Development and structure of a maritime continent thunderstorm

Summary The evaluation of a maritime continent thunderstorm complex (Hector) occurring over Bathurst and Melville Islands north of Darwin, Australia (12° S, 131° E) is investigated primarily using Doppler radar data. Thunderstorm formation follows the development of sea breeze circulations and a period of shallow non-precipitating convection. Evidence exists for initiation of long-lived and organised convection on the sea breeze fronts, although short-lived, scattered convection is apparent earlier in the day. Merging of the convective systems is observed in regions of enhanced low-level convergence related to sea breeze circulations. The merged convective complex is initially aligned in an almost east-west direction consistent with the low-level forcing. The merged complex results in rapid vertical development with updraughts reaching 40 m s^– and echo tops reaching 20 km height. Maximum precipitation production occurs during this merger phase. On the perimeter of the merged convective complex, evidence exists for front-to-rear updraughts sloped over lower-level downdraughts with rear-to-front relative flow and forward propagating cold pools. The mature phase is dominated by this convection and the complex re-orientates in the prevailing easterly vertical shear to an approximate north-south direction, then moves westward off the islands with the classic multicellular squall-like structure.The one-dimensional cloud model of Ferrier and Houze (1989) used with a four class ice formulation reproduced the cloud top height, updraught structure and echo profile very well. To test the importance of ice physics upon thunderstorm development, several sensitivity tests were made removing the effects of the ice phase. All of these model clouds reached nearly 20 km, although simulations without the effects of ice had updraughts reduced from about 40 m s^–1 to 30 m s^–1. The simulated convection was more sensitive to changes in environmental conditions and parameterised cloud dynamics. The strong intensity of the convection was largely accounted for by increasing equivalent potential temperatures due to diurnal heating of the surface layer. The vertical velocity and radar structure of the island thunderstorm has more similarity with continental rather than oceanic convection. Maximum vertical velocities, in particular are almost an order of magnitude greater than typical of oceanic convection. With the intense updraughts, even in the low shear environment, there is evidence for mesoscale circulations within the convection.With 17 Figures     

山东省2006年4月28日飑线天气过程分析

对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析，应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制。结果表明：飑线是由500hPa西风槽影响产生的，为低层增温增湿，高层冷空气南下，低能舌叠加在高能舌之上，导致大气对流性不稳定。850hPa切变线和地面低压槽中的辐合上升运动触发对流不稳定能量释放，产生中尺度对流云团，在热力不稳定和风垂直切变的环境条件下对流云团东移发展，形成飑线。低层大气湿斜压性增强，破坏了地转平衡，倾斜涡度发展，上升运动增强，对流发展；高空高位势涡度下传使得中低层位势涡度增大，导致其垂直涡度增大，有利于对流层低层中尺度涡旋发展，对流增强。较强的上升运动与风垂直切变相互作用，促使对流系统发展形成飑线，产生雷雨大风。     

巢湖地区一次梅雨期强对流暴雨中尺度特征分析

利用地面气象观测资料、ERA5再分析资料、FY-2E卫星和多普勒雷达资料,对2011年7月17日发生在巢湖地区的一次强对流暴雨过程进行诊断分析。结果显示:500hPa深槽、850hPa切变线及地面低压是此次暴雨过程的天气尺度影响系统,强降水发生在湿层和暖云层深厚、较低的抬升凝结高度、中等强度对流不稳定及弱垂直风切变条件下;FY-2E卫星云图分析表明,此次强降水过程主要是多个中尺度对流系统在巢湖合并所致,短时强降水落区主要落在中尺度对流系统TBB等值线密集区附近,TBB中心强度越强,TBB等值线梯度越大,对应的1h降水量越强;多普勒雷达分析揭示,短时强降水发生在两个对流回波合并期间,对流风暴移动缓慢,大于45dBz强回波均在6km以下,呈低层强烈气旋式辐合、高层辐散特征;地面中尺度辐合线是此次风暴的触发因子;湿位涡诊断结果表明,600hPa以下对流不稳定,600hPa以上对称不稳定,有利于暴雨和中尺度系统的发生发展。     

2007年7月皖苏北部龙卷风初步分析

2007年7月3日0840-1000(UTC)先后在安徽天长-江苏高邮和江苏兴化等局部地区发生了多个龙卷风,成为本年度的极端天气事件之一.利用高频次的FY-2C、2D等静止气象卫星资料、南京站多普勒天气雷达资料和常规天气资料对这次龙卷风天气系统的活动与演变进行了分析,得到以下认识:叠加在梅雨锋切变线上的高空短波槽线,及槽后强干冷空气平流与低空暖湿平流在垂直方向迭合,并与200hPa青藏高压东西向脊线北侧的辐散场重合,为强对流天气系统的发展提供了动力和热力条件;0400(UTC)之后,在鄂豫皖苏交界区形成了两条中尺度对流云带.一条是与梅雨锋切变线相对应的弱对流云带,另一条是位于其南面的在上述干冷空气前沿迅速发展的飑线云带.切变线弱对流云带整体缓慢向南移动,构成云带的对流云块沿着云带缓慢向东移动.强对流飑线云带则由西北西向东南东方向移动,构成飑线云带的强对流云团则沿着云带由西南西向东北东方向移动.龙卷风就发生在上述两条中尺度对流云带的云团相交合并处.     

对引发密云泥石流的局地暴雨的分析和诊断

2002年8月1日晚北京东北部密云县发生了降雨量达到280.2 mm的局地短历时特大暴雨，并引发了洪水和泥石流。卫星云图分析表明，它是由一个中-β尺度对流系统在北京北部山区停留造成的。TBB图的等值线密集区和上冲云顶对暴雨落区有指示意义。大尺度环流诊断表明，暴雨前一天存在较深厚的下沉运动，其伴随的逆温层抑制对流的发生，使不稳定能量得以积累。各种稳定参数的计算结果证实了这一能量的积累过程。暴雨当天，下沉运动转为微弱的上升运动，使对流的发生成为可能。大尺度水汽场的诊断表明，北京处在西太平洋副热带高压边缘的高温高湿气流的控制下，有很强的水汽输送。地面中尺度分析表明，中尺度低压和辐合线是对流的触发系统，北京地区北部处于中尺度低压东部暖湿气流的辐合区中，在有利的地形条件下使密云县西部山区产生了局地特大暴雨。     

A High-Resolution Modeling Study of the 19 June 2002 Convective Initiation Case during IHOP 2002: Localized Forcing by Horizontal Convective Rolls

The initiation processes of one of the initial convective cells near and on the east side of a dryline on 19 June 2002 during the IHOP 2002 field experiment in the central United States is analyzed in detail based on a high-resolution numerical simulation. Prominent horizontal convective rolls and associated near-surface moisture convergence bands [called roll convergence bands(RCBs) here] develop within the convective boundary layer(CBL) due to surface heating, in the hours leading to convective initiation(CI). The RCBs east of the dryline are advected toward the primary dryline convergence boundary(PDCB) by the southerly moist flow as the CBL deepens with time. Backward trajectories of air parcels forming the initial precipitating updraft of the convective cell are found to primarily originate at about 1–1.5 km above ground, within the upper portion of the shallower CBL earlier on. The representative air parcel is found to follow and stay on top of a surface RCB as the RCB moves toward the PDCB, but the RCB forcing alone is not enough to initiate convection. As this RCB gets close to the PDCB, it moves into a zone of mesoscale convergence and a deeper CBL that exhibits an upward moisture bulge associated with the PDCB. The combined upward forcing of the RCB and the mesoscale PDCB convergence quickly lifts the representative air parcel above its level of free convection to initiate convection. A conceptual model summarizing the CI processes is proposed.     

浙江沿海中尺度辐合线对飑线发展影响的数值试验

利用Weather Research and Forecasting (WRF) 中尺度数值模式, 结合常规观测资料、地面加密自动气象站资料、云迹风等资料较好地模拟了2006年6月10日严重影响浙江的一次强飑线演变过程, 得到了与实况比较接近的飑线中尺度特征, 结果表明: 强对流活动与边界层内的中尺度辐合有密切联系, 除了雷暴出流在其前沿形成的阵风锋外, 还模拟得到了宁波东部地区的中尺度气流辐合线 (简称宁东辐合线); 宁东辐合线呈现出明显的西干东湿、东侧上湿下干和弱的稳定层结特征, 其存在阻挡了边界层顶强不稳定的东传; 在宁东辐合线东侧的山谷地带, 近地面形成一个尺度仅为10～20 km的中尺度垂直闭合环流, 该环流导致地面弱的东风气流又反过来加强了宁东辐合线。当之前已存在的雷暴出流形成的阵风锋辐合线与宁东局地辐合线相遇时, 形成一条新的阵风锋, 边界层之上的湿度显著增强, 强不稳定得到逐步释放, 加剧了对流的爆发, 天气现象进一步加重。     

台风“鮎鱼”极端降水分析

1617号台风"鮎鱼"的降水异常强大,温州、丽水部分县市的过程雨量和日雨量超过历史极值,灾害严重。利用NCEP 0.5°×0.5°再分析资料、FY-2G卫星资料、多普勒雷达探测资料和自动站加密观测等资料,对其成因展开分析。结果表明:"鮎鱼"东面与强大稳定的副高之间构成东南急流;北面与缓慢东移的华北高压之间构成偏东风急流;南面是与西南季风相连接的西南急流;3支低空急流构建的切变辐合区是水汽辐合和不稳定能量的集合区,也是中尺度对流的强烈发展区,温州、丽水部分县市的极端降水由中尺度对流的持续发生发展引发。低空急流的长时间持续,特别充沛的水汽输送和冷空气的影响是"鮎鱼"极端降水的主要影响机制。冷空气影响期间,降雨回波发展旺盛,结构紧密,回波强度和降水效率等明显强于无冷空气影响时台风本体环流降雨回波。云顶相当黑体亮度温度(TBB)与台风降水有较好的对应关系,有一定预报参考价值。     

陕西一次持续性强对流天气过程的成因分析

利用常规资料、地面加密资料、TBB和NCEP再分析等资料,对2006年6月23—25日陕西一次持续性的强对流天气过程进行了天气动力学诊断和中尺度特征分析。结果表明：（1）这次持续性的强对流天气发生在蒙古冷涡的大尺度环流背景下,从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统;中高层冷槽和低层暖温度脊、湿舌的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展。（2）对流层低层850 hPa附近的逆温层所形成的干暖盖,更有利于深厚对流活动的发生;大气温度直减率越大越有利于雷暴大风的发生,对流有效位能（CAPE）和垂直风切变的大小与对流性天气的强弱有很好的对应关系。（3）23和24日的强对流天气是由生命史达6小时左右的β中尺度雹暴云团造成,而25日的剧烈天气是由生命史达10小时左右的α中尺度飑线云团造成。（4）地面辐合线或干线是触发强对流天气的因子之一,对流单体一般生成于地面辐合线附近,在地面辐合线与干线结合处易于对流单体或云团的新生和发展。     

FY-2E资料空间响应订正及对强对流监测改进

建立空间响应匹配滤波 (spatial-response matched filter, SRMF) 方法,针对强对流低温研究目标,开展我国风云二号E星 (FY-2E) 红外亮温订正计算,并选取2013—2014年典型对流天气进行统计分析,从对流的空间分布、发展过程、云团结构等多角度进行方法性能评估。结果表明:对于对流云团结构,SRMF方法可改进FY-2E卫星红外波段对对流云团识别的准确度,减小高温背景对低温对流云团的邻近像元效应,增加了FY-2E卫星对中尺度对流内部小尺度精细化结构的揭示能力;对于对流空间分布,SRMF方法降低了对流判识空间分布统计误差,减少极短时间、极小范围强对流天气的漏判;对于对流识别时间响应,SRMF方法能够正确且提前显现出云团由弱对流向强对流的发展潜势,提高FY-2E卫星探测仪器对强对流天气的临近预警能力。     

副高异常偏西背景下西北一次漏报的雷暴大风中尺度分析*

摘要：利用西安多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达和加密自动站探测资料，结合天气实况，对2018年7月26日发生在陕西一次副热带高压影响下的的强风暴过程进行了中尺度分析。结果表明：（1）本次强风暴伴随的阵风锋共维持了4h，其中有3h出现7级以上的大风，且最大风力10级。（2）在副热带高压影响下，陕西处于高温、高湿气团中，大气层结极不稳定。（3）此次强风暴在高的对流有效位能环境下（CAPE）下，抬升触发的关键因子是关中地区中尺度辐合线，当初生的对流云团下山后，中尺度辐合线触发的对流风暴形成小范围冷池出流与环境风场形成新的辐合线，加强对流风暴发展。（4）当阵风锋移动过程中遇到前方的对流云团时，将低层暖湿空气抬升，并随着上升气流输送到主体对流风暴中，迅速补充了主体风暴的能量，使得主体风暴再次强烈发展，延长了阵风锋的生命史。     

一次副高影响下的局地强风暴触发及维持机制探析

利用自动站观测资料、FY-2G卫星资料和多普勒雷达等资料,对发生在副热带高压影响下的重庆局地强风暴过程进行了观测和数值模拟分析,探讨了其中尺度对流系统(MCS)演变,抬升触发和维持机制。结果表明:(1)在副热带高压影响下,重庆处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定;(2)此次局地风暴抬升触发的关键因子是地面附近浅薄边界层中尺度辐合线,辐合线由川渝盆地中西部MCS的雷暴高压与重庆地面热低压共同作用形成;(3)中尺度辐合线触发的对流风暴形成小范围冷池出流与环境风场形成新的辐合线,加强对流风暴发展,并再次触发新的对流单体。承载层平均风为偏南风,使得对流单体向北缓慢移动,冷池出流和边界层辐合线共同作用使得风暴单体向西向北传播和长时间维持。     

河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度分析产品和雷达资料对2013年8月1日凌晨发生在河南省西部、北部的一次致灾强对流天气过程进行分析.结果表明:这次强对流是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,较大的垂直风切变出现在强对流发生后,可能与强对流天气产生时间较晚有关;地面辐合线是这次强对流产生的触发机制,强对流发生在地面等温线和等露点线的密集区内.云图亮温的低值中心对应地面的强雨区.1日凌晨,对流回波东移加强,先后形成的两条弓形回波,均存在明显的低层弱回波区和中高层的悬垂回波结构,大风发生在弓形带状回波后侧;对流回波带低层有很强的西南风急流,使得强对流回波形成弓形带状回波;强回波带的前沿速度场上,有中尺度辐合线、辐合区、逆风区存在,它们的出现和维持是产生局地强降水的一个有用指标,中尺度系统的存在是强对流风暴产生、维持、发展的必要条件;较大垂直液态含水量的维持为产生强降水提供了有利条件,垂直液态含水量的增减,预示着地面强对流天气的开始和减弱.     

High-resolution representation of the mechanisms responsible for the initiation of isolated thunderstorms over flat and complex terrains: analysis of CSIP and COPS cases

Two important measurement campaigns took place in Europe in the last years, the Convective Storm Initiation Project (CSIP) and the Convective and Orographically-induced Precipitation Study (COPS) to gain a better understanding of why deep convection develops. In both campaigns, a dense network of instruments was deployed for detailed observation of the boundary layer characteristics. This paper investigates the usefulness of the combination of high-resolution surface, GPS, and radiosonde measurements to ascertain the likelihood of deep convection in particular for the complex terrain of the COPS domain. Two convection episodes were analysed for this purpose, one from the CSIP campaign and one from the COPS experiment. This study shows that despite the high spatial resolution of the radiosonde network in comparison to current observations, it was necessary to ascertain higher-resolution data sets illustrating the spatial variability of humidity, atmospheric stability, and convective inhibition. GPS and radiosonde data were used to determine high-resolution humidity fields, yielding high-resolution convection-related parameters’ fields representing atmospheric instability and inhibition in the area. The surface data provided a high-resolution representation of the near-surface convergence zones, which acted as triggering mechanism. The use of GPS measurements and surface stations, in addition to radiosonde measurements, turned out to be especially helpful to determine the regions of increased likelihood of deep convection.     

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。     

一次局地大暴雨过程的综合分析

利用常规气象监测资料,以及卫星、雷达、闪电定位、GPS／MET等精细化监测资料,对2010年8月18日-19日的暴雨天气过程进行了综合分析发现：边界层两条仅中尺度辐合线与两条暴雨带有很好的对应关系。暴雨期间,共有6个α中尺度对流云团在边界层中尺度辐合线上生成、发展与合并,特大暴雨由β中尺度对流云团合并形成的MCS所造成。分析结果表明,暴雨发生在副高西进北抬和冷空气东移南下的背景下;700hPa、850hPa和边界层中尺度辐合线是此次暴雨过程的主要影响系统;局地闪电频次峰值出现时间早于强降水峰值出现时间1h左右;GPS探测网对水汽探测的反应早于区域加密站的观测,PWV锋区出现时间较强降水出现时间有大于12h的提前量,且PWV锋区的出现时间和位置对暴雨落区预报有一定的参考价值,可以作为判断强降水出现的一个重要参考依据。     

云南4次热带系统影响强对流风暴卫星云图和地闪特征

利用NCEP再分析气象资料及FY-2E卫星云图、地闪、地面自动站和气象灾情等资料对热带系统影响下的4类强对流风暴卫星云图特征和地闪演变规律进行分析。结果表明:西移北抬的赤道辐合带、副高、热带低压等热带系统外围偏东、西南和东北气流为强对流风暴发生发展提供有利环流背景及充足水汽和较高的对流有效位能,800 hPa中尺度辐合线及风随高度顺转和高层反气旋低层气旋的垂直流场结构为强对流风暴提供动力条件;在高能高湿环境条件下,由于辐合抬升作用,对流单体生成、不断长大、有规律排列、相互合并发展成不同大小和形状的单单体风暴、多单体风暴、飑线、MCC,结构密实和不均匀,伴随激烈地闪的同时产生冰雹大风和短时强降水等强对流天气;4种类型强对流风暴云顶亮温与总、负、正闪频数随时间演变规律基本一致,正、负地闪活跃程度能表征强对流风暴发展演变状况,与云顶亮温之间存在较好的相关关系,总(负)地闪频数演变趋势与云顶亮温演变趋势相反。     

Local Initiation of Deep Convection on the Canadian Prairie Provinces

Our study found that local mesoscale circulations associated with highlandareas, and transient evapotranspiration discontinuities, are likely to influencethe timing and location of the initiation of deep convection across the Canadianprairie provinces when synoptic-scale forcing is weak (e.g., weak low level windsand no frontal boundaries). The cumulus congestus and cumulonimbus clouds thatformed over the highland areas were initiated by anabatic wind induced mesoscalecirculations. These deep convective clouds generally formed relatively early in theday (about 1030 Central Standard Time (CST)). In the relatively flat cropped grasslandregion, transient evapotranspiration gradients influenced the location of deep convectioninitiation, and the average soil moisture in the root zone had a direct impact on theirtiming. As root zone soil moisture declined from greater than 70% to less than 30%,convection initiation was delayed from about 0930 to 1630 CST. Cumulus congestusand cumulonimbus clouds that formed over the ephemeral evapotranspiration gradientswere initiated by land-land circulations. The study has improved the understanding ofthe influence of local surface forcing on the development of deep convective cloud onthe Canadian prairie provinces. The identification of areas where deep convection islikely to be initiated with weak synoptic forcing will also aid in the forecasting ofthunderstorms in this region.     

一次中尺度对流系统分析

应用卫星云图、雷达回波、地面加密观测和各种常规资料,分析了１９９６年７月１日在黄海北部￣山东半岛发生的一次中尺度强对流天气过程。高空冷温度槽和低空、地面增温产生的不稳定能量是强对流体系形成的系统;中尺度辐合线、中气旋、近地层加热不均匀性、海陆风的辐合抬升等促进了强对流天气发生;对流云团的并合加强,产生异乎异常的能量,是该系统加强和发怅的重要条件;云团呈准静止状态是产生暴雨和长时间降雹的主要原因「。     

一次秋季强降水超级单体风暴过程分析

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳定建立的主要原因。(2)超级单体风暴低层强烈的后侧入流,不断为其输入暖湿气流,其前侧为强烈的上升气流,而高空有较强的后向流出。在这种流场的作用下,超级单体风暴的发展得到加强和维持。(3)对流首先在700 hPa相对湿度梯度大值区与地面中尺度辐合线相交处被触发,整个过程中强对流回波出现在地面中尺度辐合线附近,并伴随其东移。东移的地面辐合线与盐城东部局地生成的对流风暴所造成的地面辐散出流相遇,演变为一条新的地面辐合线,地面辐合显著增强,导致短时强降水的发生。中尺度地面辐合线的移动和增强在这次超级单体风暴过程中起到了触发和维持、加强的作用。(4)对流发展初期,地面辐合区对应着未来对流回波生成区域,有很好的超前性;随着对流发展,地面负散度大值区与对流回波区逐渐重合,当散度场出现临近正负散度中心对时,对流发展达到最强。