基于高密度站点的四川复杂地形下大风特征分析

基于四川省2016—2021年4—9月大风事件和闪电资料,将大风类型分为雷暴大风和一般大风,统计分析了两类大风的时空分布特征及与地形因子的关系。结果表明:四川地区两类大风均呈现高原多、盆地少的特征,大风类型普遍以一般大风为主,盆地内部分站点雷暴大风占比较高。各个分区不同类型大风发生频次均存在日变化和月变化。对于风速,盆地南部大风更强,盆地东北部和攀西地区的雷暴大风次之。对于风向,川西高原一般大风以北风和西南风为主,雷暴大风以北风为主,攀西地区和盆地不同分区的两类大风均以北风和东北风为主。大风的发生频次和风速与不同地形因子有一定的关系,不同类型大风总体变化趋势类似。发生频次均随海拔高度的增大逐渐增大,随坡度、粗糙度和起伏度的增大先增大后减小。风速随海拔高度的增大而增大,随坡度增大先增大后减小,而粗糙度和起伏度越小,平均风速和最大风速越大。

鄂东春季两次极端雷暴大风过程环境及雷达回波特征对比分析

2021年5月10日和2022年3月16日,湖北省东部分别发生14级和12级的极端雷暴大风天气过程(简称“5·10”和“3·16”过程)。本文利用地面加密气象站的观测资料和ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料及多普勒天气雷达等资料,对比分析了两次过程产生的环境背景和雷达回波特征。结果表明:(1)两次过程均受川东低槽和中低层低涡东部暖切变的影响,呈现上干冷下暖湿、低层辐合高层辐散的特征,表征雷暴大风的物理量如对流有效位能、下沉对流有效位能等极端异常,环境场有利于极端雷暴大风发生。(2)两次过程均由冷池出流形成阵风锋触发雷暴大风,但“5·10”过程还受其他地面中尺度辐合影响。(3)两次过程强风暴均由多个单体合并发展而成,“5·10”风暴高度更高,而“3·16”则强度更强,“5·10”表现出小弓状回波及其后侧弱回波通道特征;“3·16”弱回波区清晰,表现出类超级单体特征。(4)速度图上均表现出低仰角大风区和小尺度的辐散特征。“5·10”过程以低仰角大风区为主,大风由超低空急流叠加下击暴流造成;“3·16”过程则以中层径向辐合和最大反射率因子的快速下降特征为主,为下击暴流大风。

静止型雷暴冲击风作用下列车气动导纳函数试验研究

为研究静止型雷暴冲击风作用下列车的气动导纳函数,利用雷暴冲击风试验装置模拟雷暴冲击风场,基于刚性模型测压试验,并考虑列车模型对周围风场的影响,测试并分析距雷暴冲击风中心不同径向距离的列车抖振力谱、脉动风速谱以及脉动风速相干函数特性。通过拟合脉动风速相干函数获得考虑顺风向和竖向脉动风速展向相关性的传递函数,识别出考虑脉动风速展向相关性的列车气动导纳函数,并与未考虑脉动风速展向相关性的气动导纳函数进行对比。研究结果表明,当径向距离较小时,如r/D_(j)=0.5时,列车抖振力谱的能量主要集中在极值频率附近的窄带范围内;随着径向距离的增大,列车抖振力谱极值频率附近的能量逐渐向低频部分转移,同时,脉动风速谱的低频部分能量分布逐渐变均匀,而高频部分逐渐符合“-5/3”定律。当列车模型放入风场后,不同测点位置处的顺风向和竖向脉动风速谱的幅值随径向距离而变化,但距列车模型中心2B处的顺风向和竖向脉动风速谱的变化趋势与空风场的较接近。不同径向距离时,脉动风速相干函数都存在峰值,列车的侧向力和升力气动导纳函数在低频部分均趋近于一个常数;当径向距离r/D_(j)=1时,侧向力和升力气动导纳函数的幅值最大,而其他径向距离的侧向力和升力气动导纳函数幅值均基本相同。考虑传递函数后,识别出来的气动导纳函数幅值显著增大,同时高频部分的气动导纳函数幅值随着频率的增加其变化趋势也不同。采用频响函数拟合列车的气动导纳函数时,气动导纳函数低频部分的幅值由系数k决定,同时径向距离越大,拟合参数a、b和k值均越大。

浙北一次高空冷涡后部雷暴大风的成因分析

利用区域自动气象站资料、NCEP/FNL再分析资料、多普勒天气雷达产品等,对2020年4月12日出现在浙江北部的区域性雷暴大风天气成因进行综合分析。结果表明:(1)此次雷暴大风过程属于高空冷平流强迫类型。强烈的高低空温度差动平流为雷暴大风提供了有利的热力条件,强垂直风切变有利于对流风暴的维持和发展。(2)雷达回波PPI图上,两个β中尺度对流风暴分别呈弓形和带状回波;径向速度图上的强烈MARC特征、1 km高度以下出现20 m·s^(-1)以上的速度大值区、VWP产品的大风速核下降,都可作为雷暴大风临近预警的参考。(3)降水拖曳和蒸发冷却形成地面冷池和辐合线,辐合线有利于对流云团的维持和发展;对流云团后侧入流急流增强了1 h正变压,同时促使地面辐合线逐渐远离回波主体;在冷池密度流和变压梯度共同作用下形成地面大风,地面8级以上大风主要分布在地面冷池移动前方和1 h正变压中心附近。

1981-2020年北京市门头沟区部分灾害天气分析

文章中运用线性趋势分析方法和滑动平均法统计分析了1981-2020年北京市门头沟区的暴雨、高温、雷电、大风和低温灾害性天气事件的年际变化趋势,并对每种灾害天气的多年月际分布进行了统计,旨在了解门头沟地区灾害天气演变规律,以便做好气象灾害防御工作。分析结果显示门头沟区除高温日以每10年1.3天的线性趋势递增外,暴雨日、雷暴日、大风日和低温日均在逐渐递减;暴雨大多发生在7月与8月;高温日发生在每年的5月、6月、7月和8月;雷电最早于春季3月来临,最晚于冬季12月结束;冬季大风最为频发,冷空气过程全年均可能发生。

一次副高控制下雷暴回波群特征分析

为了更好地了解江西省副高形势下午后热对流产生的雷暴回波群特征,文章使用常规天气资料、江西省地面自动气象站数据、江西雷达数据和江西省闪电数据等资料,对2023-08-19发生在江西省副高形势下午后热对流产生的雷暴回波群特征进行分析。结果表明:暴雨主要由3 h短时强降水形成,并伴有雷暴大风;负闪频次接近总闪频次,正闪频次较少,10 min出现200次的闪电数据线是判断强降水的阈值线;江西处在副热带高压控制之中,200 hPa具有明显出流区,低层具有低压环流,湿度较大,500 hPa有明显干舌,赣东北有地面辐合线存在;在副高控制的天气形势下,午后地面受热产生的小尺度局地热雷雨在合适的垂直速度环境下发展成中尺度雷暴回波群;雷暴回波群中的对流单体回波发展旺盛,多个单体发展成超级单体,中心强度可达70 dBZ,强回波面积为13~178 km^(2)。研究结果为江西副高控制下雷暴回波群产生的灾害性天气的预警预报提供了分析依据。

广西一次飑线大风天气的成因和预警分析

本文利用常规探测资料、多普勒天气雷达资料、自动站观测资料等对2013年3月27-28日发生在广西的一次飑线大风天气过程进行跟踪及监测预警,对其大尺度环流背景、雷达回波特征以及灾害性大风形成原因进行了较为详细的分析与研究。结果表明:此次飑线过程是由高空冷槽与地面高压后部形势所引起的;假相当位温、T-logp图等分析表明广西上空具有较好的热力、动力条件;地面辐合线触发初始对流活动;发展成熟的飑线地面气压场上存在雷暴高压、飑前低压和飑后低压等中尺度特征;飑线大风等灾害性天气出现在地面高压前侧气压梯度大值区和飑线的断裂处;雷达图像上中层径向辐合、反射率因子核心和中层风速大值区逐渐降低以及垂直风廓线图中低层风的转变等特征信息对地面大风天气临近预警有较好的指示意义;降水粒子的拖曳作用和飑线的快速移动都对地面大风的产生及增幅有一定的作用。

三次雷暴导致的阵风锋过程分析

利用多普勒天气雷达资料和自动站资料对2012年5月16日江苏、6月9日京津冀地区以及7月10日河北的三次阵风锋过程进行综合分析。结果表明:持续下沉的冷空气形成雷暴高压是阵风锋产生的直接原因。雷暴高压形成过程中,一方面,下沉气流在较小区域内迅速堆积形成雷暴高压,另一方面,新旧单体不断更替,风暴内稳定的下沉气流使雷暴高压发展。雷暴高压内强辐散气流与环境空气形成阵风锋。随着雷暴高压的移动和增强,阵风锋向前移动和增强,当雷暴高压减弱,阵风锋也逐渐消亡。温度梯度与气压梯度越大,瞬时大风越强,阵风锋也越强。阵风锋产生的瞬时大风与窄带回波的强度值不一定成正比。中层径向辐合对阵风锋产生有提前预示作用,提前量为半小时左右,辐合持续时间越长,阵风锋生命史越长。

“090603”强飑线过程动力结构特征的观测与模拟分析

利用各种观测资料和数值模拟结果,分析了2009年6月3-4日黄淮地区一次罕见强飑线过程的中尺度动力结构演变特征和发展机理。结果表明,在稳定的东北冷涡环境下,冷涡后部与短波扰动相伴的冷平流叠加于对流层低层暖脊之上,为飑线的发生构建了有利的大气不稳定层结;飑线的发生、发展与地面中尺度辐合线密切相关,两者相互依存、促进;飑线的移动对应着对流层低层水平涡管的传播。在传播过程中,水平涡管的倾斜会使垂直涡度向水平涡度转化,促进飑线的发展;在飑线发展的不同阶段,动力结构有显著的差异,发展成熟阶段的飑线结构具有较强的组织性,而当其减弱、消散时,动力结构逐渐松散,各因子间不再有密切的配合,其特定的对流组织作用就会不复存在。另外,在飑线的发展过程中,地面气压场呈明显的中尺度扰动特征,飑线后部产生的中尺度雷暴高压与风场的辐散中心相伴是地面大风形成的主要原因之一。

雷暴大风环境特征及其对风暴结构影响的对比研究

2009年6月3日,受冷涡后部次天气尺度横槽的影响,在相邻的两个区域先后出现雷暴大风天气,造成两地强风的风暴类型、地面大风分布及灾害程度差异显著。风暴结构分析表明:产生晋陕大风的雷暴类型为一般单体风暴和脉冲风暴,而产生商丘致灾大风的则为典型的弓形回波。结合观测和数值模拟资料分析产生上述两类雷暴大风的环境要素,并构建其环境温、湿度廓线,结果表明:(1)晋陕大风区环境探空温、湿度廓线呈倒V形,为典型的干下击暴流探空廓线,类似探空在中国西部高原地区夏季常见;(2)商丘雷暴大风区环境温、湿度廓线类似典型湿下击暴流探空。数值模拟给出了典型的一般单体特征结构,老雷暴单体出流在其前方触发新单体。在中低层相对干的环境下多个对流单体的冷下沉形成冷池,强风由对流单体下沉辐散气流叠加在冷池密度流上造成。两类雷暴大风环境风垂直切变特点为:深层环境风垂直切变较弱、强水平风垂直切变集中在中低层。数值模拟表明:在这种风垂直切变配置下,低层湿度成为风暴结构的决定因素:中一高湿度环境下形成高度组织化的飑线,且其单体具有较强中层旋转;低湿度环境下产生组织程度差的一般单体和脉冲风暴,并基于高分辨率数值模式模拟结果给出了环境影响风暴结构的物理图像。

2007年济南“7.18”大暴雨的持续拉长状对流系统研究

利用常规观测、中尺度自动站、卫星和雷达等资料,分析了2007年7月18—19日造成华北南部强降水的持续拉长状对流系统(Permanent elongated convective system,简称PECS)的发生和发展过程。结果表明:持续拉长状对流系统的发生发展与低层来自东北方向冷空气和正在减弱的中尺度对流复合体尾部的向外气流有关。云图分析表明:这次持续拉长状对流系统先后由10个对流单体复合而成,其中2个α中尺度的对流单体复合时造成了济南市北部的商河县强降水,并且强降水发生在持续拉长状对流系统发展阶段,位于持续拉长状对流系统的后部,与低于201K的冷云盖相对应;当对流单体复合时,在可见光云图上出现云线(即飑锋),并且在窄小的云线中又包含4个γ中尺度的对流单体,其中一个产生高达13 km的降水回波;当云线出现时,地面冷锋后部出现γ中尺度雷暴高压,随后逐渐发展成为α中尺度的雷暴群,降水产生在雷暴高压前和冷锋后。济南市强降水过程则是由合并后的对流单体内部的2个强度不同的上冲云顶合并成一个更强的上冲云顶时造成的。雷达回波分析进一步显示,这次持续拉长状对流系统降水回波表现出后部扩建类和回波交叉类的特征,其中商河县的降水由主冷空气涌产生,而济南市强降水可能与主冷空气涌与次冷空气涌合并所形成的2个β中尺度和1个γ中尺度的多单体雷暴有关。

水汽含量对飑线组织结构和强度影响的数值试验

利用2009年6月3～4日一次产生大风、冰雹强对流天气的飑线个例进行数值试验,研究整层水汽含量及其垂直分布对中尺度对流系统的发生发展过程、组织类型和强度等的影响.本文的试验表明环境场中不同的水汽含量和垂直分布,会影响下沉气流和冷池的强度,从而影响对流的组织形态、维持时间和强度.整层水汽试验表明,增加（减少）水汽,对流增强（减弱）,冷池和雷暴高压增强（减弱）导致大风增强（减弱）.增加水汽越多发展阶段冷池强度越强,最大风速越强,但成熟阶段后期冷池减弱的越快,层状云区的后部入流减弱,不利于雷暴大风的出现和维持.不同层次水汽试验表明,在保持整层水汽含量不变的情况下,线状对流和雷暴大风易发生在中层干、下层湿的环境中,这种层结条件对雷暴高压的增强有重要作用,但不利于整个对流系统的长时间维持.

导致区域性雷暴大风天气的云型分类及统计特征分析

利用2005—2011年的静止卫星、常规探空和重要天气报资料,文章选取了18次典型区域性雷暴大风过程,在分析500 hPa天气形势基础上对导致雷暴大风的强对流云型进行了分类分析,其发展过程可划分为初始、发展、成熟和消亡四个阶段。对静止卫星观测的定量特征分析表明,对流云团中IR1通道和水汽(WV)通道的亮温差基本为负值,其值的不断减小预示着强对流在持续发展;在监测和预报雷暴大风天气时,需要特别关注长椭圆形强对流云带的右侧和其右侧的孤立对流云团,尤其是TBB(红外亮度温度)低负值区、TBB高梯度区、IR1和WV通道亮温差值区及大梯度区均配合的区域。在定性分析的基础上对静止卫星IR1与WV通道的亮温特征进行了定量统计分析,获得了雷暴大风出现站点附近的红外亮温、水汽亮温、IR1与WV通道亮温差和红外亮温梯度的分布情况,结果发现大部分站点的雷暴大风天气出现在以下时段:红外亮温由急剧下降到平缓下降之间的过渡期;IR1与WV通道亮温差由迅速下降转为缓慢下降或稳定少变的时间点前后,且多数处于IR1和WV通道亮温差由正转负临近的时间段内;红外亮温梯度达到最大的时间点附近或开始下降的时候。

江门市雷暴多发期气候特征研究

使用江门市1961—2010年和广东省其他20个地级市1971—2010年期间的逐日雷暴日数资料,用频率分析和主因子分析等方法,对江门地区雷暴多发期的气候特征进行了研究。结果表明,江门地区的雷暴气候特征与广东省其他市的相关性高,其雷暴发生的气候规律在广东地区有很强的代表性。江门地区的雷暴多发期为4—9月;其中雷暴多发期又分为4—6月和8—9月的前、后雷暴多发期,7月为过渡期。前雷暴多发期有先下降然后上升的气候变化趋势,突变年份是1983年,与西风带大气环流的20世纪80年代初的突变对应。在候尺度的突变分析中,发现突变出现在5月第4候,与很多研究公认的南海夏季风的平均爆发日期一致。

陕西东南部一次伴有雷暴的暴雪天气分析

利用常规观测、多普勒天气雷达和ERA—Interim再分析资料(0.25°×0.25°),对2016年11月22日陕西东南部地区一次伴有雷暴的暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明:(1)此次暴雪是在低层东路回流冷空气与中层暖湿气流共同作用下形成的,700 hPa存在强的风向风速辐合,辐合区前部16 m/s的西南急流,为暴雪产生提供了有利的动力和水汽条件。急流加强是降雪增幅的主要原因。(2)冷季、强的锋区和低空急流、冷垫、逆温层、锋区之上湿的中性到条件不稳定层结、强切变低CAPE、雷达带状回波是此类天气预报中需要关注的特征。(3)整体层状云降水中,局地对流性云团旺盛发展,是此次暴雪的云系特征,暴雪发生在对流云团加强西伸、移速减缓的时段;与本地暖季相比,暴雪对流云团的面积较小,最大反射率因子所在的高度较高。(4)由动力锋生产生的次级环流上升支促使冷垫之上的暖湿气流快速上升,触发条件对称不稳定能量释放,使气块在逆温层之上获得正浮力,是暴雪发生并伴有雷暴的主要物理机制。

雷暴冲击风荷载的大涡模拟

雷暴冲击风具有同常规的大气边界层风完全不同的风场特征。为研究雷暴冲击风场中建筑物的风荷载,采用大涡模拟(LES)方法对方形截面高层建筑进行了雷暴冲击风场数值模拟,获得了高层建筑在雷暴冲击风作用下的风荷载参数。同时,对雷暴冲击风场进行了数值模拟,所得结果与理论结果吻合良好,验证了方法的可靠性。

江淮地区副高后部强对流的分析和数值模拟研究

选用1989年7月14日20时南京站的实测探空为初始资料，应用许焕斌的二维可压缩大气云尺度模式，对副热带高压（以下简称副高）后部的强雷暴产生及发展进行了数值模拟和分析。模拟结果与实际雷暴的出现情况较一致，并通过不同初始扰动方案模拟结果的对比分析，表明扰动方案1对这次过程的模拟效果最好。

安徽北部一次局地特大暴雨过程的中尺度特征分析

利用NCEP 0.25°×0.25°再分析资料、自动站加密观测资料、卫星和雷达资料,对2018年6月27—28日安徽北部出现的一次局地特大暴雨过程进行特征分析,结果表明:(1)此次特大暴雨过程发生在冷涡后部的大尺度天气背景中,低槽具有前倾结构,环境场提供了充足的水汽和能量条件;(2)降水具有低质心暖云降水特征,后向传播、低槽移动缓慢和引导气流弱是导致降水长时间维持的主要原因;(3)雷暴高压的地面出流和环境西南风的辐合导致的边界层中尺度辐合线是对流的主要触发、维持和增强机制,与对流风暴主体靠近时边界层中尺度辐合线触发、维持和增强作用强,远离对流风暴主体时作用减弱;(4)边界层中尺度辐合线的位置与等温线密集带暖侧保持一致,对流单体主要在其冷侧新生或发展增强,强降水中心位于雷暴高压冷中心附近;(5)位于风暴后部的边界层中尺度辐合线呈准静止状是造成后向传播长时间维持,进而强降水持续降落在安徽北部地区的重要原因。

江西副高边缘雷暴大风雷达拼图回波特征分析

利用MICAPS常规天气图资料、地面自动气象站资料、雷电资料和雷达拼图等资料,采用天气图中分析方法、统计方法、回波图像、回波廓线等分析方法,对2020年7月11日江西副热带高压边缘中尺度雷暴大风回波特征进行分析,结果表明:1)副热带高压控制或边缘上,江西上空100 hPa是东北风,500 hPa是西南风,高空呈现逆时针环流,T-lnP图上层结不稳定,对流有效位能CAPE(Convective Available Potential Energy)面积较大,对产生强对流天气有利;由于上下两层的风向不同,使得雷暴回波系统的移动与回波系统的云砧伸展方向不一致,从而加剧了对流上升运动,使得雷暴回波系统发展、加强、维持。2)回波产生初期是局地对流单体回波,通过不断新生单体和单体合并等方式,形成南北走向的回波短带,这种合并形成的回波短带发展旺盛时,会产生多站雷暴大风天气。3)南北走向的回波短带是产生雷暴大风的主要回波特征,虽然回波强度只有55 dBZ,但移动速度较快(60~70 km/h),造成地面大风。江西WebGIS雷达拼图上叠加多部雷达风暴跟踪信息STI(Storm Tracking Information),可以明确风暴的移动方向和移动速度,根据STI密集区判断,增加了STI的可用性。4)“前伸”或“延伸”回波反映了回波系统上方的高空风走向和积雨云的云砧飘离方向。“延伸”回波一定程度上表现出副高边缘雷暴回波系统的强弱程度。为改进副热带高压边缘中尺度雷暴大风的预警预报准确率提供依据。

高原雷暴地闪回击辐射场特征分析

该文主要利用微秒量级时间分辨率的慢天线电场变化仪资料,对甘肃平凉地区雷暴过程中云地闪电首次回击和继后回击的远区辐射场特征进行了观测研究,并与国内外结果进行了对比分析。发现高原夏季雷暴过程中的闪电特征具有较大的独特性,平均而言,高原雷暴正负地闪首次回击辐射场波形的过零时间分别为63ms、66ms;正负地闪首次回击负反冲深度分别为20%、31%,其二者均介于美国夏季雷暴和日本冬季雷暴之间。负地闪首次回击和继后回击初始峰值之后,通常叠加有明显的次峰现象,而正地闪相对较少,相邻次峰间隔依次增大,相对强度依次减小。