一次MCC红外云图演变特征及成因分析

利用FY-2E红外云图及TBB资料,结合环境形势及物理量,对2011年8月15日夜间发生在河北南部和山东北部的强降水过程进行了分析。结果表明,冷锋触发的云团与地面中尺度辐合线触发的云团合并形成MCC:冷锋触发对流云团,云团脱离冷锋东移、发展、加强,形成MβCCS;MβCCS前侧有对流云团沿地面中尺度辐合线生成、发展、少动,与冷锋触发形成的MβCCS合并发展,形成MCC。MCC系统维持阶段,其西侧有新的对流云团生成,合并到MCC主体,使其向低压中心一侧发展。小时强降水并不是产生在MCC云团的冷中心,而是基本产生在TBB冷中心的西侧,实测小时强降水发生在MCC形成前2个小时以及发展成熟阶段的前4个小时之内,MCC减弱阶段的降水量明显减小。MCC成熟阶段,TBB基本维持在-73℃以下,最低达-78℃。华北南部上空明显的上升运动及低层强的正涡度区为强降水的产生提供了动力条件。低空东北气流及低空西南气流在华北南部形成辐合,超低空东北急流和超低空西南急流的形成与维持使得辐合进一步加强,维持强的辐合上升运动导致了强降水形成。     

“黑格比”后期异常强降水形成机理分析

0814号强台风黑格比2008年9月25日08时减弱成低压进入越南高平后,在外围云系有明显中尺度对流云团发展,引发广西西南部新一轮比热带风暴本身更具破坏力的暴雨到大暴雨降雨。对美国国家环境预报中心(NCEP)提供的再分析资料、常规观测资料及雷达回波等研究结果,认为南亚高压西退造成负涡度向对流层中低层延伸,使500 hPa的西太平洋副热带高压出现减弱东退现象,成为低压后部对流云团在广西西南部停滞发展的背景条件。造成此次暴雨的4个中尺度对流云团,都是沿着暖切变右(北)侧100—200km范围内从东南往西北方向产生、移动的,中尺度降水落区呈东南-西北的带状分布。暖切变、垂直方向上的抽吸作用、θse的高值始终呈漏斗状的湿中性特征以及湿Q矢量对次级环流的激发作用等是此次低压后部中尺度对流云团的加强机制;而湿舌、湿Q矢量辐合区与未来强降水出现区域、出现时间对应较好。     

“9.21”山东半岛南部沿海强降水的中尺度分析

利用常规天气图、区域自动气象站、多普勒天气雷达等资料对2012年9月21日发生在山东半岛南部沿海持续的强降水天气进行综合分析。结果发现:强降水发生在500h Pa槽附近;中小尺度的对流云团产生在沿海向岸风左侧的气旋性辐合区,地面中尺度辐合线是强降水形成的动力机制;强降水回波不断生成是造成强降水的关键;特殊的沿海地形对这次强降水起到了重要作用。     

鲁西南至鲁中一次暴雨过程成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料、中国气象局物理量分析资料和泰山多普勒雷达资料对2013年7月18日发生在鲁西南至鲁中的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水由500hPa西风槽、700hPa切变线、850hPa低涡、地面辐合线、以及副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响造成。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了良好的热力条件,副高外围的水汽输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时暴雨区不稳定能量的维持和层结对流不稳定的结构,有利于暴雨的产生。地面中尺度辐合线的生成和发展,是这次暴雨产生的启动机制,暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。强降水期间,沿低层切变线北侧东北气流南下的冷空气与暖空气交汇,使对流加强、降水强度加大。另外,泰安地处鲁中山区向西南开口的山谷的南部,偏南气流的迎风坡,有地形产生的偏南风的辐合和抬升,地形造成的辐合上升运动对泰安地区第一个强降水时段降水具有明显的增幅作用。两个强降水时段雷达回波为混合型降水回波,反射率因子强度一般在30~35dBz,最强达40dBz,其中第一个强降水时段回波对流发展的高度更高。特殊的地势地貌也是此次暴雨产生的重要原因。     

一次渤海强对流天气系统监测与大风成因探讨

利用FY-2E卫星云图、天气雷达、雷电、海上平台、海岛站及海洋模式产品等资料,对2011年9月1日01—06时出现在渤海湾强对流天气成因进行综合分析。结果表明:位于燕山南麓较弱中β尺度云团,在500 hPa西风急流出口处、低层925 hPa切变线及层结不稳定条件下,触发多单体风暴重新发展,造成西岸区短时强降水天气及冰雹天气;中尺度系统主体入海后南压强度少变,在多单体风暴后部下沉气流与后部冷空气动量下传共同作用下,迅速加大渤海湾海区东北大风的分量,在同时具备天文大潮的条件下导致了南岸局部风暴潮灾害的发生。同步监测显示:云图中尺度象元TBB为-25°—-65℃,对流云团强弱交替变化时间为3—6 h,减弱后迅速转向东北岸区;三部天气雷达径向速度图先后监测到NE向低空急流"牛眼"时空尺度特征,同步垂直风廓线(VWP)反演出NE向低空急流由1000 m下降至300 m动量下传过程,与海岛站、平台监测值接近一致,中部与南部海区转为东北大风时间差为3—4 h;20时探空海岸带与风场垂直和水平切变明显,K指数为33℃,SI指数为-3.8℃,对流有效位能Cape为1555 J/kg;海洋中尺度数值产品3—6 h的K指数及海区辐合线的动态模拟与云图TBB中尺度象元、雷达回波移向相对一致,但风速明显偏小10—12 m/s。     

台风“杜苏芮”(2305)引发福建极端强降水的特征分析

台风“杜苏芮”（2305）是1949年至2023年9月登陆福建第2强台风,引发福建极端强降水。利用双偏振雷达、FY-4A等多源观测资料分析了福建强降水发展的主要特征,指出2个明显的降水阶段分别由台风眼壁与内螺旋雨带、台风外螺旋雨带造成。“杜苏芮”登陆后眼壁附近中β尺度对流云团发展,云团低层以大雨滴为主,对流云团分裂进入内螺旋雨带中发展为线状对流,数密度更高的较大雨滴产生极端雨量。而台风移出福建后外螺旋雨带后部对流组织化,形成带状中尺度对流系统,通过“列车效应”持续影响福建沿海,产生极端强降水,高浓度小雨滴是主要的云微物理特征。降水与鹫峰山、戴云山地形密切相关,向东开口的喇叭口地区利于形成强降水中心。     

0601号强台风“珍珠”路径变化因子及降水特征

利用天气学诊断分析方法,结合气象卫星云图、多普勒雷达回波、总能量场和中尺度自动气象站记录资料等,分析0601号强台风“珍珠”路径变化的原因以及逐时降水动态变化特点,并探讨了台风影响过程中强降水的主要成因．指出副高、西风槽、高能区对台风运动的影响;台风中心降水和外围降水强弱有反相关的关系,降水较集中在台风路径的左侧;台风“珍珠”登陆前持续加强和对流强烈发展所形成的深厚系统是出现强降水的重要基础,在卫星云图上密实的螺旋结构和中尺度对流云团的生成是台风云带中出现强降水的显著特征,而特定区域地形的多方面影响是降水幅度增加的原因．     

湘西北地区一次局地特大暴雨分析

利用多普勒雷达资料和闪电定位资料,对2006年8月24日晚常德西北地区的局部特大暴雨成因进行分析,结果表明MCV的不断生成与合并维持MCC的生命史,3个MCC组成一个有组织的MCS,中尺度辐合线是造成特大暴雨的主要原因,回波的生成和发展趋向暖湿气流流入的方向,中低层东南暖湿气流为特大暴雨提供充足水汽,闪电活动的开始指示强降水的开始,南北向地形的抬升作用有利于回波维持和加强,提高回波降水效率和延长降水时间。     

多普勒雷达资料在近海强台风模拟中的同化试验

利用中尺度数值模式(WRF),并同化了多普勒雷达反射率和径向速度资料以及非常规的观测资料,对近几年登陆于浙闽沿海的4例强台风进行了数值模拟。通过高时空分辨率的模拟结果对比分析表明:雷达资料的同化,对近海登陆台风路径和降水模拟以及中尺度降水特征都有进一步改进的效果;模拟较好的揭示了台风近中心螺旋云带中的强中尺度对流系统。通过模拟分析表明,在台风近中心的螺旋云带中,低层有一条强辐合线存在,它与实况多普勒雷达给出的低层平显(PPI)强度回波带有较好的对应关系,也与沿海地区中尺度暴雨系统紧密联系,并由此看到近海海域降水带和强对流区的存在。     

渤海强对流天气监测及概念模型初建

利用micaps系统个例库、秦皇岛雷达、天津雷达、FY-2E红外云图、海岛站、GPS闪电定位仪、探空及中尺度物理量场等资料,采用同步资料叠加分析方法,对2007-2011年4-10月出现渤海西岸区至海区强对流天气的25个例进行综合分析和对应关系的研究.初步得出:(1)强对流发生时三类天气尺度背景场条件下的高空与低层急流配置及K指数和SI指数对应值,渤海边界层辐合线与强对流天气落区对应关系;(2)同步卫星云图中尺度MCC象元动态特征及TBB值;(3)海区中β尺度单体及多单体风暴雷达反射率因子、回波顶高特征及阈值,回波顶高与雷电分布对应关系;(4)初步建立渤海强对流天气概念模型,归纳海区强对流预警指标.在2012年5-6月业务试验中效益显著,为渤海海洋强对流天气监测、精细化预报方法研究提供参考依据.     

暴雨过程中逆风区特征及应用判据研究

为研究暴雨过程中逆风区特征及应用判据,统计分析2010—2017年山东临沂地区暴雨过程中的多普勒雷达观测资料,结果表明:暴雨过程中,风暴内的垂直环流是造成逆风区发生发展的直接原因;逆风区表现为β中尺度和γ中尺度,其形态在不同天气类型下有明显差异;逆风区持续阶段降水强度增大,持续时间与过程累积雨量呈正相关;当雷达最低仰角识别到逆风区,其厚度≥4. 0 km、强度≥15 m·s~(-1)、径向速度绝对值最大值≥5 m·s-1且持续30 min以上时,风暴常明显发展,相关特征可用于预报风暴和暴雨的发展。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明:1)此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统(persistent elongated convective systems,PECS)和1个β中尺度持续拉长状对流系统(meso-β-scale PECS,MβECS)发生发展造成的。2)与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3)物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1～3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4)低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6——8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明:1) 500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统,数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因; 2) 850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强; 3)列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因; 4)风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

一次强降水事件中的中尺度涡旋特征分析

利用济南多普勒雷达探测资料,参考美国国家强风暴实验室发展的中气旋探测算法,对2005年9月2日发生在山东鲁南地区的1次强降水事件中的中尺度涡旋结构及其演变特征进行了分析。结果表明:造成此次强降水过程的中尺度对流系统内存在1个尺度为20km左右的风切变区,其内包含1个尺度为10km左右的涡旋;该风切变区及其涡旋在4～6km高空处最明显,其首先于高空6km附近发展,然后向上、向下生长;它们的尺度和强度达到最大的时刻也是降水最强的时段。     

山东半岛一次中β尺度暴雨的数值模拟分析

利用NCAR/PSU的中尺度大气非静力模式MM5,对2004年8月5日发生在山东半岛的1次中β尺度暴雨过程进行了数值模拟和分析.将模拟的位势高度场、风场、降水与实况进行对比分析,在模拟结果比较合理的情况下,着重对发生暴雨的动力学机制进行了分析.结果表明：黄海中部高能区和副高边缘的高比湿带的维持造成对流不稳定,类似“干线”的特征有利于储存对流不稳定能量.在850hPa散度场上,山东半岛存在辐合辐散交替出现的链式分布,这揭示了重力波的存在;沿辐合辐散交替出现中心连线,作涡度、散度的垂直剖面,显示出重力波的垂直结构特征;重力波过程对暴雨天气的发生、发展有触发、组织和加强作用,天气尺度切变线辐合加强对重力波有激发作用.     

“莫兰蒂”台风暴雨的湿Q矢量和垂直螺旋度分析

利用NCEP FNL再分析资料和中国自动站与CMORPH融合降水资料对1614号台风"莫兰蒂"进行了非地转湿Q矢量和垂直螺旋度诊断分析。对比非地转湿Q矢量散度和垂直螺旋度的三维结构可见,低层正垂直螺旋度与台风移动和强度变化相对应,可作为台风演变的动力因子。而综合考虑了动力和热力作用的非地转湿Q矢量在台风暴雨预报中作用更突出,其中低层700 hPa上的非地转湿Q矢量散度辐合值大于20×10^-16/(hPa·s^3)可作为台风暴雨落区和强度预报的重要参考量,其所对应的辐合区变化与台风暴雨落区变化有较好的对应关系,此外,湿Q矢量散度的三维结构反映了台风内部存在明显的中尺度对流系统,中尺度对流云团不断生消使得台风暴雨维持。     

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明:阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 h Pa与500 h Pa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为"S"型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

“2011.07.25”山东乳山强降水中尺度分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星FY-2E的TBB资料、多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明:(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850h Pa和925h Pa切变线附近,低层850h Pa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生在高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气(伴有下沉运动)相遇,从而触发对流不稳定能量释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63~-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。