黄土高原一次疑似龙卷天气的中尺度特征

利用高空、地面常规观测资料、分钟级加密自动气象站资料和榆林多普勒雷达资料,对2013年8月4日傍晚发生在榆林市的一次超级单体风暴天气进行中尺度分析。结果表明:(1)此次过程疑似一次超级单体龙卷天气过程;(2)从环流背景来看,榆林市上空中层强干冷平流配合低层切变线、西南急流,高层干冷、低层暖湿特征明显;从环境条件来看,强风暴发生前和发生期间,能量、抬升凝结高度、风切变满足龙卷发生所需的热力不稳定、垂直风切变条件;(3)雷达钩状回波结构清晰,并伴有强中气旋,>60 dBZ的回波和正负速度对已接地,呈现龙卷发生时的回波特征;(4)强风暴发生前后,由北向南经过榆林地区有多个龙卷涡旋TVS产品被识别;(5)气象要素场变化剧烈,地面气压明显降低,风速出现极值增强,风向发生突变,与龙卷发生期间风场观测特征基本一致,表明该区域出现龙卷的可能性较大。

四川盆地一次西南低涡影响下的飑线天气特征及其成因

2019年6月4日夜间到5日白天,四川盆地东部出现一次西南低涡影响下的飑线过程,采用多源观测及欧洲中心再分析资料,分析此次飑线过程的特征及成因。结果表明:飑线形成前四川盆地中部已出现暴雨,该对流性暴雨在高空低槽和暖性西南低涡的环流背景下产生,相应的对流层大气湿层深厚且具有一定对流有效位能。飑线发生在冷空气翻越秦岭进入西南低涡后部的显著锋生过程中,在高空低槽、西南低涡及强冷锋的共同影响下,冷锋垂直环流与西南低涡垂直环流合并,锋区抬升机制显著增强,为飑线在重庆西部形成提供了有利的动力抬升条件。重庆西部的大气环境有利于飑线形成,具有较大的对流层中下层垂直减温率、对流有效位能及深层垂直风切变,且对流层中层干空气特征显著。雷达上表现为冷切变线形成的线状对流与西南低涡锋生区中的强降雨对流合并发展,在重庆西部形成“人字形”回波,回波后部边界层内由前期暴雨形成的冷区在冷锋南下和锋后干空气中的雨滴蒸发冷却作用下进一步降温形成冷池出流,利于飑线的形成;弓状飑线在形成之后维持了约1.5 h。冷锋后部强低空水平动能的向南及向下输送,以及地面冷暖空气间位温梯度的显著增强,均有利于地面大风的形成。

山东较大范围致灾雷暴大风的多普勒天气雷达特征

利用多源观测资料对2005—2021年山东和周边地区较大范围致灾雷暴大风事件及造成此类事件的对流系统的雷达回波特征从两个尺度进行了分析,结果发现:17年间共发生41次较大范围致灾雷暴大风事件,年均发生2.4次,主要发生在6月。发生前,对流层中下层具有明显的条件不稳定,湿度条件中等略偏干,中层具有明显干层,垂直风切变中等略偏强。就导致较大范围致灾雷暴大风的对流系统整体而言,可分为Ⅰ型(单体可分辨形)飑线、Ⅱ型(条形)飑线、多单体风暴群和弱回波型飑线四类。后侧入流急流携带干冷空气进入飑线通过蒸发冷却降温增强负浮力是Ⅰ型飑线和Ⅱ型飑线产生致灾雷暴大风重要机理。后(右)向传播的多单体风暴群均伴有超级单体,其阵风锋一方面能够触发新生风暴,另一方面本身也可以产生致灾雷暴大风。强对流风暴本身较快的移动速度和可能的后侧入流急流在系统内由降水触发的下沉气流作用下产生的动量下传,导致非对称的下击暴流,增加了出现极端雷暴大风的可能性。弱回波型飑线产生的致灾大风最易被忽视。直接造成120站次致灾雷暴大风的对流分系统包括弓形回波、非超级单体强单体、超级单体、阵风锋和混合型五类,占比分别为30%、26%、6%、23%和16%。弓形回波和超级单体产生的致灾雷暴大风极大风速平均值最大,分别为28.2 m·s^(-1)和29.9 m·s^(-1)。强后侧入流急流和显著中层径向辐合特征可提前约20 min预报弓形回波的形成。致灾雷暴大风主要出现在弓形回波移动方向的中间部分和左侧部分。阵风12级及以上的极端雷暴大风由镶嵌弓形回波的波动型线状回波、弓形回波与中尺度涡旋的组合以及超级单体产生。具有深厚中层径向辐合的非超级单体强单体、强烈发展的飑线的阵风锋、地面冷锋与阵风锋的叠加(常伴有高空动量下传)均可能产生30 m·s^(-1)左右的雷暴大风。

绥化市一次冷涡背景下的强对流天气成因分析

利用常规气象观测资料、区域自动站资料和雷达资料,分析2020年6月28日冷涡背景下绥化市出现的强对流天气成因。结论如下:(1)高层脊前的干冷气流与低层的暖湿气流形成上干下湿不稳定状态,有利于对流的发生;(2)绥化地区低层湿度较大,偏东气流加强了水汽输送,有利于风雹天气产生;(3)探空图上有明显的“喇叭口”,对流有效位能、K指数、沙氏指数均指示着大气为不稳定状态,有利于冰雹的发生;(4)地面辐合线造成辐合抬升,触发强对流天气,湿舌前端形成对流系统和冷池,易出现风雹天气;(5)较强的基本反射率对应强降水区,“V”形缺口、垂直液态水含量大值区、高悬的强回波中心是冰雹的特征。

重庆2022年“6·26”暴雨天气过程成因诊断分析

【目的】探究重庆市2022年“6·26”暴雨发生发展机理,提高暴雨监测和准确预警预报能力。【方法】利用常规地面和高空观测数据、雷达回波和卫星云图数据进行诊断分析。【结果】这是一次在高空槽、西南涡和低空急流等多尺度天气系统共同配合下自西向东发展的一次强区域暴雨天气过程,具有降雨强度大、范围广、强降水时段集中等特点。【结论】前期高温晴热天气和地面热低压使不稳定能量得以积聚,而后北方冷空气的入侵和低空西南急流的发展为暴雨提供充足的水汽条件和不稳定能量条件。新生对流单体不断在带状主回波南侧的高温高湿环境中发展,使降水回波能够长时间稳定维持并且产生明显的列车效应。

一次东北冷涡过程暴雨及强对流天气分析

利用高空、地面等常规气象资料和多普勒雷达资料,对2022年6月4—7日影响吉林省辽源市的东北冷涡暴雨过程进行诊断,结果表明:此次冷涡降水主要发生在冷涡的发展与成熟阶段,类似于中间涡暴雨形势特征。冷涡降水具有日变化特征,午后极易发生强对流天气。暖锋的发展为短时强降水提供了初始扰动。干空气下摆侵入,增强不稳定层结,促使风雹天气发生。VIL值的跃增和减小与冰雹的出现和消散相对应。VIL高值不能说明大冰雹是否出现,还应与VIL高值维持时间相联系,维持时间越短,越不利于大冰雹的产生,这对冰雹直径的预报具有一定的指示意义。

一次冷涡背景下沈阳地区雷暴大风过程的特征分析

利用辽宁省国家站和区域自动站降水观测资料、多普勒天气雷达、风廓线雷达和欧洲中心ERA5逐小时再分析资料,对2022年6月25日傍晚至夜间沈阳地区出现的极端致灾雷暴大风天气的形成机理和数值模式的预报效果进行分析。结果表明:此次极端风雹天气过程发生在东北冷涡背景下,切变线和地面辐合线共同触发对流风暴的生成,强垂直风切变和不稳定层结使得风雹天气发展增强。此次强风雹过程中多个强对流单体逐渐发展,合并增强后呈现为弓形回波。弓形回波前沿存在浅薄的低空γ中尺度涡旋,可导致下沉气流增强,并与后侧入流急流共同作用导致局地极端大风。中尺度数值模式对此次强对流天气的环流形势和降水落区具有一定的可预报性,但对流风暴的强度预报仍是预报的难点。

2019年7月3日辽宁开原超强龙卷形成及演变特征分析

综合利用高时空分辨率多源观测资料,对2019年7月3日辽宁省开原市一次EF4级超强龙卷过程(简称开原龙卷)的天气背景、环境物理量参数、龙卷形成发展机制等进行分析。结果表明:开原龙卷发生在东北冷涡的西南象限,850 hPa切变线南侧及地面西南气流暖湿环境中,地面与925 hPa温差达11℃,近地面温度垂直递减率大,系统配置具有上干冷、下暖湿特点。受低层暖湿气流影响的同时,开原周边地区对流抑制能量接近于零,有利于强对流天气的发生。开原龙卷出现在东北冷涡涡旋云系的后端,对流云的快速爆发生长期中,处于快速降温区的北边界。多普勒雷达为典型的超级单体回波特征,龙卷出现在钩状回波顶端,强回波梯度区左侧的上升气流交界处。

基于1.5μm多普勒激光雷达的飞机尾涡探测技术研究

为规避尾涡威胁,保障飞行安全,研究了飞机尾涡的激光探测技术.介绍了尾涡探测基本原理,给出了激光探测方式设计和探测系统参量选择.基于设计的尾涡激光探测方案,研究了飞机尾涡回波多普勒谱与机型参量、飞行参量以及环境参量间的关系,获得了尾涡的径向速度分布规律,建立了尾涡回波多普勒谱模型,选取最佳尾涡参量估计算法用于尾涡的全面表征;通过开展A340的尾涡探测外场实验验证了激光探测尾涡的可行性和尾涡参量估计算法的有效性.研究表明,尾涡回波多普勒谱值与径向速度的三次方成反比,与涡流环量的二次方成正比.

一次高原涡和西南涡作用下强降水的回波结构和演变分析

2009年7月30—31日,青藏高原东侧背风坡发生了一次持续性强降水过程。在高原涡和西南涡相继出现并相互作用的天气环境中,四川盆地内生成了3个中尺度对流系统。使用新一代天气雷达组网的反射率因子,美国环境预报中心(NCEP)再分析资料,以及热带测雨卫星搭载的测雨雷达(TRMM PR)反射率因子,可以得到这次暴雨的发展演变及其三维结构特征。通过与TRMM PR探测资料的对比验证,地基组网雷达的结果与其非常一致,基本能反映出对流系统的演变全貌,而在高原和山区地基雷达缺测的区域,测雨雷达探测资料可以做为补充。分析表明,降水落区的低层正涡度和水汽辐合上升与高层负涡度和水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利条件。第1个降水系统位于高原涡东南侧,随着高原涡的移动衰亡移出盆地并最终消散,降水系统和高原涡在时间上有滞后相关,二者移动速度的突变较为一致;第2和第3个降水系统在西南涡出现的时段强烈发展,在局地停留维持并打通成为一条沿山脉走向的贯穿整个盆地的混合降水回波带,在西南涡发展至成熟阶段给四川盆地南部带来最大小时降水,降水系统和西南涡的相关无论在强度还是移速上都非常显著。在复杂的地形条件下,青藏高原和四川盆地相接处,降水云团的0℃层高度并未随地表发生明显变化,但降水云团进入盆地后,低于0℃层高度的降水粒子融化变为液相,使得云团从对流型降水变为分层结构的层云降水。

辽宁省7～8月降水回波特征

为配合辽宁省夏季人工催化积云试验，沈阳、鞍山雷达和雨量站网在2002～2003年7～8月进行了系统的观测。本文利用雷达资料，分析了辽宁夏季降雨回波类型，并重点研究了积层混合云降水的主要特征。结果得出，辽宁夏季冷涡天气系统降水和江淮梅雨一样，以积层混合云降水为主，大到暴雨常属于强积层混合云降水。

一次飑线过程的雷达回波分析与数值模拟

2003年4月12日,一条飑线袭击了江西、福建、浙江三省,所到之处出现冰雹、大风等强烈天气,这次过程强度强,影响范围大,三省交界及附近区域有二十多个测站出现冰雹、大风,冰雹直径有的达3 cm以上,最大风速达32 m/s。该文利用建阳新一代天气雷达探测到的回波以及中尺度非静力数值模式(MM5)对这次过程进行数值模拟,分析此次强对流过程。结果表明:雷达回波显示出飑线的带状强回波,线状回波上呈现波型特征;在数值模拟结果中看到在系统发生的带状区域内有多个中尺度涡旋存在,在飑线内有中尺度涡旋簇和弓形回波。

“6·18”江汉平原特大暴雨中尺度特征

利用NCEPGFS再分析资料(分辨率0.5°×0.5°)以及地面、新一代天气雷达等观测资料,针对2011年6月18日江汉平原特大暴雨过程进行中尺度特征分析。结果表明,江汉平原附近深厚的中尺度低涡是造成此次强降水的主要天气系统,对流层中层和边界层的干线以及地面中尺度低压是其主要触发机制,强大的西南急流发展为暴雨区提供了充足的水汽。雷达回波特征分析表明,0℃层以下大于45dBz回波垂直伸展厚度、垂直液态含水量大小与10min降水量有非常好的一致性。

2021年黑龙江两次超级单体龙卷过程多尺度特征

2021年6月1日和6月9日黑龙江省哈尔滨尚志市及阿城区和齐齐哈尔梅里斯区分别发生双龙卷事件。利用常规气象观测、多普勒天气雷达等资料对比分析二者的多尺度特征。结果表明:两次龙卷均发生在东北冷涡的东南象限,高空急流出口区左侧,中低层偏南气流有利于暖湿气流输送和垂直运动发展。6月1日和6月9日分别以短时强降水和雷暴大风天气为主,6月1日水汽条件、垂直运动、0~1 km高度垂直风切变和抬升凝结高度更有利于产生强龙卷,且中尺度气旋维持时间更长。干线与地面辐合线为中尺度触发机制。雷暴冷池出流与中尺度暖锋形成的伪冷锋有利于龙卷的发展和维持。龙卷出现在地面伪冷锋与干线交界处的湿区一侧,冷池前沿,龙卷母云为超级单体。暖湿气流产生的入流缺口是钩状回波发展的前兆,中等到高强度的中尺度气旋在3 km高度产生并发展,5~10 min后触地,当钩状回波与中尺度气旋同时出现时龙卷产生。

一次西南涡引发暴雨的地闪特征

利用高频次多普勒雷达回波资料、闪电定位仪及区域自动站资料,对2011年6月9日湖北暴雨过程的闪电特征进行分析。结果表明:MCS不同生命阶段地闪所处位置不同,正、负闪同时跃增至峰值是MCS成熟阶段的标志之一,地闪密集区和MCS中移速较快的强回波位置基本吻合,MCS强回波区域出现的正闪、负闪和45—55 dBz回波后部区域对应较好,强降水发生在MCS成熟后趋于消亡阶段。

一次弓形回波结构和演变机制的观测分析

基于单多普勒天气雷达观测和双多普勒雷达反演风场,对2009年6月3日河南商丘发生的一次弓形回波的结构和演变机制进行细致分析。系统发生前的环境均具有中等对流有效位能和中等偏弱低空垂直风切变。雷达分析显示,该弓形回波从超级单体开始,经过风暴合并发展而成的经典弓形回波结构,生命史约3 h。在超级单体阶段,具有中纬度典型超级单体的低层钩状回波、中层有界弱回波区和中气旋结构。超级单体减弱后,因强降水拖曳和降水蒸发冷却,引起云内强的下沉运动,将云外干冷空气带到云内,形成中层后方入流,并在地面形成强冷池,触发干冷后向入流,回波逐渐演化成为弓形。弓形回波成熟阶段,风暴相对后向入流急流在对流区后部2 km高度加速下沉,系统前沿增强至20 m·s-1。在中层,系统后侧南北两端形成气旋和反气旋涡旋对,此中层涡旋对后向入流强度贡献约20%。在系统前缘低层(1.5 km)、出流边界附近,存在一气旋式涡旋。受后向入流急流和此低层涡旋的共同作用,在顶点附近产生超过32 m·s-1的最大地面相对风速。至减弱期,低层出流扩展至系统前方20 km,截断了低层暖湿入流,使其快速减弱。

一次大暴雨过程中尺度涡旋系统特征分析

利用常规观测资料与加密自动站资料、卫星云图、多普勒雷达与微波辐射计资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2011年7月29—30日发生在天津及华北东部的大暴雨过程进行了分析。结果表明:在有利的环流背景下,迅速发展北上的低空中尺度涡旋是此次大暴雨的直接影响系统。高空槽前正涡度平流加强,造成低层减压、中尺度涡旋发展;涡旋中心向负变压梯度绝对值最大方向移动。分析中尺度涡旋垂直结构表明,开始时涡旋内斜升气流明显,随其发展,低层辐合明显加强、涡旋内转为一致的垂直上升运动,且最大辐合中心与正涡度中心相对应,均位于900 hPa以下。随低层东南气流加强,涡旋右前侧偏东入流显著加强,其不但为涡旋发展提供了有利的动力条件,也为暴雨发生和维持提供了充足的水汽。此次降水的强回波高度较低,钩状回波及中尺度气旋均在低层发展,造成强降水和短时大风,有别于典型钩状回波。水汽密度及液态水含量变化与降水对应非常好,强降水前15～30 min低层大气水汽密度和液态水含量会迅速增大,这可为强降水提前预报预警提供参考依据。

冷涡天气系统影响下内蒙古强对流天气分析

使用卫星云图和雷达回波资料结合常规天气资料 ,分析冷涡天气系统影响下内蒙古中西部地区强对流天气过程的卫星云图和雷达回波的特征 。

南疆塔里木盆地西部一次强冰雹天气过程分析

利用常规气象资料和CINRAD/CC新一代天气雷达资料以及对流云数值模式等,对2011年6月17日发生在南疆塔里木盆地西部麦盖提垦区的一次强冰雹天气过程进行了分析。结果表明:大气不稳定层结的存在和有利的高低空环流形势配置的动力作用,是触发这次南疆西部局地强对流天气产生降雹的主要原因。在冰雹天气发展过程中,探测到了如钩状回波、弱回波区、悬挂回波和中气旋等典型的冰雹云回波特征,这对冰雹天气邻近预报具有一定指示意义。数值模拟结果显示,冰雹云具有低层辐合、中层有一对涡旋、高层辐散的结构特征,这种结构有利于冰雹云的发展和维持。

一次罕见的左移超级单体风暴的特征

利用白山多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2012年7月2日发生在吉林省南部的一次左移超级单体风暴进行了研究。结果发现,此次天气过程发生在深厚东北冷涡的东南象限、超强高空急流核附近的北侧,且低空风垂直切变不强、对流有效位能不大;低空有较强的暖平流,并存在一个西南—东北走向的风切变区;低空辐合、高空辐散、位于露点锋附近以及高空急流核的存在为有利于的对流发展的重要因素。在风暴发生发展过程中,始终有一个中-β尺度反气旋环流(尺度为120 km)相伴随,其旋转半径由高到低逐渐增加并在东南偏南方向被拉伸为椭圆型结构,风暴发生在该环流的西北象限的西南偏南气流之中,并具有钩状回波、弱回波区、反中气旋等超级单体所具有的特征。反中气旋出现在对流风暴发展的旺盛期,旋转半径从低层到高层逐渐增加。在风暴经过地区出现了冰雹、强降温、瞬时大风等天气现象和气象灾害。