近11年天津冰雹统计特征及对流参数指标分析

针对2009—2019年天津地区70次冰雹天气过程时空特征进行统计分析,并利用美国国家环境预报中心全球模式业务系统分析资料(NCEP FNL)和地面气象观测数据构建融合探空序列,对比分析不同月份、不同天气型和不同大小冰雹的环境条件差异,给出相应的环境参数指标。结果表明:天津降雹主要出现在4—9月,其中6月冰雹和大冰雹发生日数分别占49.4%、60.0%,12—20时冰雹和大冰雹发生概率分别占74.8%、100%。冰雹发生前对流有效位能(CAPE)、抬升指数(LI)、垂直风切变(SHR)、湿球0℃层高度(H WBZ)、大气可降水量(TPW)均存在明显的月变化特征,但总指数(TT)和强天气威胁指数(SWEAT)作为预报判据时其月变化并不明显,4月和9月大多数冰雹天气发生在“低能强切变”条件下,7月和8月则多发生在“中高能弱切变”条件下。此外,不同月份H WBZ平均比干球0℃层高度(H DBZ)偏低0.4~0.9 km,除了7月和8月极少数冰雹H WBZ位于4.0~4.2 km范围,其余冰雹天气过程均发生在低于3.9 km的环境条件下,5月和9月均低于3.5 km。高空冷涡型、西北气流型环境物理量阈值差异并不显著,但两者与西来槽型阈值差异明显。高空冷涡型、西北气流型冰雹通常发生在SHR>12 m·s^(-1)、H WBZ<3.6 km、TPW>27 kg·m^(-2)的环境条件下,西来槽型冰雹多发生在SHR>9 m·s^(-1)、H WBZ<3.9 km、TPW>36 kg·m^(-2)的环境条件下。冰雹大小与H WBZ、SHR关系密切,以6月为例,非大冰雹一般发生在H WBZ<3.9 km、SHR>9 m·s^(-1)的环境条件下,而大冰雹则均发生在H WBZ<3.5 km、SHR>11 m·s^(-1)的环境条件下。

两次西风槽影响下北上台风导致的强降水对比分析

利用台风最佳路径数据、逐时自动站资料、美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)1°×1°再分析资料、FY-4A卫星的云顶亮温和常规观测资料,对比分析了2106号台风“烟花”和1810号台风“安比”在北上过程中受到西风带高空槽影响导致天津地区强降水落区产生差异的原因。结果表明:两次台风在北上过程中,均受到高空槽和冷空气的影响,但是由于台风结构不同,西风槽和北上台风结合后引发的暴雨位置和强度有所区别。台风“安比”维持正压结构,降水持续时间短、降水强度大,大暴雨主要集中在天津西部;而台风“烟花”存在斜压性,降水持续时间长、效率低,大暴雨主要位于天津东部。在台风“安比”期间,副热带高压东撤,槽后冷空气渗透与偏东南暖湿低空急流交汇共同导致大气层结向不稳定状态发展,中尺度云团发展,正涡度强度明显增大,高层高位涡气流到达对流层低层,位涡下传引起低层位涡增大,强降水与对流层低层螺旋度中心、锋区以及偏东水汽输送关系密切;而台风“烟花”与西风槽合并后中尺度云团不明显,暴雨区西侧和北侧的θse密集带发生倾斜,斜压性增强,强降水站点主要位于锋生函数和假相当位温的梯度区,偏南水汽输送为持续降水提供水汽来源,降水的雨强较小,以稳定性降水为主。

海风锋导致雷暴生成和加强规律研究

应用雷达和地面自动气象站资料结合订正的天津探空资料,分三种类型统计分析了2004—2009年雷达监测到的50次由渤海湾海风锋导致雷暴生成和加强的规律及对应的天气背景;应用VDRAS系统资料分析了第三种类型(在不稳定环境下,沿海风锋直接触发雷暴)的热力、动力结构特征。结果表明:(1)强对流不稳定环境下,沿海风锋可以直接触发雷暴并沿海风锋移动的同时发展加强;(2)不同的类型在雷暴生成的位置、发展加强的速度、强度等方面都有明显的不同;(3)Ⅰ型对应背景场的动力条件更为有利,强对流天气更为剧烈,Ⅲ型对应背景场的热力、动力条件和水汽条件更为有利,对流抑制指数(CIN)小;(4)海风锋使得低层形成中尺度辐合线,沿海风锋垂直上升速度从地面一直延伸至3 km高度,强中心出现在1.5～3.0 km高度,最大风速达1.9 m·s^(-1)。

雷达观测的渤海湾海陆风辐合线与自动站资料的对比分析

为了研究渤海西岸海陆风的演变规律,应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年晴空环境下,雷达监测到的由渤海湾海陆风导致的28次边界层辐合线的生消、演变规律,并研究雷达观测的海陆风辐合线与自动站观测的渤海湾海陆风的对应关系。结果表明:(1)雷达探测的沿海岸线形成的边界层辐合线对应的就是渤海湾海陆风辐合线;(2)海陆风辐合线只有在每年的5—9月才能在雷达上观测到,而且主要集中在6—9月;(3)晴空环境下,当较强的一条海陆风辐合线沿海岸线或在海上生成后移过雷达站,或直接生成在雷达站西北侧时,自动站观测显示陆风转为海风;(4)雷达探测的海陆风辐合线强度越强,且其垂直伸展高度越高,对应的自动站观测的海风风速越大。

天津一次局地大暴雨中尺度对流系统组织化特征与成因

应用常规观测资料与地面加密自动站、卫星云图、多普勒雷达等多种非常规观测资料以及雷达变分同化分析系统(VDRAS)分析场资料,对2013年7月1日天津南部大暴雨中尺度对流系统的结构、演变特征及其成因进行了分析。结果表明:(1)大暴雨发生在副热带高压边缘暖湿气流、低空700—850 h Pa暖性切变线、高低空急流有利配置的背景下,属暖区暴雨。(2)大暴雨由若干β中尺度对流云团合并加强后的α中尺度对流云团造成,对应雷达,强降雨是由西南方向不断移入天津南部的γ中尺度对流单体发展加强,并先后组织成若干东—西向带状β中尺度对流系统先东北后偏东方向移动造成的,在大港南部有列车效应,具有典型的热带型降水回波特征。(3)逆风区的出现、中空急流向低层伸展,低空急流、超低空急流先后形成并加强,是降水强度加强的重要原因。(4)地面中尺度切变线的维持、加强和中尺度低压倒槽东移、发展、入海加强为中尺度气旋,是先后造成对流单体发展加强并组织成带状中尺度对流系统的两个中尺度系统。(5)近地层中尺度切变线是地面中尺度切变线形成的原因,对流单体前侧的偏南冷性水平出流的叠加,一方面增强了沿切变线的辐合,一方面也加大了低层的水汽输送;带状对流系统后侧的偏北冷性水平出流与东南气流形成的中尺度切变线是地面中尺度气旋形成的原因。

海河流域切变线类暴雨成因分析

应用常规观测资料、FY-2C卫星TBB资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达、加密自动站及NCEP 1°×1°再分析资料分析海河流域切变线类暴雨成因。结果表明:暴雨过程是在低空切变线与高低空急流构成有利配置条件下发生的,系统空间结构和冷空气移动路径的不同,造成暴雨落区和强度的不同;沿切变线有带状中-α尺度对流云团形成和发展,并有中-β尺度MCS沿带状有组织的发展、移动、合并和加强,沿低空切变线如有低涡形成,带状对流云系内将有MCC形成,强降雨在MCS或MCC移动方向的前侧和TBB等值线梯度最大处;强降雨之前均有水汽辐合从地面向高层伸展,伸展高度越高,降雨强度越大,强降雨中心对应西南与偏东两个大水汽通量造成的辐合且等值线密集处;VAD风廓线和风廓线雷达资料均显示出对流层低空急流和超低空急流的先后形成,造成雨强也两度加强。

一次分散性暴雨中尺度对流系统发展特征

应用常规观测资料及加密自动站、卫星云图、多普勒雷达、风廓线雷达、雷达变分同化分析系统(VDRAS)资料,对2016年8月6日夜间天津一次漏报的分散性暴雨过程中尺度对流系统演变特征及其成因进行分析。结果表明:(1)副热带高压边缘暖湿气流,低空弱切变、东南急流及湿舌,弱对流抑制及北部冷空气南下为强降雨提供了有利的条件。(2)渤海西南部发展加强的中-β尺度对流系统北移,与其前侧触发的中-γ尺度对流单体合并加强,造成东南部局地强降雨;河北东北部中-β尺度对流系统南压造成东部局地强降雨;东部的线状对流系统前侧不断触发新的雷暴生成、并发展加强为先线状、后人字形中-β尺度对流系统,先稳定少动、后随移入北部地区的对流单体南压造成天津中南部、北部地区的强降雨。(3)海陆风辐合线形成的东南风-西北风辐合线,是造成前期渤海西南部对流系统发展加强的辐合系统;河北东北部对流系统前侧的冷性水平出流(东北气流)与海风(东南气流)形成的辐合线是造成天津东北部对流系统的辐合系统;天津东北部、东南部对流系统前侧的冷性水平出流(东北气流、东南气流)与环境冷空气(西北气流)形成的中尺度涡旋及两条相交辐合线是造成中南部人字形对流系统的辐合系统。(4)冷空气南压是从3000~4000 m高度转为偏北风开始的。

边界层辐合线与渤海湾海陆风及温度变化的对比分析

应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年雷达监测到边界层辐合线的生消、演变规律,并研究边界层辐合线与渤海湾海陆风的对应关系以及海陆风转换前后气温的变化规律。

盛夏渤海湾大气边界层辐合线触发对流风暴对比分析

本文对渤海湾2008—2009年,由大气边界层辐合线引起的对流风暴进行了分析。结果表明,在高温、高湿不稳定大气层结环境条件下:(1)单一的海风锋在其端点可产生对流性降水。(2)海风锋与弱冷锋相遇,或者两条海风锋相交,或者雷暴单体的出流边界与海风锋相遇均会产生强对流风暴。(3)渤海湾边界层辐合线触发对流风暴大多发生在每年7 8月,且在副热带高压控制渤海湾后东退的过程中,此时大气层结处在高温、高湿不稳定状态。辐合线触发的对流风暴是沿辐合线移动,移动方向取决于辐合线两侧的主导风向。(4)边界层辐合线触发对流风暴,具有突发性强,持续时间短等特点,分析渤海湾边界层辐合线的移动与演变能提高强对流风暴的临近预报、预警,减少突发性天气引起的灾害。

非典型环流形势下天津一次局地暴雨过程中尺度特征分析

利用EC再分析资料、VDRAS资料以及多种观测资料,对2014年8月16日天津地区非典型环流形势下局地暴雨过程的中尺度特征进行分析。结果表明:(1)在对流发生前,偏东气流将海上暖湿空气输送到天津上空,使得天津上空大气水汽含量突增,为短时强降水的发生提供充足的水汽条件;(2)天津西侧雷暴在近地面形成辐散气流,向天津地区输送干冷平流形成干线,当锋生扰动向东推进时,与来自渤海湾的暖湿气流相遇,加强了扰动,触发了天津城区附近对流的发展;(3)干线在东移过程中,与正在向北推进的阵风锋在天津东南部的水汽大值区相碰,且阵风锋以南的中尺度急流为短时强降水的发生提供了源源不断的水汽,使强降水的进一步发展;(4)近地层冷暖空气的交汇,配合中低层气旋式切变,为降水发展的动力机制。

基于MICAPS风场信息的低空急流自动识别及绘制

人工绘制低空急流效率过低并且存在很多主观因素,为有效地解决这一问题提出了低空急流自动识别的方法。该方法利用常规观测资料、加密自动站资料和MICAPS风场信息,结合低空急流特征,通过预处理、聚类、拟合等步骤实现了850 hPa等压面上中国东部沿海地区低空急流的自动识别。测试结果表明:利用该方法自动识别的急流能够满足气象要求,并且识别效率得到提高。

一次暴雨过程的湿Q矢量诊断分析

本文选取2000年7月16日-7月17日发生在天津塘沽的一次暴雨过程采用MM4有限区域模式进行数值模拟,在成功模拟的基础上应用Q矢量理论进行诊断分析。

暖脊特征点提取及暖脊线自动绘制方法研究

低空暖脊的出现意味着一种天气不稳定因素的形成,因此,基于温度场的暖脊线的正确识别对于天气预报具有重要意义。本文在分析山脊线算法用于提取暖脊线时暴露出的问题的基础上,提出一种纠偏算法,配合使用为反映暖脊线气象特点所构建的规则,提取到干扰较少的暖脊特征点;根据最小二乘法点拟合线的思想,提出一种光滑中轴算法,得到质量较高的暖脊线。实验表明,本文算法绘制的暖脊线与气象专家手工绘制的暖脊线吻合较高,击中率高达97%,未发现误识。

2018年华北寒潮天气的强降温及大风分析

利用常规天气观测资料、NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°),对2018年初的华北大范围寒潮天气的强降温和大风进行了物理量诊断和湿位涡分析。结果表明:①寒潮发生的天气形势是横槽下摆引导冷空气南下,高空500 hPa冷中心达到-52℃。850 hPa的温度平流达到-60×10^-5℃/s,远超历史阈值。②华北地区处于高低压中间,海平面气压梯度达到26 hPa/10个经纬距。在梯度风和变压风的共同作用下,造成了大范围的大风天气。③可以利用湿位涡来分析寒潮的强降温和大风。MPV1正值区标志着有稳定的干冷气团影响,可以指示冷空气及其移动的路径。MPV2带状的负值区走向大致与地面冷锋一致,位置近似相同。当MPV2绝对值增大,大气斜压性加强,标志大风天气的产生。MPV1与MPV2值的跃增可以预示冷空气将产生影响,其提前量有3~6 h。

一次西南切变线影响暴雨过程的分析

2000年7月16—17日受副热带高压边缘西南切变线影响,天津市中南部地区普降大—暴雨,造成天津一次大范围的暴雨过程。由于西南切变线一直维持,沿西南切变线不断有新的低值系统产生。这些低值系统尺度较小,过程前12h从高空图—数值预报图都没有明显的表征,所以很难仅仅依据大尺度环流背景做出准确的暴雨过程预报。本文就是从此过程出发,着眼于切变线上新生对流单体的分析,试找出副高压边缘切变线影响本站降水的一些特征,从而提高对切变线影响本站强降水的认识。

台风移动的理论分析

本文主要是从描述大气运动的涡度控制方程出发,通过一些常规的假设,运用计算技巧代入原方程并化简,得到频散关系式,由此式得到台风移速公式,从理论上分析了台风的移动情况,从而为台风的移动情况预报提供了理论依据。为海上航行安全提供了一定的气象服务保障。