珠三角冬季雷暴的大气环流特征及海温异常背景

利用珠江三角洲14站1月份的观测资料,进行珠三角地区冬季雷暴的气候统计,得出上世纪80年代后有出现次数增加的趋势。根据历史天气图以及NCEP/NCAP再分析资料,引发珠三角冬季雷暴的天气特点是:500 hPa多为南支槽和西风槽叠加,地面为静止锋或冷空气配合锋面南下、低压槽维持在华南;冬季雷暴发生前珠三角地区上干下湿配置明显,850、500 hPa上K和S i指数呈逐日较大增长趋势。对比1961~2003年珠三角地区冬雷年、非冬雷年1月的500 hPa平均高度距平合成图,分析形成珠三角冬季雷暴的大气环流特征,发现冬雷年的500 hPa大尺度环流背景是:欧亚中高纬平均高度距平从西到东呈“正负正”分布,即乌拉尔山附近有阻塞高压,欧洲长波槽深而活跃,蒙古、中国多低槽、冷空气活动,副热带高压偏强;相反,非冬雷年500 hPa的欧亚中高纬平均高度距平从西到东呈“负正负”分布,欧洲长波槽偏北,乌拉尔山附近没有稳定阻高建立,冷空气势力偏弱。同时,冬雷年1月的海温特征是:赤道东太平洋170~80°W附近为正海温距平区。     

基于对流参数的雷暴预报方法研究

通过对2006年6~9月(雨季)大量雷暴对流参数进行计算,选取离西昌发射场最近的单点同化资料。利用相关系数法选取相关性好且稳定的预报因子,进行事件概率回归,得到雷暴预报方程。并对2007年雨季西昌雷暴进行预报,取得了较好的效果。分析表明,基于对流参数的雷暴预报方法对场区雷暴的预报具有明显的效果。      

江西一次极端雷暴大风过程的中尺度特征与成因分析

使用常规观测资料、区域自动站资料、多普勒天气雷达资料、风廓线雷达产品以及GFS (Global Forecast System)0.5°×0.5°再分析资料,分析了2018年3月4日江西极端雷暴大风过程的中尺度特征及其成因,并探讨了该过程的极端性。结果表明:(1)该过程由强飑线横扫江西造成,飑前低压、飑锋、雷暴高压、尾流低压特征清晰。(2)飑线系统进入江西后强烈发展的有利环境条件:低层强暖湿平流、中层干空气、地面增温、低层增湿形成了"上干冷、下暖湿"异常不稳定层结;中层低槽东移、多层急流叠加、地面辐合线共同形成强抬升条件;中低层强的风垂直切变使得飑线生命史延长。(3)飑线与引导气流交角增大,移速异常加快;鄱阳湖地区平坦地形和丰富水汽都可能对地面大风产生增幅作用。(4)南昌站地面低压、下沉对流有效位能(DCAPE)、850 h Pa与500 hPa温度差、925—1 000 h Pa风垂直切变等物理量极端异常,与其多年旬平均差值超过2σ(σ为均方差),对极端雷暴大风潜势预报有一定的指示性。另外,风廓线雷达产品1.0 km以下大风速区提前雷暴大风30 min出现,高层折射率结构常数(C_n~2)大幅跃升提前雷暴大风10～20 min出现,均对其临近预警有一定的参考价值。     

北京地区雷暴大风预报研究

利用NCEP1°×1°分析场资料,对北京地区2000—2005年夏季和2006年5—6月出现的30个雷暴大风日对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、大气可降水量(PWAT)、垂直速度(ω)、相对湿度(RH)和抬升指数(LI)等物理量平均场进行了研究。结果表明,在雷暴大风发生之前,CAPE有一个明显增大的过程,与之相对应,CIN有一个减少的过程。垂直速度和相对湿度垂直-时间剖面图显示,在雷暴大风发生前,对流层低层一般为上升运动,来自大气中、上层的干冷空气及其伴随的下沉气流有利于不稳定层结的增强;雷暴大风发生当日的20时,大尺度环境场为较强的上升运动控制,上升运动可达到对流层顶高度附近,与之配合,大气中层(600hPa左右)存在一相对湿度为70%的高值区,其中55%的相对湿度高度可伸展到300hPa,大气可降水量达到最大值,抬升指数最小;从22时左右开始,随着不稳定层结的破坏,500hPa以下逐渐转为下沉气流控制。通过与2004—2005年5—8月期间46个普通雷暴日和非雷暴日平均场对比分析还发现,大气可降水量对雷暴大风和普通雷暴有很好的指示意义,即普通雷暴要求大气中含有较高的可降水量,而雷暴大风则较低。认真分析不同类型雷暴大风多普勒雷达回波特征,尤其是多普勒速度图像是做好雷暴大风临近预报的关键。     

拉萨地区夏季夜间雷暴的物理量指数分析

青藏高原的大范围热力、动力作用,致使高原地区空气不稳定,也导致高原夏季雷暴活动非常频繁,成为北半球同纬度地带雷暴数最多的地区。利用2004—2009年常规地面观测资料和探空资料,对拉萨地区夏季夜间雷暴的时间分布特征和背景场特征的分析结果显示:1)拉萨地区的雷暴主要集中在14:00—23:00,其中17:00—20:00雷暴次数最多,超过总雷暴次数的60%。2)从20时整层大气特性上看,20:00—02:00时(次日)发生雷暴时,整层大气的湿度、假相当位温(θse)比不发生雷暴时的大,在400 h Pa层差别最明显;两者的温度差异并不明显。分析抬升凝结高度(LCL)、400 h Pa的θse、修正的KI、SI指数和300 h Pa到400 h Pa的平均垂直风切变(MS)对雷暴的指示作用,结果显示:1)各指数都能较好地区分雷暴日与非雷暴日。2)各指数的TSS预报评分由高到低依次为:400 h Pa的θse352.1 K,TSS评分为0.401;修正的KI15.7℃,TSS评分为0.373;修正的SI3.20℃,TSS评分为0.288;LCL441.4 h Pa,TSS评分为0.276;MS1.87 m·s-1·km-1,TSS评分为0.201。400 h Pa的θse和修正的KI指数对拉萨夜间雷暴具有较好的指示意义。与稳定度有关的参数比与风切变有关的参数的指示意义好。     

2009年早春南方地区一次高架雷暴天气过程的机理分析

利用常规气象观测资料、6.7μm卫星水汽图像和TBB、闪电定位资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2009年3月3日南方地区一次高架雷暴天气过程进行诊断研究。结果表明,该过程主要影响系统是中低层低槽、低涡切变线、西南低空急流、南北支西风急流。低空急流造成暖湿气流输送和高空急流造成冷平流侵入是对流触发机制。近地层为层结稳定的"冷空气垫",位势不稳定出现在低空急流与中高层干冷气流之间,并因急流中的下沉运动得以加强;西南暖湿气流与其北部干冷气流在中低层形成湿斜压锋区,西南气流的下沉支和北方下沉气流汇合在近地层形成的东北风回流与上部西南风生成锋面次级环流圈及中高层上升气流与北支急流中的下沉气流耦合形成次级正环流圈有利于倾斜上升运动的发展;低空急流的强暖平流和水汽通量辐合、北支急流入口区右侧的强辐散和南支急流北侧的辐合均加强了中尺度上升运动。湿层浅薄、上下干层较为深厚、强垂直风切变、低层逆温、-20~0℃过冷水层气流强上升运动等有利于雷暴天气的发生。雷电和冰雹出现在TBB、低空急流风速、θse、水汽通量以及300 h Pa散度等值线密集区附近。     

山东省雷暴大风天气学分型与物理诊断量统计特征

使用MICAPS地面气象观测资料和探空资料,对山东省2009—2016年4—9月产生的雷暴大风以500 hPa天气系统为主进行分型,并以低层(850 hPa)中尺度天气系统和地面天气系统为辅对各型雷暴大风进行分类。然后,采用百分位数法统计分析各型雷暴大风发生时的物理诊断量,并给出各物理诊断量的临界值。结果表明:(1)基于500 hPa天气影响系统配置,山东省雷暴大风分为槽前型、槽后型和副高边缘型,再根据雷暴大风落区与850 hPa天气系统的位置关系,又分为切变线辐合类、偏南气流辐合类和偏北气流辐合类3种类型,而根据海平面气压场中天气系统与雷暴大风的位置关系,则将产生雷暴大风的地面天气系统主要归纳为6种类型。(2)将山东省划分为内陆地区和半岛地区,4—6月内陆地区雷暴大风的适用物理诊断量为850 hPa与500 hPa温差(DT_(850-500))、500 hPa与850 hPa风速差(DV_(500-850))、风暴强度指数(SSI)和大风指数(WI),半岛地区代表大气热力和动力综合特征的物理诊断量SSI和WI对雷暴大风的指示性较好。(3) 7—8月山东全省,代表大气热力不稳定的物理诊断量即对流有效位能(CAPE)、K指数、抬升指数(LI)、700 hPa与850 hPa假相当位温差(Dθ_(se700-850))、强天气威胁指数(SWEAT),对雷暴大风有较好的指示性。(4) 9月山东省雷暴大风主要发生在半岛地区,Dθ_(se700-850)、SSI、SWEAT和DV_(500-850)对雷暴大风具有较好的指示性。     

陕西省雷暴的气候特征

利用陕西省78个代表站1961-2002年月雷暴日数资料和运用数理统计及旋转经验正交函数分解(REOF)等方法,对陕西雷暴的时空特征及其演变规律进行了诊断分析.结果表明陕西省年平均雷暴日数为25.3天,呈现南北多、中部少的分布特点;全年中6～8月为雷暴集中期;近42年来雷暴的发生有逐渐减少的变化趋势.REOF分解将陕西雷暴异常划分为3个区,关中区雷暴频数为减少趋势,陕南区呈现陕南区呈现由多-少-多的变化趋势,陕北区为缓慢增多趋势.各区雷暴异常变化还存在年代际、年际差异.     

雷暴云中起电活动对动力和微物理过程的影响

本文通过改变三维强风暴动力—电耦合数值模式中电场参量的引入条件，将电场带入积云运动方程及水凝物下落末速中，模拟比较了有无电场影响下模拟云的主要差异。在考虑电场的作用下，由于初期电活动并不剧烈，降水强度与云内风速变化较小；随着云中起电活动的增强，考虑电场影响的模拟云内上升、下沉风速均有所增加，对应时段的降水强度有明显起伏，但累计液态与固态降水量增加微弱；同时，闪电数目增多，闪电发生得更早，持续的时间更长，电场的影响是不可忽视的。模拟发现:雷暴成熟时期，由于电场力的作用，雹粒子瞬时落速变化的极值均超过10 m s-1，霰粒子瞬时落速变化极值也超过了7 m s-1。但强电场的区域较小，粒子下落时经过强电场区域的时间较短，所以落速极值变化不大，相比之下电场力对半径较小粒子的下落末速的瞬时改变更显著。电场通过对粒子下落速度的影响，改变了水凝物粒子主要源项的生成率，增加雨滴、冰晶粒子的生成率，减小霰、雹粒子的生成率，调整了三相水凝物粒子的时空分布，使云中水汽总量增加9%，释放潜热增加7%，为云体的进一步发展提供了内能。     

我国雷暴天气的气候特征

利用我国３０年历史雷暴日资料,采用ＥＯＦ和主值函数分析等方法,对我国年平均雷暴日的时空分布特征及其异常变化进行了研究。结果表明：年平均雷暴日的分布大致可分为４个区域。第一载荷向量在空间上具有较好的一致性,方差贡献为３５．１％,在黄河中下游地区有所差异。３０年来雷暴日总体在波动中呈减少趋势,但是在某些地区某些时段却有相反的变化,距平场的年代变化特征和各代表区域年平均雷暴日距平序列均说明了以上的结论。