华北局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统发生发展对比分析

利用常规地面高空观测、多普勒雷达、风廓线、VDRAS(Variational Doppler Radar Analysis System)和NCEP再分析资料,对2018年8月5—6日副热带高压(以下简称副高)控制下华北一次局地大暴雨过程中多个β中尺度对流系统触发和发展机制进行了分析。结果表明:这次大暴雨发生在副高控制下,处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定。暴雨由多个相继发展的中尺度对流系统造成,分别是太行山迎风坡上西南—东北向、华北平原地区保定一带南北向、保定至霸州附近西南—东北向和以雄安新区为中心东西向原地生消的准静止MCS-Ⅰ、MCS-Ⅱ、MCS-Ⅲ和MCS-Ⅳ,均属于β中尺度。在相似的环境中,不同中尺度对流系统触发机制有较大差异,太行山迎风坡上的MCS-Ⅰ是由近地层偏东暖湿气流在迎风坡与山风形成的辐合抬升触发;由辐射差异和前期强降水形成的局地冷池受MCS-Ⅰ影响再次加强后,其出流与环境风形成的两条地面辐合线分别触发了MCS-Ⅱ和MCS-Ⅲ,并组织对流沿辐合线呈带状发展;而超低空偏东风增强叠加冷池出流在地形抬升作用下促使沿山暖湿气团进一步抬升,使得原本消亡的MCS-Ⅰ再次重建。MCS-Ⅳ发展最旺盛、持续时间最长,是大暴雨中心的直接制造者,一方面MCS-Ⅱ与MCS-Ⅲ、MCS-Ⅰ与MCS-Ⅳ的两次合并过程,是MCS-Ⅳ增强、持久的重要原因;另一方面边界层偏东风急流为MCS-Ⅳ的发展提供了水汽和不稳定能量等有利条件,同时推动其左前方中尺度涡旋的发展,导致MCS-Ⅳ所在地的气旋性涡度大大增加,加强了以急流轴为中心的垂直次级环流发展,造成MCS-Ⅳ的发展维持,形成华北平原地区以雄安新区为中心的东西向大暴雨带。

一次华北暴风雪过程中边界层中尺度扰动涡旋和水汽输送特征的分析

利用多部风廓线雷达和多普勒雷达、地面自动气象观测站、探空和卫星等多种监测资料,结合ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析资料,针对2020年2月14日华北暴风雪过程中边界层中尺度扰动涡旋(PMDV)开展分析,包括空间结构、形成维持机制及其对降雪的影响,同时关注多股气流在不同高度层的水汽输送和净流入等特征。结果表明:PMDV是在500 hPa冷涡前部、 850 hPa暖性倒槽内和近地层东北风“冷垫”之上的悬空涡旋,其厚度约为1.2 km,水平尺度为100~300 km,生命史达17 h。它最先在边界层内出现,而后向上伸展(顶部达2 km),最终在边界层内消失。PMDV的成因:一是强劲持久的偏东气流西进,遇太行山脉阻挡,发生逆时针转向;二是在涡旋初生地存在持久的锋生作用,且4 h后在850 hPa上出现完整的气旋性环流。PMDV的发展维持原因是暖平流输送造成减压、凝结潜热释放和弱锋生三者的共同作用。PMDV促进了研究区内的东南风急流、正涡度、垂直上升速度和水汽通量散度等物理量的增大或加强,从而影响了降雪的持续时间和强度。研究区内的水汽绝大部分源于850 hPa以下的三股气流,西南支气流携带的水汽虽最为深厚,但在700 hPa以上的净流入极少;东南支气流对水汽的贡献最大,占净流入总量的86.4%;东北支气流携带的水汽多集中于850 hPa层。

引发“6.25”天津极端雷暴大风的超级单体与中尺度对流系统分析

2020年6月25日天津地区发生一次极端雷暴大风过程(简称“6.25”大风过程),利用加密观测、多普勒天气雷达、风廓线雷达、微波辐射计、VDRAS(变分多普勒雷达分析系统)分析场等数据,对引发“6.25”大风过程的超级单体与中尺度对流系统进行了分析。结果表明:高空前倾槽与低层的暖湿气流叠加形成上干下湿的对流不稳定以及较强的垂直风切变、大风发生前超级单体回波形态由钩状转为弓形、对流系统前侧扰动温度梯度增大、冷池出流与环境风场形成的中尺度辐合中心与天津东南侧局地辐合区汇合,有利于中尺度对流系统的加强和维持;0-3km较强的垂直风切变促进西青站垂直涡度不断增长,对中尺度对流系统的发展起到重要作用;风暴后侧3km高度处入流气流与风暴内部的下沉气流合并有效增强了气流下沉速度,有利于雷暴大风的形成;中层径向辐合加强、中气旋直径减小,V40up6(即6 km以上大于40dBz的强回波总体积)及V40down6(即6km以下大于40dBz的强回波总体积)指标的变化比西青站极端大风出现时间提前近30min,具有一定预报指示意义。

长生命史冷涡影响下持续对流性天气的环境条件

利用云图和NCEP 1°×1°再分析资料,对生命史长达9天的冷涡系统的云图形态、移动轨迹、强度变化及其长久维持的原因进行了分析;并对比分析该冷涡影响下的持续对流性天气与冷涡分裂的冷空气、湿度层结及水汽条件的关系,探讨对流性天气的预报着眼点和不稳定参数阈值。主要结论:(1)连续9天对流性天气分别出现在冷涡涡旋云系头部的南部或东南部。强的对流过程时,云顶TBB温度在-40～-72℃;弱的对流过程时,云顶TBB温度在-40℃以上。(2)东亚阻塞高压两侧高涡度区的正涡度平流交替补充冷涡对正涡度的损耗,是冷涡长久滞留维持的主要原因。(3)冷涡在长生命期中是动态的,冷涡中心距研究代表点的距离与对流性天气的强弱有关;对流层中层V分量能敏感地反映冷涡分裂的冷空气活动情况。(4)随着对流性天气的持续,低空湿度层逐渐增厚,而850～700 hPa相对湿度≤60%的相对于区始终存在;975 hPa水汽通量的大小和方向反映来自渤海的水汽输送状况。(5)强天气威胁指数SWEAT和风暴相对环境螺旋度SREH在判断对流性天气的强度方面比常用的不稳定参数效果好。

一次β-中尺度暴风雪的成因及动力热力结构

利用多普勒雷达、地面加密自动站监测资料、常规观测资料、4DVAR雷达风场反演和中尺度数值模式WRF模拟结果,对华北东部一次β-中尺度暴风雪的成因和影响天气系统的热力、动力结构及演变进行了分析。结果表明,(1)造成暴风雪的天气系统是回流形势下的冷锋锢囚锋,其在形成过程、生命史、尺度范围等方面均与温带气旋锢囚锋不同。(2)暴风雪过程分为东路弱冷锋降雪、锢囚降雪、西路强冷锋降雪3个阶段。降雪回波顶高在3～4km,回波强度均在35dBz以下。降雪量集中在锢囚降雪阶段。(3)风廓线(VWP)下层东风层和上层西南风的厚度在降雪各阶段不同,东风急流和西南风急流的变化和配置与降雪量关系密切。锢囚降雪阶段,地面和低层水平风场具有β-中尺度气旋性环流,是造成降雪回波旋转且长时间维持的动力。"人"字状回波的形成是因为风向或风速辐合线的作用。(4)锢囚锋的垂直结构和锢囚过程表明,西路冷锋比东路冷锋陡峭且势力强大,暖湿气团被东西两侧冷锋夹挤、抬升;锢囚时,两侧锋面形成冷式锢囚;锢囚消失时,大风首先在900hPa高度附近出现,进而下传到地面。

2018年3个登陆北上台风长期维持环境条件分析

使用中国气象局热带气旋最佳路径数据集和美国国家环境预报中心再分析资料,分析了2018年3个登陆北上台风的长期维持环境背景及热力和动力条件。结果表明:在较低纬度时,垂直风切变≤10m/s,副热带高压呈块状分布,其西脊点一般不超过120°E,且西风槽位置整体偏北,台风主要受副热带高压外围偏南引导气流影响,路径大多在平原,摩擦耗散较小,配合南亚高压东侧反气旋环流第三象限辐散和低空强度相当的辐合条件以及西南和东南暖湿输送影响,台风中心附近平均涡度减弱缓慢;当北上受高空急流影响的垂直风切变增大时,低空出现明显湿能量辐合,有明显积云对流发展和高层凝结潜热释放,且受高空急流入口区影响,高空辐散也增强,利于台风登陆后期的维持。

一次海风锋触发的多单体雹暴及合并过程的观测分析

综合利用雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统、微波辐射仪和加密气象自动站等多种观测资料,针对一次与海风锋有关的多单体雷暴造成的大冰雹事件,通过雷达图像和多种雷达、闪电参量的定性、定量分析得到以下结论:(1)地面局地不稳定区配合湿冷的海风锋是触发雷暴并促进其发展的机制,局地背景条件对雹暴发生的预警时间达2h。(2)γ中尺度或小的β中尺度对流单体间的合并主要出现了2种类型,即独立型合并和喂养型合并。对流单体合并时,云桥有时在单体间的中空(4—6km)、有时在高空(9—10km),而二者成因的物理机制截然不同。(3)独立型合并的瞬间(约12min内),雷暴整体上升的发展趋势受到抑制;合并后,上升重新加强发展。降雹和云闪频数峰值出现在独立型合并之后,而喂养型合并处在雷暴消亡阶段,闪电频数平稳下降。(4)雷达参量Zmax、Zmean15、V40、V50等可以定量地描述雹暴三维结构变化,并且,能间接地反映云体发展空间大小、上升气流强弱、水成物粒子多少及其相态。雷达参量V40-Fup、V40-Fdown、SET11能描述合并、降雹、闪电活动时雷暴结构变化。

华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标

选取代表华北地区经常出现的三类飑线系统——拖曳层状型（TS）、先导层状型（LS）、平行层状型（PS）的3次强雷暴过程为研究对象,利用天津塘沽多普勒雷达资料、京津冀ADTD型地闪监测网资料和北京探空资料,在对资料进行全面质量控制的基础上,运用粗网格化分析方法,分别以飑线系统整体和飑线系统上局部的强回波块为研究对象,探讨6分钟内地闪频数与雷达回波顶高的关系,找寻雷电预警指标。结果表明：3次过程中,出现在云顶达到8-12km对流云塔中的地闪频数分别为85.8%、78.9%和80.5%;无论是在飑线系统整体,还是飑线系统上强回波块中,6分钟内地闪频数与对流云回波顶高高于11km或12km的回波面积有正相关关系;而且在飑线系统内的地闪活跃区,回波顶高高于11km的回波面积对地闪活动激烈程度具有预警意义。

海风辐合线对雷暴系统触发、合并的动热力过程

利用加密自动气象站和雷达监测资料,结合VDRAS资料(其时间分辨率12 min、水平垂直分辨率分别是3和1 km左右),分别针对单纯海风辐合线触发和海风辐合线与已有雷暴系统合并的两个实例,揭示海风辐合线对雷暴系统影响的动力和热力过程。结果表明:(1)在环境系统风很弱时,天津沿海海风伸入内陆的移速约为15~18 km·h^(-1),且海风过后,气温降低、湿度加大。(2)海风辐合线配合地面高不稳定区,从而触发和加强了雷暴系统,对雷暴系统的预警时间可达2 h。(3)雷暴单体在海风辐合线附近产生,这与倾斜海风锋锋面(向海洋一侧倾斜)上的中尺度垂直环流相对应。(4)海风辐合线与雷暴系统合并后,雷暴系统强烈发展是由于海风辐合线附近积聚着水汽,同时也是辐合上升运动大值区的缘故。

线状中尺度对流系统内多个强降水单体的结构演变及闪电活动特征

利用多普勒雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统和气象自动站等观测资料,以线状中尺度对流系统内多个γ中尺度强降水单体为研究对象,揭示了单体之间、单体与β中尺度线状对流系统的多种相互关系,设计多种雷达参量对单体的结构演变进行定量化描述,进一步建立了对流单体结构演变与闪电活动的相互关系。得到以下结论:(1)线状中尺度对流系统内顺义、房山、固安、宝坻对流单体分别造成了1 h降雨23、50、27、70 mm,在其演变过程中,顺义单体被另一个单体追逐、供给,房山单体包括2个更小单体的合并过程,而固安、宝坻单体的初生和发展与线状中尺度对流系统是被喂养、吞食的关系。(2)设计的雷达参量V_(40)(40 dBz强回波核的体积大小)、V_(40UP-6)(6 km高度以上40 dBz强回波核的体积大小)、S_(ET11)(回波顶在11 km处的回波范围大小)量化描述了单体的三维结构演变特征,F_(ic)(云闪频数)和F_(cg)(地闪频数)与上述雷达参量关系密切,如与V_(40UP-6)的相关系数为0.63—0.97;而F_(ic)比F_(cg)更敏感地呼应单体结构的变化。(3)固安单体在成熟阶段,主正电荷区(即辐射点最大密集区所处的地方)维持在较低位置,远低于其他单体在成熟阶段主正电荷区的高度。(4)在对流单体合并后,F_(ic)和F_(cg)增大且主正电荷区明显抬升、闪电频数陡增对应降水强度增大、闪电频数峰值超前于降雨强度极值等特征,对灾害天气的预警具有积极意义。

一个锢囚状中尺度对流系统的多尺度结构分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测资料、1°×1°NCEP再分析资料和4DVAR雷达反演低层风场资料,运用雷达拼图图形叠加、剖面和中尺度滤波等分析手段,对2007年7月18日华北东部一个锢囚状α中尺度对流系统(MαCS)的多尺度空间、动力结构及其演变进行了细致地分析。结果表明:(1)MαCS生命史分为发生发展阶段、成熟阶段和消散阶段。从卫星云图资料看,其冷云盖的形态由条状演变为单一云顶的圆形,再演变成多个云顶的多角形。从雷达资料行,冷云盖下两条交叉的β中尺度强回波带由数个具有独立回波核和生命史的MγCS有组织地排列而成。MαCS尚末锢因时,MγCS非常活跃,造成多处强降水;锢囚时,MβCS上的MγCS排列紧密,独立边界模糊,且锢囚点与冷云盖中心正好对应,此时云顶亮温(TBB)达到最低点(-80.16℃);消散时,回波顶和反射率图像上"人"字形结构消失,均呈现出涡旋回波特征,云顶而积达到最大(14.46×10~4km^2)。(2)MαCS内部有强烈的上升气流,垂直速度中心在600—500hPa。中尺度滤波后可见,200 hPa上的中尺度反气旋环流影响着冷云盖的形状;700 hPa的中尺度气旋性环流起到将冷空气从其后部卷入MαCS的作用。(3)MαCS内部组织结构与低层气流水平分布关系密切。MαCS发展时,原本与背景主导气流一致的西南入流在大小、方向上均发生变化,而形成辐合线;成熟时,西南暖湿入流减少、西北干冷空气进入;随着气流趋于一致的偏西气流、MαCS内部辐合减弱,且暖湿高能源被干冷气流切断,MαCS进入消散期。(4)对流系统的触发取决于地面θ_(se)等值线密集区内的地面辐合线,其维持和减弱与地面能量分布有关。锢囚状中尺度对流系统与锢囚锋天气系统在尺度上有所不同,但在形态上和形成机理上,却有相似之处。

渤海西岸暴雨中尺度对流系统的结构及成因

利用卫星、雷达和加密自动站等监测资料,结合VDRAS系统资料和1°×1°NCEP再分析资料,对造成黑昼和暴雨的中尺度对流系统的空间、热动力结构特征和发生、发展及维持原因进行了分析。结果表明:2004—2009年渤海西岸圆形α-中尺度对流系统有别于南方,其中只有16%可发展为中尺度复合体;黑昼现象是影响系统的特殊性所致。突发性暴雨的制造者是α-中尺度对流系统西端不断新生的β-中尺度对流系统,其发生、发展、维持与边界层内冷池外流、对流层低层(1.3～2.4 km)侵入的西北气流与西南气流形成的辐合线或交汇线有密切关系。α-中尺度对流系统的上升速度中心在500 hPa附近,多个β-中尺度对流系统分别具有独自的垂直气流和弱边界层环流。α-中尺度对流系统内部扰动温度呈下负上正的垂直分布,促使了不稳定层结趋于稳定;冷池呈东厚西薄的楔形结构,有利于β-中尺度对流系统发展维持。

“7·20”气旋大暴雨中多尺度配置与MγCS发展的关系

受北上气旋影响,2016年7月20日京津冀地区出现了历史罕见的大暴雨,三地日平均降雨量均创50年来历史极值。利用风云二号F星(6min时间间隔,水平分辨率5km)和自动气象站的加密资料、雷达图像及拼图数据资料,结合NCEP1°×1°再分析资料,采用叠加分析、TBB梯度计算、雷达低空风场反演等方法,分析了北方气旋类暴雨的云图特征和多尺度(包括天气尺度和α、β、γ中尺度)组织、热力、动力的结构配置;并且针对造成北京、天津城区短时强降水的两个MγCS,分析了影响它们发生发展的多尺度环境。结果表明:(1)逗点云系中不同部位的热力、动力及水汽配置是:涡旋中心(文中D区)与气旋环流中心重合而且是700hPa假相当位温θ_(se)的低值区;在云系尾部云带(C区),低空急流带和θ_(se)高值区重合,云带西侧是干冷无云区,云带边缘的光滑地带对应着能量锋区;云系头部(A区和B区)与700 hPa θ_(se)高能区、850hPa急流核对应(A区和B区分别对应东北气流和东南气流急流)。急流带内700hPa的θ_(se)高达78℃,850hPa的比湿最大值为18g·kg-1,最大急流核风速达30m·s-1,整层可降水量是70mm。(2)逗点云系头部嵌着两个MαCS、一个MβCS,它们造成降雨的强度为20～30mm·h^(-1);而两个MγCS的雨强却达40～70mm·h^(-1)。北京MγCS-BJ和天津MγCS-TJ发展维持的背景不同:(a)MγCS-BJ位于涡旋中心——低空急流左前方的对流不稳定区内偏北风与东风形成的地面辐合线上,此辐合线的形成超前于对流系统约1.5h。(b)MγCS-TJ位于云头与涡旋中心之间边缘地带——θ_(se)高梯度的能量锋区中,东风风速形成的地面辐合线上。(3)MγCS-TJ的发展与MβCS边缘TBB梯度大值区的关系密切,MγCS-TJ内部具有深厚的中气旋(轴心随高度向西北倾斜),在旋转速度最强的时刻,其造成的雨强也最大。

雷暴单体合并进行中雷达回波参数演变及闪电活动的特征分析

雷暴单体合并是促使对流系统成长、增强、持久的重要因素,合并与灾害性天气有着密切的关系。针对23次合并样本(其中有闪电活动的样本10例),利用多普勒雷达和Safir3000闪电定位系统的探测数据,基于雷达回波参数的构建与计算,分别以一次冰雹暴雨过程和一次强降水过程为例,对合并及雷暴系统的演变进行了物理过程分析,对所有样本特征进行了统计归纳。最后发现并验证了雷达回波参数FV40up-6(即6 km以上对流单体大于40 dBz体积的变率)常常在合并进行中出现突然减小现象,简称为"突降";同时揭示了合并进行中闪电活动的特征。具体结论如下:(1)就合并最初开始位置而言,高度在5 km之下的样本最多,比例达86%。从合并用时看(即RHI图中30 dBz回波开始衔接至最强回波合为一体为止),全都在6—36 min,其中用时在12 min以内的占56.5%;达到30 min的仅占16%。合并开始后,在97%的样本中,回波参数V40(即大于40 dBz的总体积)、V40up-6(即6 km以上大于40 dBz的总体积)出现增大;V40增幅为7%—590%,V40up-6增幅为3%—638%;V40up-6最大值出现时刻距合并开始时刻12—18 min的,占总样本的60.1%;24—36 min的,占总样本的34.8%。(2)在雷暴单体合并进行中有"突降"现象的,占总样本的87%;其中又有77%的"突降"出现在距合并开始后的6—18 min内。(3)在10个闪电活动样本中,有9个样本在合并开始后,闪电频数出现了"跃增",甚至出现峰值;全部样本中参与放电的主正电荷区高度随着"突降"均有下降,降幅在1—4 km,而此时的闪电频数几乎没有变化。

2007年3月3-5日强雨雪过程中的干冷空气活动及其作用

利用FY-2卫星资料、多普勒雷达资料、地面观测站常规资料及1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,运用红外云图云顶亮温TBB、等熵位涡IPV、水汽通量、位温θ、相对湿度及风场等物理参量对北方晚冬一次强雨雪过程的水汽来源和干冷空气活动及其作用进行了分析。结果表明：江淮气旋为强雨雪的产生提供充沛的水汽,而干冷空气则在不同高度、不同路径活动,扮演着多种角色。对流层低层干冷空气作为“冷垫”锲入暖湿气流中,促进锋生和暖湿空气的抬升、凝结;对流层上层具有高位涡的干冷空气沿320 K等熵面（等位温面）自高纬冲下,给江淮气旋的加强、维持提供了动力和热力条件,同时等熵正位涡高值区（IPV≥10-6m2.s-1.K.kg-1）和相对湿度小于等于45%的干区与红外云图暗区（TBB≥-32℃）对应得非常吻合,这说明利用卫星资料来追踪高位涡轨迹的可行性。云头部次冷输送带干冷空气在2-3 km高度卷入、叠加在暖湿层上,有利于不稳定层结的形成和不稳定能量的释放,是造成渤海西岸局部大到暴雪天气的重要因素。

MCS中地闪活动特征与雷达资料相关个例分析

通过跟踪一次中尺度带状对流系统（MCS）初生、发展、减弱的演变全过程，对地闪资料和多普勒雷达资料进行“粗化”格点处理，定性和定量地分析了地闪活动特征与组合反射率（CR）、垂直累积液态含水量（VIL）和回波顶高（ET）等雷达资料之间的相互关系。结果 表明在MCS强雷暴演变过程中：①总地闪数的96．7％集中落在CR为45～55dBz的回波区域内，在CR大于60dBz的强回波区域内地闪总数却很少；地闪密集中心的位置与CR大于等于50dBz的强度中心常常重合；②地闪密集中心与VIL中心常常不重合，常落在VIL高值中心的边缘或落在VIL为20-30kg·m^-2的区域中；在VIL小于20kg·m^-2的地方存在较为活跃的地闪。在VIL大于40kg·m^-2等值线范围内出现的地闪总数较少，在VIL大于50kg·m^-2的强中心几乎没有地闪出现；③单位时间间隔6min内的地闪总数随回波顶高的变化并不明显，但与回波顶高于11km的面积范围有着很好的正相关，表明组成MCS的云塔达到较高高度的水平面积对地闪活动的激烈程度有关。

几种台风风暴潮预报方法在实际预报中的运用及比较

台风“麦沙”登陆后减弱为热带风暴并从山东半岛西部进入渤海,造成8～9级阵风、10级的大风天气,天津沿海潮位超过警戒潮位46cm,海水漫过堤岸,形成风暴潮灾害。针对此次台风风暴潮,预报人员运用经验预报方法(相似型经验预报、统计模型预报)和数值模式(FBM模式)产品等多种手段,对天津沿海可能出现的潮位极值进行了试验预报。通过将上述几种方法实际运用于此次台风风暴潮预报,加深了对各种预报方法实用性和局限性的认识,对渤海台风风暴潮有了更清晰的了解,对改进各种方法,更好地释用数值预报产品起着积极的意义。

ENSO对华东地区春季降水影响的不对称性

利用1958-2019年的观测和再分析数据集,对冷、暖两类厄尔尼诺-南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation, ENSO)事件与后期华东地区春季降水之间的关系进行了分析。结果表明:(1)在暖ENSO事件中,华东春季降水量与前冬季ENSO海面温度异常存在较强的正相关关系。在冷ENSO事件中,这种强正相关向内陆地区西移,主要集中在江西和湖南。(2)暖ENSO事件通常会导致浙江、江苏和福建等沿海省份春季降水量过剩,而冷ENSO事件往往导致江西和湖南降水偏少。这归因于ENSO对大气环流的非线性影响。(3)与暖ENSO事件相比,冷ENSO事件引起的海面温度异常中心明显西移,造成异常低层大气环流的西移,最终导致华东降水的西移效应。(4)通过分析和发现,强调了华东春季降水对ENSO的非线性响应,这对华东地区的季节性气候预测具有重要意义。

2004年9月15日天津沿海潮位二次超过警戒水位的成因分析

2004年9月15日天津沿海高潮位两次超过4.70m的警戒水位,形成风暴潮灾害。着重分析了在第一次高潮位超过警戒水位后,特别是天津沿海已处于离岸风的作用下,高潮位再度超过警戒水位的原因,并对类似这种一次风暴潮过程而高潮位多次超过警戒水位的情况,针对不同的天气背景,进行历史资料的统计分析。结果表明:用超浅海开尔文波的传播理论能解释这种现象并得到了实况的验证。而且统计分析表明,台风和气旋造成的风暴潮灾害中高潮位多次超过警戒水位的现象所占的比例较高。

一次雹暴的闪电特征和电荷结构演变研究

综合利用SAFIR3000三维闪电定位系统的全闪定位资料与雷达结合对2005年5月31日发生于北京的一次冰雹过程的闪电活动和电荷结构演变特征进行了综合分析。结果表明:该雷暴的闪电活动有两次活跃期,第一个活跃期产生了降雹,降雹结束后,闪电活动突然减少,之后的活跃期产生了更多的闪电,其中一部分处于云砧区。闪电活动峰值超前降雹5 min左右,闪电活动中的地闪仅占6.16%,但正地闪占总地闪的比例达20%,且降雹前的正地闪比例较降雹后要高,降雹发生后,正地闪很少发生。降雹阶段,参与放电的主要电荷区表现为反极性结构,-40℃左右区域为参与放电的主负电荷区,-15℃左右区域为参与放电的主正电荷区,在正电荷区之下,短暂存在一个较弱的负电荷区。降雹结束后,电荷结构经历了持续的快速调整过程,在第2次闪电活跃期,参与放电的主要区域表现为正常的三极性结构,即上正-中负-下正,受西风气流的影响,此三极性结构出现倾斜。动力和微物理过程的分析表明,闪电活动和电荷结构的特征与雷暴云内的动力、微物理过程紧密相关。文中对反极性电荷结构形成的可能机理进行了讨论,并且认为,具有强烈上升气流的灾害性天气可能更易形成反三极性的电荷结构,并在下部两个电荷区的作用下产生较多的正地闪。