2019年7月3日辽宁开原EF4级强龙卷形成条件、演变特征和机理

综合应用高时空分辨率多源观测资料,分析了2019年7月3日下午辽宁开原EF4级强龙卷的天气形势、环境条件、对流触发、对流风暴演变特征和龙卷的形成与消亡机制。开原龙卷发生在东北冷涡西南侧500 hPa西北气流、850 hPa切变线、地面强西南暖湿气流中;除了对流层中下层相对湿度低、抬升凝结高度较高是开原龙卷的不利环境条件外,其他有利于强中气旋龙卷的环境条件都具备。但风廓线雷达观测和天气雷达观测的径向速度场显示0～1 km垂直风切变的增强具有中尺度特征,表明边界层强风与中层急流相耦合形成了非常有利于龙卷的垂直风切变条件。形成开原龙卷的直接系统是一孤立超级单体,具有典型的超级单体雷达回波特征、强中气旋和龙卷涡旋特征等;其由地面干线辐合线与东侧的阵风锋辐合线共同作用触发。该对流风暴前部产生的降水先使得开原及周边地区大气快速饱和、显著改善了大气低层湿度条件,当对流风暴后部钩状回波部分移动到该区域时,有利于其不太强的下沉气流产生强度适宜的冷池,加之边界层强暖湿气流入流、强低层和中层垂直风切变与强烈上升气流的共同作用,从而产生了该次开原龙卷。地面自动站观测温度分布表明,开原龙卷超级单体的冷池与环境大气温度差异在2~4℃时有利于龙卷形成,而当对流风暴的强下沉气流使冷池温差加大到7℃时,不利于近地面垂直涡度维持,导致龙卷消亡。     

河北中部一次具有后向传播特征的副高外围暖区暴雨过程分析

利用常规观测、雷达、卫星、加密自动站资料、VDRAS系统(雷达变分分析系统)产品以及ERA-Interim再分析资料,对2013年8月11日发生在河北中部暖区中、伴有强降水和大风、具有后向传播特征的深厚湿对流过程进行分析。结果表明:这是一次发生在副高动力边界的外侧,水汽、热力及对流不稳定边界的内侧附近的过程,该区域有利的对流不稳定条件和触发抬升条件,容易产生对流天气。石家庄东部的对流雨带具有明显的后向传播特征,其发生机制为:受低空切变线和地面辐合线触发,廊坊—保定东部一线(辐合线的北侧)首先出现了雷阵雨,形成雷暴高压,在雷暴群后部(西南方)不断激发出新生雷暴,即有后向传播出现,新生雷暴并入雷暴群后,随引导气流向东北方向移动,造成列车效应,在暖区产生较强降水。     

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。     

渤海西岸偏东风对天津局地大暴雨的影响分析

利用加密自动气象站、多普勒天气雷达和风廓线雷达等高时空分辨率资料,分析2017年7月6日天津一次局地大暴雨过程的中尺度对流系统发展演变特征,讨论渤海西岸边界层偏东风的垂直结构、温湿特性及其对局地大暴雨的作用。结果表明:局地大暴雨由两个暖区中尺度对流系统和一个低涡切变线系统造成,偏东风作用下的暖区第二个中尺度对流系统主导了局地大暴雨的形成。大暴雨中心两侧的温湿特征均呈“东高西低”分布,偏东气流具有暖湿特性,为暖区对流暴雨的发生发展提供了有利的环境条件。由于海陆地形差异,偏东气流自渤海向内陆推进过程中呈现明显的风速扰动特征,不仅导致水汽辐合,同时有利于上升运动发展。其中,0.6 km以下偏东风的中尺度扰动对局地大暴雨的触发和维持起重要作用,风速辐合强迫产生的上升气流是γ中尺度对流单体的重要触发机制,而强降水冷池出流与不断增强的暖湿偏东人流相互作用形成地面中尺度辐合线,使对流系统得以稳定维持,40 dBz以上强降水回波持续近3 h,平均6 min降水量达6.8 mm。此外,局地大暴雨的雨强变化与东风急流波动关系密切,急流的建立、发展、减弱和消失分别对应降水的陡增、峰值、减弱和陡降四个阶段。     

一次极端降水的中尺度雨团分析

利用常规观测资料、ECMWF ERA-Interim 0.125°×0.125°分析资料、FY-2G 卫星云图和多普勒天气雷达资料等,对2017年8 月18-19 日漯河极端降水的中尺度特征及降水成因进行分析.结果表明:(1)本次过程在200 hPa 高空分流区、500 hPa 高空槽以及副热带高压、低层急流切变、地面...     

桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。      

基于降尺度方法的入海中尺度对流过程模拟

利用海-气-浪耦合模式和动力降尺度方法模拟并分析了2018年5月12日和7月13日两次东移进入渤海湾的中尺度对流过程,分别为入海减弱型和入海增强型。两次过程均发生在低空西南气流强盛,且地面处于暖舌控制的环境下,具有较好的水汽和能量条件。结果表明：海-气-浪耦合模式能较好地模拟减弱型过程的变化趋势,而对增强型过程的模拟效果较差,且模拟的两次过程对流强度整体偏弱;但经动力降尺度模拟后,两次过程的模拟效果均明显提升。敏感性试验对比表明：采用海-气-浪耦合模式结果为动力降尺度提供初边界条件具有一定优势,适用于入海中尺度对流过程模拟;两次过程对流系统入海前对流有效位能条件均较好,但垂直风切变条件增强型过程优于减弱型过程;对流系统入海后的冷池效应在减弱型过程中明显,而在增强型过程中强度较弱但范围较大;海洋下垫面为对流发展提供的热量和水汽输送在减弱型过程中较少,在增强型过程中明显。     

冷涡背景下华北平原一次弓形回波致灾大风过程分析

为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明：此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处于中层干冷气流与低层西南暖湿气流叠加区域,因此有利于强对流天气的发生;对流风暴演变可归结为“超级单体-弓形回波-逗点回波”三个阶段,风暴环境逐渐从中等强度的对流有效位能和深层风垂直切变向弱的对流有效位能和强的风垂直切变演变;超级单体阶段,探空曲线呈“X”型分布,负浮力效应为地面大风的产生做主要贡献,动量下传和冷池密度流的作用为辅;弓形回波阶段,由于低层暖平流和地面辐射降温的共同作用,近地面出现较强逆温,850—500 hPa垂直温度直减率增大,负浮力、动量下传和冷池密度流作用均较前一阶段明显加强,导致地面13级致灾大风的形成;逗点回波阶段,850—700 hPa的干层减弱,负浮力作用与超级单体阶段相当,动量下传和冷池密度流作用与弓形回波阶段相当,造成地面大风的形成。最后给出本次弓形回波环境演变和致灾机理的物理模型。     

2014年春季华南地区两次强对流天气过程对比分析

基于常规观测、气象卫星和雷达等资料,利用WRF模式对2014年3月31日和5月17日发生在华南地区的两次强对流天气过程的水汽条件、不稳定层结、抬升触发机制、垂直风切变,以及分别造成不同程度灾害性天气的机制进行了对比分析。结果表明： 1） 两次强对流天气过程,均是在充足的水汽和不稳定层结条件下,由850 hPa切变线与地面锋面共同抬升触发而成。在移动过程中强对流前部和后部低层都存在有组织的上升和下沉运动,配合大气环境中有利的垂直风切变,有利于强对流系统内部不断触发新的对流单体生成,从而维持了两次强对流过程完整的回波形态和较长的生命史。2） 在低层0—3 km高度,两次强对流均存在风随高度顺时针旋转、垂直风切变,但3月31日过程的风随高度顺时针旋转更显著,风速增大更明显,垂直风切变更大。在移动过程中强回波后部均有冷池结构形成,但3月31日过程的冷池强度、分布范围和厚度都明显强于5月17 日过程。这种显著差异,使得前者更有利于出现大风、冰雹等灾害性天气。 归纳出的基于“配料法”的预报思路：在水汽条件充足、K指数大于38°C、CAPE大于1 400 J/kg、SI指数小于-2,有锋面、切变线等抬升触发条件存在的情况下,在华南地区需要考虑对流天气发生的可能;当低层0—3 km高度出现风向强烈顺时针旋转、风速增大、垂直风切变增强,并出现强冷池中心时,还需要考虑有组织的强对流天气生成,这有利于提前做好冰雹、大风预警预报。     

中尺度模式探空资料在北京局地暴雨预报中的应用

基于加密自动站、风廓线、微波辐射计等多种稠密观测资料,结合多普勒天气雷达变分同化分析系统(VDRAS)反演的对流层低层热力动力场,对2009年7月29日发生在北京香山地区的局地暴雨过程(简称“7.29”过程)进行了综合分析。结果表明:该过程是一次典型的局地新生雷暴引发的γ中尺度局地大暴雨过程,其发生发展突然、持续时间短、局地性强、降水强度大;降水环境场上,较低的抬升凝结高度和自由对流高度使得新生雷暴的触发不需要太强的辐合抬升机制;北京北部山区雷暴冷池出流形成的300 m左右厚度的边界层偏北风与环境场偏南风的辐合,对香山雷暴的新生起到关键触发作用,有利的局地水汽条件为香山雷暴产生强降水提供了充沛的水汽;香山雷暴发生后,由于缺乏雷暴冷池出流与环境低层垂直风切变的相互作用,导致香山雷暴难以获得有组织的进一步发展,在其发展成熟后很快消亡;复杂地形在对流发生发展过程中具有十分重要的作用,一方面在雷暴新生前期通过山前辐合抬升起到触发机制作用,另一方面对大气垂直上升运动起到增幅作用。