“威马逊”台前飑线天气背景成因和雷达预警方法

用常规气象观测资料和多普勒天气雷达观测资料对“威马逊”台前飑线的天气背景和雷达回波特征做了分析。结果表明:华南区域大气层结不稳定,广西东南部有中层干区和较强垂直风切变是该区域台前飑线发生和雷暴大风多发的主要天气背景成因。“威马逊”台前飑线由三段短弓形回波组成,东部弓形回波具有较典型的雷暴大风回波特征。以空间适用性和时间提前量作为衡量标准进行对比,发现反射率核心下降的实用性和预警效果最好,其次为中层径向辐合和地面辐散。     

解析一次超级单体风暴过程的维持机理

利用太原C波段多普勒天气雷达监测资料，分析了2004年7月3日山西榆次超级单体风暴的演变和结构特征，并探讨了其维持机理。结果表明：该超级单体系发生在蒙古冷涡控制的天气背景下，西北向移动的左移超级单体，其低层钩状回波位于超级单体的左前侧，两条出流边界分别位于钩状回波的西北和东南。中-强的垂直风切变和较高位置的干冷空气入侵，使下沉气流稀释严重、地面外流发展滞后和较弱；中高层入流的干冷空气辐合传播大于低层出流边界辐散传播速度，使驾御超级单体强弱和存亡的中气旋不断从环境场吸收能量，并在其内部维持-支强盛的上升气流，这些因素是该超级单体得以维持的主要原因。     

龙门山脉东麓一次强风暴灾害气象特征分析

利用常规加密地面观测资料、L波段探空资料及多普勒天气雷达资料,对2016年5月5日傍晚发生在德阳什邡市的一次强降水超级单体风暴进行了综合气象分析。风暴发生前的垂直探空资料显示出整层大气非均匀结构、中层蜂腰结构、风场整体顺滚流、对流层顶超低温等特征;多普勒雷达观测显示,风暴右前侧出现V型缺口,风暴中层出现有界弱回波区,中气旋从中层向高层及低层发展等强降水超级单体特征;垂直累积液态含水量与垂直累积液态含水量密度的演变特征对于冰雹云的形成与衰减、强降水的产生及地面大风有较好的指示作用。     

河北省北部中雨后的强沙尘暴成因分析

本文利用常规观测资料和数值模拟的方法,对2002年4月6日发生在河北省北部中雨后紧接着出现的强沙尘暴天气过程进行了分析和诊断.结果表明:强冷空气爆发南下、致使斜压能量释放、地面气旋发展是有利于本次沙尘暴天气产生的大尺度背景;高空急流的高度迅速下降代表了动量下传,这是形成大风,产生沙尘暴的动力原因;在高空急流下方,日间湍流加强,湍流涡旋的下沉气流也是沙尘暴形成的动力因子,农谚称它是"刮地风",可见其机制作用;降水结束后,天气转晴,并出现6～7级西北风,在西北大风出现6个多小时的短时间内就能迅速使土表蒸发变干出现沙尘暴.     

三次不同类型强对流天气过程的闪电特征对比分析

本文利用VLF/LF三维闪电监测定位资料,结合雷达及加密地面自动站等资料,详细对比分析了北京地区三次不同类型强对流天气过程的闪电活动特征,结果表明:(1)冰雹过程中闪电活动与雷达回波的对应性最好,随强回波区的移动而移动;雷暴大风过程中闪电活动与雷达强回波的对应性较差,闪电频数少且比较分散;对流性暴雨过程中,当块状回波刚进入北京范围时,闪电活动与雷达回波基本对应并且闪电密度很大,之后闪电频数减少且分布分散,但在回波发展加强形成55dBZ的线状回波后,闪电活动又增强且分布在线状回波的前部。(2)在冰雹、雷暴大风、对流性暴雨发生期间,闪电活动强烈,闪电频数从大到小依次为对流性暴雨过程、冰雹过程、雷暴大风过程;在冰雹过程中,云闪所占比例不断增大,至降雹结束后云闪数超过地闪数;雷暴大风过程中始终都是云闪活动占主要地位;对流性暴雨过程中始终是地闪尤其是负地闪活动占主要地位,但随着回波强度的增强云闪比增大。(3)云闪发生的平均高度冰雹过程最大,其次为对流性暴雨和雷暴大风过程;云闪的平均雷电流强度也有同样的比较关系。     

一次雷暴天气发生发展的水汽图和红外云图特征分析

通过MTSAT的水汽图和红外云图,结合天气图、NCEP资料、地闪实况资料和探空数据对在高空急流影响下的暗区雷暴实例进行了对比分析。结果表明:暗区雷暴在卫星云图上表现为经过白天太阳辐射对晴空区(水汽图暗区)近地面的加热作用,大气不稳定能量增加,在一定条件下,午后强雷暴时常发生发展于高空急流左侧的晴空区中;而在水汽图上,高空急流与水汽图上的干区、湿区间有明显的联系,而这些联系又与强雷暴的发生发展有密切的关系,是雷暴发生发展的重要条件;在雷暴云发展过程中,地闪时空分布在卫星云图上有着明显的对应。     

一次春季雹灾的多普勒雷达产品特征分析

利用常规高空、地面观测资料以及三门峡多普勒雷达资料,对2016年4月27日山西运城市的雹灾天气进行分析。结果显示:高空冷温槽是雹灾发生的大环流背景。雹灾发生前大气特征具有上下干、中间湿的"蜂腰状"结构,高低空差动温度平流造成强烈的位势不稳定,强的垂直风切变及低层大的切变曲率,有利于超级单体和多单体风暴发展;地面中尺度辐合线有利于强对流风暴发展,超级单体发生前1 h地面有中尺度辐合线生成,中低层具有钩状回波特征,并伴有弱的中气旋;多单体风暴与地面中尺度辐合线相伴而生,在发展过程中有中气旋生成,并出现风暴顶辐散;春季-20℃层高度低于6 km,与0℃层厚度差小于3.5 km,利于形成密集的大小不均冰雹,对农作物损伤严重。     

基于多源实况资料的森林火灾期间的气象特征分析——以西昌“3·30”森林火灾为例

基于地面观测资料、四川省雷电监测网、NCEP再分析资料、ECMWF再分析资料以及雷达基数据,从天气实况、大气环流、气象物理量、雷达回波四个方面对西昌“3·30”森林火灾期间的气象特征进行了分析,结果表明：“3·30”森林火灾发生前后,西昌泸山周边气温高、风速大、相对湿度低;在高空低槽、低空切变线、低空急流、地面热低压、地面冷锋的共同作用下,西昌泸山火场附近出现了气温突升突降和偏南大风转偏北大风的现象;对流层中层辐合、低层辐散且中低层存在下沉运动是高空动量下传的重要表现,有利于热低压的维持和地面偏南大风的出现;西昌C波段多普勒雷达对火灾烟尘有较好的探测效果,烟尘回波的强度为5—30 dBZ,随着距火场距离的增加,烟尘回波的水平范围增大,强度减小且底部不再接地,烟尘回波的相对径向速度能近似反映出一定高度上的风向和风速。     

青藏高原东北侧突发性暴雨特征综合分析

对1970-2007年发生在青藏高原东北侧陕西的突发性暴雨研究发现,其夜间降水特点明显,对流层中层较强的偏南气流是突发性暴雨水汽输送贡献最大者和低层辐合的主要动力来源。偏南气流北伸的位置决定突发性暴雨落区偏南或偏北,300hPa一致的纬向12～20m·s-1强风速带为突发性暴雨提供高层抽吸作用。上述两点对突发性暴雨落区有一定的预报指示意义。云图分析显示,突发性暴雨多有中尺度云团配合,上升运动最大值的高度层与突发性暴雨落区地域位置有关。     

一次大范围对流大风及局地短时强降水多尺度分析

本文利用常规资料、NECP1°×1°再分析资料、EC细网格、FY-2静止气象卫星云图、新一代天气雷达、区域自动站资料对2017年7月18-19日发生在黑龙江省北部至东南部大范围大风天气以及南部、东南部局地强降水过程进行详细的多尺度分析。这次过程中,18日对流云团前沿的飑线发展移动过程中在黑龙江北部和中部地区出现对流大风,飑线成熟后期在黑龙江南部、东南部产生大风同时伴有局地强降水,19日中午前后黑龙江南部又出现新的对流云团产生局地极端强降水。分析结果表明:高空弱槽东移加强并推动副热带高压南撤,同时配合地面气旋底部多次分裂出尺度和强度相对较小的闭合低压是强天气产生的环境背景;副高南撤使得水汽通道畅、水汽集中程度加强,上冷下暖,干侵入、大的对流有效位能、逆温层的存在使高的能量得到短时间存储,最后在阵风锋、地形、中尺度辐合线、热力抬升等触发下集中释放是强对流天气产生和类型变化的根本原因;典型飑线和热带飑线均有出现,并观测到有界弱回波区、穹窿和前侧入流、风暴顶辐散等超级单体结构,这些超级单体之间出现断裂,引发强天气,并由于移速不同导致飑线走向的变化;超级单体的出现和出流边界的消失使得强降水开始产生或加强;强降水超级单体、列车效应、回波缓慢移动是产生强降水直接原因;冷区面积突然增大、云顶亮温陡降至低值后维持稳定、云顶亮温梯度增长速度变缓、多个小云团和大云团合并是强对流产生的初始时间。     

一次低纬高原暖区暴雨对流系统演变及边界层触发

利用高空和地面区域站、FY2G卫星TBB、昆明C波段多普勒雷达、闪电观测资料和NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,分析了2017年7月12-13日云南副高外围暖区暴雨对流系统演变特征及边界层触发成因。结果表明,滇东中部和滇中中部暴雨,12日08:00以锋面降水为主,14:00后以暖区降水为主;环境场具有弱垂直风切变,湿层深厚,暖云厚度大,抬升凝结高度低等特征,利于降水持续及强降水触发,但昆明对流有效位能111.6~217.3 J/kg,暴雨对流性较弱;降水具有低质心对流结构,属于暖云性质,降水粒子以液态为主,伴有稀疏负闪;暴雨中心降水有3次波动,其中白邑初始对流的产生,是由于其西北侧山脉附近对流降水形成冷池,山脚地形性辐合线加强南移,此后在深厚偏南气流引导下,不断有25~30 dbz回波以1~5.1 m/s的速度经过白邑,形成列车效应,加之冷池作用下,地面辐合线再次加强影响白邑,形成午后降水峰值,夜间降水峰值的形成仅与偏南气流脉动有关,而格里三次降水波动,均是偏南气流脉动下形成列车效应,加之地面伴有中尺度气旋活动。     

“碧利斯”引发罗霄山区局地特大暴雨的过程及成因分析

利用降水和多普勒天气雷达资料,分析了2006年7月14日夜间强热带风暴碧利斯登陆期间,发生于罗霄山区资兴市的一次特大暴雨的过程,并通过与传统无线电探空资料比较,发现大气红外探测仪AIRS数据产品在山区强对流活动成因分析中的应用价值。研究发现,当强热带风暴碧利斯中心位于资兴市以东约400 km之时,引发了研究区东江水库盆地内的一次对流风暴,并形成了所谓列车效应,造成局地特大暴雨。发现依靠传统无线电探空资料难以有效预报这一对流风暴,而采用AIRS产品数据发现,台风暴雨发生前约8 h时东江水库盆地低层大气即存在局地强逆温层,有利于不稳定能量的积累。研究区逆温层受到碧利斯外围气流影响而释放不稳定能量,很可能是导致此次特大暴雨的重要原因。     

基于多普勒天气雷达体扫资料的下击暴流预警方法研究

本文利用新一代多普勒天气雷达体扫数据、自动气象探空站和地面大风测站资料,对2009-2013年湖北省大风天气过程的风暴特征量进行相关统计分析,通过云模型和支持向量机(SVM)等方法确定了包含环境、反射率和径向速度特征的9个下击暴流雷达预警指标。基于已确定的预警指标,分别利用Bayes和BP神经网络两种方法建立了下击暴流预报模型,通过识别结果检验表明,两种算法均能有效区分大风与非大风。Bayes方法大风击中率(POD)可以达到81.8%,大风和非大风预报准确率为86.7%,虚警率(FAR)和失误率(FOM)分别为5.2%和18.1%,TS评分0.77; BP神经网络非线性预报方法对大风的识别准确率为84%。进一步证明了提出的下击暴流雷达指标的可预报性和实用性。     

“一一·二四”海难渤海风场的数值模拟

用中尺度数值模式MM5对1999年11月24日烟台附近发生重大海难事故的渤海风场进行了数值模拟,探讨了该次冷锋大风的风场特征和影响机制.结果表明用90km的粗网格可以成功地模拟地面冷高压与锋面的发展和移动,以及高空环流形势的演变.而通过30km细网格的模拟发现,在冷锋后的行星边界层中,存在着一条宽度为200km的中尺度强风带,最大风速位于925hPa,它与高空的极锋急流并不相连;细网格还模拟出了渤海中尺度低压的发展过程,它使近地面层大风的强度显著加强.模拟还表明,海陆差异对近地面的风场分布有重要的影响,强风带移入渤海后,在渤海海域形成一个200～300 km的中尺度强风区.因此,采用具有较高分辨率的中尺度数值模式,对提高渤海大风的预报水平,避免海难事故的发生更具有重要意义.     

内蒙古赤峰地区沙尘暴的天气学特征

分析了1960—2003年内蒙古赤峰地区69次沙尘暴天气过程的环流形势，重点讨论了高低层系统的相互配置；根据沙尘暴的观测资料，以造成内蒙古赤峰地区沙尘暴的主要地面环流系统为依据，通过综合分析归纳，将形成沙尘暴的环流系统划分为蒙古气旋、高压前偏北大风、冷锋过境、东低西高和南高北低型等5种环流形势，供本地沙尘暴天气过程的预报参考。     

1415号“海鸥”台风龙卷天气过程分析

2014年9月16日夜间,第15号台风"海鸥"外围螺旋雨带中产生龙卷,袭击了广东省佛山市三水区白坭镇。通过现场灾情勘察、群众走访、新一代雷达观测等资料的综合分析,确定这次龙卷强度为EF1级。分析其发生发展的环境背景、雷达回波特征,并与相似台风路径下无龙卷产生的1409号超强台风"威马逊"环境条件对比,结果表明:龙卷发生在登陆台风"海鸥"移动方向的右后侧,对应上空200 h Pa为辐散区,500 h Pa为副热带高压和"海鸥"之间的强东南气流汇合处,从925 h Pa到500 h Pa强东南急流轴走向一致、上下叠加在珠江口附近,地面存在触发对流的东路弱冷空气和中尺度辐合线。环境条件呈弱的条件不稳定,对流有效位能(CAPE)小、抬升凝结高度(LCL)低、垂直风切变和风暴相对螺旋度(SRH)大;产生龙卷的对流风暴属于低质心的微型超级单体风暴,速度图上低层存在强中气旋,中气旋中心伴有TVS,中气旋和TVS尺度比较小、垂直伸展高度比较低,强中气旋、TVS分别早于龙卷14 min、8 min出现。龙卷出现在微型超级单体风暴右后侧钩状回波顶端、TVS附近。分析还表明,相似台风路径下,台风"海鸥"(有龙卷出现)和超强台风"威马逊"(无龙卷出现)的环境条件明显差异主要体现在0~1 km的低层垂直风切变和SRH上,后者的0~1 km垂直风切变和SRH均明显偏小,不利于微型超级单体风暴的出现。     

江淮地区致灾强对流天气流型配置及层结特征分析

利用常规高空、地面观测资料,对2000-2010年发生在江淮地区的500余次致灾强对流天气过程进行天气综合分析,结合强对流天气发生发展过程中环流形势演变及天气系统空间配置,提炼关键环流特征,建立江淮地区致灾强对流天气发生时对应的5种典型天气型:高空槽前型、冷涡(槽)后型、副高边缘型、副高控制型和热带系统型。基于上述分型,对江淮地区不同天气型下致灾强对流天气类型发生频率的统计分析表明,副高边缘型是江淮地区发生短时强降水、雷暴大风及龙卷频次最多的天气型,特别是龙卷天气在这种背景下发生频率达到66%;冰雹天气最易出现在冷涡(槽)后天气型下,55%冰雹天气发生在冷涡(槽)后天气背景下;而与热带系统相联系的天气型下,江淮地区多见短时强降水天气,发生冰雹的概率很小。通过对比分析不同天气型下各类强对流天气发生前合成探空特征讨论不同类型强对流天气发生的对流环境差异。     

海南文昌火箭发射场雷电环境分析

利用海南省18个气象台站的雷暴人工观测资料和海南闪电定位网的观测资料,分析了海南文昌火箭发射场的雷暴特征和雷电环境,结果表明:海南岛的中部和北部雷暴活动较强,西部、东部和南部近海地区的雷暴活动较弱,文昌发射场处在北部较强的雷暴区;采用Krigine(克里格)方法拟合的结果为文昌火箭发射场雷暴日数的年变化从1982年以后逐渐减少,发射场一年中各月都有雷暴发生,4-10月为雷暴高发期;发射场西部、西北部和北部区域雷暴活动较其它区域要强,79%的雷电流强度小于40 kA,而只有5.9%的雷电流强度大于60 kA,一天中闪电的发生有两个高峰时段,一个出现在凌晨5时到6时,另一个时段出现在14时到18时,午后15时左右是闪电活动最频繁的时段。     

一次中尺度对流系统的发生发展特征分析

通过分析2008年6月23日形成于冷涡成熟阶段的中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征,得到:(1)MCS发生发展过程中,高空强垂直风切变维持,低层垂直风切变迅速增大。(2)湿Q矢量的低层辐合、高层辐散,加强了上升运动和次级环流,前者的增大对MCS的发展起了更大的作用。(3)雷达图上弱回波区、回波悬垂结构、三体散射现象、大的垂直累积液态水及低层速度图上的气旋式辐合的出现是冰雹发生前的有利信号。(4)湿斜压性及风垂直切变增大可能会促发MCS发生。地面风场辐合和水汽辐合加强了MCS的发展。对流层中高层干冷空气的侵入,使不稳定能量释放,导致了强对流天气的发生。     

东北地区中北部的一次区域暴雨天气——中尺度对流复合体特征分析

自Maddox[1]发现中尺度对流复合体(MCC)以来,我国对其发生发展的大尺度天气条件已有了很多研究,但主要集中在长江流域及华北地区,在黑龙江省过去对暴雨天气的探讨很少涉及到MCC特征的分析.2006年8月10日,齐齐哈尔、绥化、大庆与哈尔滨市的西部县(市)及吉林西北部出现了雷暴及区域性暴雨甚至大暴雨,其中泰来1h的降雨量达到了105.3mm.通过对FY-2卫星云图、极轨卫星云图和相关资料的研究发现,此次黑龙江省西南部大范围的大暴雨天气由两个较典‘型的MCC造成,其特征与国内、外的研究结论相符:MCC发生在地面鞍形场中;MCC发生时对流层中低层有强烈的对流不稳定;MCC出现对流层中层500hPa的短波槽前;暴雨和雷暴天气发生区与MCC冷云相对应.