边界层辐合线对强对流系统形成和发展的作用

应用天津CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合线信息,对2008—2009年6—9月发生在天津地区的边界层辐合线进行了统计分析,与2002—2007年海风锋触发形成的局地强对流天气分析相结合,研究结果表明:天津地区边界层辐合线的雷达低仰角基本反射率因子产品的回波特征一般表现为弱的窄带回波,回波强度仅为15～25 dBZ,宽度一般为3～10 km。在合适的层结状态和水汽条件下,这些边界层辐合线的演变和碰撞与强对流天气的发生、发展密切相关。单一边界层辐合线一般不能形成大范围的雷暴天气;两条以上边界层辐合线之间碰撞,一般在碰撞交叉处能够形成强对流天气。若已存在强对流天气,则强对流天气将加强。

盛夏渤海湾大气边界层辐合线触发对流风暴对比分析

本文对渤海湾2008—2009年,由大气边界层辐合线引起的对流风暴进行了分析。结果表明,在高温、高湿不稳定大气层结环境条件下:(1)单一的海风锋在其端点可产生对流性降水。(2)海风锋与弱冷锋相遇,或者两条海风锋相交,或者雷暴单体的出流边界与海风锋相遇均会产生强对流风暴。(3)渤海湾边界层辐合线触发对流风暴大多发生在每年7 8月,且在副热带高压控制渤海湾后东退的过程中,此时大气层结处在高温、高湿不稳定状态。辐合线触发的对流风暴是沿辐合线移动,移动方向取决于辐合线两侧的主导风向。(4)边界层辐合线触发对流风暴,具有突发性强,持续时间短等特点,分析渤海湾边界层辐合线的移动与演变能提高强对流风暴的临近预报、预警,减少突发性天气引起的灾害。

北京局地降水中地形和边界层辐合线的作用

利用常规气象资料、雷达、风廓线和地面自动站资料,分析2007年7月两次局地对流天气过程发现,7月13日的局地短时暴雨是由低层东南风遇山脉抬升后产生的;7月10日的局地对流是由边界层辐合线触发形成的。利用风廓线可以判断天气形势和本站气象条件的变化。利用雷达回波图和地面自动站可以识别边界层辐合线。在考虑北京地形的同时,利用雷达严密监视天气,有望提高这类局地对流天气的预报、预警能力。

边界层辐合线发展成飑线的数值试验

利用高分辨率 η坐标模式 ,以一个实际飑线个例的常规资料为初值 ,通过嵌入一定强度的边界中层尺度辐合线 ,进行了边界层辐合线型飑线激发的数值试验。结果表明 :飑线实例的大尺度环境场提供了累积的有效浮力能 ,小尺度积云对流则通过对流翻腾提供高层水汽凝结潜热加热和低层降温冷却 ,而中尺度幅合线通过提供带状辐合上升运动 ,起着胚胎和组织积云对流的作用。这样大、中。

边界层辐合线触发深厚湿对流研究进展

边界层辐合线(BLCL)是指存在于边界层内的线状气流汇合带,被认为是深厚湿对流的主要触发系统,有多种类型,其触发对流作用非常复杂。文中就BLCL(不包括冷锋)触发对流事件的统计研究、其导致的局地温湿扰动对触发对流的影响、BLCL对流触发机制等方面的中外研究进行了系统回顾总结。已有研究结果表明,不同天气系统背景、不同地区BLCL的类型、表现形式不同,其触发深厚湿对流的概率、与对流风暴的位置、时间的相关也有所不同。BLCL能否触发对流还与大气环境条件、BLCL与其他动力学过程相互作用有关。在一定的对流环境条件下,局地温湿扰动不仅对BLCL的强度产生影响,而且还可以通过影响BLCL附近大气层结状态的分布影响到对流能否被触发。BLCL与环境动力和热力相互作用产生的局地变化使对流触发机制变得更加复杂。建议未来基于精细的观测资料和数值模拟试验针对不同区域、不同类型的BLCL的对流触发特征和机制开展系统研究。

边界层辐合线与渤海湾海陆风及温度变化的对比分析

应用天津新一代天气雷达结合地面自动气象站实时资料,统计分析2007年雷达监测到边界层辐合线的生消、演变规律,并研究边界层辐合线与渤海湾海陆风的对应关系以及海陆风转换前后气温的变化规律。

边界层辐合线触发锦州短时大暴雨分析

利用加密自动站资料、常规观测资料及多普勒雷达资料等,对2012年7月22日锦州东部地区短时大暴雨过程进行了天气尺度和中尺度诊断分析。分析发现锦州东部地区边界层中尺度辐合线的生成和发展,是其降水强度明显增幅的主要原因,是短时暴雨到大暴雨产生的启动机制。边界层辐合线造成水平场上的强烈风场辐合,增加该地区水汽和能量积聚,并触发该地区强烈的上升运动。另外,通过对雷达基本反射率因子图和径向速度图的分析,发现强回波区和逆风区的存在与强降水有着较好的相关,且逆风区提前于强降水出现,对短时临近强降水落区预报有很好的指示意义。

梅雨锋上两类中尺度对流系统形成的边界层特征

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF(Weather reasearch and forecasting)模式输出资料,分析了2009年6月29—30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)边界层特征及边界层对两类MCS的触发维持机理,重点分析了海平面气压场特征、边界层冷池、干线及其在MCS中的影响。结果表明:两类中尺度对流系统的海平面气压特征存在着明显的差异,对流爆发阶段地面风场存在辐合线,再次激发阶段气压场呈"跷跷板"型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内;边界层辐合线是第一类中尺度对流系统(MCS1)维持的重要因素;MCS1爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生的强辐合触发了第二类中尺度对流系统(MCS2);存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。

一次飑线天气过程多普勒雷达产品分析及临近预报

为了对飑线这类强天气作有效的预报、预警,同时对临近预报系统的预报效果作初步的检验,利用常规气象资料、自动站资料、多普勒雷达资料,结合临近预报系统分析了2006年8月1日北京地区飑线天气过程。结果表明:飑线是在有利的天气形势下发生的,飑线上强风暴的强度大、高度高;飑线速度剖面图中显示有低层辐散、中层辐合、高层辐散的特征;垂直累积液态水含量迅猛增加到比较大的数值对冰雹预报有很好的指示意义;在冰雹指数产品中以强冰雹概率大于30%作为冰雹预警门限则有较好的效果;边界层辐合线起到了触发对流和加强对流的作用。临近预报系统可作为强对流临近预报的有力工具。

具有“双对流云线”特征的北京局地暴雨初步分析

2009年7月13日北京出现了一次罕见的有双"对流云线"现象的局地暴雨,对此记载并主要采用雷达资料四维变分同化系统(VDRAS)得到的分析场资料进行了初步分析,结果表明:在高空槽、低层风场辐合的有利天气尺度背景下,在北京西南部与河北交界处,由于地形作用首先出现数个对流单体;同时由于北京城区南部存在伴随中尺度风场辐合的温度梯度带,为单条对流云线的形成提供了重要条件,因而出现了对流单体呈东东北-西西南走向线状排列的形态,单条对流云线形成。在出现单条对流云线后,强降水开始发生,对流云线两侧由于强降水产生的边界层冷池出流与环境场风场形成辐合,其中南侧出流与环境场的偏南风产生狭长辐合线,北侧出流与附近雷暴冷池及雷暴高压产生的西北气流产生辐合,同时这两条辐合线阻挡削弱了环境场对原对流云线的能量和水汽输送,从而原对流云线减弱消失,在其两侧新生出两条新的对流云线。在对流云线两侧冷池出流附近,如果环境场存在较强的温度梯度、湿度梯度以及风场辐合,则可以激发出走向与环境风场垂直相交的两条平行分布的对流云线。伴随较强垂直上升速度的边界层辐合线对对流风暴的新生有显著的动力学指示意义,时效约30～60 min。

一次局地大暴雨过程的综合分析

利用常规气象监测资料，以及卫星、雷达、闪电定位、GPS／MET等精细化监测资料，对2010年8月18日-19日的暴雨天气过程进行了综合分析发现：边界层两条仅中尺度辐合线与两条暴雨带有很好的对应关系。暴雨期间，共有6个α中尺度对流云团在边界层中尺度辐合线上生成、发展与合并，特大暴雨由β中尺度对流云团合并形成的MCS所造成。分析结果表明，暴雨发生在副高西进北抬和冷空气东移南下的背景下；700hPa、850hPa和边界层中尺度辐合线是此次暴雨过程的主要影响系统；局地闪电频次峰值出现时间早于强降水峰值出现时间1h左右；GPS探测网对水汽探测的反应早于区域加密站的观测，PWV锋区出现时间较强降水出现时间有大于12h的提前量，且PWV锋区的出现时间和位置对暴雨落区预报有一定的参考价值，可以作为判断强降水出现的一个重要参考依据。

一次后向传播强对流暴雨过程的综合分析

利用多普勒雷达、风廓线雷达以及NCEP 0.5°x0.5°再分析资料,对2013年6月24日发生在浙江北部、造成杭州严重城市内涝的一次局地大暴雨过程进行了分析,结果表明,大尺度天气背景非常有利于强对流天气过程发生;特殊的传播路径是造成局地大暴雨的主要原因;对流降水系统质心低,40 ～ 55 dBz强度的回波是造成强降水的主要因子,边界层辐合带触发的线状风暴具有明显的突发性,强回波集中在近地面层,并长时间的停滞是单点大暴雨发生的重要原因.

2020 年“8.11”四川芦山极端强降水特征及成因分析

利用地面观测降水、FY2G卫星云图、多普勒雷达数据和ERA-interim再分析资料,对2020年8月11日雅安芦山极端强降水的动力、热力、水汽输送等异常特征进行分析,探究了此次极端强降水的成因,并构建了强降水概念模型。结果表明:此次极端强降水发生在南亚高压脊线北抬、高原低槽东移加强的过程中,具有累计雨量大、突发性强、集中度高等极端性特征,槽前强盛的正涡度平流造成深厚的上升运动,边界层侵入弱冷空气和深厚的湿对流,致使降水效率偏高且强度偏大。边界层辐合线在高温高湿的环境中触发强不稳定能量,中尺度对流系统在弱的环境风条件下稳定少动,芦山上游对流单体“列车效应”导致强辐合的稳定维持,以及对流层中低层偏东风与山脉正交产生的地形增幅作用,共同导致了此次远超历史极值的极端强降水发生发展。

2106号台风“烟花”的路径及降水特点分析

2106号台风“烟花”(In-Fa)在浙江省两次登陆,影响时间从7月22日一直持续到28日,受其影响,浙江过程累积面雨量及单站雨量均破登陆浙江台风历史记录。通过分析发现:台风时段副热带高压位置比常年同期异常偏北,导致引导气流很弱,是造成台风“烟花”移速缓慢甚至在原地回旋的直接原因。2107号台风“查巴卡”和2108号台风“尼伯特”与台风“烟花”无直接互旋作用,而是通过对副热带高压强度和范围的影响,间接对台风“烟花”路径产生影响。西南季风向台风“烟花”持续输送水汽,是其登陆后强度得以维持的原因,台风在杭州湾长时间逗留,水汽供应有利于强度的维持。台风西侧云系在浙江上空受干侵入影响,减弱非常明显,形成非对称结构。对流有效位能很小,影响对流发展,小时雨强普遍较小,但由于台风“烟花”影响时间是一般台风的2倍,故累积雨量大。后期边界层辐合线的形成触发了对流的发展。地形对降水的增幅非常显著,累积雨量大的站点通常都位于海拔较高的山区,地形增水作用下站点雨量可达其他站点的2~3倍。

郑州市两次短时强降水过程的环境条件和中尺度特征对比

为了探求不同天气影响系统和垂直风切变下中小尺度系统造成的城市短时强降水过程的预报预警特征,以2007年8月2日和2008年7月11日发生在郑州市的两次短时强降水过程为例,利用常规观测资料以及河南省区域自动站、雷达探测资料等,对其大尺度环境条件和中尺度特征进行了对比分析。结果表明：以露点锋为触发机制的强降水超级单体和以锋区造成边界层辐合线为触发机制的混合性降水回波,虽然其雷达回波表现形式不同,但在地面中小尺度系统的作用下,都产生了1~2 h雨量达100 mm·h-1左右的短时强降水;地面辐合中心和高温高湿中心为短时强降水提供了动力抬升、热力不稳定能量和水汽条件;不同的0—6 km和0—2 km高度垂直风切变导致不同的对流回波形式,产生相同强度的短时强降水;短时强降水的降水效率不仅与云中降水粒子的大小有关,还与其数密度有关,即降水强度既与降水回波强度有关,也与其降水云中的滴谱分布有关;两次短时强降水过程分属于强对流型和热带降水型。结合地面加密站观测资料中小尺度分析与雷达探测产品分析,可对此类短时强降水发生提前预警。

一次雷暴冷出流中新生强脉冲风暴的分析

利用常规天气资料、多普勒天气雷达产品、SAFIR3000总闪电定位资料、加密探空资料和自动气象站资料,对2007年8月3日造成上海嘉定F1国际赛车场6号弯D2-D5号4个临时看台被吹翻的一次强对流天气过程进行了分析。结果表明:坡度较大的低压槽、较高的对流不稳定能量和较弱的垂直风切变条件下,地面风场辐合、海陆风锋和雷暴冷出流等的相互作用,导致了上海地区出现了多个强局地脉冲雷暴;F1国际赛车场致灾脉冲雷暴发生在前期雷暴的冷出流中,冷出流锋区与原边界层辐合线的碰撞是其触发的动力机制,较高的不稳定能量、充足的水汽和中低空的辐合上升导致该风暴强烈发展,造成了F1赛车场出现了13级大风和短时强降水;雷暴过程的总闪电活动分析表明:闪电活动的突然增强预示了该雷暴的爆发并开始进入减弱阶段。

上海“7·31”局地强对流快速更新同化数值模拟研究

利用雷达、自动气象站、飞机观测(AMDAR)和探空等多种观测资料,采用中尺度数值预报模式WRF和资料同化系统ADAS,对2011年7月31日上海局地强对流过程进行了快速更新同化数值试验。结果表明,数值试验模拟降水的发生时间、落区和随时间演变与实况基本一致,较好再现了海陆热力差异导致上海南北两支海陆风爆发、形成低层辐合线,在热岛效应的叠加下进一步增强,继而引发局地强对流的过程。快速更新同化技术可有效延长此次过程的预警时效,这为城市强对流业务预报提供了新的思路。

一种复杂背景下非规则带状区域的分割算法

边界层辐合线具有很强的气象风暴灾害的预示能力,它在多普勒雷达图像上表现为一条蜿蜒的、可能有岔路的、宽度不定的、取值变化的、若隐若现的带状区域.为此,提出一种"探测窗"协同加深"印象"算法,用于提取这种具有复杂背景的非规则带状区域.其中,探测窗探身于复杂对象的局地,用以击中疑似局部目标区,并将区域形态、取值等特点纳入探测准则之中,加深"印象"法有利于进一步地去伪存真.实验表明,该算法可以将落入值域的各种边界层辐合线提取出来.

非典型环流形势下天津一次局地暴雨过程中尺度特征分析

利用EC再分析资料、VDRAS资料以及多种观测资料,对2014年8月16日天津地区非典型环流形势下局地暴雨过程的中尺度特征进行分析。结果表明:(1)在对流发生前,偏东气流将海上暖湿空气输送到天津上空,使得天津上空大气水汽含量突增,为短时强降水的发生提供充足的水汽条件;(2)天津西侧雷暴在近地面形成辐散气流,向天津地区输送干冷平流形成干线,当锋生扰动向东推进时,与来自渤海湾的暖湿气流相遇,加强了扰动,触发了天津城区附近对流的发展;(3)干线在东移过程中,与正在向北推进的阵风锋在天津东南部的水汽大值区相碰,且阵风锋以南的中尺度急流为短时强降水的发生提供了源源不断的水汽,使强降水的进一步发展;(4)近地层冷暖空气的交汇,配合中低层气旋式切变,为降水发展的动力机制。

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明:阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。