一次槽前“干”对流背景下阵风锋天气过程分析

对2015年8月23日发生在陕西关中的一次伴有阵风锋的强对流天气过程的不稳定度条件、卫星云图和雷达资料进行分析,结果表明:本次强对流天气过程虽然发生在槽前,但垂直环境配置为"上干下湿",属于槽前"干"对流,850 h Pa的切变线为强对流提供了初始扰动,地面辐合线触发了强对流天气的发生;两条阵风锋均出现在对流云团边缘TBB梯度最大的区域内、对流有效位能剧烈释放时;另外,两条阵风锋的相向运动,导致两条阵风锋之间强对流单体的产生。当强对流云团与阵风锋叠加时,一方面,二者相互抑制,互为削弱,阵风锋很快消散;另一方面,与阵风锋相联系的对流云团中因为有新的对流单体补充又迅速发展,产生更剧烈的强对流天气。     

上海地区两次强对流天气过程灾害成因及预警研究

对2014年8月24日和9月1日上海地区两次强对流灾害天气过程的环流背景、动力条件及水汽条件、不稳定层结、多普勒雷达观测等方面进行了对比分析,研究两次强对流过程的成因,并对强对流天气进行了预报预警。结果表明:上海地区8·24过程和9·01过程均发生在副热带高压边缘,均有明显的低空急流输送,两次强对流过程预报的开始时间均较实况偏早。8·24过程为槽前型强对流过程,冷锋前飑线和中尺度阵风锋造成强雷电天气。9·01过程为低涡东移型强对流过程,造成了暴雨天气。槽前型强对流过程高层为强辐散,低层为强辐合,有利于强雷暴的产生;低涡东移型强对流过程湿层深厚,降水时间长有利于产生暴雨。垂直风切变趋势预报对雷暴维持和加强具有较好的指示作用。槽前型强对流过程伴随强垂直切变配合,产生区域性强雷暴;低涡东移型强对流过程垂直切变较弱,产生区域性对流暴雨。槽前型对流系统影响时间短,需重点分析地面中小尺度低压辐合区的发展,低涡东移型强对流过程的降水起始时间与暖区对流性降水有关。     

2018年4月桂西南一次冰雹天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP(1°×1°)再分析资料对2018年4月14日下午—15日凌晨左右发生在桂西南的一次强对流天气过程进行分析,结果表明:此次强对流天气过程具有持续时间长、影响范围广、小时雨强较大、前期以降雹为主、后期以短历时强降水为主的特点;近地层锋面和辐合线是此次强对流天气发生的重要触发机制;200 hPa高空辐散流场有利于底层辐合上升运动的加强,可以弥补500 hPa弱槽槽前动力抬升机制的不足;对流层中层具有干冷空气的侵入是预报强对流天气的关键因子,而地面强对流天气容易发生在干空气侵入700 hPa层之后数小时内;强对流天气容易发生在θse大值区或者舌区;对流层正涡度从中层下传到底层对于预报强对流天气的出现具有一定的指示意义;雷达产品分析表明回波具有明显的悬垂回波、弱回波区、辐合区、中气旋、三体散射长钉和旁瓣回波特征。     

陕西一次槽前强对流风暴的诊断分析

对1995年8月5日发生在陕西中部一次槽前强对流风暴过程进行了诊断分析,结果表明:此次影响500 hPa槽前强对流风暴发生的重要条件之一不是中层干空气(干暖盖),而是低层有干空气侵入雷暴区。在中层水汽条件比较好的情况下,低层水汽通量由大变小是暴雨天气向强对流风暴天气转化的主要因素。     

不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时临近预报预警研究

利用常规气象资料、自动站资料、卫星资料、NCEP再分析资料,对2001—2010年安徽省强对流天气过程的物理机制、中尺度特征进行分析。结果表明：强对流天气其发生发展和一定的大尺度环流背景场有关,强对流发生的天气学条件即：丰富水汽、不稳定层结、抬升触发机制或强上升运动,强烈发展的强风暴常有逆温层、强的风垂直切变、中层干冷空气等有利条件。然而,这些条件在不同的大尺度环流背景下各要素的重要性不尽相同,产生的强对流天气类型也不相同。冷涡槽后类对流不稳定表现在中低层温度直减率大;风垂直切变强,风随高度强烈顺转,400～500 hPa有西风急流存在,且与强对流天气的发生区域紧密相关;存在明显的中尺度低压和辐合线、干线;主要造成雷雨大风和冰雹天气。槽前类通常对流不稳定能量较大,中低层有急流存在,风速水平切变和垂直切变大;快速东移的短波槽是触发强对流天气的主要机制;低层水汽条件较好;主要导致雷雨大风、短时强降水和龙卷天气。通过对不同类型大尺度环流背景下强对流天气各天气要素和物理量统计,提取环境场消空指标,明显提高了基于多普勒雷达反射率因子和平均径向速度的龙卷识别和预警水平。对比分析了2010年7月19—20日发生在副高边缘槽前类和在东北冷涡形势下的2009年6月3日、5日、14日在黄淮和江淮地区分别产生飑线并造成大范围雷雨大风、冰雹等强对流天气产生的物理机制、中尺度特征差异,提高对不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时、临近预报水平。     

河西走廊一次夏季强沙尘暴的影响系统分析

使用NCEP再分析资料以及高空、地面观测资料和张掖CINRAD-CC天气雷达观测数据对2008年6月13日发生在河西走廊中部的一次强沙尘暴天气进行了连续监测和分析.结果表明:高空冷空气快速东移叠加到地面热低压之上形成对流不稳定,使得中尺度对流系统快速发展;T-LnP图上500～540 hPa干暖盖有利于对流层低层不稳定能量的存储和积累,干暖盖是强对流天气发生的重要征兆;沙尘暴发生前对流系统先从低层发展,然后迅速向中层发展;沙尘暴发生后中低层雷达回波减弱;中层回波开始增强,并向下发展,降水增大后,沙尘暴减弱消失;沙尘暴发生在紧邻强回波前面弱回波区域内;地面观测沙尘暴发生、发展、消亡时间与逆风区生消演变密切相关,沙尘天气发生在逆风区范围内,强沙尘暴天气发生在逆风区外层风速大值区的强辐合上升气流中.     

2018年一次罕见早春飑线大风过程演变和机理分析

2018年3月4—5日,华南、江南等地发生了一次大范围强对流过程,发生时间早,落区范围广,多地伴有雷暴大风、冰雹、短时强降水等剧烈对流天气,尤其飑线在江西境内造成了严重大风灾害。基于大气环流和雷达回波发展演变特征,将该次过程分为初始、发展和减弱三个阶段：初始阶段西风槽前西南急流造成的低压倒槽为强对流提供大尺度触发条件;发展阶段对流活动位于槽前暖区中,飑线在江西造成极端大风;入夜后,冷锋南下,对流进入减弱阶段。环境场及对流参数诊断表明江西中北部低层高温高湿,中层干冷,温度垂直递减率大,有利于产生雷暴大风。南昌探空长时间序列分析表明温湿要素气候态异常,与历史同期比,低层明显偏暖偏湿,中层偏干,有利于极端对流天气发生。综合多源观测资料和雷达资料分析中小尺度特征,本次江西飑线过程特点及成因包括：（1）受引导气流和前向传播共同作用,飑线移动速度快。（2）自动站分析显示飑锋后雷暴高压强,与锋前暖低压作用造成强密度流,有利于产生大范围直线型大风;（3）通过对比飑线弓状回波南北段回波结构差异表明,飑线后侧中层干后向入流促使降水粒子相变,剧烈降温形成的强下沉运动(下击暴流)是导致极端大风的主要原因,后部层云区下沉气流增强雷暴高压加之动量下传作用对雷暴大风有增幅作用。     

两次强对流天气的热力不稳定条件对比分析

利用常规高空和地面观测资料、西安探空资料、陕西省闪电定位监测等资料,对2010年8月陕西关中东部的两次强对流天气过程影响系统及其热力不稳定条件进行对比分析。结果表明：两次强对流天气具有相似的环流背景,都是副热带高压西伸北抬,河套西部有西风槽东移,为副高边缘的对流天气。不同的是影响系统不同,8月12日过程西风槽的垂直结构为前倾槽结构,且地面存在明显的中尺度辐合线,使8月12日过程的对流天气强于8月18日过程。两次强对流天气过程都具备较好的热力不稳定条件,主要表现为：强的垂直温度梯度和上干冷下暖湿的垂直热力结构特征,8月12日过程高空冷空气更强T-logp图上的“喇叭口”型探空曲线、不稳定能量区、风的垂直切变等对流性特征反映明显;两次过程各对流参数在强对流发生前后演变趋势基本一致,对流有效位能（CAPE）剧增、对流抑制能量（CIN）剧减明显。K大于39℃、△θ_se（500-850）小于-20℃,对流有效位能值大于1600J／kg,对对流天气的预测、强度判别具有较好的指示意义。     

天山北坡中部一次强对流天气中小尺度系统特征分析

利用Doppler雷达资料, 结合常规观测资料及T213再分析资料, 对2008年8月26日18:00~19:30发生在天山北坡中部石河子南部山区强对流天气的影响系统和中小尺度强对流天气落区形成的原因进行了详细分析。结果表明： 西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限分裂出的中尺度短波是造成“2008.8.26”强对流天气过程的直接影响系统; 地形辐合回波带是造成这次过程的主要系统; 地形辐合回波带上的中-γ对流单体滚动更迭是强对流天气落区形成的直接原因; 中高层干冷、 低层暖湿, 低层中尺度辐合切变线对强对流天气的发生具有重要作用。回波强度、 回波顶高度的迅速增加、 垂直累积液态水含量的跃增和面积的扩大, 中气旋的出现都对“2008.8.26”强对流天气的发生具有预警指示意义。当回波强度>50 dBz、 回波顶高度>8 km、 垂直累积液态水含量急增到50 kg·m-2以上时, 将预示有强对流天气出现。垂直累积液态水含量的大值区是对流云强度最强的地方, 与强对流天气落区相对应; 其高值区的强度和范围与强降水的强度和范围成正比。在暴雨发生前和发生期间落区附近近低层存在着西南暖湿气流向暴雨中心的输送。     

鲁中山区一次漏报的强对流天气过程中地形触发作用分析

利用常规气象资料、区域加密观测站资料、雷达资料以及WRF模式输出资料,对一次漏报的受弱冷空气影响而引发的鲁中山区局地强对流天气过程进行诊断。结果表明,此次过程发生在500h Pa浅槽引导弱冷空气自对流层中层缓慢下沉造成气层位势不稳定的天气背景下,强对流在触发和加强的过程中复杂下垫面的影响有不可忽视的作用。局地对流易在山区西北边界的迎风坡、地面中尺度低压中心、温度梯度最大处触发;山区地形对垂直环流的激发是对流发展的主要原因;地形造成的近地面来自海上的东南风绕流辐合是对流加强的有利因素;在环境场较弱的情况下,局地对流触发后,强雷暴回波会沿着地面中尺度高能区发展、移动。     

一次后倾槽型冰雹天气过程演变的诊断分析

利用常规观测资料以及雷达产品等非常规资料,对2008年5月3日河北省衡水市一次后倾槽型局地冰雹天气进行了诊断分析。结果表明:这次强对流天气是由完整而深厚的"后倾"槽和低层切变线共同影响造成的;冰雹入侵路径是罕见的偏南路径;降雹前雹区为上干冷、下暖湿的对流不稳定层结,但雹区聚集的不稳定能量较小;衡水市的阜城和故城两地雹灾相对较重,阜城冰雹由孤立发展的对流单体造成,故城冰雹则由大范围降水回波内镶嵌的强对流单体所致;垂直累积液态水含量变化及其大值维持时间与冰雹直径和持续时间有很好的对应关系。     

贵州中东部地区一次锋后强对流天气成因分析

强对流天气常常出现在锋前不稳定层结区或锋面附近,对于锋后的强对流天气往往容易出现漏报现象。利用常规观测资料、雷达卫星资料,对贵州中东部地区2009-02-26夜间出现的锋后冰雹天气形成机制进行分析。结果表明,该次过程主要是由于冷空气势力加厚增强抬升中层相对较暖空气,造成中层出现对流不稳定,加上低空急流脉动效应与其最大风速中心前的辐合上升运动共同影响,引发对流的产生和发展。强的垂直风切变对强对流发展与维持也起到促进作用。     

2020年1月初怀化一次罕见强对流天气过程分析

利用国家气象观测站常规探测数据、怀化区域自动雨量站和雷达数据以及NCEP1°×1°再分析资料,对怀化2020年1月初一次罕见的强对流天气过程进行了研究分析。结果表明:此次强对流天气在怀化南北部表现出不同的特征,中北部强对流天气属于高架对流类,南部属于斜压锋生类,且强度明显强于中北部;“上干下湿”特征、较强的下沉对流有效位能以及强的垂直风切变,有利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气;中北部受逆温层抑制作用,而南部与中北部相比具有更有利于强对流天气发生发展的水汽条件、辐合上升运动条件以及不稳定条件,这也是造成两者差异的主要原因。雷达分析表明,怀化南部发展较高的强回波单体是造成局地短时强降水出现的主要原因,超级单体导致出现冰雹,低仰角速度大值区预示着雷达大风的产生,风廓线中中层干侵入现象对强对流天气开始、结束有较好的指示意义。     

华北两类产生极端强天气的线状对流系统分布特征与环境条件

华北线状对流系统精细气候分布及其所产生的极端天气特征尚不清楚,本研究利用雷达拼图资料和客观识别方法普查2013—2018年华北171例线状对流系统的时、空分布特征,根据其所致强对流天气的统计结果,发现华北地区至少有2类线状对流系统,分别产生极端强雷暴大风和极端强降水。分析了这2类线状对流系统的环流形势、环境条件、地形作用和关键中尺度系统地面冷池等的特征。主要结论如下:华北线状对流系统的空间分布尤其是初始形成位置与大地形关系密切,京津冀的太行山和燕山山脚区域为其中的一个高发区;2类线状对流系统发生月份、空间尺度、移动速度、形成时刻和维持时间等都具有显著差异;2类线状对流系统的环流背景、环境条件和冷池也差别明显。强雷暴大风型线状对流系统的环境大气斜压性强,中层干和大的垂直减温率造成的最优对流有效位能、下沉对流有效位能大值区是产生极端大风的重要环境条件,地面强冷池以及0—3 km风垂直切变对前向传播起到了重要作用。强降水型线状对流系统产生的降水极端性较前一类型更为凸出,天气尺度强迫相对较弱,水汽条件极其充沛,地面弱冷池或地形与低层南风气流相互作用维持的后向传播是其发展和缓慢移动的主要机制,也是产生极端强降水的直接原因。      

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

2016年山东一次阵风锋触发的强对流天气分析

利用常规观测、区域自动气象站、NCEP/NCAR再分析和雷达回波资料,对2016年6月30日山东一次阵风锋触发的强对流天气进行了分析。结果表明,此次强对流主要发生在高空槽与副热带高压相互作用、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,阵风锋、地面辐合线和负变压中心所产生的抬升作用及近地面层冷空气的侵入使气温骤降是触发对流的关键因素。低层水汽充沛、湿层厚,属于上干下湿的不稳定层结。强对流发生区域处在假相当位温差（Δθse）和风暴相对螺旋度（storm relative helicity,SRH）的大值中心及其右侧位置。对流有效位能（convective available potential energy,CAPE）、850 hPa与500 hPa之间温差、大风指数、强天气威胁指数等都对此次强对流有较好的指示作用。0 ℃层高度和融化层高度较高是此次过程未出现大冰雹的原因。较强的0～3 km垂直风切变在强对流预报业务中需要注意。此次强对流过程是线状回波带前侧风暴内出现了阵风锋,阵风锋又不断触发雷暴使个别强单体风暴发展加强成为超级单体风暴,具有持续时间较短的中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、风暴顶辐散、窄带回波、径向速度大值区等回波特征。风暴移动速度比风暴承载层平均风速大,缩短了超级单体存在时间。此外,风暴参数与天气的强烈程度密切相关。     

2017年早春濮阳市一次冰雹过程诊断分析

利用常规地面、高空气象资料,郑州站探空订正资料,濮阳气象站实况资料,濮阳和郑州新一代多普勒雷达资料等,对2017年4月13日下午发生在濮阳市的雷暴大风、冰雹等强对流天气过程进行了综合分析。结果表明:(1)本次强对流天气是在中低层低槽东移,地面辐合线南压等大尺度系统影响下产生的;冰雹发生在低空西南暖湿气流大风速带左侧边缘、高空80m/s偏西风急流核出口区左侧、地面辐合线附近。(2)强对流发生前,华北地区850hPa为暖温度脊,500hPa为冷温度槽,形成有利于强对流天气发生的不稳定层结;850、700hPa干湿区错位叠加及露点锋的存在,说明低层在水平和垂直方向上干湿分布极不均匀。(3)郑州站探空订正资料显示,中等以上强度的垂直风切变,有利于强对流风暴的组织发展,深层的垂直风切变构成了冰雹产生的有利环境条件。(4)多普勒雷达组合反射率因子图上对流单体中心强度达65dBz,有超级单体生成;剖面图上有弱回波区、回波悬垂出现;速度图上有低空和超低空急流、27m/s的风速大值区及低层径向辐合、弱中气旋等;垂直积分液态含水量达63kg/m^2,最大回波顶高13km以上。     

佛山致灾雷暴大风环境背景和雷达回波特征分析

利用常规观测、区域自动站、多普勒雷达等资料,统计佛山近10年来雷暴大风灾害并对其发生的环境背景及雷达回波特征进行分析。结果表明:致灾雷暴大风多发在前汛期,占总数的70%;以5月最多,10月到次年2月没有雷暴大风灾害。致灾雷暴大风环流背景主要有锋面低槽型和暖区对流型。大风灾害对应温湿探空曲线"上干下湿",湿层较薄,中层存在明显干层,垂直风切变较大;雷击灾害对应对流不稳定能量更大,垂直风切变较小。飑线、弓形回波、带状回波、孤立单体等对流风暴是致灾雷暴大风的主要回波形态,速度图上表现为速度大值区、中气旋(中涡旋)、低层强烈辐散等特征。     

陕西4月冰雹天气学特征及对流潜势指标分析

利用2015—2020年陕西4月99站地面观测资料、灾情报告,高空探测资料,多普勒雷达资料等,对陕西4月冰雹天气发生的天气形势、对流潜势指标及雷达回波特征进行统计分析,结果表明：陕西4月冰雹多发生在午后至傍晚（12—20时）,降雹相对高频区位于陕北南部和关中;按环流形势将冰雹天气分为槽后西北气流型和冷槽型两类,槽后西北气流型主要特征表现在中层强的干冷空气侵入造成强热力不稳定层结,冷槽型冰雹天气产生的主要原因为高层冷空气叠加于低层暖湿气流上,造成强的位势不稳定,天气尺度抬升促进对流进一步发展;共筛选出11个指标为4月冰雹天气潜势预报提供参考,业务应用中重点分析相比气候平均值差异较大的K指数、总指数、对流稳定度指数,作为冰雹天气潜势预报中不稳定层结及低层水汽条件的判别指标,同时需注意其他指标的配合使用,应用CAPE值做强对流天气潜势预报时必须要经过探空订正;降雹云团受地面中尺度系统触发,槽后西北气流型冰雹的雷达回波分散、持续时间短,冷槽型冰雹的雷达回波范围广,持续时间长。     

一次雷雨大风的形成机制及多普勒雷达特征分析

利用常规资料和多普勒天气雷达资料对2011年4月27日凌晨的一次弱降水雷雨大风进行了诊断分析,结果表明,此次过程以前倾槽为特征,高空干冷空气先行,叠加在低层暖湿气流之上,形成对流不稳定;横槽下摆,地面冷锋向南侵袭,在低层形成边界层切变辐合线,触发强对流爆发;中等到强的垂直风切变环境有利于强对流发生发展;0℃层高度适中,且对应一个较厚干层,不利于降水而有利于下沉气流发展;雷达回波上观测到飑线发展成"弓形"回波,且有一条10~15dBz的窄带回波,即可发布地面大风警报;径向速度图上观测到冷锋过境的风场变化特征,地面大风与径向速度大值区相对应,且有低层辐散、中层辐合并有气旋式旋转维持至大风结束。