镇江雷暴气候特征及天气学预报方法分析

雷暴是严重的气象灾害之一,给人民生命财产带来严重影响。雷暴的发生发展地域性强,因此加强镇江本地雷暴特征的研究和预警工作十分必要。利用镇江市1959--2010年的雷暴气候资料,通过气候倾向率、小波分析等统计方法,对其周期性、时空分布特征及年（代）际、季节变化特征等进行了分析,得出以下结论：1）镇江市雷暴呈现出市区少、周边地区多的特点,其中句容雷暴发生频率最多且持续时间长。2）镇江市平均雷暴日数存在4a、6a、10～12a左右、准20a的长周期振荡信号。从长周期分析,镇江市近几年的年平均雷暴日数处于偏多周期时段。3）年平均雷暴日数距平,20世纪60年代、70年代、21世纪的00年代是正距平,特别是2006--2010年连续5a的平均雷暴日数都大于气候值,是雷暴频发时期;80年代、90年代为负距平。1963年的雷暴日数最多,有53．3天;1979年的最少,为15天。通过对1999--2008年镇江市地面观测资料的194个雷暴天气过程个例进行统计分析,对影响镇江市的雷暴天气系统进行了分型,在此基础上提出了预报镇江市雷暴天气的思路,为开展雷暴预报预警业务提供理论依据。     

Analysis of the Trends of Thunderstorms in 1951–2007 in Jiangsu Province

Based on the 1951–2007 thunderstorms in Jiangsu, a study is conducted for their climate trends, periodicity, spatiotemporal patterns, and the distributions of the first and last days of the thunderstorms at different guarantee rates (GRs) using climate tendency rate, wavelet analysis, and GR for diagnosis. Results suggest that the inter-annual number of thunderstorm days (TSDs) exhibits a decreasing trend in this province. The trend is displayed mainly in the decreasing TSD number in summer and autumn except in spring, when the variation is not significant in the study period. In this province, the TSD number declines by ~2 days per 10 years. On an inter-annual basis, the pronounced positive departures of the number take place chiefly in the early 1960s, the late 1960s to the early-mid-1970s, the late 1980s, and the late 1990s compared with the negative anomalies dominant in the late 1970s to the mid-1980s, the mid-to-late-1990s, and the late 1990s to 2007. There are vast differences in the initial and ending days at diverse GRs in different areas of the province. At 50% GR, the earliest (last) days occur from mid-March to early April (early to late September) while at 80% GR, the initial (last) days are from late March to early May (early to late October). For the distribution of periods, the periods >8–10 years are relatively stable for the entire province. Based on 1951–2007 period analysis, the region north (south) of the Huaihe River experiences TSDs less (more) than normal days in recent years.     

我国华南江南春季雷暴气候特征分析

基于我国华南江南地区274个基本地面气象观测站数据、全国闪电定位数据以及欧洲中心的全球大气再分析数据(ERA-Interim),对1981—2017年华南江南地区的春季雷暴日采用经验正交函数分解方法(EOF),并与气象要素场做回归分析。得出以下主要结论:(1)我国华南江南地区春季雷暴活动高发区主要在广西东部至广东西部;其高峰期在下午18:00和凌晨4:00左右,且大多数雷暴活动持续时间不超过3 h;山区雷暴活动主要在傍晚至夜间;平原雷暴活动主要在白天,高峰在17:00及06:00前后;(2)华南江南地区的雷暴活动存在着3~5年的短周期和16年左右的长周期变化;(3)雷暴日距平EOF分析的前3个主成分累计方差贡献达到72.3%。按其向量场的方差贡献分型,Ⅰ型表现为华南江南雷暴活跃特征呈现较统一的变化规律。深厚西南低涡槽前、上干下湿的水汽层结、上冷下暖的温度层结为华南江南地区发生大范围雷暴天气提供良好的动力、水汽和位势不稳定条件,是华南江南雷暴活跃异常的主要模态;Ⅱ型表现为从华南南部到江西与浙江南部有一条西南-东北向、下宽上窄的雷暴活跃正距平异常区,而两侧为负距平异常区。其环流特征表现为温度整层偏冷,水汽整层偏湿,而西南槽前动力抬升有利于水汽抬升凝结触发对流形成雷暴;Ⅲ型表现为华南和江南地区雷暴活跃特征呈南北反位相异常,其分界线在26 °N附近。其环流特征表现为较强的干冷空气南下与南方暖湿空气在南岭山区对峙形成异常的垂直环流圈。在其上升支,低层干冷空气被卷入中高层使得中高层暖湿空气凝结释放潜热形成对流,造成华南地区多雷暴发生,而江南地区处于垂直环流的下沉支,整层湿度偏干,造成江南地区雷暴相对偏少。      

双多普勒雷达风场反演对一次后向传播雷暴过程的分析

利用常规观测、雷达和加密自动站资料,对2013年9月13日上海地区的一次以后向传播为主要特征、伴有强降水和大风的强对流过程进行了分析,并采用双多普勒雷达风场反演等技术,对其形成的环境条件及后向传播机制进行了研究。由于上海连续多日处在副热带高压(副高)西北侧边缘,具备了充足的水汽和较强的不稳定条件,地面辐合线在上海北部触发了初始对流,其出流与地面风场的辐合在西南侧不断触发出新的对流单体,出现了与引导气流相反、指向西南方向的雷暴传播矢量,当单体的新生传播速率大于引导流速率时,雷暴整体产生了与引导气流相反的后向移动。针对该后向传播机制的研究表明:对流单体强下沉运动形成的阵风锋在其西南方向与环境西南风辐合,并与该处原有的地面辐合线碰撞造成更强烈的上升气流,触发新的单体生成,新单体发展成熟后产生强降水和强下沉运动,加强和维持了其西南侧的阵风锋,使得阵风锋向西南方向推进并继续触发新单体生成;风场反演的垂直运动分布和演变也显示了多个对流单体从东北向西南依次表现出消散、成熟和新生阶段的特征。因此,本次过程中形成了"雷暴单体新生发展—成熟后缓慢东北向移动—产生强降水、下沉运动和大风在其西南侧触发新单体"的循环;向西南方向推进的地面阵风锋与原有的地面辐合线共同形成了雷暴西南侧局地锋生区,与新生对流区的位置一致,是该次过程后向传播的主要原因。     

雷暴探测研究的进展

基于达州市2015年10月-2016年9月的闪电定位和探空观测资料,以850 hPa与500 hPa温差、大气可降水量、K指数、对流有效位能、对流抑制和抬升指数作为雷暴预警因子,利用投影寻踪动态聚类方法对该时段内的雷暴个例构建了预警模型。结果表明：（1）模型预报结果定量评估的临界成功指数为72.00%,该模型对个例达到了识别和预警效果;（2）该预警模型与常规预警方法相比,具有识别率高,计算简便,客观性强等特点,可为雷暴预警提供了一种新的客观预报方法。

     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用十堰多普勒天气雷达资料和高空地面观测资料对2013年5月23日凌晨发生在十堰地区的强超级单体风暴过程进行了详细的分析。干暖盖、强垂直风切变、高空辐散、低空辐合特征为超级单体的形成提供了良好的环境场; 喇叭口地形、地形抬高冷池出流和雷暴出流与低层暖湿气流产生的扰动是超级单体爆发性增强的关键原因; 多普勒天气雷达观测表现为典型钩状回波、低层有界弱回波区和“穹隆”、中气旋、回波墙等超级单体特征; 4D-VAR风场反演结果表明超级单体内, 上升气流从前端低层进入, 然后倾斜上升, 至高层后随高空风向外流出, 下沉气流从云后中低层流出, 这是成熟的超级单体所具有的典型流场结构; 中层干冷气流夹卷使得雷暴群整体更有组织性并具有更长的生命史, 有利于强灾害性天气的产生。

     

环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明：JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA Interim再分析资料。     

珠江三角洲城市群对雷暴的影响

利用2000—2007年广东省闪电定位仪所获得的地闪资料和广东省86个气象站所统计的雷暴日资料,对广东省(特别是珠江三角洲城市群区域)的雷暴日闪电频次变化进行了分析。结果表明:虽然珠三角城市群雷暴日与非城市群雷暴日相差不大,8年中变化也不大,但总闪远多于非城市群,总闪在8年中也有显著增长。珠三角城市群的单个雷暴的闪电频次要远多于非城市群区域,总闪增长也主要是单个雷暴的闪电频次的增长。而且,珠三角城市群对前汛期雷暴影响大,对后汛期影响相对较小。     

闽西南地区一次高架雷暴中尺度特征分析

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、闪电定位仪资料、福建龙岩双偏振多普勒天气雷达资料,分析了2020年春季闽西南地区的一次强对流过程。结果表明,此次过程发生在地面锋线北侧冷区内,属于典型的高架雷暴过程,产生的灾害性天气包括冰雹、短时强降水、高山站雷雨大风。500 hPa冷平流、850 hPa暖湿平流、925 hPa闽西南地区的假相当位温高能舌为高架雷暴的发生发展提供了有利的环境条件。探空显示逆温层深厚且逆温层顶温度高,暖湿气流沿着锋面被强迫抬升,至逆温层之上饱和假相当位温随高度递减,存在显著的条件不稳定,对流得到快速发展。雷达分析表明,本次高架雷暴冰雹回波自低层快速倾斜向上发展,具有发展快、强度强、降雹时间长的特征。其双偏振参数演变特征与基于地面抬升的雷暴基本一致,降雹阶段表现为CC谷、Z_DR接近零、K_DP小于零。降雹前回波单体中存在强Z_DR和K_DP柱,可以作为冰雹预报的参考,提前量达到半小时。     

“6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析

利用商丘和郑州雷达资料,结合地面加密观测等多种资料,分析了2009年6月3日傍晚至次日凌晨,河南商丘、安徽和江苏北部出现的大范围致灾雷暴大风。本文分两个阶段从中尺度环境、风暴结构、风暴与环境相互作用、雷暴间相互作用的角度对商丘风暴的发展、维持及灾害性大风成因进行了深入探讨,得到以下结论:(1)商丘雷暴大风环境类似美国暖季型Derecho环境;(2)商丘风暴由晋冀雷暴群下沉气流导致的出流阵风锋移动到水汽相对充沛处触发,在有利的环境条件下迅速发展成具有较强的中层径向辐合超级单体风暴,多个超级单体的强下沉气流合并产生了超级单体阶段的地面大风;(3)飑线发展、维持的原因是飑线的自组织结构,飑线与环境入流的相互作用既有利于强上升气流发展,亦有利于强下沉气流发展,干线及叠加在干线上扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端;(4)根据径向速度增幅估计,风暴强下沉气流辐散、强冷池密度流和层状云部分降水粒子蒸发对弓形回波阶段地面灾害性大风的增幅作用几乎相当,冷池合并是商丘极端雷暴大风产生的重要原因。