“2021-3-30”江西大冰雹超级单体的回波结构与关键机制分析

为了研究江西大冰雹超级单体的结构特征和关键机制,利用江西WebGIS雷达拼图平台、江西省ADTD二维闪电监测定位系统、江西省自动气象站雨量检索平台和MICAPS系统平台资料,对江西2021年3月30—31日冰雹组合反射率CR回波强度、地面雨量、TBB云图与ADTD雷电信息等特征进行分析。(1)2021年3月30—31日大冰雹天气过程,雷暴大风和降水比江西春季历史上出现的强对流天气过程较少且小,但出现冰雹站数、影响范围、维持时间、冰雹直径和回波强度都超过历史上其它强对流天气个例。(2)最强回波和10 min雨量与冰雹大小成正比,10 min雨量变化提前于冰雹的出现;强回波面积和雷电次数成正相关。(3)超级单体回波系统是造成江西冰雹天气的重要回波系统类型：(1)回波中心强度≥60 dBZ,中心出现≥65 dBZ的强回波核;(2)60 dBZ回波面积≥10×10 km²;(3)30～60 dBZ强回波梯度(最密集区域)≤6 km;(4)超级单体具有深厚和蔓延的云砧形成的“前伸”回波结构,形成南北走向的“盾”型回波结构。(4)冰雹超级单体在TBB云图上形成MCS云系,有“...     

惠州地区一次暴雨过程的环流背景和物理量场特征

利用2007年6月1～18日NCEP／NCAR再分析资料、常规观测资料、惠州各观测站降雨量,及广州新一代多普勒天气雷达产品,分析6月9日晚～10日凌晨发生在惠州地区的一次暴雨过程。发现此次降雨过程中,高层辐散低层辐合相配置的垂直结构,以及“上干下湿”的环流特征,为暴雨的形成提供了有利的动力条件;活跃的短波槽和西南低涡是造成此次暴雨的直接原因;9日前长时间、大范围降雨使该地区的温度呈下降趋势;云图上中尺度对流系统（MCS）发展加强,当与其西南侧不断生成的对流单体合并后,在雷达回波图上呈典型的“人字型”回波特征。     

鄂东一次下击暴流天气的中尺度分析

利用自动气象站观测网资料,计算了逐分钟地面散度场,并将散度场等与多普勒天气雷达资料叠加形成综合分析场,对2007年7月27日鄂东地区雷雨大风天气过程进行了中尺度分析。结果表明:地形辐合线对中尺度对流系统(MCS)触发和加强起到重要作用。MCS发生发展期间,多普勒天气雷达上相继有两个弓状回波形成。第一个弓状回波在速度图上因弓状回波移动方向与雷达波束有较大夹角后部入流急流特征不明显,但强度图上有弱回波通道特征;第二个弓状回波沿雷达径向移动,后部入流急流特征明显。武汉地区灾害性雷雨大风是一个强盛的多单体风暴所产生的系列下击暴流造成的,它位于第二弓状回波向前突出的位置。系列下击暴流发生期间,地面附近强辐散峰值与多单体风暴强回波高度显著下降的时间和位置基本一致。除弓状回波特征、后部入流急流、中层速度辐合及回波重心高度下降等特征外,弱回波通道、风暴相对速度图上沿雷达波束方向的正负速度对等也是下击暴流发生的典型特征。     

一次有利于人工增雨作业的锋面降水过程分析

使用常规天气资料、卫星云图和雷达回波资料分析１９９９年６月１３～１４日内蒙古一次锋面降水天气过程的天气条件、卫星云图和雷达回波的特征,对锋面降水云系的分布进行讨论,为人工增雨飞行播撒作业提供科学依据。     

甘肃罕见冰雹天气过程个例分析

针对2005年5月30日甘肃区域性罕见冰雹天气过程,结合天气实况、环流形势以及环境场特征,利用卫星云图和新一代天气雷达产品资料,分析了这次强冰雹天气过程的影响系统、云图和雷达回波演变过程,得到了冰雹云在雷达强度回波、速度回波和卫星云图中的特征,揭示了这次强冰雹不是带状冰雹云系移到本地产生的,而是发展成中口尺度（MβCS）的中尺度对流系统造成的。同时,得出了一些做好冰雹预报预警量化指标。     

春季两次东移型西南涡云系的发展演变特征

采用FY-2E和Cloud Sat卫星资料、雷达资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析2013年春季2次西南涡云型、云系结构和雷达回波演变、环境场特征。结果表明:(1)2次西南涡形成都伴随有高原槽东移和高原东侧偏南低空急流增强,偏南低空急流增强对低涡形成和东移起重要作用;(2)西南涡云系结构与低涡环流密切相关,西南涡形成和东移初期,低涡环流结构呈椭圆形,西南涡云系表现为叶状云系或逗点云系,随着低涡后部冷空气入侵加剧,低涡云系形成典型的"S"型后边界。低涡云系的结构形式和边界形状,对低涡形成和东移、急流发展有指示作用;(3)低涡降水分布与低涡云系结构有一定关系,低涡水平云系分布为叶状云系时,降水中心位于其东南部,低涡云系水平分布为逗点云系时,降水中心位于其逗点云内;(4)受低涡云系结构影响,低涡云系降水可分为2个阶段,第1阶段为低涡暖区降水,回波带呈反气旋弯曲,向东移动并向东北方向旋转;第2阶段中层干冷空气下沉加剧,干冷和暖湿气团交汇形成西南—东北向带状回波,雷达回波上"人"字形回波形成。     

江苏一次夏季强雷暴天气过程的综合分析

本文对2002年8月24日江苏的一次强雷暴天气进行了热力参数和动力学诊断分析,并结合多普勒雷达回波和红外卫星云图进行综合分析,结果表明,这次强雷暴处于地面高能量场中,而在垂直方向上与锋生函数、假相当位温、涡度散度的某些分布特征有较好的对应关系;在多普勒雷达回波图上表现强回波带的相互合并加强并形成较为典型的弓形回波;在卫星云图上MCS云团相互合并成典型的圆形,尺度较大,亮温较低,导致了强雷暴天气的发生。     

"05.9.20"陕西中部大暴雨分析

利用天气图、自动站加密雨量、FY-2C卫星、西安多普勒雷达等资料,对陕西2005-09-20大暴雨(下称"9.20大暴雨")天气成因及中尺度系统特征进行分析,结果表明: 地面冷锋触发不稳定能量释放;在高、低空急流耦合的有利配置下,生命史为8 h以上的中尺度对流系统(MCS)导致大暴雨的产生,强散度柱与强涡度柱互相耦合提供了MCS强烈发展的动力机制;大暴雨出现地点与地面 "Ω"型中尺度能量场、中尺度切变线密切相关;雷达图上,回波强度≥40 dbz对应强降水,回波强度和强回波发展高度与地面降水强度呈正相关.     

一次冰雹强对流天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(2.5°×2.5°)再分析资料、FY-2G卫星云图资料和多普勒雷达等资料对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹等强对流天气过程进行分析,得出以下结论：(1)此次强对流天气过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、强对流发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次强对流天气提供较好的触发机制；强对流发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件；强垂直风切变可促使不稳定能量释放形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件；冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)卫星云图中MCS发展明显,容易给局地强对流输送能量,利于强对流的维持发展,且强对流区主要位于云顶亮温TBB低值区的后部和南部,多普勒雷达资料显示,引发强对流天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等强对流天气有很好的指示作用。     

一次冰雹天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(1°×1°)再分析资料、FY-2G卫星云图和多普勒雷达资料等对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹天气过程进行分析,得出以下结论:(1)此次冰雹过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、冰雹发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次冰雹天气提供了较好的触发机制;强冰雹发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件;强垂直风切变可促使不稳定能量释放,形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件;冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)多普勒雷达资料显示,引发强天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等天气有很好的指示作用。     

一次西南涡引发暴雨的地闪特征

利用高频次多普勒雷达回波资料、闪电定位仪及区域自动站资料,对2011年6月9日湖北暴雨过程的闪电特征进行分析。结果表明：MCS不同生命阶段地闪所处位置不同,正、负闪同时跃增到峰值是MCS成熟阶段的标志之一,地闪密集区和MCS中移速较快的强回波位置基本吻合,MCS强回波区域出现正、负闪和45-55 dBz回波后部区域对应较好,强降水发生在MCS成熟后趋于消亡阶段。     

一次强降水过程涡旋状MCS结构特征及成因初步分析

利用新一代天气雷达资料分析了造成2011年6月18日湖北省江汉平原强降水涡旋状中尺度对流系统(MCS)发生发展过程的结构特征,联合常规观测、地面加密观测及雷达四维变分风场反演资料初步研究了MCS可能成因。结果表明:(1)成熟阶段的强降水涡旋状MCS回波表现为气旋性弯曲的多条螺旋对流回波带、周围被大片层状云回波所包裹的结构特征,后期因冷空气侵入演变出冷暖锋式结构。回波合并和旋转式列车效应是产生强降水的主要运动特征。(2)涡旋状MCS是在有利环境场下,主要由鄂西山地一江汉平原过渡带边界层中尺度涡旋系统强烈发展组织的结果。(3)中尺度涡旋系统形成发展与地面暖倒槽发展、西南低涡前侧降水和特殊地形作用有密切关系,来自不同方向气流形成的强烈辐合是其前期形成发展的主要机制,后期发展可能与潜热释放有关,涡旋环流向上发展到700 hPa。     

Analysis and simulation of mesoscale convective systems accompanying heavy rainfall: The goyang case

We investigated a torrential rainfall case with a daily rainfall amount of 379 mm and a maximum hourly rain rate of 77.5 mm that took place on 12 July 2006 at Goyang in the middlewestern part of the Korean Peninsula. The heavy rainfall was responsible for flash flooding and was highly localized. High-resolution Doppler radar data from 5 radar sites located over central Korea were analyzed. Numerical simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model were also performed to complement the high-resolution observations and to further investigate the thermodynamic structure and development of the convective system. The grid nudging method using the Global Final (FNL) Analyses data was applied to the coarse model domain (30 km) in order to provide a more realistic and desirable initial and boundary conditions for the nested model domains (10 km, 3.3 km). The mesoscale convective system (MCS) which caused flash flooding was initiated by the strong low level jet (LLJ) at the frontal region of high equivalent potential temperature (θ_e) near the west coast over the Yellow Sea. The ascending of the warm and moist air was induced dynamically by the LLJ. The convective cells were triggered by small thermal perturbations and abruptly developed by the warm θ_e inflow. Within the MCS, several convective cells responsible for the rainfall peak at Goyang simultaneously developed with neighboring cells and interacted with each other. Moist absolutely unstable layers (MAULs) were seen at the lower troposphere with the very moist environment adding the instability for the development of the MCS.     

华北地区一次中尺度对流系统上方的Sprite放电现象及其对应的雷达回波和闪电特征

利用低光度相机首次观测到了2013年7月31日华北地区一次中尺度对流系统(MCS)上空产生的中高层Sprite放电现象。结合闪电定位、天气雷达等同步观测, 对一次MCS诱发的Sprite的形态学特征及其对应的母体闪电和雷暴系统的雷达回波特征等进行了详细分析。研究除发现了2例圆柱型、3例胡萝卜型和1例舞蹈型 Sprite外, 还发现了2例发光主体发育不完全的Y字型Sprite。估算的Sprite的底部平均高度低于61.8±3.5 km, 顶部平均高度为84.3±6.8 km。Sprite持续时间算术平均值为25.7±9.8 ms, 几何平均值为24.4 ms。Sprite的母体闪电均为正地闪, 峰值电流在+62.5～+106.2 kA之间, 算术平均值为+77.1±22.2 kA, 是本次MCS所有正地闪平均峰值电流的1.4倍。Sprite母体闪电的脉冲电荷矩变化(iCMC)在+475～+922 C km之间, 几何平均值为+571.0 C km。Sprite母体闪电发生在MCS雷达回波25～35 dBZ的层状云降水区, 弱回波(<30 dBZ)面积的突然增加对Sprite的产生有重要指示作用。Sprite易发生在MCS成熟—消散阶段正地闪比例(POP)显著增加的时段。在本次MCS消散阶段中, 有两个时间段可能有利于产生Sprite。在Sprite集中发生时间段, 北京闪电综合探测网(BLNET)探测到的正地闪比例为54.2%, 正地闪连续电流比例70.24%, 连续电流持续时间为58.17±50.31 ms, 有利于Sprite的产生。     

一次长江三角洲飑线的综合分析

该文利用多种气象资料（包括常规观测、卫星云图、自动气象站、多普勒气象雷达以及风廓线仪资料），综合分析了2002年8月24日发生在长江三角洲的一次飑线过程。发现该飑线产生于一个中尺度对流系统（MCS）当中，地面冷锋、副高边缘的高能水汽输送带与高空小槽配合，使该MCS得以发展和加强，副高南撤和下游有利的动力和层结条件使得MCS中的雷暴群发展为飑线，并迅速东移南压，产生了大范围雷雨大风天气。多普勒雷达、自动站及风廓线仪的资料还很好地揭示了该飑线的发生、发展、爆发过程及其回波和风场的空间结构特点。     

宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。     

一次南方春季强对流过程中影响对流发展的环境场特征分析

利用地面自动站资料、多普勒雷达资料、FY-2E卫星云图及NCEP FNL 1°×1°逐6h分析场资料,分析了2010年5月5-7日我国南方春季大范围强对流天气过程中尺度对流系统(MesoscaleConvective System,MCS)的发生、发展特征,重点探讨了环境条件差异及其对MCS的影响。结果表明,由于环境场三维动力结构、水汽条件和热力不稳定条件配置的差异,造成对流发展的多样化特征。利用相对风暴螺旋度分析了环境场动力特征对MCS组织结构的影响。重庆上空中高层较干且具有较强的垂直切变,环境场气旋式旋转相对深厚,随着锋面强迫抬升克服对流抑制作用后,局地激发出相对孤立的类似超级单体的强对流风暴,造成冰雹和雷暴大风等天气;而贵州湿层相对深厚,高低空急流的耦合机制更明显,贵州北部的多单体对流风暴组织程度较高,MCS尺度相对较大,局地短时强降水较明显;广东具有最强的垂直切变和深厚湿层,在浅薄冷空气的触发机制下,发展出深厚湿对流形式的中尺度对流复合体,出现了高度组织化的线状对流带,MCS尺度大、持续时间长,造成较强的降水。     

江南一次持续性暴雨过程中线状中尺度对流系统模态转换机理研究

利用地面观测资料、探空资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料及WRF输出资料,研究了2014年6月20—21日发生在江南地区的一次持续性暴雨过程中中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)的演变过程、结构特征及模态转变机理。此次暴雨发生在500 h Pa东移发展的短波槽前、850 h Pa切变线与低空暖湿急流之间的不稳定区。MCS演变过程中组织模态发生转变,对流东移发展形成拖尾型(tailing stratiform,TS) MCS,后逐渐转变为平行型(parallel stratiform,PS) MCS。环境风场上,TS型MCS表现为垂直对流线的相对入流,弓状回波北侧有气旋生成; PS型MCS低层表现为垂直对流线的相对入流,中高层表现为平行向相对入流。TS型MCS中,强对流区位于正扰动气压带,形成垂直作用于对流线的气压梯度力,导致相对入流垂直对流线;而在平行对流线方向上,扰动气压变化小,平行相对气流弱,整体呈现为较强的垂直向相对气流; PS型MCS中,气压扰动整体表现为西南正气压扰动与东北负气压扰动的分布特征,在西南-东北向气压梯度力作用下,形成平行对流线向后的相对入流,导致MCS模态的转变。     

登陆台风环流内的一次中尺度强对流过程

2005年05号台风“海棠”登陆福建后,在外围云系里有1个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水。通过分析这次中尺度对流系统的环流形势,得到该次中尺度对流系统的垂直结构特征,并对中尺度强对流系统的形成和发展机制进行研究。结果表明:台风东南急流在温州附近冷区边缘处低层受地形影响发生强烈辐合引起的垂直上升运动和冷暖空气相汇产生的对流不稳定性是台风环流内中尺度对流系统的主要形成机制;对流系统在暖湿空气和冷空气中心交汇处发展,西北侧的冷空气堆迫使暖湿东南气流沿西北倾斜的等熵面爬升,有利于倾斜对流系统的发展;低层条件不稳定区与中层条件对称不稳定区叠加,产生对流对称不稳定,在湿等熵面倾斜引起的涡旋发展的强迫机制下在中层产生范围较广的倾斜上升对流;由于等熵面的倾斜,大气水平风垂直切变或湿斜压性增加,进一步加强涡度的发展,使得对流系统向西北方向发展;另外,源于东南沿海,由台风东南气流输送的水汽为特大暴雨的产生提供了有利的热力条件。     

北京“7.21”暴雨雨团的发生和传播机理

基于京津冀5部新一代天气雷达、区域5min自动站和中尺度数值模式模拟资料,通过雷达资料快速更新循环四维变分同化技术和三维数值云模式对低层三维动力和热动力特征的模拟分析,为北京"7.21"特大暴雨中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的结构特征和传播机理的分析提供了佐证。结果表明:(1)低层动力场和地形强迫对MCS的触发、增强和维持起到关键作用。在MCS形成阶段,地形强迫有利于低空偏南气流带来的暖湿空气在山前的辐合上升。随着MCS的加强,强降水区域呈现与地形走向接近的"西南—东北"向带状分布,单体移动具有明显的"列车效应",而MCS整体则向东偏南缓慢传播。在MCS传播前沿(山前)形成强的出流风场,低层2 km以下均为深厚的辐合上升区且进一步加强,表明地形强迫和低层风辐合对偏南暖湿空气抬升起到重要作用,有利于MCS长时间"列车效应"的维持和MCS的发展。MCS出流风场与平原地区近地面偏南风交汇,使得在距MCS传播前沿约50 km的、已经存在的一个接近"西西南—东东北"走向的出流边界明显增强。在MCS传播前沿存在较为明显的0-3 km风垂直切变,由MCS出流与低层偏南风形成的风向切变以及地形强迫造成的风速切变构成,切变区域与地形走向及MCS伸展方向密切相关,切变强度达到中纬度低层强切变阈值范围。低层风垂直切变与MCS存在明显的正反馈效应,亦有利于MCS的长时间发展和维持。(2)低层热动力场为MCS的发展、传播提供了重要条件。在MCS传播前方的环境低层是明显的暖湿区,而在传播后方的低层则是由于地面冷锋及MCS降水造成的冷区,冷暖空气交汇对MCS的高度组织化和强降水的持续起到重要作用。低层的热力层结不稳定区域主要分布在MCS的南部到西南部地区,为MCS尾部风暴单体的不断新生和移动传播创造了良好的热力条件。最后,通过观测和模拟结果综合分析,初步得出了与此次强降水MCS发展演变密切相关的低层热、动力配置的概念模型,为MCS"列车效应"和后向传播特征的机制分析提供了依据。