中国西北四省区强对流天气形势配置及特殊性综合分析

利用2004—2010年中国西北四省(区)强对流天气过程高空、地面实况资料,以及近15年西北区强对流研究主要成果,按照强对流天气产生的基本动力学原理,根据其主导因素的不同,将西北区强对流天气基本形势配置分为高空冷平流强迫、低层暖平流强迫、斜压锋生等3类。分析3类基本配置天气尺度环境场显著特征,以及这些特征在中尺度强对流系统发展过程中所起的作用,总结各类配置之间的主要差异及其与中国其他区域的差异。结果表明,高空冷平流强迫类,冷平流可从300 h Pa向下延伸至对流层低层,而850 h Pa则多表现为弱的暖平流。与中国中东部相比,对流层中下层温度递减率更大,层结不稳定在午后会有强烈发展,LFC更高。区域性强对流天气与大范围降水后地面增湿或低层暖湿气流北上有关;局地强对流天气与复杂小地形对应地面抬升和水汽分布不均匀有关。低层暖平流强迫类强对流天气,中低层暖平流占主导作用,湿层可从地面向上延伸到500 h Pa附近,LFC高度明显偏低,温度垂直递减率小于冷平流强迫类。斜压锋生类强对流天气的显著特点是中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生。水汽条件好于冷平流强迫类,垂直风切变明显高于前两类。     

南充雷暴大风天气学概念模型和环境物理量分析

利用1981～2016年气象常规观测和自动站资料对南充大风的基本气候特征进行统计分析,重点探讨不同类型区域雷暴大风的天气系统配置和环境物理量基本特征。结果表明:(1)南充雷暴大风按照形成原因主要分为高空冷平流强迫类和斜压锋生类,按落区出现情况分为全市型、东部型和西部型,东部型雷暴大风主要由高空冷平流强迫所致,全市型和西部型雷暴大风过程则多为斜压锋生所造成。(2)斜压锋生类雷暴大风主要发生在显著冷暖平流导致的斜压锋生与锋面动力强迫共同作用的形势下,高空冷平流强迫类则主要是高空强干冷平流的作用。(3)雷暴大风过程发生前大气环境呈上干下湿、湿层浅薄或为“喇叭口”形态,对于不同类型雷暴大风过程发生前的环境物理结构不同,斜压锋生类雷暴大风产生时大气环境多为明显斜压特征,高空常伴有强锋区,低层不稳定能量大,因此热力因子比较重要。高空冷平流强迫类主要发生在川陕槽后强烈冷平流形势下,水平风垂直切变大、要求低层增温快,故热力和动力因子都重要。      

西风槽影响下豫西北两类强对流天气流型和物理量特征分析

西风槽是诱发豫西北雷雨大风和暴雨等强对流天气的一种重要的天气系统。利用常规高空、地面观测和探空资料,对2001-2015年6-9月受西风槽影响在豫西北发生的区域性强对流天气过程的分析发现,由于近地面暖湿空气势力和侵入冷空气的强弱不同,致使天气系统配置差异显著。根据不同天气系统配置,将由西风槽入侵引起的强对流天气过程分为斜压锋生类和低层暖平流强迫抬升类两种。斜压锋生类的显著特征是配合高空槽的移近,影响系统在700 h Pa上有明显的冷槽,在近地面层有明显的锋生和锋面移近,锋面逼近使抬升运动增强是强对流天气启动的重要因素;低层暖平流强迫类的影响系统在700 h Pa上有位势高度槽而无冷槽,槽的南段紧贴或者落后于500 h Pa槽线,呈前倾结构,强的热力不稳定和深层垂直风切变所形成的动力不稳定是引发这类强对流天气的主要因素,地面辐合线、干线触发了强对流天气。二者在物理量场分布上也有着显著的异同:相同之处在于两类强对流天气均有较强的位势不稳定且积累了大量的不稳定能量,两类强对流过程的0℃层均接近或超过5km。不同之处主要有以下几点:1)斜压锋生类中低层湿度更大,湿层更厚。2)低层暖平流强迫类850-500 h Pa的温差均值为27. 7℃,大于斜压锋生类的温差。3)斜压锋生类K指数均值达39. 6℃,低层暖平流强迫类K指数均值为28. 7℃,二者差值高达10. 9℃,而其抬升凝结高度却明显偏低。4)斜压锋生类中低层的垂直风切变较大,而低层暖平流强迫类的对流层高层与近地面间的垂直风切变较大。     

陇东南汛前期2次斜压锋生类短时强降水过程动力特征对比

2019年4月19—20日(简称"4·19")和4月26—27日(简称"4·26")陇东南出现2次区域短时强降水天气过程,利用常规气象观测资料和ERA5再分析资料,通过诊断锋生函数、温度平流、垂直风切变等物理量对2次过程的动力特征进行对比分析。结果表明:(1)2次过程均存在高空冷平流、低层冷暖气流交汇,地面分别有明显的冷锋和冷式切变辐合线,属于斜压锋生类强对流。(2)在同样显著的斜压大气环境条件下,2次过程动力特征存在明显差异,"4·19"过程冷空气较为深厚,中、低层强冷平流驱动低层锋生,对流发生在锋面强迫抬升的动力不稳定条件下,呈现出锋面降水特征;"4·26"过程低层及近地层有冷空气扩散,对流发生在近地层锋生与低空急流共同作用下,由热力不稳定主导,对流性降水特征显著。(3)700 hPa和850 hPa锋生函数可分别定量描述低层和近地层影响系统的时空分布和演变特征,由于近地层触发系统受地形影响难以界定,尤其"4·26"过程低层及近地层冷空气路径复杂,锋生函数可作为近地层触发系统判定的物理量指标。     

福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型配置及环境条件分析

根据2002—2013年福建26次春季强对流天气过程中12例由西南急流暖湿强迫产生的强对流天气的高低空环流配置,利用常规高空、地面观测资料以及NCEP再分析资料,运用中尺度对流天气的天气图分析技术建立福建春季西南风低空急流暖湿强迫背景下的强对流天气流型的识别方法,并统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素,初步揭示了福建省春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气过程的特征和规律。此类强对流天气是由对流层中、高层干冷空气位于低层强烈发展的暖湿平流之上形成显著条件不稳定层结,逆温、干暖盖、中低层有利的水汽条件,上干下湿的温湿廓线以及低空辐合、高空辐散为强对流天气的发生提供了有利的环境条件,强对流天气系统由地面的锋面、辐合线、热低压、925 hPa辐合线以及西南急流脉动等中尺度天气系统触发,对流生成后在西南风急流引导下移入有利于对流发展的不稳定区域使得对流持续发展,强垂直风切变配合较大的对流有效位能有利于对流风暴持续发展。     

2012年初春华南“高架雷暴”天气过程成因分析

利用华南地区多普勒天气雷达资料、气象站监测资料以及NCEP客观分析资料,分析了2012年2月27日华南地区发生的一次罕见高架对流天气过程特点.结果表明,在低层强大冷气团控制下,地面冷锋后华南地区出现的伴有短时强降水、雷电和冰雹的强对流天气过程是一次较典型的冷区“高架雷暴”,近地面大气层结较稳定,低空存在逆温,强对流天气落区与850 hPa切变线位置有较好对应.中高层的西风槽东南移和高空急流南压,配合低层850 hPa南岭山脉南侧偏南急流显著加强,为高架对流发生发展提供了有利的大气环流背景.边界层冷空气补充南下迫使低层暖湿空气抬升,中高层槽前辐散气流产生高空“抽吸”作用,配合华南上空有利的大气动力和热力不稳定条件,形成了此次罕见的高架强对流.与一般地面发展雷暴不同,此次“高架雷暴”暖湿空气是从逆温以上的850 hPa附近开始对流抬升,而不是从边界层开始.     

洞庭湖区域雷暴大风分型及预报分析研究

文章选取2013-2015年洞庭湖区域的15次雷暴大风天气过程,根据天气形势配置将其分为以下4类:低层暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类及高层冷平流强迫类。其中低层暖平流强迫类根据中低层切变线北侧冷平流的强弱又可以分为:强冷暖平流强迫类、强暖平流强迫类和中间类。总结归纳各类雷暴大风过程开始前、影响阶段及过程结束的天气形势配置、雷达回波特征与预报着眼点,为短期、短时天气预报预警提供参考。     

2020年湖南两次典型混合型强对流天气过程对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料，对2020年3月下旬两次强对流天气过程（21—22日过程和26—27日过程）进行对比分析。结果表明：①两次强对流天气过程都有较好的动力、热气和水汽条件配合，高层辐散、低层辐合的环流配置有利于上升运动，热力不稳定层结强烈发展，加上有利的水汽条件，在高空低槽与地面辐合线等系统的触发下，导致混合强对流天气发生。②两次强对流天气过程均分为两个阶段，暖平流强迫类强对流和斜压锋生类，在暖平流强迫类阶段不稳定能量积聚很明显，并在斜压锋生阶段开始前得到一定程度的释放，两次过程斜压锋生类阶段的动力条件和水汽辐合较暖平流类阶段更强。③两次强对流天气过程均出现了冰雹、雷暴大风、短时强降水，“21日过程”西南急流发展更加旺盛，暖平流中心强度更强，垂直伸展高度更厚，热力条件更好，以雷暴大风、冰雹为主；“26日过程”冷空气势力更强，显著上升运动维持的时间也较长，有着更充沛的水汽供给，以短时强降水为主。④两次过程怀化沅陵县官庄镇19:00—20:00均出现冰雹，雷达回波均反映出典型的冰雹回波特征，“21日过程”较“26日过程”最大反射率因子更大，中气旋强度更强，垂直累积液态含水量(VIL)跃增更明显，值更大，中气旋扩展高度更高、高空辐散更强，因此冰雹直径更大。     

两种类型短时强降水形成机理对比分析——以甘肃两次短时强降水过程为例

利用"2014·06·18"和"2013·06·19"两次短时强降水过程的实况资料及NCEP 1°×1°再分析资料,对比分析了发生在甘肃省中南部地区相同季节、相似气候背景下的不同类型短时强降水过程实况特征、天气形势配置、动力热力特征、云图及雷达特征。结果表明:两次过程雨强均较大,但"2014·06·18"降水过程分散性强、持续时间短,且伴随冰雹、雷暴大风等多种强对流天气,而"2013·06·19"降水过程区域性强、持续时间长。前者是发生在中低层冷暖空气强烈交汇,并伴有明显温度锋区和锋生,地面有冷锋活动形势下,是斜压锋生类短时强降水。后者是发生在低层强烈发展的暖湿平流中,暖湿平流对建立热力不稳定起了主导作用,是暖平流强迫类短时强降水。不稳定指数显示前者不稳定能量大于后者,且存在一定的对流抑制能量,有利于强对流的发展。暖平流强迫类短时强降水湿层厚度高于斜压锋生类,而斜压锋生类短时强降水高层垂直风切变表现得更强。"2013·06·19"暖平流强迫类短时强降水云图特征为沿暖湿气流迅速发展北上的带状云系。"2014·06·18"斜压锋生类短时强降水则表现为与低空"人"字形切变相对应的逗点云系,云系的发展变化与形势场变化密切相关,是降水落区及其发展变化的重要原因。雷达反射率因子显示"2013·06·19"是积状云为主的混合性降水回波,回波梯度小,质心低。"2014·06·18"是层积云中分散着块状对流单体回波,回波梯度大,回波质心发展较高,回波强度可发展到很强。当50 d Bz强反射率因子核心区接近8 km高度,达到-20℃层高度,回波顶高也达到12 km时,有冰雹产生。     

一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层特征的观测分析

对STORM-FESTIOP17一次冬季锋面暴风雪天气过程的斜压边界层结构演变及特征进行了分析。发现：暖湿空气沿锋面抬升凝结成云，产生降水过程中释放的大量潜热显著增加锋两侧的水平温度差异，产生锋生。与锋生相伴，在锋前产生低空急流和高空急流。当锋生至最强时，锋两侧温差可达20K，锋前低空急流开始减弱，锋后低空急流增强，锋后冷平流开始主导锋两侧的环流系统。该冷平流削弱锋两侧的温度水平梯度，产生锋消作用。对这次锋面斜压对流边界层的湍流特征分析表明：在边界层之上切应力wv明显增大；湍能收支分析表明在边界层之上的风切变产生项很强，即大尺度天气系统有利于斜压对流边界层的发展，边界层内各量充分混合。这次冬季锋面暴风雪天气过程，冷锋前的低空南风急流从墨西哥湾携带来的充足水汽及锋区边界层大气的强斜压性是其产生的关键因子：冷锋过后，大尺度高空急流的作用更有利于对流边界层的充分发展。     

TRMM揭示的南海不同回波顶高对流系统的季节变化特征

采用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)降水和云特征数据集,对南海2001年1月至2012年3月不同回波顶高对流系统的垂直结构、表面降雨率、数量时空分布的季节变化进行统计分析。结果表明:①浅对流、较深对流、深对流大于20dBz的回波区分别分布在4～8km、4～10km、4～14km之间;浅对流20dBz回波顶高的频率峰值为9km;冬季,较深对流、深对流20dBz回波顶高的频率峰值分别为13km、14.5km,其余季节偏高分别为14.5km、16km。②较深对流和深对流是南海地区面积平均降雨率较强的2种主要的降水系统;夏秋两季,较深对流的降雨率大于深对流;冬春两季,深对流的降雨率大于较深对流。③较深对流、深对流出现频次最少的季节为冬季,浅对流则为春季。④浅对流偏向于出现在12°N以南;深对流偏向于出现在12°N以北;较深对流在冬春季节集中在12°N以南,夏秋季节横贯南海。⑤夏秋两季在南海北部出现气旋性辐合上升的差异中心,南海中南部的西南水汽输送差异与700hPa以下水汽的辐合差异,是较深对流在夏秋两季比冬春两季带来更强降雨率的主要原因。     

强迫流与不稳定流的相互作用

通过数值试验的方法,研究非保守系统中的基流平衡被破坏和重建过程中,产生非平衡中尺度环流与不稳定能量造成的对流关系,着重探索在形成持续时间较长、尺度较大的深厚湿对流的物理过程中,强迫与不稳定的相互作用.研究结果表明:强迫流比不稳定流小一个量级.强迫流虽然本身的量值较小,但是强迫流是不稳定流的触发机制.如果环境场具有深厚的不稳定层(垂直或倾斜方向),并且环境场强迫出一定振幅的呈上升运动的强迫流,则在0～3小时以后,将在强迫流上升运动中心激发出不稳定流上升运动中心,或使已经存在的不稳定流上升运动中心向强迫流上升运动中心移动.     

新疆天山北坡中部一次冰雹天气成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、自动站资料和石河子CINRAD／CC多普勒天气雷达观测资料,对2010年7月11日发生在新疆天山北坡中部的一次强对流天气进行了综合分析。结果表明：这次冰雹天气发生在巴尔喀什湖低涡的环流背景形势下,较好的水汽条件、对流不稳定条件、0oC层和-20℃层的适宜高度以及较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展,同时山区和平原交界处的地形和热力不稳定作用对对流风暴的触发和发展成为冰雹云有着重要的作用。通过对多普勒雷达PUP产品的分析得出：这次强对流天气在组合反射率因子（CR）图出现了中心强度为63dBZ强对流单体和大面积〉50dBZ的强回波区;在反射率因子剖面（RCS）上表现为60dBZ强回波区的高度已达到5km,50dBZ强回波区的高度达到7．3km,整个回波顶高度达到12km的强回波墙,十分有利于冰雹的形成;在冰雹发生前期,平均径向速度图上出现了中气旋,促使对流风暴单体加强和维持;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;垂直累积液态含水量的跃增及其密度〉3．5g／m3十分利于冰雹的产生。     

海河流域一次大到暴雨天气过程的预报分析

利用数值预报、常规天气图、各种物理量场、卫星云图、雷达资料等,对2005年7月22—24日影响海河流域的典型暴雨天气过程进行了综合分析。该过程是由高空槽、副热带高压边缘的暖湿气流和5号台风海棠减弱后的低气压云系的共同作用下产生的;其触发机制是冷空气从近地层楔入暖空气中,在高温高湿、层结不稳定等诸多有利条件下,冷空气前沿的上升气流在暖区激发出几个较旺盛的中小尺度的强对流云团造成此次的降水过程;数值预报在对流层中部冷平流入侵海河流域的时间和地点,对于强降水出现的时间和落区预报有一定的指示意义,日本模式和T213在此次海河流域强降水的落区预报上存在优势,德国模式在强降水量级的预报上最接近实况,但三家数值模式预报西太平洋副高西伸的位置不够准确,导致海河流域的降水预报的时空分布有一定误差。     

赣北500hPa副高中心附近的一次对流天气分析

５００ｈＰａ副高中心附近的对流性天气是一种较少见的现象，它的形成机制与一般的对流天气明显不同。作者从天气形势，层结稳定度，锋区位置，湿度垂直分布等方面，对１９９３年８月１４日的对流天气过程进行了分析，找出了副高中心产生对流天气的一般条件。     

浙江夏季弱天气尺度强迫背景下午后局地热对流特征分析

利用常规高空观测资料、浙江多普勒雷达产品、ERA5逐小时再分析资料(0.25 °×0.25 °),统计分析了2015—2021年浙江夏季(6—8月)弱天气尺度强迫背景下午后局地热对流(根据移动速度分为移动型和少动型两类)的时空分布特征、生命周期特征、环境参数特征等。(1) 两类热对流触发频次相当,年际变化均较大,但年、月、日变化趋势基本一致,午后出现少动型局地热对流的可能性更大,而傍晚出现移动型局地热对流的可能性更大。(2) 局地热对流的触发与地形密切相关,对流高频区位于浙东沿海、浙西北、浙西南山区,浙中北平原和盆地均为低频区,热对流触发频次均随高度增加而减少,多触发于山脉及其附近的中低海拔处,中高海拔地区更容易触发少动型局地热对流。(3) 两类对流均在弱垂直风切变环境下即可触发,移动型单体更容易得到发展。     

太行山东麓一次强对流降雹过程中的地形强迫

利用WRF模式对2011年5月26日发生在太行山东麓的一次强对流降雹过程进行数值模拟,探讨了太行山及周边地形在本次强对流过程的作用。结果表明,控制华北平原的偏东暖湿气流受太行山阻挡并与切变线东南侧的西南暖湿气流汇合,在太行山东侧形成水汽高值区。太行山东坡下垫面向上热通量明显高于华北平原,午后850hPa高度山坡与平原的假相当位温梯度达到0.2 K·km~(-1),850~600 hPa假相当位温垂直梯度达4 K·km~(-1),对应上坡风的垂直速度大于1 m·s~(-1),热力环流为太行山东麓对流的发生提供了动力条件。太行山东侧暖湿气层之上为偏西干冷气流,由此形成的强热力不稳定与水汽高值区、上坡风共同造成太行山东麓强对流过程的发生。局地小尺度地形抬升与重力波共同促使太原盆地有对流单体生成,该单体移经太行山西侧迎风坡受阻挡抬升而增强,越过山顶后与维持在太行山东侧的对流单体发生合并,从而导致对流云的强烈发展。     

中尺度干、湿对流影响环境场的差异分析

用1999年6月一次梅雨锋大暴雨过程高分辨的敏感性数值模拟结果分析了对流活动对大尺度环境的反馈作用，共设计了两个敏感性方案：干绝热过程(干调整)和包含水汽及凝结潜热释放的湿过程(湿调整)，两种调整过程包含的不稳定能量不同，对环境场造成的影响也不同。通过分析，得到以下几点结论：在对流强盛期间，湿调整比干调整更能增强底层辐合和高层辐散；当对流消失后即大气从不稳定调整到稳定状态后，两种调整过程对水平风场的影响基本相同；湿调整比干调整产生的垂直速度更大；湿调整比干调整更能使大气底层温度降低、高层温度升高。干、湿调整过程都是不稳定能量释放过程，当层结不稳定能量释放、产生强对流时，强上升运动中心的中下层辐合增加、高层辐散增加，当对称不稳定能量释放时，高层指向冷区一侧的水平风分量增强，底层指向暖区一侧的水平风分量增强。水平风场受对流影响后改变的量值与原有量值相当；不稳定能量释放可影响到对流中心周围5个经纬距以上的范围。     

一次华北低涡造成的强对流天气分析

本文通过对5月12日发生在本市的强对流天气分析，揭示了5.12强对流天气发生的特点和形成机制，并初步提出了受华北低涡影时造成天气显著差异的原因和条件。为在以后在预报这类天气时提供了一些重要的线索。     

江西“4·12”降雹过程的多普勒雷达资料分析

通过分析江西省2003年4月12日降雹天气过程中,强对流天气发生前后的CINRAD-SA多普勒雷达资料的演变特征,归纳出强对流天气过程的相关特征,提出强对流天气临近预报的几个着眼点和指标.发现应用弓状回波、TBSS、“逆风区”、低层中尺度辐合线、垂直积分液态水含量（VIL）及冰雹指数的变化能有效地指导灾害性天气临近预报,并有一定的提前量.