郑州局地强对流天气的形成机制与预报方法

应用常规报文和1°×1°的NCEP再分析资料.采用天气学分析和物理量诊断方法,对2004年郑州市出现的4次强对流天气的天气形势、单站要素特征和一些物理参数进行了深入的分析.结果表明:西北气流或华北低涡时,存在着低层辐射增温和高层冷平流降温这一对流不稳定能量迅速增强的机制,有利于对流天气发生.地面提前1～3 h出现的中尺度辐合线是强对流发生的触发机制.单站θse的垂直空间分布特征、大气排熵指数、垂直风切变、大气可降水量等参数的量值可判断强对流天气的类型.     

2003年淮河上游区域暴雨的水汽特征

利用合成平均天气图资料和T213数值预报产品物理量中的水汽因子,对2003年6～7月出现在淮河上游的5次暴雨过程的水汽条件进行了分析,结果表明水汽分别来自孟加拉湾和南海;暴雨产生前后,850～500 hPa三层中均以850 hPa水汽含量最大,且辐合亦最明显;当850 hPa和700 hPa天气图上分别在桂林到长沙和昆明到贵阳有＞200×10-4kg·s-1·m-1·hPa-1和＞100×10-4kg·s-1·m-1·hPa-1的水汽通量大值中心,且上游风速又大于下游时,可考虑未来24 h淮河暴雨的产生;当T213数值产品中淮河上游区域的相对湿度、比湿和水汽通量的预报值大于诊断量的临界值的绝对值时,亦可作为暴雨预报的参考依据.     

河南省强对流天气诊断分析预报系统

强对流预报是天气预报的难点,为了提高预报强对流、特别是预报区域性强对流天气的预报能力,应用河南省1995—2004年的气象观测资料作分析样本,并计算多个大气动力和热力学参数。经过统计分析、诊断分析,选择预报能力强、指示性好的大气动力或热力学参数作为强对流天气的预报因子,采用加权集成建立预报方程。应用计算机技术自动实现从数据采集、物理参数计算、预报因子临界值判别、诊断预报方程运算,到以MICAPS图形方式输出预报结果,建立了河南省区域强对流天气预报系统。该系统为预报员提供了一种科学客观的参考依据,在近两年的业务运行中取得了比较理想的预报效果,提升了河南省强对流天气的预报能力。     

2008年河南持续低温、冻雨和暴雪成因

应用常规气象观测和1°×1°NCEP资料,分析了2008年1月中下旬河南持续低温、冻雨、暴雪的成因,结果表明:1月中下旬500 hPa极涡较历史同期明显偏东偏南,咸里海和孟加拉湾地区的高度明显偏低;冻雨出现时大气的温度垂直分布呈现中暖下冷的特征,存在明显的逆温层和＞0 ℃的暖层;暴雪产生时底层东北风明显加大.极涡位置偏东,有利于极地冷空气不断沿贝加尔湖脊前西北气流南下,中纬环流东高西低,有利于孟加拉湾水汽持续向东北方向输送,两者是导致河南出现持续低温雨雪天气的主因.冻雨发生时上空需存在厚度超过500 m的暖层(t＞0 ℃),暖层下有近2 000 m的t＜0 ℃的冷层,且950-750 hPa大气相对湿度＞90%.近地面东北急流的出现或东北风的加强,促进了低层的辐合或抬升,有助于垂直风切变加强和上升运动发展,对降水的加强有指示意义.     

7·13郑州大暴雨成因与可预报性分析

2008年7月13--14日郑州市出现局地大暴雨,24h降雨量达174mm,为1951年以来第二高值。这次大暴雨主要由两个时段的强降水累计而成,具有明显的中尺度特征。通过对常规气象资料分析发现：第一时段的强降水由副热带高压内部产生的局地对流云团加强造成,对流层底层东风气流的加强提供的水汽输送和动力抬升作用,促进了对流发展;新生云团进入潮湿的大气环境中能够得到迅速的发展。针对降水具有的明显中尺度特征,综合分析卫星、雷达、自动站等资料发现：利用新一代天气雷达的组合风廓线拼图可以很好地监测中尺度系统的演变趋势;区域自动站的10min极大风速场上显示,地面中尺度辐合线和郑州附近的气旋中心维持时段,与对流云团影响郑州及强降水时段对应。因此具有中尺度特征的局地强降水,可由雷达、自动站等信息作出短时临近预报。     

局部大暴雨形成的机理与中尺度分析

利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP逐6 h的1°×1°的再分析资料和FY-2C卫星逐时TBB资料、多普勒雷达探测资料,对2012年7月7-8日河南商丘地区大暴雨天气过程形成机理和中尺度系统活动特征进行了研究.结果表明:500 hPa低槽与低层东西向切变线和低空急流相互配合、共同作用是此次大暴雨形成的大尺度环境条件。中尺度分析显示:多个中尺度雨团的活动形成了4个大暴雨中心,中尺度雨团与MαCS相伴,而MαCS是由多个MγCS和MβCS合并、加强的结果。这些MγCS和MβCS是由地面中尺度辐合线或辐合中心触发产生并发展,MαCS覆盖区下强降水回波的移动和发展与地面中度辐合系统对应较好,大暴雨出现在地面辐合系统形成后的1~2 h内;而暖平流导致的局地升温,是地面中尺度辐合系统形成的主要原因。TBB梯度与降水强度成正比,当▽TBB/0.5°E≥34℃,并且TBB≤-63℃时,将产生30mm·h~(-1)的强降水;当MCS发展成熟时强降水发生在中尺度对流云团TBB低值中心附近,当TBB在1 h内降低31℃以上时,1~2 h后该地将出现雨强为50 mm的短时强降水。因此,地面热力不均匀导致的局地升温是此次地面中尺度辐合系统生成的主要原因,而地面中尺度辐合系统的发生发展触发了中小尺度对流系统的发生发展,导致了局部大暴雨的产生。根据中小尺度对流云团的TBB强度及变幅,可提前1~2 h预报短时强降水。     

基于配料法的“08.6.3”河南强对流天气分析和短时预报

采用基于构成要素的预报方法(配料法),使用业务中能够及时获取的常规观测资料、静止气象卫星云图和多普勒天气雷达资料,对2008年6月3日下午发生在河南大部的以雷暴大风为主的强对流天气进行分析.针对2008年6月3日08时500、700、850 hPa和地面图上温、湿、风等的配置,结合探空、水汽云图和多普勒天气雷达回波图,对构成强对流天气的几个主要因素:层结稳定度、水汽、触发机制、垂直风切变、对流层干层等进行分析,结果表明:河南大部处于较强的条件不稳定、强烈的深层(地面到500 hPa)垂直风切变和明显的高空干平流的环境中,这种环境有利于高度组织性的超级单体风暴的产生和发展,导致雷暴大风和冰雹天气.而地面冷锋、辐合线和高空次天气尺度涡旋伴随的正涡度平流共同作用产生的上升气流导致雷暴在山西中南部生成,然后向东南方向移下太行山.进入河南有利的环境下获得猛烈发展.在充分利用"配料法"的主要思路和现有观测资料条件下,结合预报经验,2008年6月3日强对流过程可以提前数小时进行正确的短时预报.     

2003年淮河上游区域暴雨的水汽特征

利用合成平均天气图资料和T2 1 3数值预报产品物理量中的水汽因子 ,对 2 0 0 3年 6～ 7月出现在淮河上游的 5次暴雨过程的水汽条件进行了分析 ,结果表明 :水汽分别来自孟加拉湾和南海 ;暴雨产生前后 ,85 0～ 5 0 0hPa三层中均以 85 0hPa水汽含量最大 ,且辐合亦最明显 ;当 85 0hPa和 70 0hPa天气图上分别在桂林到长沙和昆明到贵阳有 >2 0 0× 1 0 -4kg·s-1 ·m-1 ·hPa-1 和 >1 0 0× 1 0 -4kg·s-1 ·m-1 ·hPa-1 的水汽通量大值中心 ,且上游风速又大于下游时 ,可考虑未来 2 4h淮河暴雨的产生 ;当T2 1 3数值产品中淮河上游区域的相对湿度、比湿和水汽通量的预报值大于诊断量的临界值的绝对值时 ,亦可作为暴雨预报的参考依据     

区域暴雨过程中两次龙卷风事件分析

利用新一代多普勒雷达资料、常规观测和NCEP等资料对2010年7月17和19日河南两次龙卷过程进行了详细分析.结果如下:(1)龙卷发生的天气背景是:两次龙卷均发生在副热带高压边缘西南气流影响河南出现区域暴雨和大暴雨过程中,高层为青藏高压脊北侧和高空急流入口区右后侧强辐散区,中低层有低涡、切变线、急流,龙卷发生在地面β中低压气旋的东南象限,距气旋中心约50 km处.(2)龙卷发生的环境场特征:对流有效位能大于1000J/kg,大气层结不稳定,K指数大于36℃,发生强龙卷的SWEAT指数在400左右,0-1.5 km垂直风矢量切变达15m/s,而抬升凝结高度很低(0-300 m).(3)雷达回波和特征参数分析结果为:两次龙卷均发生在低涡东南侧的β中尺度螺旋雨带上,该回波带强度50 dBz左右,顶高9-12 km,龙卷是由该回波带中部的微型超级单体产生,垂直剖面上低层有明显的弱回波上升气流区,螺旋雨带中部向东凸起的强降水下沉气流和上升入流交界处是龙卷易出现的关键区域.速度图上,γ中尺度气旋系列先后经历了三维相关切变、中气旋、龙卷涡旋特征的演变过程.中气旋提前于龙卷发生前0.5-1 h出现,这对估计和预警龙卷很有意义.中气旋和龙卷涡旋特征参数分析结果是:中气旋和龙卷涡旋特征(TVS)底的高度都在1 km以下,TVS底和中气旋底高度相当或略低一些,F2级龙卷底高＜0.5 km,TVS顶的高度一般在2-4 km,中气旋顶高一般2-3 km;从最大切变值来看,中气旋最大切变一般在(1.0-4.0)×10-2 s-1,TVS最大切变值一般为(2.0-5.0)×10-2 s-1,最大切变高度平均出现在0.8-0.9 km,F2级龙卷最大切变高度一般在0.5 km.就F1和F2两次龙卷过程比较看,F2龙卷特征底和顶的高度都低于F1龙卷,最大切变值F2龙卷比F1龙卷大一倍,出现在低层大的切变更容易造成严重的龙卷灾害.根据局限于低层中气旋和TVS系列性、移动性、持续性的特点明确了区域暴雨中预警龙卷的思路.最后对区域暴雨过程中出现龙卷的原因进行了探讨.     

台风外围偏东气流中的暴雨及其等熵位涡特征

0414号台风"云娜"在浙江登陆后迅速减弱为台风低压,48 h后台风低压北侧偏东气流区域出现了暴雨,当时暴雨区中低层850,700和500 hPa没有辐合系统,而且暴雨出现前较强冷空气影响该区域,已使这里的位势不稳定减小,因此动力抬升和位势不稳定条件均不利于暴雨的产生。为了探讨这种情况下暴雨形成的原因,应用常规报文和1°×1°的NCEP再分析资料,对此次暴雨产生的条件及其等熵位涡演变特征进行了分析。结果表明:中层台风低压倒槽的移速快于低层,在暴雨区形成了一支自下而上向西倾斜的上升气流,暴雨区上空恰好存在着对称不稳定,斜升气流引起了对称不稳定能量的释放,使倾斜对流发展,提供了产生暴雨所需的动力和不稳定条件。而台风外围较强的水汽输送为暴雨的产生提供了充沛的水汽条件。等熵位涡分析表明,大值位涡带与降水区有较好的对应关系。正位涡异常中心的出现对降水的发生发展具有指示意义。