地形、冷池出流和暖湿空气相互作用造成北京一次局地强降水的观测分析

利用地面和探空常规探测资料、多普勒天气雷达以及风廓线雷达资料,对2015年8月7日发生于北京的一次伴随有闪电和冰雹的突发性局地强降水过程的成因进行了分析。结果表明:这次过程发生在强层结不稳定环境中,对流层中层低槽配合低层切变线,促进河北西北部对流发展,并向东南方向移动,形成北京西北部短时强降水;北京中部地区强降水的直接制造者则是新生的局地性雷暴单体,由雷暴冷池出流和暖湿空气在边界层交绥和辐合所触发。北京西北部地形促使冷池出流下山速度加快、冷池出流高度抬高,以及偏东暖湿气流的辐合抬升作用,则是局地雷暴新生的重要影响因子。

一次后向传播对流风暴特征及传播机制

利用常规观测资料、FY-4A气象卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料,分析了2019年5月17日夜间发生在京津冀中部伴有强冰雹、短时强降水和短时大风的强对流天气过程。利用VDRAS资料与国家自动站资料进一步揭示对流风暴形成的环境条件以及后向传播的机制。结果表明:在有利于强对流发生发展的大尺度环流背景场下,京津冀中部的对流系统迅速发展。前期京津一带的强对流天气形成较强的东北风冷池出流,与渤海湾的东南气流交汇,在廊坊北京交界一带形成了向南移动的地面辐合线,并触发了对流。由于新生风暴单体与成熟风暴之间的正反馈作用,使得在廊坊北部形成东西向带状风暴系统,造成对流风暴不断向西传播。向西传播的风暴与西北东南向的平流共同作用,最终导致风暴运动方向为西南方向,成为典型的后向传播风暴。

一场突发性局地大暴雨触发作用的分析和探讨

利用多种非常规高时空分辨率观测资料并结合ERA5(ECMWF Reanalysis V5)再分析资料,分析了2019年6月2日长春市区的一场突发性局地大暴雨的中尺度特征,结果发现,低层或高层冷中心、暖湿气流和冷池出流三者之间不同的相互作用是该过程两段不同强度降水产生的根本原因:第一时段降水较强,并伴有强雷电和冰雹,700 hPa附近较弱冷中心在低层偏南风急流作用下北移至长春站北部并叠加在高层强冷中心之下,其下沉气流在边界层顶附近受该处降水形成的冷池和冷锋后部冷平流阻挡向南回流,冷池出流强度增强并在长春站附近迫使强暖湿气流抬升,长春站上空层结不稳定性加强,当上游对流云团东移至该地时强烈发展,回波强度超过60 dBZ,后向传播作用形成东西向线状对流,列车效应显著;第二时段降水相对较弱,仅伴有雷电,长春上空中低层仍为暖平流控制,高层冷空气继续加强并南压,其下沉气流在边界层顶附近受低层急流作用向北辐散,冷平流较强并与第一阶段强降水产生的冷池出流(较弱冷平流)在长春站附近辐合,迫使其低层相对较暖的气团抬升,700 hPa以下转为垂直上升运动,对流云团移至该处再次发展并与周围对流云团合并形成线状对流群,但两支辐合气流均为冷平流,近地面层缺少热力条件配合,不利于上升气流加强和维持,强度不超过55 dBZ且质心较低,维持时间短。

复杂地形下北京雷暴新生地点变化的加密观测研究

2008年8月14日北京发生了雷暴群形式的局地暴雨,雷暴新生地点复杂多变,形成了多个γ中尺度的强降水中心。本文利用近年来北京气象现代化建设取得的加密地面自动站、多普勒雷达、风廓线仪、微波辐射计等多种新型高时空分辨率观测资料及雷达四维变分同化系统(VDRAS)反演资料,通过精细分析地面(边界层)风场、温度场等的演变特征,讨论了雷暴新生地点变化的机制。结果表明:复杂地形与雷暴冷池出流作用相结合,主导了雷暴新生地点的变化,进而影响γ中尺度强降水中心的变化;天气尺度高低空涡、槽的配合不一致,并且系统移动缓慢,以及对流层低层的弱的环境垂直风切变,是雷暴冷池结合复杂地形发挥雷暴新生地点主导作用的重要前提;复杂地形使得冷空气在一定范围内流动,在边界层产生碰撞和辐合,起到触发和增强对流作用,并使得对流风暴的形态和走向与地形呈现出紧密相关性;一定强度的冷池出流、边界层前期的暖湿空气和对流不稳定能量的积累,是冷池出流触发雷暴新生和演变的必要条件;北京周边地区的雷暴,通过其雷暴冷池出流沿着沟谷地形或向平原地区流动,与北京山谷或城区的边界层暖湿空气形成辐合抬升机制,触发雷暴新生。

北京夏季一次罕见偏南大风天气的成因分析

利用自动站观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、多普勒雷达资料和多普勒雷达四维变分分析系统资料,对北京盛夏时节出现的一次大风天气进行研究分析。结果表明,2014年7月14日午夜,在弱天气尺度强迫的背景下,北京大部分地区出现了持续数小时的6~8级偏南风,造成此次大风天气的成因是:(1)前期(14日20:00-23:00,北京时)河北东南部—山东北部的局地强降水导致该地温度骤降、气压升高,形成冷池出流;冷池北部为弱北风和暖空气,另外受地形影响,出流气流向北推进形成偏南风;(2)偏南风与北京东北部平谷地区出现的局地强降水形成正反馈,偏南风的辐合作用有利于降水的发生;同时伴随着偏南气流的发展,北京上空的上升气流也随之增强,因此降水区的入流抽吸作用进一步促进了偏南风的加速。

复杂地形下北京一次局地雷暴新生和增强机制初探

利用变分多普勒雷达分析系统,结合多普勒雷达观测、地面自动站、风廓线仪、加密探空等非常规观测资料,对北京地区2011年8月9日局地雷暴的新生和增强机制进行了较精细的分析。结果表明:该过程是一次发生在弱垂直风切变环境下的局地强对流雷暴大风过程,环境场有较强的不稳定能量(CAPE达2 798 J.㎏-1),地面高比湿带(>20 g.kg-1)在山前聚集,城区西部山前存在一较强γ中尺度热辐合中心,前期大气环境条件十分有利于对流发生发展;上游移进北京的强雷暴受地形强迫作用影响,其产生的冷池出流被抬高,冷空气叠加在地面γ中尺度热辐合中心之上,使山前局地大气层结更不稳定,另一方面,强冷池出流产生的边界层高层偏北风与近地面弱的偏南风构成有利于对流新生的垂直风切变,地面热辐合中心、边界层热力和动力不稳定的增强共同作用是局地雷暴新生的主要机制;上游冷池出流边界(阵风锋)伴有的强温度梯度和边界层辐合上升运动是原有局地新生雷暴显著增强的主要原因;多单体雷暴相互碰撞合并产生的辐合上升运动是局地雷暴得以持续的关键因素。

北京香山“7.29”γ中尺度短时局地大暴雨过程综合分析

基于加密自动站、风廓线、微波辐射计等多种稠密观测资料,结合多普勒天气雷达变分同化分析系统(VDRAS)反演的对流层低层热力动力场,对2009年7月29日发生在北京香山地区的局地暴雨过程(简称"7.29"过程)进行了综合分析。结果表明:该过程是一次典型的局地新生雷暴引发的γ中尺度局地大暴雨过程,其发生发展突然、持续时间短、局地性强、降水强度大;降水环境场上,较低的抬升凝结高度和自由对流高度使得新生雷暴的触发不需要太强的辐合抬升机制;北京北部山区雷暴冷池出流形成的300 m左右厚度的边界层偏北风与环境场偏南风的辐合,对香山雷暴的新生起到关键触发作用,有利的局地水汽条件为香山雷暴产生强降水提供了充沛的水汽;香山雷暴发生后,由于缺乏雷暴冷池出流与环境低层垂直风切变的相互作用,导致香山雷暴难以获得有组织的进一步发展,在其发展成熟后很快消亡;复杂地形在对流发生发展过程中具有十分重要的作用,一方面在雷暴新生前期通过山前辐合抬升起到触发机制作用,另一方面对大气垂直上升运动起到增幅作用。