一次飑线风暴的环境条件和雷达回波特征分析

利用常规气象观测和新一代天气雷达监测资料,对大兴安岭地区加格达奇市2006年8月一次飑线天气的环境条件和雷达回波特征等分析发现：此次过程的影响系统高空槽为前倾结构,飑线发生在地面冷锋前,大气具有较强的不稳定层结,有利于上升运动,水汽充足,低层较强的垂直风切变使对流云团和弓形等线状回波生成并较长时间地维持和发展。对流云团位置与上升运动区域较为一致,产生飑线的强对流云团出现在中低层垂直速度梯度较大并靠近上升运动中心一侧,并位于低层比湿和水汽通量散度梯度较大区域即干锋附近以及K指数能量锋上。飑线弓形回波出现在一个中尺度椭圆状对流云团中心内部发展最强处。当云团向东北偏东方向移过加格达奇雷达站时,雷达反射率因子先后呈现出弓形、＂人＂字形等线状回波特征,当线状回波南端＂人＂字形顶部较强回波和后侧入流急流前方＂V＂型槽口的尖峰移经加格达奇时,带来了雷雨大风天气。     

北美地区一次冬季中尺度对流系统上空红色精灵现象的空间观测及其母体雷暴分析

红色精灵是发生在雷暴云上空的一种大尺度瞬态放电发光现象,它们通常出现在地面上空40～90 km之间,是由地闪回击和随后可能存在的连续电流产生的。目前,由于综合同步观测资料较少,与夏季红色精灵相比,全世界对冬季红色精灵的研究屈指可数。2008年12月27～28日,受高空槽及低层暖湿气流的影响,北美阿肯色州地区爆发了一次冬季雷暴天气过程,搭载于FORMOSAT-2卫星上的ISUAL（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning）探测器有幸在这次雷暴上空记录到了两例红色精灵事件。本文利用ISUAL获取的红色精灵观测资料、多普勒天气雷达资料、美国国家闪电定位资料、超低频磁场数据、美国国家环境中心/气候预测中心提供的云顶亮温和探空数据等综合观测数据,对产生红色精灵的这次冬季雷暴特征和相关闪电活动规律进行了详细研究。结果表明,在两例红色精灵中,ISUAL均未观测到伴随的“光晕（halo）”现象,第一例为“圆柱状”红色精灵,第二例红色精灵由于发光较暗,无法判断其具体形态。产生红色精灵的母体雷暴是一次中尺度对流系统,该系统于27日15:00（协调世界时,下同）左右出现在阿肯色州北部附近,并自西向东移动。23:59系统发展到最强,最大雷达反射率因子（55～60 dBZ）的面积达到339 km2,之后开始减弱。03:03雷暴强度有所增加,随后云体便逐渐扩散,雷暴开始减弱,并在11:00完全消散。两例红色精灵发生分别在04:46:05和04:47:14,此时雷暴处于消散阶段,正负地闪频数均处于一个较低水平且正地闪比例显著增加,并且多位于云顶亮温?40°C～?50°C的层状云区上空。红色精灵的出现伴随着30～35 dBZ回波面积的增加。在红色精灵发生期间,雷达反射率大于40 dBZ的面积减少,10～40 dBZ的面积增加,表明红色精灵的产生与雷暴对流的减弱和层状云区的发展有关,这与已有的夏季红色精灵的研究结果类似。红色精灵的母体闪电为正地闪单回击,位于中尺度对流系统雷达反射率为25～35 dBZ的层状云降水区,对应的雷达回波顶高分别为2.5 km和5 km,峰值电流分别为+183 kA和+45 kA。根据超低频磁场数据估算两个母体闪电的脉冲电荷矩变化（iCMC）分别为+394 C km和+117 C km。超低频磁天线记录到了第一例红色精灵内部的电流信号,表明这例红色精灵放电很强。     

引发强降水的一次东移高原云团的能量演变特征研究

利用日本气象厅葵花-8卫星亮温资料、欧洲中心ERA5（the fifth generation of European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis）再分析资料,根据时间尺度分解的局地能量诊断方法,本文从能量学多个角度研究了2016年6月5日00时（协调世界时,下同）至6日15时（持续40小时）一次东移并引发强降水的高原对流云团,得到了以下主要结论。本次事件中,高原东移对流云团在不同阶段的主要影响系统有所不同。移出高原前,其主要受高原涡和高原短波槽的共同影响,随着云团移出高原,高原涡消亡,而高原短波槽则随时间发展加强,成为东移云团的最主要影响系统。高原东移对流云团具有显著的深对流特征,自西向东引发了一系列的降水,移出高原后,其对流重心显著降低,降水达到最强。不同阶段高原东移对流云团的能量转换特征显著不同。云团位于高原上时（第一阶段）,背景场通过动能的降尺度能量级串为造成强降水的扰动流直接提供能量,这是此阶段扰动流动能维持的主要方式;云团移出高原过程中（第二阶段）,降水凝结潜热明显增强,由此制造的扰动有效位能也显著增强。在垂直运动配合下,扰动有效位能斜压释放所制造的动能是本阶段造成强降水扰动流动能维持的最主要能量来源;云团移出高原后（第三阶段）,背景场对造成强降水扰动流的影响再次增强,但是不同于第一阶段的直接影响方式,该阶段背景场的作用是以一种间接的影响方式出现。其首先通过有效位能的降尺度级串将背景场的有效位能转换为扰动流的有效位能,然后通过扰动有效位能的斜压能量释放为扰动流的动能维持不断地提供能量。此外,本阶段内还出现了扰动流向背景场动能的升尺度级串供给（即扰动流的反馈）,但其强度不足以对背景场的演变产生显著影响。     

2013—2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

利用2013—2017年6—8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度（Black Body Temperature,TBB）资料、NCEP/NCAR再分析资料,对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析,结果表明：（1） MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征,6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南,平均移动距离3.99个经纬距。（2） MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部,云顶高度低于江淮地区,整个生命史表现出发展快消亡慢的特征,与江淮地区相反。（3）基于MCS的定义得到的Z标准,对2016—2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比,得出,两种定义下的MCS环境场特征基本一致,主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后,对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区,南侧急流高度在200 hPa,北侧的急流高度在250 hPa。低层,位于低空急流左侧,低涡南侧、东南侧,有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡,槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送,同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强,更有利于MCS的形成。（4）两种标准下的MCS造成的降水明显不同,在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小,统计得到的MCS较多;但同时会遗漏部分相对弱的MCS。     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。     

鄱阳湖区风电场风电功率预报研究

风力发电作为一种无污染可再生的能源,已逐渐成为许多国家能源战略可持续发展的重要组成部分。风电场风能预报是风力发电开发中的关键技术问题。为研究鄱阳湖区风力发电预报技术,采用中尺度模式WRF和微尺度模块CALMET对鄱阳湖区长岭风电场进行了200 m水平分辨率风能预报,并根据长岭机组理论功率曲线表和实测数据拟合出理论和实际发电机组功率曲线模型及平均有功功率与发电量模型。根据WRF+CALMET模式预报风速及建立的发电机组功率曲线模型和平均有功功率与发电量模型,预报了长岭风电场发电量。结果表明:长岭风电场23座风机逐小时风速预报值与观测值相关系数为0.42~0.61,均方根误差为2.59~3.68,相对误差为-13.7%~17.4%;对整个风场,预报风速与观测风速的相关系数为0.55,均方根误差为2.8,相对误差为-4.79%。实测发电量值高于预报值,平均偏大39.7 kW,相对误差为-12.6%,预报值与实测值相关性较好,相关系数达到0.52。总体来说,根据中尺度数值模式预报的风速结合风功率、发电量模型预测出的发电量与实测值较为接近,但各月差异性较大。     

“8.8”舟曲特大山洪泥石流灾害天气特征分析

利用常规气象资料以及卫星、雷达资料,分析了“8.8”舟曲特大山洪泥石流灾害.结果表明,这次强降水是在高空冷平流入侵,与700 hPa切变线配合,由地面冷空气扩散触发对流不稳定能量释放,造成的强对流天气.由于地形等原因形成的一系列γ中尺度气旋造成降水的分配极不均匀;强降水与亮温有很好的对应关系,但亮温并非唯一影响因素.多普勒雷达的径向速度对γ中尺度气旋具有很好的指示意义,表现在旋转速度可以指示涡旋强度;降水与γ中尺度气旋有很好的正相关关系.     

两次早春暴雪过程的对比分析

利用常规资料、区域气象自动站、卫星云图、多普勒天气雷达和闪电定位资料等,对2010年和2011年山东早春出现的两次暴雪天气过程进行了对比分析,重点研究了暴雪的对流性和成因.结果表明,低涡(切变线)、低空急流、地面气旋(倒槽)等是暴雪的主要影响系统;高空和地面天气系统在时间和空间配置上的差异是造成暴雪对流性不同的关键因素.红外云图能很好地反映暴雪天气过程对流性的强弱;多普勒天气雷达可清楚地识别出两次过程的中尺度结构.南北对称的垂直速度对是早春暴雪的重要特征;对流层低层逆温层和暴雪前期爆发性增暖是造成“雷打雪”的重要因素;物理量诊断的对流不稳定存在与否是区别“雷打雪”和常规暴雪的重要标志;垂直风切变在“雷打雪”暴雪过程中发挥重要作用.     

“09.11.10”石家庄特大暴雪中尺度风场分析

利用常规观测、雷达资料以及四维变分方法反演的风场资料,对2009年11月10-12日石家庄特大暴雪过程的形势场和中尺度风场结构进行了详细分析.从影响系统来看,此次特大暴雪过程分为两个阶段:回流降雪和西来槽降雪.回流降雪是特大暴雪的主要时段,此阶段西部山区降雪明显大于东部平原;而西来槽降雪阶段全区降雪比较均匀.由雷达反射率因子和径向速度可见:10日降雪具有对流性质,而且回波不断地自西部山区向石家庄市区移动,产生“列车效应”,造成市区及西部降雪强度较大;11-12日回波强度弱,降雪强度也较弱.分析雷达四维变分反演风场得到如下结论:(1)反演风场能够准确展现东风影响的时间和高度、西来槽影响的始末,对预报员定性外推降雪的强度起到非常好的参考作用.(2)低层水平反演风场上,存在一个比较窄的东风带,回波沿东风带自西向东移动,石家庄市区处于北到东北风的“回流墙”附近,东移回波在此堆积,移速减慢,影响时间较长;同时,市区附近存在风向性和风速性辐合,致使回波在石家庄附近加强或维持.(3)反演风场垂直剖面图上,东风回流降雪阶段,低层东风区上空存在一个“反气旋”,强回波位于“反气旋”所包围的范围.     

青藏高原与东亚地区暖季MCSs统计特征的对比分析

利用1996-2010年逐时红外云顶亮温(TBB)数据,对青藏高原(下称高原)和东亚地区暖季(3-9月)中尺度对流系统(MCSs)进行了普查,获得MCSs各项特征数据集;结合CMORPH降水资料对MCSs降水特征进行了分析,在此基础上又对高原和东亚地区的MCSs特征进行了对比分析.结果表明:(1)高原是东亚地区MCSs高频发生区域,高原MCSs的平均发生频次远高于东亚25°N以北地区,是东亚25°N以北地区唯一的MCSs活动高频区.高原腹地是高原地区MCSs发生的高频区,在31°N,88°E附近MCSs的发生频次最高.(2)高原地区 MCSs分布有明显的月际变化,春季主要出现在高原北部,夏季主要出现在高原中东部和南部.高原地区MCSs的月际变化特征与东亚地区基本一致,东亚夏季风是其月际变化的重要影响因子.(3)高原地区MCSs存在明显的单峰型日变化特征,但春、夏季日变化特征略有不同,高原MCSs的日变化较东亚地区更为显著.(4)高原地区MCSs的降水频次为5.6％,降水贡献率为10.1％,最大降水频次为12％,最大降水贡献率为27％;与东亚地区相比,高原的MCSs降水偏小.(5)高原地区的MCSs大多为向东移动且移速缓慢以及短生命史的MβCS,平均生命史为4.6h,平均面积约为11.2×10-1km2,平均移速为31.5 km·h-1,东移的MCSs占59.4％;与整个东亚地区的MCSs相比,高原的MCSs面积和尺度都较小,生命史略短且移速慢,云顶平均TBB和平均最低TBB均偏高.