江淮灾害性大风飑线的特征分析

本文利用2000—2017年4—9月的多普勒雷达资料、地面和高空探测资料,识别出江淮地区35条飑线。空间分布显示,飑线主要形成于长江以北的平原地区。时间分布显示,40%的飑线发生在7月,其中7月下旬有一峰值;约37%的飑线形成于中午到下午,在午后到傍晚成熟,在下午至夜间消亡。较多的飑线向东南方向移动,移速集中于8～16 m·s~(-1),长度为200～250 km,强度为60～65 dBz,生命史为3～4 h。飑线的主要形成方式为离散区型(broken areal型),组织方式以后部层状云型(trailing stratiform型)居多,主要消散方式为逆向断线型(reversed broken line型)。把飑线的天气背景分成五种类型:浅槽型、深槽型、高压边缘型、槽后型和冷涡型。江淮飑线多出现在西风槽前;深槽型飑线引起的地面降温幅度最大;深槽型和冷涡型飑线的雷达回波核较高,天气也更为剧烈,除了降水和雷暴大风外,还可出现冰雹或龙卷。五种天气型的相同之处是对流有效位能大于1300 J·kg~(-1),0～6 km的垂直风切变大于10 m·s~(-1),抬升凝结高度多低于930 hPa,即低层为高温潮湿的环境。     

关中秋季飑线天气成因和中尺度特征分析

利用MICAPS资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图、宝鸡多普勒雷达资料,对陕西关中2010年9月3日和2013年9月12日两次飑线天气过程(下分别简称"9·3"过程、"9·12"过程)的环境场和形成机制及中尺度特征进行了分析。结果表明:两次过程天气背景和机制不同,"9·3"过程为槽前型,其中层干侵入致使对流不稳定发展、低涡切变提供了初始上升运动和较强的水汽辐合,地面上雷暴高压形成的切变线是飑线的触发机制和组织发展系统;"9·12"过程为槽后型,高层干冷平流的侵入加强了对流不稳定层结,水汽辐合偏弱,地面干线是强对流的触发机制。两次过程中尺度系统特征明显,卫星云图上为对流单体合并为中β尺度云团;雷达图上为雷暴单体弥合为带状回波,进而出现弓形回波,弓形回波中存在中层径向辐合对应的强回波核;强回波的三体散射是出现冰雹天气的主要特征。     

江苏地区两次强飑线天气过程的特征分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、自动气象站加密观测及多普勒雷达资料,对2006年4月28日和2009年6月14日发生在江苏及周边地区的两次典型飑线过程进行了对比分析.结果表明,两次过程发生前期,对流层低层伴有明显的暖平流,中高层出现冷平流,促进了该地区大气层结不稳定的形成和发展;在飑线移动发展过程中,地面风场中对应一条清晰的辐合线,对飑线的触发和维持起着重要的作用.两次过程中环境场的热动力结构存在明显差异:就热力条件而言,前者发生在春季,冷空气势力依然较强,对流层低层的暖平流是大气层结不稳定发展的主要原因之一,后者发生在暖湿气流相对活跃的夏季,中高层冷空气的侵袭更值得关注;动力条件分析表明,前者低层辐合抬升条件明显好于后者,而后者的热力条件占优势,一旦对流启动,更容易发展.     

山西北部一次飑线大风的多普勒雷达资料特征分析

利用大同多普勒雷达的基本反射率因子、组合反射率因子、速度剖面图、垂直液态含水量、回波顶及vwP产品,结合环流形势和自动站分钟数据资料,对2010年6月16日发生在大同地区的飑线天气过程进行分析发现,这次飑线过程是在高中低三层冷涡环流控制及地面锋前暖区的流型配置下发生的;飑线过境时压、风、温三要素出现剧烈变化;飑线过境时,2个大风站出现速度极大值的时间与外流边界的影响时间相吻合,4个大风站出现速度极大值的时间与强回波下沉气流影响时间相对应。分析结果表明：冷涡携带的冷空气使飑线后部入流不断得到补充。前侧暖湿气流沿着后部人流爬升,不断产生新的单体,是飑线能够维持、发展的主要原因;飑线前侧暖湿气流倾斜上升,主体部分向人流倾斜,与冷空气汇合形成下沉气流并向外扩散,与前侧人流形成弧状的阵风锋是此次飑线的垂直流场结构特征。     

一次典型飑线过程的个例分析

利用太原c波段多普勒天气雷达资料,结合NCEP数据资料,对2008年6月28日发生在山西的一次大范围飑线过程进行了综合分析后发现：该飑线产生于对流层中高层槽后干冷空气向南扩散,低层辐合,大气层结极不稳定,垂直风切变强的大背景下,在其影响的区域产生的主要灾害天气现象为大风、冰雹和暴雨。飑线呈现出典型的弓形回波特征,后部人流急流（rear inflow jet）和后部人流缺口（RIN）,前部的阵风锋等典型特征。弓形回波两端存在中尺度流型,即北端的气旋式旋转和南端的反气旋式旋转。北端的气旋式旋转在演变过程中不断加强而变成一个旋转的逗点头,而南端的反气旋式旋转在演变过程中基本保持不变,弓形回波的形状也从开始时的南北对称结构逐渐转变为南北不对称的结构。另外,弓形回波前沿中低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂,强回波区延伸到0℃等温线之上,表明雷暴内上升气流很强,有利于冰雹和强降水形成。     

一次飑线风暴的环境条件和雷达回波特征分析

利用常规气象观测和新一代天气雷达监测资料,对大兴安岭地区加格达奇市2006年8月一次飑线天气的环境条件和雷达回波特征等分析发现：此次过程的影响系统高空槽为前倾结构,飑线发生在地面冷锋前,大气具有较强的不稳定层结,有利于上升运动,水汽充足,低层较强的垂直风切变使对流云团和弓形等线状回波生成并较长时间地维持和发展。对流云团位置与上升运动区域较为一致,产生飑线的强对流云团出现在中低层垂直速度梯度较大并靠近上升运动中心一侧,并位于低层比湿和水汽通量散度梯度较大区域即干锋附近以及K指数能量锋上。飑线弓形回波出现在一个中尺度椭圆状对流云团中心内部发展最强处。当云团向东北偏东方向移过加格达奇雷达站时,雷达反射率因子先后呈现出弓形、＂人＂字形等线状回波特征,当线状回波南端＂人＂字形顶部较强回波和后侧入流急流前方＂V＂型槽口的尖峰移经加格达奇时,带来了雷雨大风天气。     

利用多普勒雷达网对一次典型飑线过程的分析

利用天气学原理和新一代多普勒天气雷达网,对2005年3月22日发生于广东的一次大范围飑线过程进行了详细分析。分析表明,南岭横切变和500 hPa南支槽为过程提供了大尺度天气背景,地面小股冷空气的入侵则是其触发条件;弓形回波后部弱反射率因子通道的出现标志着飑线发展到最强盛阶段;线性波状飑线南北段不断新生对流单体并有向弓形回波中间传递合并的趋势;雷暴群产生的下沉辐散在其右前方一定距离产生的长弱回波线,是识别雷暴群变化的一个标志。     

我国飑线发生条件研究

利用常规观测、地面自动站加密观测资料、NCEP（0.25°×0.25°）再分析资料以及多普勒雷达资料等,对2016年9月24日发生在内蒙古东南部一次致灾飑线天气过程进行分析。结果表明：（1）中高层干冷空气扩散东南下与低层西南急流的辐合急剧加强为强飑线提供了非常有利的大尺度环流背景;（2）对流有效位能（CAPE）在强对流爆发前有明显跃升;假相当位温（θ_se）中低层分布呈显著的倒漏斗状,而且随高度增高递减率明显增大,这种上干下湿的层结有利于雷暴大风和冰雹等强对流天气产生;（3）地面中尺度露点锋（干线）和中尺度辐合线长时间维持、耦合并加强成为这次强对流天气的直接触发和维持机制;飑线后部一直维持雷暴高压,表明有地面大风存在;（4）雷达回波伴有弓形回波特征,低层呈现有界弱回波区（BWER）,中高层有明显的回波悬垂,50~55 dBz强回波区延伸到7.5 km,表明对流风暴内有强烈的上升气流,有利于短时强降水和大冰雹的形成;（5）弓形回波径向速度剖面图上存在中层径向辐合（MARC）。

     

一次强飑线过程的中小尺度特征分析

通过常规资料、新一代天气雷达、自动站等资料对2005年3月22日影响福建的一次飑线系统进行分析。分析指出，该飑线系统是由高空槽前型的上干下湿引起的不稳定强对流天气。对新一代天气雷达资料分析揭示了此次飑线的典型的弓状特征、强的后侧入流槽口以及入流槽口上的弱回波区等中小尺度结构特征是造成灾害性大风的成因。     

我国飑线发生条件的研究

利用常规观测资料以及广东省中尺度自动气象站资料、多普勒天气雷达产品、风廓线雷达资料、卫星云图以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对分别发生在2016年4月13日和17日的华南两次飑线过程(前者简称“4.13”飑线,后者简称“4.17”飑线)的特征及其差异进行了分析,重点探讨了相同季节、相似区域不同飑线过程对同一地区所带来的灾情影响差异较大的原因。结果表明: (1)两次飑线发生的环流背景相似,但后期对广东的影响差异较大,“4.13”飑线影响范围小而强,其进入广东境内发展成弓形回波;“4.17”飑线范围大而相对较弱,其进入广东境内后逐渐减弱。(2)“ 4.13”飑线过程存在有利于其发生并增强的前倾槽结构和较强垂直风切变;“4.17”飑线过程下游地区有冷空气浸入,不利于强天气发生。(3)低层暖平流及中层干冷空气下沉造成“4.13”飑线过程强不稳定层结,在广州附近形成气旋性中尺度辐合线有利于飑线在此加强。(4)两次飑线过程造成地面大风的原因不同,“4.13”飑线大风由弓形顶下击暴流产生,后部入流很强,强回波质心高;“4.17”飑线大风由普通超级单体造成,回波质心较低,雨滴的重力拖曳作用较小,致使地面雷雨大风强度相对较弱。

     

一次飑线过程雷达回波特征及环境条件分析

利用常规资料、NCEP/NCAR再分析资料及多普勒天气雷达资料等,对2014年3月30—31日广东一次飑线过程进行了分析。重点分析了飑线发生的环流背景、环境特征、不稳定条件、垂直风切变等及多普勒雷达回波演变过程。结果表明:(1)此次飑线过程发生在中高纬地区稳定的阻塞形势下,从四川盆地东移的高空槽和低涡切变线是造成广东强对流天气的主要影响系统。(2)低空急流水汽输送、低层强水汽辐合、强低空垂直风切变和上干下湿的水汽垂直分布为飑线的发生、发展提供了必要的热力和动力条件。(3)强盛阶段飑线具有明显的阵风锋和弱回波通道,速度图上飑线北端为强的气旋式切变,南端为弱的反气旋式切变,在"弓形"回波顶点处有强的速度辐合。飑线内部后侧为一支倾斜向下的冷空气入流,前沿是一支沿冷空气爬升的暖空气入流。(4)在"弓形"回波顶部后侧长时间维持着向后倾斜的后侧入流急流RIJ(Rear Inflow Jets),RIJ对"弓形"回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。     

一次华南强飑线过程的数值模拟及后方入流作用诊断

利用WRF中尺度模式对2014年3月30—31日发生在华南的一次强飑线过程进行数值模拟。本次飑线过程受高空槽和低涡切变线影响,水汽条件充足,低层垂直风切变较强。模拟结果表明:发展阶段,后方入流缺口开始出现,飑线逐渐呈弓形结构;成熟阶段,飑线后方入流逐渐下沉到地面并延伸至对流区前沿,冷池完全移入残留冷区并加强,配合九连山下坡过程,飑线得以加强。后方入流对本次飑线过程的发展和维持十分重要。后方入流受环境风及中层负压力扰动作用开始形成,随后受对流区后侧中低层涡旋对的影响迅速发展增强而进入发展阶段,反气旋式涡旋的北侧风场促进了后方入流的形成和发展;成熟阶段,气旋式涡旋的南侧风场使后方入流迅速增强。气旋式涡旋区域主要受涡管拉伸作用增长,反气旋式涡旋区主要受涡度倾斜增长作用。涡旋对垂直涡度主要是由低层水平涡度向上倾斜引起,而水平涡度则是由斜压作用产生。     

2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理

2017年7月7日下午至午夜,河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程,其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和NCEP分析资料,利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下;超过2000 J/kg的对流有效位能（CAPE）、强0—6 km和0—3 km风垂直切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件;较低的湿球温度0℃层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度;对流层中层高达30℃温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE）,利于弓形回波和地面大风的形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低黑体亮温（TBB）和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统,最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等;对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因;大的对流有效位能和下沉对流有效位能以及强风垂直切变是飑线维持的原因。      

一次弱弓形飑线后方入流特征的观测分析

后方入流是中尺度对流系统内中尺度环流的一部分,表现为一支从风暴后部穿过层状回波区进入风暴系统的相对气流,对增强中尺度下沉气流和地面冷池具有重要作用。利用多普勒雷达探测资料、地面加密自动站和NCEP再分析资料,结合雷达径向剖面内反演的系统相对水平速度,对2012年5月16日江苏省一次弱弓形飑线的后方入流演变特征进行了分析。结果表明,此次飑线是在东北冷涡影响下,受高、低空温度平流差动、低空急流和低层温度暖脊的共同作用生成。飑线发展阶段,后方入流最早出现在对流层中层的层状回波区中,并向前伸展到对流回波区后缘;成熟阶段,后方入流逐渐下沉并与对流区前低层辐散外流合并,形成一条从飑线后部中层延伸到对流区前缘的持续性后方入流通道;消散阶段,后方入流中心下沉到地面附近,与冷池外流共同增强,与其前侧西南入流的局地辐合,可能是触发对流单体后向新生并促使双带状回波出现的有利条件。后方入流把中层干冷空气持续输送到对流区中下方,通过加剧降水粒子的蒸发冷却作用,增强地面冷池及其出流,导致成熟阶段地面大风生成,这与以往的研究结论一致。受后方入流中心下沉到地面以及新生带状回波系统的影响,地面冷池持续增强,可能是消散阶段地面大风形成的原因。此外,后方入流与飑前地面中尺度辐合线具有很好的对应关系。      

一次飑线大风的多种资料分析和临近预报

利用临沂新一代天气雷达(CINRAD/SC)观测资料,结合MICAPS资料、加密自动气象站观测资料、MM5模式数值预报产品,对2006年4月28日发生在临沂的一次以灾害性大风为主、有弱降水相伴随、局部还有冰雹发生的飑线天气过程进行了分析.文中利用多种资料重点探讨了弓形回波带来的灾害性大风的形成机制.模式产品分析表明:灾害性大风发生区处在高空急流左侧,此处是正涡度平流和辐散区,强的垂直风切变导致了重力波的产生,300～500 hPa高度上产生的中尺度重力波(MGW)是本次大风过程的启动机制.造成地面大风的强下沉气流是来自于对流层中上层的干冷空气.雷达观测表明:本次过程中,大风区雷达径向速度出现模糊,强回波区对应径向风速辐合,具有较小的VIL值、有界弱回波区和中层径向辐合等特征.雷达径向速度图上高层负径向速度中心值的迅速减小和低层负径向速度中心值迅速增大是高空下沉气流迅速下沉的结果,是产生地面灾害性大风的直观表现.     

如皋一次罕见的飑线天气过程

针对2008年7月15日下午在如皋境内生成和发展的飑线天气过程,利用常规和非常规气象资料,对其进行精细化剖析,结果发现:(1)强对流天气发生在副高东退、西风槽跟进的形势背景下,有从渤海低压穿过的冷锋为影响系统,如皋上空是对流性不稳定的大气层结,还有如皋地面中尺度天气系统的抬升力和激烈的热对流抬举力合二为一的共同触发,促使储有大量潜能的暖湿空气在如皋境内发生、发展成飑线。(2)如皋境内的中尺度系统是由苏中地区地表性质、地理环境水平分布差异大,所产生的气温水平分布不均而引起的,尤其是如皋境内高沙土地区的土质分布情况更为特殊。(3)雷暴云和飑线的产生、发展的位置与中尺度系统位置近似重合,飑线上强雷暴云的移动方向与7 km以下高空风主导风向一致。     

滇东北一次飑线过程的中尺度结构特征

利用常规观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,综合分析了2007年6月14日发生在滇东北的一次飑线过程。结果表明:飑线发生在700 hPa切变线前和冷锋前暖区中,位于高层冷舌和低层暖舌相叠置的地区,高层冷空气侵入和地面中尺度切变线的触发作用是飑线形成和发展的主要动力过程。飑线前沿形成含有5个强单体的带状强回波,成熟阶段的强单体出现了弓形回波特征。飑线前沿出现低层辐合、中层径向辐合和高层辐散的特征,低层β中尺度辐合线随高度增加向飑线后部倾斜。飑线前沿存在前侧低层入流、中高层出流急流以及后侧低层入流急流。飑线上存在深厚的上升气流,两侧为下沉气流,且前方的下沉气流比后方强。低层强垂直风切变有利于飑线的产生和发展。     

用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征

飑线是中国春、夏季常见的一种天气现象.2007年4月23-24日华南地区的一次强飑线过程,因强度强、持续时间长,给广东部分县市造成巨大的经济损失.利用广州和深圳的新一代多普勒天气雷达的探测资料,采用双多普勒雷达风场反演方法和热力动力反演方法,研究此次飑线内部的三维风场、动力和热力结构.在此基础上,通过质量、动量诊断探讨其维持机制.同时,结合地面、高空常规观测及自动站资料分析系统伴随的环境和地面中尺度特征.结果表明,系统发生于中等强度垂直风切变(0-3 km,18 m/s)和中等强度对流不稳定度的环境中,其移动速度最快达17 m/s,属快速移动的飑线.飑线过境时,地面测站呈现风向突变、风速骤增、气压上升、温度与露点骤降等现象.其成熟期的雷达回波和风场结构与过去观测的热带、副热带快速移动飑线系统特征相似.由前(前方指系统移动方向)向后,降水结构依次为对流区、过渡带和层云区.其中,对流区由多个对流单体组成,对应强回波和上升运动,而单体之间为弱下沉运动.气流特征呈准二维结构,包括系统前方深厚的从前向后气流和系统后部低层的从后向前气流.这两支气流在系统前缘低层辐合形成动力高压,触发新对流单体,是系统长时间维持的主要机制.在对流区倾斜上升气流的下方,存在一凝结潜热释放增暖引起的低压区.另外,在对流系统西侧不断有新对流单体形成,并被平流至系统中,促进对流维持.进一步对对流区的质量和动量通量诊断揭示,垂直于飑线系统的水平动量的垂直输送有逆梯度输送的特性,将增加垂直飑线方向的环境垂直风切变,有利于系统维持.相对的,平行飑线方向的水平动量具有顺梯度输送特征,使该方向上风切变分量有被均滑趋势.     

一次飑线过程的雷达回波分析及其反演风场研究

用常规气象观测资料,中尺度自动气象站资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月15日发生在重庆中西部的飑线过程的进行了分析,发现了"逆风区"在预报中具有一定的提前量。同时通过四维变分(4D-VAR)同化方法反演风场,得到反演的水平风场能较好的反映飑线内部各个发展阶段的对流单体的内部流场结构,同时发现4D-VAR反演风场能较好的反映出飑线不同发展阶段的流场特征。