应用雷达产品计算风暴相对螺旋度

风暴相对螺旋度（SRH）反映了一定气层厚度内环境风场的旋转程度和输入到对流体内环境涡度的多少，对雷暴、龙卷和大范围暴雨的分析与预报有一定的实用价值。首先探讨了由多普勒天气雷达提供的垂直风廓线（VWP）产品计算SRH的方法和步骤。根据此方法，分别计算、分析了暴雨、冰雹、大风三个天气个例的SRH。结果表明：SRH与大面积降水过程的暴雨雨强有很好的对应关系，降水强度的变化滞后SRH强度的变化约半小时左右，可以由SRH大致估计降水加强及消亡的时间；SRH对尺度非常小的冰雹、大风等强对流天气有提前10～20分钟的预报作用。应用VWP产品计算出的SRH，可以作为实际业务工作中暴雨、冰雹、大风等强对流天气的预报因子，给预测人员预报强对流天气提供宝贵时间。

风暴相对螺旋度与强对流天气类型的关系分析

对风暴相对螺旋度(SRH)的定义进行了介绍。通过对2007—2008年石家庄地区27次强对流天气过程的统计分析,找出短时暴雨、冰雹和大风任意组合时高、低层SRH的不同特征,得到不同天气现象的预报指标,并利用2009年的几次强对流天气过程进行了验证。结果表明:出现短时暴雨时,SRH低经常连续较长时间为正值,但数值较小,SRH高也是以正值为主;伴有冰雹或者大风时,SRH低、SRH高的差值迅速增大,SRH高可达到100 m2.s-2或以上。

基于风暴相对螺旋度的降雨预报模型检验

风暴相对螺旋度是一个衡量对流风暴发展强度的物理量,所以对强对流天气的预报具有实际意义。通过提取2008—2010年3a天津地区153个降雨过程的多普勒天气雷达风场数据来计算风暴相对螺旋度,然后将风暴相对螺旋度与从雷达反射率因子图中提取的风暴信息相融合,得到基于风暴相对螺旋度的降雨预报模型。经过2014年4—8月天津地区59个降雨过程对本文所提出的降雨预报模型进行验证,结果表明降雨预报模型的准确率达到61%,其中提前2 h预测降雨占41%,在2 h以内预测降雨占59%。上述结果说明,风暴相对螺旋度在结合其他降雨特征后对降雨具有良好的预报效果。

风暴相对螺旋度的应用

引入了风暴相对螺旋度——SRH的概念,阐述了SRH的定义和物理意义,分析了2003-07-15大降水过程的演变。结果表明SRH作为一个预报强天气的参数具有实际意义。

基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法，探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响，最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率，可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究，相较于15min和30min，1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑，更有利于直观分析和业务化；螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合，螺旋度变化一般提前于降水变化，有1—2h的提前预报量，可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。

风暴相对螺旋度在昌吉州大降水中的应用分析

对2007—2011年5—9月昌吉、阜康、天池3个气象站大降水天气过程的风暴螺旋度(基于乌鲁木齐雷达风廓线产品)和雨量随时间的变化进行分析,结果表明:SRH数值与降水量值无明显的线性关系,降水强度的变化普遍滞后于SRH强度的变化,可根据SRH推断降水的生消;SRH正值开始时间超前于降水开始时间,有提前预报量;SRH极大值出现时间大多数超前于降水极大值出现时间,对短时(临近)预报业务有较好的指示意义。

风暴相对螺旋度在龙岩前汛期单站短时暴雨预报中的应用

风暴相对螺旋度（SRH）是一个衡量环境风场具有多大沿气流方向的水平涡度及其贡献的参数，对短时暴雨的分析与预报有一定的实用价值。读取雷达风廓线产品，计算分析龙岩11次暴雨过程中的风暴相对螺旋度与降水量之间的变化关系，结果表明SRH增量时间超前于强降水量增量时间，这对短时暴雨的临近预报有一定的指导意义。

两个不同季节台风引发广西特大暴雨的水汽和螺旋度对比分析

利用CMA热带气旋最佳路径数据、NCEP/NCAR再分析资料、广西区域自动气象站观测资料以及中国气象科学数据共享服务网提供的降水资料,对引发广西特大暴雨的深秋台风"海燕"(1330)和盛夏台风"威马逊"(1409)进行对比分析,结果表明:深秋季台风"海燕"特大暴雨中冷空气作用明显,而夏季台风"威马逊"则受西南季风影响较大。由于西南季风的作用,"威马逊"影响广西期间其水汽输送比"海燕"强,"海燕"则完全靠台风本身的水汽输送;而动力条件上,"海燕"则较"威马逊"强,表现为相对风暴螺旋度最大正值中心比"威马逊"大,同时广西上空的水汽辐合层厚度也比"威马逊"要厚得多。广西的降雨开始于东边界水汽输入达到最大值之后开始减小、南边界由水汽输出转为水汽输入且开始出现明显突增现象时,而最强降雨时段则发生在南边界水汽输入达到峰值的前后。相对风暴螺旋度正值中心与强降雨落区有很好的对应关系,并且有至少6 h的提前量,因此,相对风暴螺旋度在台风暴雨预报中可作为一个重要的参考因子。

深秋季台风“海燕”(1330)引发广西特大暴雨的水汽和螺旋度分析

为了探讨深秋季台风暴雨的形成机制,利用CMA热带气旋最佳路径数据、NCEP/NCAR再分析资料、区域自动气象站资料和中国气象数据网提供的降水资料,采用天气学分析及诊断等方法,对引发广西特大暴雨的深秋季台风"海燕"(1330)进行了分析。结果表明:广西特大暴雨期间水汽输送完全靠台风环流本身,但其水汽辐合层伸展到较高的高度。广西的降雨开始于东边界水汽输入达到最大值之后开始减小、南边界由水汽输出转为水汽输入且开始出现明显突增现象时,最强降雨时段发生在南边界水汽输入达到峰值前后。冷空气侵入前期,增强了台风的斜压性,对暴雨起积极作用,但后期冷空气的加强完全破坏台风的暖心结构,使台风迅速填塞同时暴雨也很快结束。相对风暴螺旋度正值中心与强降雨落区有很好的对应关系,并且有至少6 h的提前量。深秋季台风暴雨预报应重点关注水汽辐合高度和冷空气的作用,而相对风暴螺旋度在台风暴雨预报中有非常好的指示意义。

一次罕见飑前强降雹超级单体风暴特征分析

2009年6月5日,受一个飑线前超级单体雷暴的影响,上海部分地区出现了直径25—30mm的冰雹,随后,飑线尾随该超级单体扫过上海,造成大风、雷电和强降水天气。基于常规天气观测、多普勒天气雷达、风廓线仪和自动气象站等资料分析发现,该超级单体发生在东北冷涡西南侧的高空强冷平流与低空暖平流形成的强不稳定层结背景下,超级单体风暴发生、发展在飑线前的暖区中,经过由"热岛效应"和海陆风锋共同形成的低空辐合线时明显加强发展;该风暴呈现出"指"状、"楔"状、弱回波区(WER)等超级单体雷达反射率特征,"指"状回波处出现了中气旋的径向速度特征,具有标志大冰雹的三体散射长钉(TBSS)特征回波,通过三体散射长钉多普勒速度发现了大冰雹的下降区和增长区。分析还表明:东北冷涡西南侧横槽南摆导致中空降温,0℃层和-20℃层高度明显下降,为冰雹的空中增长提供较好的温度环境条件,较低的0℃层也保证冰雹在空中下落中融化较少。双风廓线仪对比观测表明,超级单体发展的低空风场环境中具有较大的垂直风切变和风暴相对螺旋度,中尺度对流系统与环境场的相互作用形成了有利于风暴发展和维持的正反馈机制。飑线前超级单体雷暴与飑线主体关系密切,起到类似"箭"与"弓"的引导作用,飑线主体的一部分进入超级单体所遗留下的"冷"区后明显减弱,东侧入海后也逐渐减弱,其余部分仍在发展加强;最终,强风暴逐渐减弱,超级单体特征也开始消失,飑线与之合并形成新的"人"字型中尺度对流系统,新的"弓"形回波带与原回波带相比移动方向发生右偏,因此,飑前超级单体在飑线主体移动和演变的临近预报中有重要指示意义。

1971—2020年辽宁龙卷的气候特征及环境条件分析

为了解辽宁龙卷气候特征,基于《中国气象灾害大典》《中国气象灾害年鉴》和其他相关资料,根据“改进藤田分级”龙卷级别分类标准,对1971—2020年辽宁龙卷进行强度分类和时空分布特征统计,并对比我国辽宁与美国龙卷高发区环境背景差异,分析辽宁龙卷典型的环流形势、物理量特征。得到以下主要结论:1971—2020年辽宁地区共记录到97个龙卷日发生龙卷105次,年均为2.1次,年平均龙卷生成密度为1.4×10^(-5)个·km^(-2),约为美国的1/10。EF2及以上级别强龙卷共记录到17次,年均出现0.3次。95%的龙卷出现在5—9月,67%出现在14—19时。EF2及以上级别强龙卷主要分布在辽宁中部以西地区,东南沿海地区多为弱龙卷,辽宁西北部龙卷季明显早于东南部。对流有效位能和中低层风切变随季节呈反相位变化,两者的合适配置是龙卷等强对流天气产生的前提条件。低层风暴相对螺旋度偏小是我国辽宁较美国龙卷高发区龙卷密度明显偏小的主要原因。辽宁87%的龙卷与冷涡相关,分为低层锋生主导的冷涡底部短波槽和冷涡前部型(65%)、中高空干冷气流主导的冷涡后部型(12%)以及强热力不稳定条件下中尺度近风暴环境主导的冷涡主体型(6%)。辽宁龙卷高发区典型环境条件具有以下特征:中层影响系统为冷涡,地面对应锋面气旋;龙卷常出现于低层风暴相对螺旋度中心偏西北象限,对流有效位能梯度大值区内,对应地面冷锋和干线的东侧、温度脊顶部。

“2012.4.11”两个强降雹超级单体特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、新一代天气雷达和风廓线雷达等资料,对一次强对流天气过程中两个强风暴单体的形势背景、强对流发生条件、强风暴单体演变及结构特征、风暴异同点进行了详细分析。结果表明:(1)本次强对流过程是发生在强的垂直风切变条件下;高层冷平流降温减湿、低层暖平流增温增湿的对流不稳定层结,高CAPE值为强对流发生发展提供了必要的能量条件;上干下湿的水汽分布有利于冰雹、雷暴大风的产生;适宜的0℃、-20℃层高度使此次过程地面以降雹为主;地面倒槽低压、辐合线及低层锋区的南压是这次强对流天气的触发因子。(2)两个强降雹单体雷达回波共同特征是降大雹前均出现了三体散射长钉回波,弱回波区,回波强度强,VIL密度均大于4 kg·m^(-3),成熟阶段均右偏高空风约30°。(3)长生命史超级单体风暴Ⅱ的中气旋维持2个多小时,它保证了一支强上升气流支撑空中大冰雹的增长,维持了雷暴的持续发展,使其生命史长达近6 h,同时也存在前侧、后侧入流缺口,反映了上升气流与下沉气流共存的风暴动力特征,其高层辐散更强,移动路径东略偏南且移向稳定,平均右偏高空风约28°,移速均匀为14 m·s^(-1);超级单体风暴Ⅰ的中气旋维持时间仅十几分钟,且处于弱中气旋的下限,其高层辐散和上升气流更弱,风暴生命史更短,移动路径东略偏北,除成熟阶段外右偏高空风10°~20°。这些差异与产生风暴的环境条件如垂直风切变、垂直涡度等存在差异有密切关系。

民勤一次沙尘暴的观测分析

给出了2004年5月23～24日民勤站爆发沙尘暴前后以及沙尘暴内部的温度、比湿和风速垂直廓线,分析了沙尘暴发生前后及沙尘暴期间高空气象要素的演变特征,同时对大气的热力、动力稳定度参数进行了计算和分析。结果表明：沙尘暴来临前边界层内具有深厚的混合层,大气层结处于不稳定状态,温、湿结构及风的垂直分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴发生期,出现了稳定与不稳定层相间的情形,对流减弱,抑制了沙尘暴的发展;沙尘暴天气结束后中低层大气湿度增加显著;沙尘暴的强度与相对风暴螺旋度具有良好的对应关系。

民勤一次沙尘暴天气过程的稳定度分析

用2004年5月23—24日民勤基准气象站发生的一次沙尘暴天气过程加密探测,对大气热力参数“3θ”和动力参数“相对风暴螺旋度”进行了计算和分析。结果表明:沙尘暴来临前到沙尘暴过境的前半期,大气温湿结构的分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴过境的后期,大气层结调整到稳定状态,抑制了干对流的发展;沙尘暴天气结束后整层大气湿度增大,并出现了小雨天气。沙尘暴期间相对风暴螺旋度值小于雷暴等强烈湿对流的临界值,但仍然与沙尘暴的强度有很好的对应关系。

甘肃河西走廊两次强对流天气对比分析

使用地面高空观测资料、NCEP1°×1°6小时再分析数据和张掖CINRAD/CC雷达观测数据,对2006年7月7日、8月10日发生在甘肃河西走廊中部的两次强对流天气的环流形势、大气稳定度、相对风暴螺旋度(SRH)、天气雷达回波特征进行了对比分析。分析结果表明:产生这两次强对流天气环流形势不同。7月7日飑线对流系统产生于北部沙漠戈壁由北向南移动,右移飑线前部结构为气旋式旋转;8月10日对流系统产生于青藏高原由南向北移动,来自高原上的暖湿气流水汽充足,不稳定层比7月7日深厚,产生冰雹的左移超级单体结构为反气旋式旋转。7月7日右移飑线相对风暴螺旋度降雹前为正值,降雹开始后转为负值;8月10日左移反气旋超级单体相对风暴螺旋度在发展期为负值,降雹开始后跃增到60m2.s-2以上。

一次左移反气旋超级单体的观测分析

2006年8月10日在甘肃河西走廊山丹县境内发生了一次左移（反气旋）超级单体灾害性天气,在其2 h生命史期间,山丹县境内降了最大直径2 cm的冰雹。从其发生、发展的天气尺度环境条件、多普勒天气雷达反射率因子、径向速度以及风矢端图、相对风暴螺旋度等角度,揭示了左移超级单体的特征,并利用ID方法对这次左移超级单体的移动路径进行了预报。结果表明：风矢端图上,在1.2~4.5 km高度层,左移超级单体的垂直风切变矢量呈反时针旋转;左移超级单体在发展阶段,0~3 km内相对风暴螺旋度为负值;通过比较,ID方法预报的超级单体位置比现行PUP产品中的SCIT算法绝对误差要小。

一次强沙尘暴的近地层气象要素及内部热力、动力结构特征

针对2009年4月23-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,利用专门组织观测实验得到的加密探空资料、地面自动观测站资料和其他常规观测资料,深入分析研究了此次沙尘暴发生前后及发生期间,近地层气象要素变化及其内部热力、动力结构特征变化.结果表明,1）沙尘暴发生前,大气的温度垂直递减率大,湿度较大,近地层风速小,风向偏东;在沙尘暴发生期间,大气中出现逆温现象,大气湿度很小,各层风速明显增强,风向偏西且稳定;之后,低层温度显著下降,大气湿度迅速增大,各层风速减小,沙尘暴天气结束.2）沙尘暴发生前,大气层结是条件不稳定的,在沙尘暴过境时,低层大气层结是稳定的,在800600 hPa之间大气层结是中性的,此时低层大气干燥,而在沙尘暴移出测站后,湿度明显增大,因此,“3θ”曲线可以为沙尘暴的监测和预报提供一个有价值的参考数据.3）沙尘暴爆发时的螺旋度是所有观测时次中的最大值,螺旋度与沙尘暴的强度在时间上具有良好的对应关系,即螺旋度越大,对应沙尘暴越强.4）此次强沙尘暴的形成与发展不仅受到环境风速的影响,沙尘暴内部的切向旋转速度和垂直运动速度也对其起到重要的作用.

一次西南涡致洪暴雨天气过程诊断分析和数值模拟试验

基于NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Operational Global Analysis)资料和WRF-ARW模式,对2014年7月10—12日西南涡(SWV)暴雨天气过程进行诊断分析和数值模拟试验。研究结果表明,西南涡沿切变线东移发展和低空西南急流的增强是导致此次暴雨过程的主要原因。西南涡的移向和相对风暴螺旋度(SRH)大值区有很好对应关系,SRH大值区对西南涡暴雨过程强对流的落区有较好的指示作用。沿西南涡移动方向,其前部暖平流后部冷平流有利于其前移,沿假相当位温平流场的零等值线可指示西南涡的移向。引入湿螺旋度散度(MHD)来分析西南涡降水的水汽条件发现,模式结果计算的850hPa上MHD值分布与雨区和降雨强度对应较好,但对于降水的定量预测还需考虑MHD大值区延伸的高度。

甘肃一次强对流天气的数值模拟和分析

分析了2005年5月28日甘肃中部强对流天气过程的环流形势,同时利用中尺度数值模式MM5对该强对流天气进行了数值模拟及成因分析。结果表明：这是一次较典型的蒙古低涡型强对流风暴;28日上午在甘肃中南部有不稳定能量区,午后由于局地热对流、地形等抬升作用,不稳定能量发展旺盛,地面冷锋经过甘肃中部时,由于其强烈的抬升作用,低层流场急剧辐合并有强烈的旋转上升运动,触发了不稳定能量的释放,为暴雨、冰雹等强对流天气提供了动力条件。风暴相对螺旋度和能量螺旋度指数高值区对暴雨、冰雹等强对流天气有很好的指示预警作用,强对流天气往往出现在风暴相对螺旋度极大值中心的右侧,出现时间较能量螺旋度最大值出现时间滞后1~2 h。

CAPE等环境参数在华北罕见秋季大暴雨中的应用

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2003年10月10～12日发生在华北地区的一次大暴雨过程进行模拟,利用模拟结果计算分析了对流有效位能(CAPE)、风暴相对螺旋度(SRH)、能量螺旋度指数(EHI),结果表明,以上3个参数对这次大暴雨的发生发展有较好的指示作用:在大暴雨发生前能量得到充分积累,大气处于强不稳定状态,强对流天气爆发后,不稳定能量逐渐释放减弱;大暴雨中心位于低层局地螺旋度大值中心南部等值线密集区。低层局地螺旋度大值中心轴线与切变线和地面倒槽辐合线走向一致,高层局地螺旋度与高空急流相对应;大暴雨过程主要发生在高风暴相对螺旋度结合低对流有效位能的环境中(SRH>200m2·s-2,CAPE<1500J·kg-1)。