一次弓状回波、强对流风暴及合并过程研究Ⅰ:以单多普勒雷达资料为主的综合分析

利用济南CINRAD/SA雷达探测资料,结合卫星、自动站和其他常规天气资料,分析了一次弓状回波和强对流风暴的发生、发展,弓状回波和强对流风暴合并形成新弓状回波后又演变成逗点回波的过程。结果表明:(1)强对流过程发生在东北低涡横槽转竖过程,大气环境具有较大的对流有效位能和中等强度的低层垂直风切变。FY-2C卫星的红外云图显示,产生弓状回波的云团是在邻近云团的出流边界影响下发展、加强的,而地面自动站资料清楚地显示出弓状回波影响区域温、压、湿等在20min内发生的剧烈变化。(2)多普勒雷达产品资料分析表明,这是一次典型的弓状回波过程,系统演变经历了典型弓状回波演变过程的每一个阶段:高大对流回波、弓形和矛状阶段及逗点回波阶段。(3)强对流风暴出现在弓状回波前沿约75km的暖区中,具有普通超级单体的一些特征,移动缓慢。(4)弓状回波和强对流风暴合并阶段,弓状回波已处于逗点云系的后期。超级单体逐渐靠近弓状回波的颈部,在短时减弱后又快速发展并填补了弓状回波减弱部分。在弓状回波后侧强入流作用下,超级单体发展成弓状回波,并很快演变成逗点云系,其旋转头部发展很强并产生灾害性大风。

一次弓状回波、强对流风暴及合并过程研究Ⅱ:双多普勒雷达反演三维风场分析

利用济南和滨州两部新一代多普勒雷达反演的三维风场,分析了发展成熟和减弱阶段的弓状回波、强对流风暴的三维风场结构,以及两者合并过程的风场变化特征。结果表明:(1)弓状回波的头部和尾部分别对应气旋性和反气旋性环流,气旋性环流较强。在逗点云系阶段,回波强度、主上升气流,以及气旋和反气旋性环流开始减弱。(2)强对流风暴靠近处于消散期的旧对流风暴时产生了较强的下沉气流,促使强对流风暴的产生和发展。强对流风暴的强回波区在低层为风场辐合中心,而高层则对应辐散流场。(3)强对流风暴和弓状回波合并过程显示,弓状回波处于逗点云系阶段的后期,前沿只有弱的上升气流,而强对流风暴处于成熟、减弱阶段,靠近弓状回波一侧有较强的下沉气流,两者相互靠近的过程中弓状回波前沿的弱上升气流与较强的下沉气流汇合,导致弓状回波迅速减弱,强对流风暴也短时减弱。随着弓状回波后部有组织的后侧入流的侵入,强对流风暴中的暖湿气流被剧烈抬升,促使风暴发展的更加强盛。

江淮地区弓状回波的分布和环境特征分析

本文结合探空、地面、再分析资料和强对流重要天气报文资料,分析江淮地区(30°~36°N、115°~122°E)弓状回波发生的主要环境条件和灾害性雷暴大风特征,重点利用我国2009—2012年新一代多普勒天气雷达资料,分析弓状回波时空分布和三维结构及其成灾机制。统计结果表明:弓状回波常发生在傍晚(17—20时),分布在安徽西北部到江苏东南部、山东东南部到江苏的西南部,以及安徽南部的两山地间的平原地区。其产生的极端大风(≥10级)占该地区极端大风的30%。产生弓状回波的天气背景主要是东北冷涡和高空槽,中等的对流不稳定度[平均对流有效位能(CAPE)为1780 J·kg^(-1)]和垂直风切变(平均1000~700 hPa风切变为11.6 m·s^(-1)),中层存在明显的干层。东北冷涡环境下的弓状回波系统具有较大的下沉对流有效位能(DCAPE)和地面的强冷池。根据雷达观测的结构,江淮地区弓状回波可分为三类:典型弓状回波(BE)类型、弓状回波复合体(BEC)类型和飑线型弓状回波(SLBE)类型,所占比例分别为28.6%、14.3%和57.1%。

一次弓状回波和超级单体过程分析

本文利用济南CINRAD/SA雷达的探测资料对2005年7月12日发生在山东境内的一次弓状回波和超级单体过程分析表明,这次弓状回波和超级单体产生在东北低涡横槽转竖及真潜在不稳定的天气形势下。雷达本站的风廓线清楚揭示了横槽转竖前后的高空风场变化,对强对流天气的临近预报具有指示意义。横槽转竖时弓状回波产生,反射率因子图上后侧入流槽口的出现是弓状回波即将形成的前兆信号。一个典型超级单体产生在弓状回波头部前方的暖区中,二者相互作用合并后强度加强。弓状回波具有持续产生中气旋的能力。中气旋多出现在其头部和颈部的前沿,绝大部分中气旋产生冰雹和大风等灾害性天气。

华南“4.21”弓状回波的γ-中尺度涡旋雷达观测分析

γ⁃中尺度涡旋对弓状回波地表灾害性大风具有重要影响.针对2017年4月21日发生在华南地区的一次弓状回波过程,利用广州业务多普勒天气雷达观测对该过程中的γ⁃中尺度涡旋进行分析.本次过程共识别到20个γ⁃中尺度涡旋,按照相对弓状回波顶点的位置,将其分为三类(北侧、南侧和中部),不同类别在数量上无明显差异.北侧的中涡旋主要出现在弓状回波发展阶段,平均方位切变强度为3.42×10^(-3)s^(-1),中部中涡旋伴有明显的局地化弓状回波结构出现,平均方位切变强度与北侧相当.南侧中涡旋的平均方位切变强度最弱,但是在弓状回波南侧径向速度的辐合区形成了本次过程生命史最长的中涡旋.进一步利用ERA5再分析资料对中涡旋的生成环境特征进行分析,结果表明,北侧中涡旋的环境具有较强的垂直风切变,但对流有效位能较弱,南侧则刚好相反.

一次弓状降雹回波区流场的反演

通过对一次典型弓状降雹回波区的流场进行反演及特点分析，发现用矩不变量法反演出的回波区流场结构，与藤田关于弓状回波的概念模式非常吻合，利用该方法估测出的流场、散度场、涡度场所表现出的信息，与降雹实况是一致的。该研究可为中小尺度强天气的监测，提供高时空分辨率的流场资料。

弓状雷达回波的个例分析

文章介绍了在一次强风暴系统的雷达探测中发现的弓状回波，讨论了回波的性质、结构及其成因，分析了它与中尺度系统的关系．表明藤田模式也适用于中尺度系统，并指出气旋式运动和反气旋式运动分别出现在逗号状回波的转动头部和尾部．尾部的向前移动方式是传播性的，且与近地层气流的辐散辐合紧密联系．

湖南衡阳“4.04”强下击暴流预警关键点及环境条件分析

2023年4月4日下午湖南衡阳出现一次强下击暴流过程(简称“4.04”强下击暴流),造成严重灾害。利用常规气象观测、多普勒天气雷达、NCEP1°×1°再分析等资料对该过程极端大风的预警关键点与环境条件进行分析。结果表明:(1)“4.04”强下击暴流发生在“斜压锋生类”天气系统配置下,地面冷锋提供了触发条件。探空曲线上干下湿特征明显、大气对流参数及订正后的对流有效位能表现出明显的不稳定特征,垂直风切变强,利于极端大风发生。(2)中尺度对流系统(MCSs)弓状回波扫过衡阳,造成区域性下击暴流;极端大风发生在对应风暴单体快速移动时,最大反射率因子达60 dBz,垂直积分液态水含量及质心高度快速下降;反射率因子具有明显倾斜结构,弓状回波、后侧入流急流、径向速度模糊特征明显;低仰角“非对称速度大值区”和“速度对纯辐散”是极端大风预警关键点。(3)强下击暴流发生在斜压锋生类天气系统配置下,地面冷锋提供了触发条件。探空曲线上干下湿特征明显、大气对流参数及订正后的对流有效位能表现出明显的不稳定特征,垂直风切变强,利于极端大风发生。(4)强下击暴流对流潜势明显,低层水汽通量辐合强、比湿大;具备一定的热力不稳定及垂直上升运动条件,且有低层辐合、高层辐散与之配合;冷空气对本次过程发生发展起到了重要作用。

一次强对流风暴的雷达回波产品分析

利用济南新一代天气雷达产品R19(反射率因子图)、V27(径向速度)、VIL57(垂直积分液态含水量)等,对2005年7月12日的强对流天气进行分析。强对流风暴发展初期为两快强烈发展的回波,造成了高唐县等地的大风、冰雹灾害;之后发展为弓状回波,弓状回波移动过程中造成大风灾害;弓状回波快速移动中与孤立回波的合并再次造成沂源县境内的大风和冰雹灾害。新一代天气雷达垂直积分液态含水量产品对降雹预警预报有很好的指示意义。

陕西中部一次下击暴流的多普勒雷达回波特征

利用西安多普勒雷达产品资料对2006年6月25日发生在陕西中部的一次下击暴流天气进行初步分析,结果表明:强单体合并加强形成弓状回波并产生了33m·s-1的大风天气;弓状回波反射率因子核心(60dBz)的高度下降明显;垂直液态水含量高达70kg·m-2;弓状回波中层辐合较强,多普勒风场中层辐合区特征比较明显。

一次飑线过程多普勒雷达回波特征分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和新一代天气雷达资料对2008年9月4日天津一次飑线过程进行和雷达回波特征分析。飑线的形成和发展主要由两个中尺度β系统和一个中尺度γ系统共同作用,雷达反射率呈弓状回波特征,中γ系统的融入是飑线的发展的加强机制。垂直液态水含量和强冰雹概率的骤变能够较好的对应降雹的时间,基本径向速度能够反映系统高层辐散、低层辐合的动力结构,中层径向辐合的出现在一定程度上对短时大风预报预警提供依据。

雷电天气监测与雷电回波特征分析

为了解决雷电天气的实时监测与雷达回波的识别问题。文章利用2015-2018年雷电监测数据和雷达拼图数据,对江西宜丰和上高县的雷电天气和雷达回波特征等进行统计和对比分析,得出近年来,宜丰和上高县雷电活动次数逐渐增多,强度逐渐增强;飑线回波带是造成宜丰和上高县雷电的重要回波系统,尤其是回波带出现弧形弯曲,形成弓状回波带时,雷电天气更加明显;超级单体回波是造成宜丰和上高县区域雷电的重要回波系统;雷电监测可以通过“宜丰雷电监测产品自动显示与预警系统”发布。

一次中尺度对流风暴成因及CINRAD回波特征分析

用常规天气图、云图和CINRAD资料,分析2005年3月22日影响华南地区一次中尺度对流风暴过程。揭示中尺度对流风暴的环流背景条件及其成因:500 hPa槽前西南急流和850 hPa低涡切变东移南压及低空西南急流为对流风暴生成发展提供了有利条件;边界层华南西部低涡切变系统和地面中气旋及冷空气南下影响的共同作用是此次对流风暴的触发机制。该风暴的发生发展过程是在中等偏强的垂直风切变条件下,有利于发展成组织性完好的对流风暴。CINRAD回波结构及特征有:此次中尺度强对流风暴反射率因子表征为飑线回波带,强回波区呈弓状,其后侧有弱回波通道,预示有灾害性大风;弓状强回波头部及其带上出现了中气旋;径向速度图有逆风区及风暴相对径向速度图上有辐合区出现,在弓状回波头部有气旋性辐合等特征。分析结果有助于对流风暴的探测和预警预报服务工作。

新余市渝水区雷暴大风雷达拼图回波特征分析

为了提高对雷暴大风的监测预警能力,文章使用自动气象站资料和江西WebGIS雷达拼图组合反射率CR产品资料等,采用回波图像对比分析等方法,对新余市渝水区70个大风个例进行分析。文章详细介绍了资料来源和雷暴大风实况;对雷达拼图回波特征进行了分析和研究,最后得出结论。研究成果对新余市渝水区雷暴大风天气的监测预警提供了分析依据。

2020年3月初百色市冰雹过程雷达回波特征分析

利用常规气象资料、探空资料和百色新一代天气雷达等资料,对2020年3月3日百色市冰雹过程进行分析。结果表明,这次冰雹是在南支槽、切变线和冷空气共同作用下发生的;冰雹发生时具有上干下湿的不稳定层结,较强的垂直风切变和合适冰雹生长的O℃和-2O℃高度环境;降雹是由于对流单体发展为强单体风暴,再经风暴发展合并成“弓状回波”影响造成,高反射率因子及“弓状回波”维持时间较长是此次冰雹较明显的特征,雷达回波具有典型的超过60dBz强回波、旁瓣回波、低层辐合高层辐散、垂直累积液态含水量(VIL)跃增等特征。

一次罕见的致灾飑线天气雷达回波分析

使用MICAPS资料、江西强天气监测数据、江西WebGIS雷达拼图数据和江西自动站等数据,采用数据统计、形态分析、个例对比等方法,对2019年3月21日江西上饶强飑线过程进行分析。结果表明:1)飑线是在低层暖湿、中层干冷,不稳定的大气层结以及江南暖倒槽发展、地面中尺度辐合线、低层切变线、急流共同作用下产生的,前期属于槽前暖平流强迫类强对流,后期冷锋强迫抬升转为斜压锋生类强对流;2)对流回波带发展成弓状回波结构后,回波强度CR可达60~70 dBz,弓状回波带中段前沿向前突出,移动速度达到110 km/h,带来雷暴大风、冰雹、强雷电和短时强降水等强对流天气;3)对流风暴前端大的回波梯度、快速移动的弓状回波,以及明显的悬垂结构、强的VIL都是容易造成雷暴大风、冰雹和短时强降水的雷达回波典型特征。

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。

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明:①FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。②上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。③此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。

通辽地区一次短时强降水特征分析

利用常规观测资料、地面加密自动气象站观测资料、多普勒天气雷达观测资料和ECMWF-ERA5再分析资料,对2018年8月28—29日通辽地区的短时强降水、雷电、大风等强对流天气进行分析。结果表明:此次短时强降水天气发生在高空冷涡和低层“人”字形切变线形成的强不稳定的层结背景下,700~850hPa持续的偏南气流为此次暴雨过程提供了充沛的水汽,“上干下湿”的垂直结构配置加剧了对流不稳定性,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和辐合中心则是此次强降水的主要动力触发机制,小时降水量达到峰值时,地面气象要素突变,极大风速达24.0m·s^(-1);此次短时强降水主要的影响系统为弓形回波复合体(BEC),它是多个对流单体群在移动发展中逐渐合并、断裂再生成的过程,雷达回波中有低质心、弱回波悬垂、单体回波顶高大于8 km、逆风区等特征。