兰州和杭州地区闪电活动与大气不稳定参数关系的对比

利用甘肃中部地区和浙江地区的闪电定位资料,研究了闪电活动的时间和空间分布特征;并结合地面和探空资料,分析了兰州和杭州附近地区在有闪电活动时闪频数与大气不稳定参数的关系。结果表明,2地区的地面相对湿度、沙氏指数、对流有效位能和对流抑制能量与其地闪频数具有较好的相关性,杭州地区地闪频数与对流抑制能量的相关性较大,而兰州地区地面相对湿度对闪电活动的影响更为明显。

基于大气不稳定参数的广东地区雷暴特征分析

利用广东省清远地区2011、2012和2014年6-8月地闪定位资料将每天发生的雷暴情况进行分级,并结合对应的探空资料,计算对流有效位能、沙氏指数、K指数等反映大气稳定性或能量关系的参数,分析其在发生时间和强度不同的雷暴发生前的分布情况。结果表明,沙氏指数、抬升指数、K指数、全总指数、强天气威胁指数和对流有效位能与雷暴强度有一定的相关性,而对流抑制能量、粗理查森数与雷暴强度间没有发现较好的相关性。广东地区雷暴发生前沙氏指数小于0℃,抬升指数小于-2℃,K指数大于30℃,对流有效位能大于500J/kg,更容易产生中强雷暴。广东地区的K指数高于青藏高原地区20℃左右,对流有效位能的平均值高于青藏高原及陕甘宁地区约300J/kg,其余参数分布特点与部分地区相似,进一步反映了广东地区雷暴特征的特殊性,加深了对广东地区雷暴特征的认识。

低纬高原大气不稳定参数与雷电活动相关性

应用云南省2014—2017年闪电资料和探空资料,分析了低纬高原地区大气不稳定参数与雷电活动的相关性,从9个参数中选取了相关性较强的5个参数,运用数理统计方法确定各参数可预测雷电发生的阈值,再运用复相关系数法计算各参数权重,建立雷电潜势预报方程。最后通过预报检验法及个例分析法对方程进行验证,结果显示低纬高原地区大气不稳定参数对雷电活动较为敏感,响应阈值普遍低于平原区域。该预报方程对未来12h雷电活动的发生预报效果显著,具有良好的推广运用价值。

对称不稳定大气中的孤立行波精确解

通过对二维准动量无辐散、无摩擦、密度非均匀分布的层结大气中基本气流切变对非线性方程组行波解的影响问题的研究，证明：（ａ）在对称稳定（ｑ＝Ｎ２Ｆ２－Ｓ４＞０）的大气中：非线性行波解为周期解，且其周期与相应的线性周期解的周期相等；（ｂ）在对称非稳定（ｑ＝Ｎ２Ｆ２－Ｓ４≤０）的大气中：存在两类非线性行波解，其性质是由参数Ｂ决定的。Ｂ＝（Ｎ２ｓｉｎ２φ－２Ｓ２ｓｉｎφｃｏｓφ＋Ｆ２ｃｏｓ２φ）／σ２。（１）当Ｂ＞０时为周期解，且其周期与相应的线性周期解的周期相等；（２）当Ｂ≤０时为孤立波解。

一种大气湿不稳定能量预报指数

本文在分析θ_se值的垂直分布廓线的基础上,提出了一种能清楚地解释对流运动强弱的指数——湿不稳定能量指数Cm;并用广州、海口两地1979～1983年5月份10层的温度、露点等要素,作实际计算和分析,发现大气对流层中存在5种类型对流形势,并初步分析了不同的对流形势下的Cm值与降水的关系。

大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。

安徽闪电分布特征和不稳定条件分析

利用安徽2008--2011年LD-11型闪电定位系统资料，以统计方法分析安徽闪电分布特征，发现安徽闪电的发生较为集中在7-8月，闪电极性以负闪为主（约占总闪的93％以上），同时存在南北差异。南部的闪电数和平均电流强度比北部大，但北部正闪比例略高于南部。进一步结合2008-2011年阜阳、安庆两站探空资料，选取了抬升指数、对流有效位能、700-400hPa平均相对湿度、700hPa假相当位温、850-500hPa温差、沙氏指数与K指数7个大气不稳定参数，以两站为中心的0．5个纬距范围内，分析了探空放球时间后6h内，大气不稳定参数与闪电活动的关系，确定了闪电活动的不稳定参数阀值．为闪电活动预报奠定基础。

浙江省2021年"5·10"强飑线过程分析

针对2021年5月10日夜间强跑线过程,利用全球气候模式第5代大气再分析数据集(ERA5)再分析资料、FNL再分析资料和每小时地面自动气象站观测资料,从天气形势、雷达回波演变特征、地形条件、水汽和大气层结等方面进行分析。结果表明:(1)此次跑线过程是在高层急流增强、500hPa中高纬脊前干冷平流输送、低纬小槽东移、低涡加深发展的天气背景下产生的,低涡南部高温高湿区在切变线和地形辐合作用下抬升,配合高层辐散形成较强的垂直运动,中尺度系统生成并组织发展成为跑线。(2)鄱阳湖附近有呈西南一东北向分布的低海拔狭长带,容易形成地面风向辐合。高空槽从高海拔地区东移至该地,低涡发展,低层切变线叠加在地形作用形成的地面风向辐合上,使得抬升作用增强,配合鄱阳湖附近充沛的水汽条件,对跑线的触发和组织化发展具有一定的正向贡献。(3)来自南海的水汽输送增强以及水汽在赣浙交界的辐合抬升作用,为强对流过程的发生发展提供了有利的水汽条件。(4)显著的上干下湿环境场、低层高能量储备、较大的高低空温差以及明显的垂直风切变容易形成较强的不稳定层结,其与雷达回波之间有一定的对应关系,对于跑线的发生发展有一定的追踪和指示意义;这些不稳定层结条件对强跑线的触发、组织化发展以及跑线南侧列车效应生成中尺度对流系统有明显的增幅作用。

2007年7月18-19日山东省大暴雨天气分析

应用常规观测资料、中尺度站资料、卫星云图、雷达回波和T213数值预报产品,对2007年7月18—19日山东省大范围对流性暴雨天气的成因进行了分析。分析了产生暴雨的天气系统特征,大气垂直稳定度和对流有效位能,产生暴雨的水汽条件和动力触发机制,给出了产生暴雨的对流云团演变特征。研究结果表明,对流性大暴雨是由东北冷性低涡、前倾槽、副热带高压边缘西南暖湿气流和冷空气的共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,把水汽源源不断地向暴雨区输送。前倾槽结构和低层增温增湿使得大气强烈的对流不稳定和对称不稳定。低层较强的东北气流与强盛的西南暖湿气流侧向汇合,垂直涡度增大,辐合上升运动增强,对流不稳定能量释放,产生中尺度对流云团。地面冷锋前生成中尺度低压,加强了辐合上升运动。高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持。卫星云图中显示两个对流云团合并发展形成中尺度对流复合体(MCC)。雷达回波中表现为两个东西向的带状强降水回波相衔接,缓慢南移;暴雨区上空东北气流、西北气流和西南气流相汇合;低层东北气流逐渐增大,冷空气从低层侵入。

副热带高压影响下陕西关中强对流发生的环境场特征及触发机制

2015—2018年陕西关中出现了4次副热带高压(以下简称副高)影响下的强对流天气,造成局部地质灾害和城市内涝,全球模式对短时暴雨出现了漏报。利用ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)、地面加密自动站和西安站多普勒天气雷达等资料,分析此类强对流的环境场特征和触发机制,为预报预警提供思路。分析结果表明:陕西关中副高控制下的强对流往往与高温天气并存。对流发生时低层水汽含量大,可降水量在50 mm以上;相对于副高外围的系统性暴雨,此类天气水汽输送较弱;水汽输送强弱决定了过程总雨量大小。此类强对流强辐合中心位于地面到800 hPa,相对于系统性暴雨辐合中心位置更低,低层的辐合主要作用是克服对流抑制,释放不稳定能量。对流发生有利的环境条件包括:强的位势不稳定层结、低自由对流高度、中等强度对流有效位能、较厚的暖云层。触发机制主要是地面冷锋和低层风场辐合线,上游冷锋后的降水降温效应会加大温度梯度使冷锋增强,锋面侵入副高内部高温、高湿大气,从而触发对流;暖区对流一般由地面中尺度辐合线触发,对流产生的冷池前沿阵风锋触发新生对流。秦岭地形对对流的移动和传播有明显影响,在关中北部新生对流南移过程中容易在秦岭北麓沿山维持,造成暴雨天气。而在秦岭北麓的地形辐合线上新生的对流系统,下山过程中由于势能向动能转化,对流系统移速加快,其出流边界触发平原地区对流发展,强降水持续时间较短,更容易产生大范围雷暴大风天气。

雷暴持续时间与地闪活动的预报方法研究

根据2007—2008年6—8月湖南地区地闪定位、天气背景及探空资料,利用天气学分型及数理统计等方法,对湖南夏季雷暴的天气背景、持续时间以及雷暴过程中地闪的活动进行分析,定义的地闪频数指数(Icgf)可以较好地区分地闪活动等级;利用逐步回归方法分别得到了雷暴持续时间及地闪频数指数的预报方程,且均通过的信度检验,并进一步提出了各地闪活动等级预报的诊断指标。

贵州中南部2次MCC致洪暴雨的综合分析

应用常规观测资料、卫星产品和NCEP 2.5°×2.5°逐6 h再分析资料,对2008年5月25～27日和2011年6月4～5日贵州中南部对流性暴雨天气的成因及异同点进行了分析。结果表明,2次连续性暴雨过程都是在500 hPa相对稳定的环流形势下,青藏高原有小槽不断东移,配合中低层的低涡切变等中尺度系统产生的。2次暴雨过程均为MCC反复在贵州生成所致。第一次过程(5月25～27日),大气不稳定能量很高,层结极不稳定,上升运动非常强;而第二次过程(6月4～5日)地面上贵州一直有静止锋维持在中部一线,大气为中性或稳定层结,但低空急流条件明显优于第一次过程。2次过程在水汽条件、不稳定条件和抬升机制等方面均有一定差异,而这些差异与副热带高压的位置有关。地面中尺度低压中的辐合线或静止锋的存在,加强了辐合上升运动,从而在贵州中南部反复生成中尺度对流复合体。根据分析结果,尝试探讨了这类暴雨的预报指标。

2008年9月四川一次持续暴雨过程触发及维持特征

利用NCEP1°×1°6h再分析资料和常规观测资料,对2008年9月22—27日四川盆地持续性暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:副热带高压、东北冷涡、低空切变、青藏高原东部高空槽以及台风是影响此次暴雨过程的主要天气系统;来源于南海及孟加拉湾的低层偏南气流提供了稳定的水汽输送;暴雨前期850hPaθse场呈典型的"Ω"形分布;强烈的上升运动触发不稳定能量释放,有利于强降水天气的发生发展。

暴雨发生前AIRS卫星资料适用性检验研究

利用AIRS卫星产品中的气温和水汽资料,计算出K指数(IK)和沙氏指数(IS)这两种大气不稳定指数。对暴雨发生前6 h左右这两种大气不稳定指数进行统计分析。统计结果表明:在暴雨发生前6 h左右,80%左右的暴雨发生在IK>27.5℃或IS<3℃的情况下。由于IK的分布与暴雨发生的频率基本呈现出较为明显的递增变化,因此IK与IS相比能更好地反映暴雨天气的发生。为了更好地描述暴雨发生前的大气不稳定特征,将AIRS计算的IK和IS做了适当的结合,得到KS指数(IKS)并将其运用到一次暴雨个例进行验证,从验证效果来看:暴雨发生的区域在6 h前基本都处在了IKS较高的情况下,IKS对暴雨具有一定的指示意义。通过对暴雨区域像元中AIRS反演的气温和水汽误差分析中可以得出:AIRS计算的IK和IS误差主要由AIRS在有效云量较高时850h Pa高度上反演的气温以及700h Pa和850h Pa高度上反演的水汽的误差导致的。

湖南雷暴天气中地闪活动的预报研究

利用湖南地区ADTD闪电定位仪资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,对湖南夏季雷暴发生过程中地闪的区域特征、及地闪与大气不稳定参数的相关关系进行分析,提出地闪活动预报的诊断指标并建立不同区域地闪数的预报方程。结果表明:采用经验正交方法研究地闪活动的空间分布特征发现湖南地闪活动可分为3个区域:湘西山地区、湘东北平原区及湘南山地区,各区与地闪相关性好的不稳定参数分别为,湘西山地区:对流不稳定能量、抬升指数、修正K指数及粗理查逊数;湘东北平原区:抬升指数、修正K指数及大气可降水量;湘南山地区:通气管指数。并且不稳定参数与地闪数具有一定的回归关系,各区潜势预报方程对实际应用具有参考价值。

西南地区两次典型大暴雨环境场的对比分析

四川盆地位于青藏高原的东侧,受其地理位置的影响,该地区的天气和气候复杂多变。尤其暴雨预报,是气象工作者一直面临的难题。本文利用欧洲中期天气预报中心ERA-Interim再分析资料、格点化的降水资料(CN05.1)以及常规气象观测站探空资料,从环流背景、水汽条件、动力和热力条件对比分析了2015年夏季四川盆地7月13～15日("7.13"过程)和8月16～18日("8.16"过程)两次暴雨过程的环境场,以期加深对四川盆地暴雨机制的认识。结果表明:1)相对稳定的大尺度环流形势为两次大暴雨发生发展提供了有利的背景场。2)两次过程均存在明显的高空急流和低空急流,并且"8.16"过程高空急流明显强于"7.13"过程,这也是两次过程降水强度存在明显差异的原因之一。"7.13"过程主要以低空北向急流输送孟加拉湾水汽到四川南部;"8.16"过程低空急流输送孟加拉湾水汽受四川东北部、重庆上空西南涡影响,主要以气旋性环流输送水汽到暴雨上空。3)从暴雨预报的指示意义上分析,两次暴雨过程大气均处于不稳定状态,假相当位温对于暴雨的强度和落区有较好指示。位涡扰动向低层传输,位涡的增大预示着强降水的发生。

2011年7月31日黑龙江省暴雨天气诊断分析

应用常规观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图产品,对2011年7月31日黑龙江省西部暴雨天气成因进行诊断分析。讨论了产生暴雨的天气系统特征,大气不稳定条件及产生暴雨的水汽条件和动力触发机制。结果表明:暴雨是由低涡、低涡槽前暖湿气流与冷空气的共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,将水汽源源不断地向暴雨区输送。低层增温增湿使得大气层结不稳定。低层较强的西北气流与强盛的东南暖湿气流汇合,产生强切变,辐合上升运动增强,为暴雨的产生提供了动力条件,有利于不稳定能量释放。高层辐散与低层辐合相配合,有利于上升运动发展和维持。地面中尺度低压和中尺度辐合线为中尺度云团的发展和维持提供了条件;中尺度云团在暴雨区旋转停留近21 h,这是暴雨发生的主要原因。

黄土高原一次副高外围暴雨的对流环境及触发条件分析

利用常规气象观测资料、EC-interim逐6 h 0.5°×0.5°再分析资料、卫星云图和雷达资料,对2017年7月25-26日陕北大暴雨过程成因进行了综合诊断分析,结果表明:河套地区西风东移与副高外围暖湿气流在陕西交汇,为暴雨提供了有利的环流形势;陕北暴雨区有两支水汽输送带,700 hPa上西南风急流水汽输送以及850 hPa上偏东风急流水汽输送,为暴雨提供了充沛的水汽和能量;700 hPa上榆林东部水汽辐合抬升,加之850 hPa偏东风在东部河谷辐合爬升,造成榆林东部地区的大暴雨天气;对流条件分析发现,暴雨发生前陕北地区中低层湿度较好,850 hPa比湿达到15~17 g/kg,大气不稳定度强,850 hPa和500 hPa的温差达到28℃,假相当位温相差18℃,CAPE值达到了2 354 J/kg,充沛的水汽、能量条件为对流提供了十分有利的条件;河套东北侧弱干冷空气与西南暖湿气流在陕北形成假相当位温密集带,大气湿斜压性增强,锋生触发陕北地区不稳定能量释放,形成强降水;不稳定分析表明,在降水前期及初期,大气对流不稳定度高,随着降水的产生,对流不稳定能量释放,强降水凝结潜热对中层大气的加热作用,又使得大气斜压不稳定增强,中层大气锋生造成的垂直运动使得陕北地区的强降水持续,造成大暴雨天气。

山东“7.18”致灾暴雨成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料和NCEP再分析资料,对2007年7月18日山东省大暴雨过程进行了诊断分析,同时还分析了暴雨致灾原因。结果表明,本次大暴雨是由高空冷涡南部的低槽、底层准东西向切变线、副热带高压西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了极好的热力条件,强盛的低空西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时山东上空低层高温高湿、能量增大,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结。沿850 hPa切变线北侧东北气流迂回南下的冷空气与低空西南急流携带的暖湿空气在山东交汇,冷暖空气在对流层低层相互作用,具有明显的暖锋锋生特征,弱冷空气的低层侵入对暖湿空气具有抬升作用,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。地面存在中尺度辐合中心或辐合线的生成和发展,是这次大暴雨产生的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。降水历时短强度大,特殊的地势地貌是本次暴雨致灾的重要原因。

微波辐射计在西安咸阳机场强对流短临预报过程中的应用分析

利用西安咸阳机场人工观测场内架设的MWP967KV两种型号的地基多通道微波辐射计探测资料对2017年6月29日发生的一次强对流降水天气过程进行了探测分析及对比。结果表明:在这次强对流天气过程中,上升气流强盛,引起云底高度出现明显波动,低层空气向上输送释放凝结潜热导致等温线上抬,整层水汽与液态水含量有多峰结构产生;利用微波辐射计资料二次反演计算分析了KI、SI、TT三个大气不稳定指数,这些指数对强对流天气的短临预报有很好的指示效果,探测结果具备一定的临近预警潜力。