渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

舟山群岛一次低压大风过程的诊断分析

通过对舟山群岛一次低压大风过程的天气形势及各种物理量的诊断分析认为：地面的倒槽波动，加上高空的涡度平流、低层南北两支气流相遇形成的强烈的切变是地面低压能够形成并发展的关键。中低层的温度平流、降水凝结释放潜热维持上升运动，是低压进一步发展的有利条件。高空动量下传最终形成了地面的强风。     

基于模糊逻辑的雷暴大风和非雷暴大风区分方法

雷暴大风往往伴随飑线、阵风锋、龙卷等强对流天气而出现,风速大、发展迅速、突发性强,对生命财产安全造成极大威胁,因此对雷暴大风的监测与预报具有重要的意义。然而,雷暴大风监测一直也是强对流监测的难点。本文在地面气象观测站大风记录的基础上,结合多源数据(包括雷达、卫星、闪电、温度、露点等观测数据),利用模糊逻辑算法,实现雷暴大风与非雷暴大风的有效识别,可对雷暴大风进行实时监测。具体算法为:首先,基于历史样本数据的统计得到各变量的概率分布函数,进而得到各参数隶属度函数;然后采用概率重叠面积方法,确定各项质量控制数据的权重;最后通过选取判断概率阈值Q的方法,区分雷暴大风与非雷暴大风。通过对2010年全国50873条人工观测大风数据的识别结果检验表明,该算法能有效区分雷暴大风与非雷暴大风,当Q选取0.55时,雷暴大风的识别准确率POD约为0.76,误识别率约为0.18,雷暴大风CSI指数约为0.67。文中选取了两次大风过程,算法正确地识别了11个非雷暴大风记录,5个雷暴大风记录。本工作能一定程度上提升雷暴大风的监测效果、完善强对流监测业务体系。     

极端雷暴大风的环境参量特征

为了研究极端雷暴大风天气环境要素特点,选取2002—2017年中国各地区极端雷暴大风个例95个和不伴随强对流的普通雷暴个例95个,通过两者间关键环境参数的对比,揭示极端雷暴大风事件的关键环境参数特征。结果表明:极端雷暴大风天气发生在对流层中层相对干的环境下,表现为400~700 hPa极端雷暴大风对应的单层最大温度露点差和平均温度露点差平均值分别为25.7℃和13.6℃,而普通雷暴的相应值分别为16.2℃和6.5℃。统计结果表明:尽管产生极端雷暴大风的对流风暴和普通雷达对应的地面露点差异并不大,但前者相应的大气可降水量（平均值为37 mm）明显低于后者（平均值为51 mm）,差异突出表现在两者湿层厚度的不同上;相对于普通雷暴事件,极端雷暴大风事件对应的对流有效位能值（平均值为1820 J·kg-1）明显高于普通雷暴事件的对应值（平均值为470 J·kg-1）;此外,极端雷暴大风事件对应的对流层中下层垂直温度递减率、下沉有效位能、夹卷层平均风速和0~6 km,0~3 km垂直风切变均明显大于普通雷暴事件对应的相应值。     

河北廊坊雷暴大风的气候特征

利用1970~2012年廊坊地区9个气象站地面雷暴大风观测资料,采用趋势分析、滑动t检验、小波分析和最大熵谱分析等统计方法,系统分析了该地区雷暴大风天气的时空特征及变化趋势和变化周期。结果表明:廊坊地区的雷暴大风局地性强,43 a间只出现了一次全区性的雷暴大风天气过程,雷暴大风多以单站出现为主。雷暴大风的地域性特征明显,中部的廊坊市及南部的文安、大城站较易出现,而北部发生概率较低。雷暴大风的日、月及年变化特征明显。雷暴与大风主要发生在午后至前半夜,大风发生时间一般落后于雷暴,1 h内的雷暴与10 min以内的大风发生概率最高;雷暴大风3~10月都可出现,主要集中在夏季,发生概率为73.3%;近43 a来,年均雷暴大风日数整体呈现减少趋势,且中部的站点减少趋势最显著,1994年为雷暴大风的显著突变年,其显著变化周期为3.23a。雷暴大风多为"湿"型。     

铜仁市一次雷暴大风过程分析

利用常规站资料、ERA5资料（0.25°×0.25°）以及务川雷达和铜仁新一代多普勒天气雷达资料对2022年4月24日发生在贵州铜仁市多个区（县）的一次雷暴大风过程进行分析,结果表明：（1）此次天气过程是发生上干下湿的不稳定环境中,高空槽、南支槽、低涡、切变线和地面辐合线都为此次强对流天气过程提供了触发条件。（2）大的DCAPE值、中层中等强度的垂直风切变和低层较强的垂直风切变以及较大的850hPa与500hPa的温差都是利于大风产生的条件。（3）大风常常出现在弓形回波前部突出处,高悬的强回波、弱回波区、高的回波顶高以及径向速度中出现逆风区和强并且深厚的中层径向辐合等都是出现大风天气的雷达产品特征。     

首都机场雷暴大风的初步研究

雷暴大风是航空飞行的主要威胁之一。气象预报员预报雷暴引发的突如其来的短时强阵风难度较大。文章把McCann提出的WINDEX经验方程应用在首都机场地区,利用2006—2010年54511台站的探空资料计算经验指数WINDEX,并与首都机场地区雷暴引发的强阵风进行了对比分析。建立了雷暴强阵风的预报工作程序。     

中国强雷暴大风的气候特征和环境参数分析

对2004—2013年中国强雷暴大风记录(风速≥25 m·s~(-1))的气候特征和环境参数进行统计分析研究。结果表明:强雷暴大风主要发生在中国中东部地区,从3月开始在西南、华南地区出现,4月北进入华中、华东地区,5月北进到华北、东北和西北地区。不同地区强雷暴大风发生峰值时间不同,其中华中和华南有两个峰值。中国强雷暴大风环境参数中低层垂直风切变中等(地面至700hPa和地面至500 hPa平均值分别为10.2和14.3 m·s~(-1)),明显低于美国大范围雷暴大风的均值;存在明显的干层,一般表现为500 hPa附近的中层温度露点差大于10℃C以上,其中华北、西北地区表现为整层3~7 km均较干。根据红外卫星云图的观测特征,强雷暴大风发生时云型最多的是团状,其次是线状,还有一些不规则形状的云型,不同地区主导云型不同。分析我国强雷暴大风多发地华东地区三种云型的环境参数表明:团状云型强雷暴大风的CAPE值大,低层高湿,中层干且环境温度直减率大;线状云型其热力参数值均较团状云型小,但低层和深层垂直风切变大,整层均较干;不规则云型低层高温高湿,环境风垂直切变较小。     

广西雷暴大风环流特征和物理量诊断分析

利用观测资料和ECMWF分析资料,对广西2006-2008年发生的雷暴大风强天气45次个例进行统计分析,并应用天气学方法进行影响模型分析,从雷暴大风发生的条件入手,探讨了一些稳定度指数和动力参数的物理意义,及雷暴大风发生区域的环境场特征,统计归纳出了:(1)造成广西雷暴大风强天气过程可分为高原深槽型,台风低槽型、副高西部型和华北低槽型等四种天气模型;(2)雷暴大风多发生在午后,峰值出现在16时左右;7月和8月出现的最多;(3)局地雷暴大风的出现与地形作用有密切关系;(4)雷暴大风产生前,四种天气影响型广西大部地区大气层结均有不稳定能量聚集,低层有强的水汽辐合,相对湿度大;高原深槽、华北低槽和副高西部影响型强的垂直上升运动和正涡度中心位于广西北部,台风低槽影响型则位于广西东南部;(5)出现雷暴大风的区域大气层结不稳定性更显著,低层水汽辐合和中低层气旋性辐合也偏强.     

北大西洋风暴轴高低空分布及其能量诊断

利用1979~2013年NCEP再分析数据,通过经验正交分解对比了前冬时期北大西洋风暴轴的高低空分布,并用涡动动能(Eddy Kinetic Energy,EKE)方程对风暴轴高低空分布型差异进行了诊断。研究结果表明:上层和下层第一空间分布型差异巨大,对流层下层风暴轴中心偏北,靠近极地,而上层风暴轴中心偏西南,靠近北美沿岸。EKE方程诊断结果表明:正压转换项在高低空符号相反,导致了EKE在上、下层分布出现显著差异,即上层正压转换项为负,在扰动发展中起能量耗散作用,而下层正压转换项为正,且极大值区域对应下层EKE极大值区域,为风暴轴下层向极区域增强的主要原因。而斜压转换和非地转位势通量散度在上层均为正,且远大于下层,为风暴轴上层涡动能量维持的原因,也从涡动能量收支上解释了风暴轴的主体出现在上层。     

西北区东部一次雷暴天气过程的诊断分析

利用实况观测资料对出现在陕西地区2006年8月14日的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明:(1)此次雷暴过程的发生与500 hPa短波槽的东移发展以及副热带高压迅速南退有密切关系,同时对流层低层鞍型风场的存在有利于强对流云的发生发展;(2)雷暴过程前干暖盖的存在和维持有利于不稳定能量的聚积同时也抑制了水汽的垂直输送,不稳定层结的存在为雷暴的发展提供了重要机制.(3)动力学诊断分析显示,强PV中心的东移发展与此次雷暴过程密切相关,高空的强辐散和低空的强辐合是此次雷暴过程非常重要的动力学机制;(4)临近预报可分析临近站点温、压、湿风的垂直层结特征,参考上游站点的天气演变,密切监视雷达探测到的雷暴对流系统的移向、移速以及强度的变化做出合理预报.     

Kinetic and Available Potential Energy Transport during the Stratospheric Sudden Warming in January 2009

The local features of transient kinetic energy and available potential energy were investigated using ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) Interim Reanalysis data for the stratospheric sudden warming(SSW) event of January 2009.The Western Europe high plays important roles in the propagation of the energy from North America to Eurasian.When the Western Europe high appeared and shifted eastward,energy conversions increased and energy propagated from North America to Eurasian as a form of interaction energy flow.The baroclinic conversion between transient-eddy kinetic energy(Ke) and transient-eddy available potential energy(Ae) and the horizontal advection of geopotential height were approximately one order of magnitude less than Ke and Ae generation terms.So,these terms were less important to this SSW event.     

低纬高原雷暴的气候特征分析

利用云南113个观测站1971—2005年雷暴观测资料,通过数理统计、小波分析和EOF分析,研究了云南雷暴的气候变化特征。结果表明:云南年雷暴日数较多,年际变化较大,年雷暴日数有减少的趋势,每10年雷暴日数减少12天;云南雷暴季节变化显著,由冬至夏,雷暴逐渐增多;由夏至冬,雷暴逐月减少。5~10月云南雷暴出现2个或3个雷暴中心且雷暴中心少动,雷暴主要活动区集中在25°N以南、103°E以西区域。10月~4月雷暴主要活动区位于25°N以南的区域,云南省雷暴基本呈现由南向北逐渐减少的特征。从小波分析的结果看,云南雷暴具有2,4,6年的短周期和8,11年的长周期振荡变化,其中以4年和11年振荡周期为主要特征。根据EOF分析,云南雷暴异常空间分布主要有以下几类:夏半年为全区一致型、东南—西北型、东北—西南型、纬向型、经向型;冬半年为全区域型、纬向型、东南—西北型、经向型和局部区域型。     

0601号登陆台风及暴雨减弱消亡过程中的动能收支分析

利用高分辨率（10km）数值模拟的结果,以登陆华南并引发特大暴雨的0601号台风为例,对台风中田尺度动能收支平衡进行了诊断分析。结果表明,中-β尺度系统动能收支水平项（水平通量散度项和水平产生项）很小,垂直项（垂直通量散度项和垂直产生项）是动能收支方程的主要部分;动能垂直通量散度在对流层低层是动能的汇,在对流层中高层为动能的源;动能垂直产生项在对流层各层都是动能的汇;浮力产生项在300hPa以下是动能的源,在对流层高层是动能的汇;平均动能的局地变化项,在对流层各层均小于零,暴雨期间对流层动能支大于收,且动能变化在对流层中低层最明显。就整个对流层的垂直总量而言,浮力产生项是主要的动能源,而垂直产生项是主要的动能汇。较强冷空气首先从对流层中层入侵台风环流系统,抑制动能制造和传输,是中田尺度对流系统不能维持、发展的主要原因,也是台风系统及其暴雨不能长久维持的关键。     

高原地区雷暴过程地面电场变化特征分析

高原地区是我国雷暴天气多发区之一。通过对大气电场仪所测得雷电过程地面电场变化特征的分析有助于了解这一地区的雷暴特征,对认识该地区雷暴过程特征有一定的参考价值。对雷暴过程初期的地面电场波形变化的曲线拟合,总结出了共同的特征,为地面电场资料在雷电预警预报中的应用提供了参考价值。对雷暴过程地面电场资料的特征分析以及预报方面的研究都是很有现实意义的。     

Large-eddy Simulation of Turbulent Flow across a Forest Edge. Part II: Momentum and Turbulent Kinetic Energy Budgets

Momentum and turbulent kinetic energy (TKE) budgets across a forest edge have been investigated using large-eddy simulation (LES). Edge effects are observed in the rapid variation of a number of budget terms across this vegetation transition. The enhanced drag force at the forest edge is largely balanced by the pressure gradient force and by streamwise advection of upstream momentum, while vertical turbulent diffusion is relatively insignificant. For variance and TKE budgets, the most important processes at the forest edge are production due to the convergence (or divergence) of the mean flow, streamwise advection, pressure diffusion and enhanced dissipation by canopy drag. Turbulent diffusion, pressure redistribution and vertical shear production, which are characteristic processes in homogeneous canopy flow, are less important at the forest transition. We demonstrate that, in the equilibrated canopy flow, a substantial amount of TKE produced in the streamwise direction by the vertical shear of the mean flow is redistributed in the vertical direction by pressure fluctuations. This redistribution process occurs in the upper canopy layers. Part of the TKE in the vertical velocity component is transferred by turbulent and pressure diffusion to the lower canopy levels, where pressure redistribution takes place again and feeds TKE back to the streamwise direction. In this TKE cycle, the primary source terms are vertical shear production for streamwise velocity variance and pressure redistribution for vertical velocity variance. The evolution of these primary source terms downwind of the forest edge largely controls the adjustment rates of velocity variances.     

近年天津地区冰雹和雷暴天气特征研究

基于天津地区13个观测站的1990～2009年冰雹资料和2000～2009年雷暴资料,分析了近年来天津地区降雹、雷暴的时空分布特点,并总结出当前雷暴云移动路径,以及引发此类天气的主要影响系统.主要结论为:(1)近20年天津地区年平均雹日是12.6 d,北部蓟县为冰雹天气多发区,冰雹天气常出现在春夏秋季节,集中出现在每年3～9月;(2)全市13个测站在13:00(北京时间,下同)到20:00之间雷暴的发生概率较大,且西北路径,西南路径的雷暴云出现频率较高,占到了65.2％;(3)引发天津地区冰雹及雷暴天气的主要影响系统为高空冷涡和高空槽,所占比例为49.54％和43.12％.     

北京多频段闪电三维定位网及一次雷暴过程的闪电时空演化特征

北京多频段闪电三维定位网（Beijing Broadband Lightning NETwork,简称BLNET）是一个研究和业务相结合的区域性全闪三维定位网。2015年,对BLNET硬件、站网布局及定位算法等方面进行了更新升级,提高了传感器的灵敏度,提升了软件的运算效率和站网的探测性能。升级后的BLNET不仅具备了对云闪、地闪脉冲类型的快速识别和电流峰值估算等功能,也实现了对闪电辐射源脉冲的三维实时定位,以及通道可分辨的闪电放电过程精细定位。对2017年7月7日一次雷暴过程的闪电辐射源脉冲实时三维定位结果分析表明,这次雷暴过程一共观测到11902次闪电,以云闪为主,地闪占总闪的28%,正地闪较少,仅占总地闪的5%,在雷暴成熟期,最大闪电频数高达927 flashes (6 min)?1。通过对比分析闪电辐射源位置和对应时刻的雷达回波,发现辐射源基本集中在强回波范围内。对一次正地闪的精细定位表明,该正地闪初始阶段表现出明显的预击穿过程,闪电辐射源的始发位置位于海拔高度约5.4 km,随后通道向上发展,在约10 km高度,通道开始沿着水平发展。对一次负地闪的精细定位表明,初始阶段放电首先从约7.1 km高度处始发,通道向南水平发展,同时部分负先导分支向下发展,约38 ms后,通道短暂停止发展,17 ms后,通道始发处重新激发。以上结果表明,BLNET不仅具备对整个雷暴生命史闪电活动的三维实时定位和监测,而且可以实现对闪电三维放电通道的精细定位。     

地表动量通量对一次华南前汛期降水影响的数值模拟

利用ARPS模式,对一次华南前汛期锋面降水进行了数值模拟和敏感性试验,探讨了动量通量对降水的影响机制。结果表明,去掉地表动量通量对降水率可产生正、反两方面的影响,并大致可分为两个阶段,在积分的前一阶段,动量通量为零区域上空的急流核风速增大,其左前方的辐合区和涡度的强度也相应增大,从而导致降水率增大;而在后一阶段,动量通量为零的区域上空埃克曼抽吸减弱,边界层内的辐合强度和垂直上升运动也相应减弱,从而导致降水率减小。