对流层中层大气能量转换特征与暴雨激发和维持的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2 513个测站逐日降水资料,分析了2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程中对流层中层大气风场动能和势能的相互转换和分布特征。结果表明,在暴雨迅速发展阶段,受环流形势和地形等条件的影响,动能能量转换成驻波形式的波动势能;在强降水维持并减弱阶段,动能和势能之间的转换趋于平缓。在整个暴雨过程中,强降水区与500hPa风场能量大值区分布基本一致。此外,台风"黑格比"也为此次暴雨过程提供了必要的水汽。     

2018年8月华南超历史极值降水事件的观测分析与机理研究

2018年8月30~31日一条超长生命期的中尺度线状对流（线状β-MCS）引发了华南沿海一次极端降水事件[1056.7 mm（24 h）?1],刷新广东省24小时雨量历史纪录,造成严重洪涝并引起社会极大关注。文章采用多源观测资料与NCEP/NCAR_FNL分析资料,首先从观测分析角度提炼该次过程的降水特点与卫星、雷达的基本演变特征,然后分析了极端降水的天气尺度背景与中尺度环境条件,最后从中尺度大气动力学角度探讨超长生命期线状β-MCS的触发演变与海陆边界风向旋转维持的关系,并揭示线状对流组织与维持的可能物理机制。结果表明:季风低压作为稳定的天气尺度背景,大气层结表现为深厚暖湿与持续不稳定,季风云团北推上岸造成华南沿海大范围暴雨,一条超长生命期、准静止、低顶高、低质心并具备后向传播特征的线状β-MCS造成高潭持续性强降雨,降水强度大、持续时间极长是累积雨量破纪录的主要原因。对流触发及线状β-MCS组织发展与地面风场有密切关系,海陆边界风向旋转率方程定性分析发现地面风场受多尺度调节影响,季风低压的天气尺度项、局地地形摩擦项与中尺度气压梯度项对地面风场协同形成的反向强迫及平衡机制,是偏南气流长时间维持的关键。斜坡地形与黄江河谷一侧偏南气流增强并建立“暖脊”,致使山脉一侧冷池出流边界无法向南扩展,形成强烈的水平温度梯度,基于中尺度动力学方程定量诊断表明β-MCS的线状组织过程及对流维持的动力机制来源于局地垂直风切变,这种局地垂直风切变有别于环境垂直风切变,其显著增强是对地面强烈纬向水平温度梯度响应的结果。     

江西四次飑线雷达回波和风廓线产品特征分析

为了做好江西飑线天气的监测预警,使用MICAPS系统平台探空资料、江西地面要素资料、江西WebGIS雷达拼图和风廓线雷达产品等资料,对2017～2020年5月江西四次飑线过程进行分析,结果表明：(1)500 hPa低槽、冷锋、倒槽或辐合线,850 hPa至925 hPa切变线、低空西南急流、“上干下湿”不稳定层结、200 hPa分流区,导致江西飑线天气。(2)≥17.2 m/s 的雷暴大风出现有2～23站次,≥50.0 mm 的强降水出现有3～13站次,分别在江西境内各区域出现;飑线天气过程单点最大风速达到27.9 m/s(铅山),单点最大日降水量162.9 mm(资溪)。(3)温度层结曲线与露点曲线近似成“漏斗状”配置,整个大气层结呈上干下湿分布;湿对流有效位温(CAPE )为1124 J/kg,K 指数(K )为39℃,沙氏指数(SI )为－1.94,风暴强度指数(SSI )为274,500-1000(925)hPa垂直风切变(W_500-1000)为11 m/s,零度温度层高度(ZH )为4 970 m,-20度温度层高度(-20H )为8 304 m。(4)雷达拼图上,初始阶段的A回波带和B雷暴回波群的合并,是发展形成飑线的关键;回波带某段向前突出形成的“弓状”回波带结构,是江西飑线回波带强盛阶段的经典形态;飑线回波带上常伴有超级单体和强单体回波出现,且雷电分布密集,最大回波CR强度达到60 dBz以上,地面雷暴大风发生在这些强回波移动前方。(5)风廓线雷达产品上,飑线过境前,边界层风向不统一,边界层以上风向为一致的西南风,垂直速度W 和大气折射指数Cn^₂ 都比较小。飑线过境时,风向转为西南风,垂直速度W 明显加大到 4～8 m/s,大气折射指数Cn^₂ 加大到 -16～-12 m^_-2/3。飑线过境后,慢慢恢复到前期水平。这些研究结果为飑线天气的监测预警提供了依据。     

川藏地区雷暴大风活动特征和环境因子对比

利用2010—2017年中国气象局重要天气报、地面观测和探空资料以及欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料,对川藏地区雷暴大风的活动特征、环境因子和环流形势进行统计分析,并对其中高原（海拔高度不低于1 km）和盆地（海拔高度低于1 km）区域雷暴大风活动进行对比。结果表明：川藏高原区域雷暴大风频次呈5—6月和9月双峰型分布,主要发生在午后;盆地区域主要发生在夏季,午后和夜间均较活跃。高原站雷暴大风年平均频次约为2次/站,在雷暴和大风中分别约占4.5%和8%。盆地站年平均频次仅为0.4次/站,雷暴中仅占1.5%,但在大风中约占60%。高原站雷暴大风的中低层环境温度递减率较大,一般呈上湿下干的逆湿垂直结构;而盆地站雷暴大风通常具有上干下湿的垂直结构。分别对5—6月和9月高原站雷暴大风两个峰值时段的环流形势进行合成分析,发现5—6月受高空西风槽影响,中层有弱冷平流侵入,高层位于高空急流入口区右侧,环境垂直风切变较大;而9月受副热带高压边缘影响,中高层较干,低层暖湿气流明显。这些均有利于雷暴大风发生。     

辽宁一次区域性暴雨的特征条件与成因分析

利用ERA5再分析资料、FY-4A卫星反演云特征参量、地面自动站风和雨量资料,对2020年5月17-19日辽宁东南部一次区域性暴雨、局地大暴雨、伴有短时强降水过程进行详细分析。研究表明：东北冷涡叠加北上强烈发展的气旋是此次过程的天气形势特征,短时强降水出现在冷涡发展接近成熟、气旋强烈发展加深阶段,局地地面辐合型切变线是导致短时强降水的中尺度条件。冷涡东南侧水汽输送通道与来自孟加拉湾热带低压东侧经南海海域由西南低空急流向北输送的水汽通道合并,成为了暴雨产生和维持的必要条件。辽宁中东部的降水产生在冷涡系统的东北部-北部-西北部区域,降水落区与850 hPa风场的相关性最高,降水产生及维持阶段700 hPa以下为辐合区,辐散出现在600～200 hPa,降水强度大于5 mm·h-1的区域上升运动区近似直立地贯穿整个湿层,降水区域上空假相当位温密集区向西北方向倾斜,400 hPa高度之下存在热力不稳定。冷涡发展强盛到成熟阶段,干冷空气的入侵使冷涡云系内部边缘逐渐清晰,形成“逗点状”云系。强降水区呈条带状分布,云顶高度普遍大于9 km,云光学厚度大于60,属于水凝物含量丰富的冷暖混合云;远离冷涡...     

江西两次雷击事件雷达回波特征分析

为了做好江西雷电监测预警和预报服务工作,使用天气图资料、地面气象要素、雷电数据、江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品等资料,采用天气学、统计学和雷达气象学等分析方法,对2021年3月江西两次雷击事件进行分析,结果表明：（1）两次雷击事件是由超级单体和强单体回波系统影响产生。（2）超级单体回波有四个特征：①具有≥60 dBZ回波强度,并存有≥65 dBZ回波核;②强回波面积≥10×10 km2;③强回波梯度≤8 km;④在强回波移动方向的下风方有云砧形成的“前伸”回波结构;强单体回波的回波强度（没有回波核）、强回波面积、强回波梯度和“前伸”回波结构都弱于超级单体回波。（3）超级单体CR回波强度达到65 dBZ,ET回波顶高达到11～12 km,VIL垂直累积液态水含量达到60 kg/m2;垂直反射率因子RCS向移动方向倾斜、55 dBZ强回波顶高达到8 km、65 dBZ强中心悬挂在6 km高度;垂直径向速度VCS在强回波区存在速度对、-5～19 m·s-1 速度达到弱切变的强度。（4）强单体回波CR强度达到60 dBZ,ET顶高达到9～10 km,VIL垂直累积液态水含量达到50～60 kg/m2;强单体回波垂直反射率因子RCS倾斜角度弱于超级单体,55 dBZ强回波顶高达到8 km,60 dBZ强回波高度伸展到6 km,没有65 dBZ强回波中心;垂直径向速度VCS表现为正速度区分成上下两层。研究结果为江西雷电天气的监测预警和预报服务,减轻雷击灾害提供有指导意义的范例。     

一次热带系统北上引发华南大暴雨的诊断分析和数值研究

2006年5月21-22 日,南海北部洋面上一强的气旋性风速扰动快速北上,在广东西南部发展成一中尺度涡旋后,它与南下的中纬度切变线结合,期间出现了3次强的中尺度对流系统活动,造成了广东沿海大暴雨甚至特大暴雨.利用1°×1°NCEP再分析资料和WRF中尺度模式对该过程进行了数值模拟、位涡反演和敏感性试验,并结合常规观测资料、卫星云图和中尺度模式输出结果等资料对这次暴雨过程进行了初步分析.结果发现:暴雨发生在高温高湿、抬升凝结高度低以及对流不稳定的有利环境中.暴雨高温高湿条件的形成与南海北部热带洋面上气旋性风速扰动向北推进时强偏南气流对水汽的输送密切相关.中尺度涡旋形成之后,在东移南压的北支槽前西南气流的引导下,中尺度涡旋向偏北方向移动,造成广东境内大部分地区出现了暴雨,中尺度涡旋为对流的触发以及暴雨的产生提供了一定的抬升条件.中尺度涡旋活动期间,广东境内云雾山中尺度地形一定程度上增强了暴雨,但它对暴雨的作用随其上空盛行气流的方向变化而变化,云雾山地形相对于暴雨中尺度系统的位置不同其作用也不相同.珠江三角洲喇叭口地形一定程度上决定了强暴雨的落区.南海洋面对华南暴雨区水汽的近距离输送是大暴雨形成的主要原因之一.     

一次强暴雨过程地闪活动特征与中尺度对流系统和强降水的关系

利用2007年8月8日18时至9日02时发生在陕西关中强暴雨期间的地闪、卫星TBB、雷达回波和地面加密降水资料,通过统计和对比分析的方法,分析了地闪活动特征及其与中尺度对流系统（MCS）和强降水的关系。地闪活动特征分析显示,暴雨过程中负地闪占绝对优势,为总地闪的97.7%。负闪频数和总闪频数的逐时演变趋势完全一致且呈现两峰一谷的趋势,正闪频数的变化呈现三峰两谷的趋势,但是正闪频数最大值与总闪、负闪频数峰值时间一致。负闪活跃期正负闪6 min演变均表现为多峰结构,正闪的波峰提前于负闪的波峰12 min。负闪频数变化和MCS、雷达反射率因子演变对比分析表明,负闪发生区是未来对流云团和对流发展加强区,负闪频数密集区位于对流云团前部TBB等值线密集区,负闪频数的急剧增加意味着未来对流系统的猛烈发展;负闪主要出现在回波强度大于40 dBz的区域,正闪则落到强回波中心两侧30～40 dBz的回波区,中尺度对流系统快速发展加强期,负闪密集区位于回波单体的前沿,中尺度系统发展稳定少动期,负闪大部分集中在各对流单体的强回波中心附近。对比分析地闪与暴雨发生发展的关系可见,地闪的发生和急剧增加对暴雨发生和发展加强有很好指示意义,初闪的发生提前于强降水发生,地闪急剧增加与降水强度猛增密切关联,负地闪发生密集区是未来强降水发生区。     

NMC强天气模式诊断变量和概率预报产品及初步应用检验

国家气象中心针对强天气预报的特点开发了强天气模式诊断变量和概率预报产品,包括T639全球模式强天气诊断变量产品、基于GRAPES_RUC的中尺度精细化强天气诊断变量产品、基于WRF中尺度模式的区域中尺度集合概率预报产品,于2009年从无到有建立了一套完整的强天气数值预报产品库,提供确定性预报产品和不确定信息的概率产品,为强天气预报业务的开展打下了良好的基础。应用上述产品对"6.3"河南飑线天气的模式预报能力的分析表明,高分辨率模式对强对流天气的预报能力有了较大的提高,但对于强天气预报,15km分辨率仍然不足够高,且产品显示的时空分辨率都应在现有基础上提高,才能更好地展示数值预报产品对强对流过程发生发展和演变过程。     

重庆开县雷击事件天气背景分析

利用卫星、雷达、闪电定位仪、地面自动站等常规和非常规资料对2007年5月23日重庆开县雷击事件进行了初步分析,结果表明:(1)此次雷击事件与α中尺度对流系统(M_α在CS)发展密切相关,对流单体最早在四川东北部生成,并强烈发展东移,最终发展成MCC,并伴有强降水,雷击事件就发生在M_αCS强烈发展的阶段。(2)高分辨率FY双星对此次强对流天气提供了有利的监测手段和工具,而由于开县处于雷达探测的边缘,雷达的监测能力显得不足。(3)闪电资料也显示强对流活动的发展具有局地特征,起初正地闪频次较多且集中,表明对流活动强。密集的正地闪出现在负地闪的周边地区,可能与新生对流强烈发展有关。(4)西南涡是主要的影响系统,由于冷空气东移南下,加强了低涡北部的偏东风分量,是对流发展的一个重要触发机制。M_αCS发生在弱对流不稳定环境中,但对流层中下层大气近饱和且湿层较厚。