面强降水过程中,容易受锋面或中层冷空气逆温影响,使得CAPE明显偏小。(3)锋面短时强降水风暴的最大反射率因子更强,核心高度更高,VIL和强回波区VIL密度更大,具有更深厚的强回波核区,平均移动速度也更快;锋面强降水风暴具有强度更大和更为深厚的强回波核心区,决定了此类风暴的对流性更明显。     

2016年河南省一次大范围强对流天气成因分析

基于Himawari-8卫星资料、雷达监测资料、区域自动站和常规观测资料及ERA-Interim再分析资料,对2016年6月5日河南省大范围强对流天气的环流背景、触发条件及对流系统演变特征进行了研究。结果表明:华北冷涡背景下,高空冷平流配合低层暖脊发展、对流有效位能值激增,为中尺度对流系统发展提供了不稳定条件,地面辐合线、冷池是触发机制。河南省西南部位于高能区、不同温湿性质气团交绥区,中高层干冷空气侵入、中层以下干绝热递减率为风雹天气提供了可能;河南省中部、河南省南部位于大气可降水量大值区,深厚的湿层、较低的抬升凝结高度有利于产生强降水。高层辐散、低层辐合的抽吸作用导致豫西南上升运动强盛,雷暴高压产生的变压风增强了动力抬升,中小尺度动力辐合促使强对流回波发展。风雹天气产生于中尺度对流系统前侧云顶亮温梯度大值区,强降水出现在云顶亮温低值中心附近。雷达产品分析表明,强回波悬垂、三体散射与快速移动的弓形回波、阵风锋和后侧入流急流对提前预警冰雹、雷暴大风有很好的指示意义。925 hPa 12 h显著增温区、对流有效位能高值区和冷池出流与暖空气交绥区是强对流发展的潜势区,湿球温度0℃层高度与冰雹关系密切。     

近几年揭阳市发生的强对流风暴天气分析

对揭阳市近几年产生强对流风暴的环流形势及多普勒雷达特征进行分析,结果发现揭阳市近几年强对流风暴主要产生于高空槽过境、高空冷涡前及副高边缘等环流形势背景下,其产生的灾害天气有冰雹、雷暴、暴洪及地面大风,最近两年以强降水为主的灾害性天气暴洪有增加增强的趋势,地面明显锋面出现预示强对流天气更加激烈。多普勒雷达特征表现为具有强的反射率因子(Z>57 dBz)、雷达回波发展迅速,具有悬垂回波、中气旋等结构。后侧入流缺口往往指示地面大风出现,强逆风区及高回波顶提示强的降水概率,其中冰雹具有最强的垂直风切变环境及最大反射率因子。中-β尺度的暴洪过程中,速度图上表现为低层暖平流叠加在辐合风场的特征,且可以发现具有"牛眼"结构西南大风核。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

一次区域性雷暴大风的特征分析

2021年8月23日午后黑龙江省西南部地区出现了一次区域性雷暴大风天气。本文利用常规观测资料和ERA5再分析资料对此次过程进行了特征分析。结果表明：该过程是在冷涡背景下,低层暖湿输送强迫形成的区域性多类型雷暴大风天气,强垂直风切变、中层干层、大的对流有效位能提供了有利的环境条件。地面辐合线触发在暖锋锋生区内产生了下击暴流和多单体风暴,造成了局地的雷暴大风和低质心强降水;线状对流系统中的弓形回波其前侧入流缺口、后侧弱回波区、高反射率因子梯度大值区、超过60 d Bz的强中心不断生消及其V型缺口,都对雷暴大风和冰雹有很好的预警指示;冷池的面积与冷源强度同雷暴有明显的对应关系且对流的发展和冷池加强也形成了反馈机制。     

武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征分析

利用自动气象站逐小时和逐5 min观测资料、长江中游雷达组合反射率因子SWAN拼图产品及NCEP FNL再分析资料,对武汉地区4次低质心类短时强降水对流风暴特征进行分析。结果表明:不同的天气背景诱发的对流系统特征不同,低层暖强迫造成的斜压不稳定背景下,环境条件高能高湿,雷暴冷池的积累有利于稳定性降水前沿触发线状强对流;斜压锋生天气背景下,冷暖剧烈交汇使得大气斜压性显著增强,地面多有中尺度气旋波发展,锋区冷区稳定性降水中多伴随短时强降水,而暖区能量、湿度条件更好,易诱发短时强降水等分散性强对流;准正压天气背景下,大气斜压性弱,环境高能高湿,多由近地面层流场强迫和局地热力差异触发剧烈的热对流活动。从对流风暴雷达回波特征和降水特征来看,TS类线状中尺度对流系统(MCS)移速较快,短时强降水范围小;准静止类表现为带状走向的大范围层状云回波稳定维持,中间伴有多个积云对流生消迭代,每一阶段降水增强都与新生对流单体途经武汉站点相对应;组织合并类在回波合并时,意味着短时强降水的发展增强,合并后的回波形态和走向影响着降水的强度和持续时间。在不同的环境背景、触发诱因和组织形态下,短时强降水发生前后地面气象...     

桂西一次对流性特大暴雨过程分析

利用NCEP1×1°再分析资料、常规观测资料、自动气象站资料和雷达产品,结合地形因素分析了2012年5月21-22日广西西部出现的对流性特大暴雨天气过程,结果表明:(1)特大暴雨具有明显的中尺度对流性性质,降水强度大、时效性短,降雨主要集中出现在后半夜(00-06h).(2)强降水出现在低空急流风速核附近区域以及地面锋面暖区一侧约200公里处.(3)45dBZ以上的强回波在列车效应下产生了高效的降水.逆风区上空存在着中低层辐合、高层辐散的垂直结构,有利于对流的发展.(4)低空急流的存在和持续,为暴雨区输送了充足的水汽,导致降水回波在暴雨区上空维持少动.(5)强降水主要出现在岑王老山的迎风坡上,具有典型的地形影响特征.     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

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.     

北方一次暖区大暴雨强降水成因探讨

2012年7月7日黄淮出现一次典型暖区大暴雨过程,降水持续时间长、强度大和强降水范围集中,中尺度特征明显。本文通过常规和非常规观测、NCEP分析资料对该次黄淮暖切变线引发的豫东北、鲁南和苏北等地大暴雨天气过程的成因进行探讨,结果表明:整层高湿环境有利于降低暖区暴雨对抬升条件的要求、提高降水效率和局地不断产生中尺度对流系统;低层垂直风切变和超低空急流在对流触发和维持中可能有重要作用;次天气及以下尺度的抬升条件,如地面辐合线、925和850 hPa切变和低空急流出口区的风速辐合等均可导致强降水,降水落区一般位于低层多层风速辐合的叠置区;暖区暴雨的雷达回波具有明显的后向传播、列车效应和热带降水型特点。     

ROSE2.0在黔西南4·14强对流天气中的应用分析

受高空槽、切变线、静止锋、弱冷空气、西南急流、地面辐合线影响,2022年4月14日黔西南州出现大范围强对流天气。本文对过程中ROSE2.0进行应用检验分析,结论如下：（1）过程第一阶段对流强度偏弱;第二阶段超级单体或强多单体风暴发展和成熟,对流以大冰雹、8级雷暴大风、40 mm以下短时强降水为主;第三阶段列车效应最明显,风暴移速较快,对流以8～11级雷暴大风、中冰雹、40～60 mm短时强降水为主。（2）ROSE2.0与本地雷达软件相比,大冰雹时CR基本一致,但VIL、HI偏小,ET偏大;ROSE2.0与实际理论值相比,VIL值明显偏低,ET、HI偏大;雷暴大风时低层径向速度ROSE2.0比本地的要小,但中高层偏大;短时强降水时一小时雨强估计ROSE2.0比实际值偏小。     

双偏振雷达在毕节一次强风暴中的特征分析

利用习水C波段双偏振雷达和常规气象观测资料对2021年5月9日发生在毕节的一次冰雹和雷暴大风强对流天气特征进行分析,结果表明：上干冷下暖湿层结使得毕节大气层结极不稳定,午后地面辐合线叠加露点锋抬升触发对流形成有组织性的多单体强风暴。反射率因子表现出典型强风暴型雷暴单体特征,有利于大冰雹的生成和发展。双偏振雷达参量Z_DR和CC能有效识别降水粒子类型,其中已识别冰雹区中相关系数ρ_HV异常低值区能较好地反映出大冰雹或超大冰雹特征。阵风锋的出现以及风暴单体底层的冷池出流是百里杜鹃—黔西一线大风出现的主要原因,配合径向速度图上低层强气旋式辐合使得地面大风加强,造成黔西县出现极端破坏性大风天气。     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。