强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析。重点研究了导致F2~F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异。另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料（部分来自民政部门的灾情报告）,对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明：（1）龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高。（2）超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低。（3）3次F2~F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS。与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下。同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50~60 dBz。造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60~70 dBz。

一次强降水对流风暴的三维风场特征分析

使用S波段天气雷达和X波段相控阵天气雷达资料,通过三维变分方法反演风场,分析了2020年6月6日发生在广东佛山的强降水对流风暴三维风场特征:(1)SA雷达因低仰角体扫受遮挡和水平分辨率不够精细,无法反演出对流风暴内部低层水平风场真实特征;SA雷达仰角间隔大和扫描同时性较差致使其反演风场比较平滑。(2)相控阵雷达仰角密集、快速协同的扫描模式能够获取精细的反演风场,反映对流单体内部精细的三维风场特征。相控阵雷达反演风场显示对流风暴低层前侧和南侧强南风流入风暴中心并呈气旋式旋转,对流风暴中层附近具有清晰的辐合线。(3)对流风暴成熟阶段上升和下沉气流交错并存,强烈上升气流自风暴前侧与南侧扭转上升至风暴顶端向南北两侧辐散,其中风暴北侧自高层到低层下沉气流控制为主,风暴南侧下沉气流扭转式下沉至强降水中心和风暴后侧,风暴后侧下沉气流与南侧入流在新、旧单体之间形成小涡旋。

一次雹暴过程中对流系统演变特征的模拟分析

利用区域高分辨率数值模式WRF对2015年4月28日冷涡背景下发生在苏皖地区的冰雹过程进行模拟,并结合地面加密自动站、多普勒天气雷达等观测资料讨论了此次过程中对流系统结构演变特征及影响其组织发展的可能机制。结果表明:导致冰雹的对流系统在发展、传播及组织过程中与中尺度重力波相联系,重力波源于地面中尺度低压附近的初始对流的强烈发展,在条件性不稳定和较强的垂直风切变环境中传播,激发并组织形成一列波状结构的对流风暴,这列风暴动力结构高度组织化,上升-下沉气流相间排列,每个风暴内伴有强盛的上升气流,位于风暴后侧的下沉气流至地面后在风暴低层前后两侧各形成一支次级环流,将这列风暴单体有序地组织成波状对流带,对流风暴与重力波通过wave-CISK机制相互促进与发展,导致苏皖北部出现冰雹带。随着大气层结不稳定进一步发展,重力波的传播环境不再适宜,对流风暴列发展不平衡,波列前端的风暴单体加强,后部的风暴减弱,波列状结构特征逐渐改变。

相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究

2016年6月5日和6日海南岛处在类似的环流背景下,5日海南出现了大范围8级以上阵风且伴有EF2级龙卷,而次日以短时强降水为主。为了研究两日产生不同类型强对流天气的原因,基于常规地面-高空观测、海南逐10 min的地面加密观测、海口多普勒雷达观测、NCEP-GFS 0.5°×0.5°分析资料进行对比分析,结果表明:(1)5日整层大气相对较干(可降水量为49 mm)且中层干层尤为清晰(700—500 hPa平均相对湿度41%),925—700 hPa温度垂直递减率为7.25℃/km,有利于产生强下沉气流及冷池形成,从而产生雷暴大风天气,而6日气层高湿,可降水量为60 mm,环境风弱,风暴移速慢,有利于产生强降水;(2)两日均属于弱的环境背景气流下的对流,相对而言,5日0—3 km风垂直切变均较6日大,有利于形成飑线;(3)结构分析表明5日对流风暴伴有较强阵风出流,较强的风垂直切变加之多个单体阵风出流合并抬升下,产生了持续1.5 h的飑线,并出现了弓形回波,而6日为低质心一般单体且阵风出流相对弱,尽管多个单体合并成了准线性的风暴,其持续时间亦与一般单体生命史相当;(4)5日对流抑制能量相对较大,需较强的地面辐合抬升和午后强烈升温触发雷暴,雷暴触发后强烈发展;6日对流抑制能量近乎为0,弱的海风锋辐合及热力作用均触发对流;(5)此次龙卷过程的风垂直切变与典型超级单体龙卷差异显著,产生龙卷的低层中气旋出现时间与龙卷发生时间仅差3 min,故提前预警龙卷的可能性极小。

北京地区闪电定位资料的应用分析

根据北京地区 1999和 2 0 0 0年 5～ 9月 0～ 2 4h地闪资料 ,利用相应时间强反射率因子面积叠加制作冰雹、暴雨日时间序列图方法 ,分析正、负地闪变化特征 ,发现 :闪电定位资料比雷达资料在降雹、雷雨过程中至少有 1～ 3h的提前量 ,冰雹、暴雨的闪电频数也有差异 。

产生致灾大风的超级单体回波特征

基于中国东部平原地区31部S波段多普勒天气雷达数据和实况记录,筛选出2002—2020年56次由超级单体风暴导致的25m·s^(-1)以上的直线型大风事件,分析超级单体风暴多普勒天气雷达回波特征与其导致的直线型大风间关系,获得产生直线型致灾大风的超级单体的量化结构特征,为超级单体产生的大风的主客观监测预警提供参考。统计结果表明:产生致灾大风的超级单体60 dBZ以上强回波深厚,平均厚度为5.5 km,中层径向辐合特征显著,最大中层径向辐合超过29 m·s^(-1);中气旋强度中等,平均旋转速度为18.4 m·s^(-1),可向上伸展至对流层中上层(7 km高度);超级单体反射率因子核下降、中气旋核下降、29 m·s^(-1)以上中层径向辐合以及垂直积分液态水含量减小是预警直线型大风的重要指标;下击暴流导致的明显且对称的低仰角辐散速度对仅在4次事件中出现,超级单体风暴由于其移动性,不易出现对称的下击暴流。

上海地区暖季午后对流的雷达气候学特征分析

利用探空资料和雷达客观分析产品,对2014—2018年上海地区暖季(6—9月)弱天气尺度系统强迫下局地对流的环境因子参数、风暴空间分布和回波三维结构进行气候学统计分析。利用风暴追踪(STI)产品提供的风暴位置、风暴历史路径等信息,分别统计了暖季上海不同区域午后对流发生频次和风暴移动路径轨迹频次的空间分布,进而分析弱天气尺度系统强迫下上海午后对流的触发原因。结合风暴位置和历史路径将局地风暴划分为外部移入型、局地生成移动型和局地生成少动型三类,利用对应的风暴结构(SS)产品统计比较了三类风暴的生命史长短和回波三维结构特征。研究结果表明:影响上海的午后对流主要发生在中心城区至长江口区域,其主要成因为城市热岛和北支海风锋;同时三类风暴在生命周期、质心高度、垂直液态含水量和最大反射率因子及高度方面存在较明显差异。

广东两次超级单体导致不同类型强风天气对比分析

2019年4月11日珠江三角洲、4月13日湛江徐闻分别发生了由超级单体引起的强雷暴大风、强龙卷灾害天气过程。利用多源观测资料对比分析两次过程的天气形势、环境条件、风暴结构、对流触发以及强风的形成机制,结果表明:强雷暴大风发生在低空切变线和地面冷锋南压的斜压锋生类天气形势下,而强龙卷发生在偏南暖湿气流强迫天气背景下。两者均发生在高能、强0~6 km深层垂直风切变、低抬升凝结高度及上干下湿的大气环境中,但11日0~1 km低空垂直风切变较小,中层干层更为显著(700~400 hPa平均温度露点差为29.2℃),更有利于产生强下沉气流从而导致强雷暴大风,而13日强的0~1 km低层垂直风切变,有利于强龙卷发生。11日强雷暴大风出现在超级单体强回波核心,低层中气旋强度较弱且水平尺度较大(6~7 km),中气旋较浅薄(伸展≤2 km),而13日强龙卷出现在钩状回波顶端,低层中气旋强度更强且尺度小(约2 km),中气旋更深厚(伸展至6 km),并伴有龙卷涡旋特征;11日强雷暴大风发生期间,中气旋垂直涡度维持在10^(-2) s^(-1)量级,而13日强龙卷触地前后,低层中气旋垂直涡度突增至10^(-1) s^(-1)量级,比强雷暴大风大一个量级;11日风暴内强下沉气流在地面形成大面积强冷池,是强雷暴大风产生的重要原因,而13日地面几乎饱和的大气湿度及不太强的下沉气流,有利于强龙卷的发生。

清远地区“2019·02·20”降雹天气过程特征分析

基于清远连州双偏振雷达探测资料、清远探空资料和地面观测资料,对2019年2月20日陆续发生在阳山、连山、连南、连州的冰雹天气过程天气背景、雷达回波和双偏振特征进行了分析。结果表明:风暴发生在南支槽加深东移,西南低空急流发展和低层切变线南压的大尺度环流背景下,锋面低槽触发使其对流发生。“上干下湿”的典型大气层结结构、适宜的高度(0℃层高度在3.7~4.2km、-20℃层高度在6.8~7.1km)、低层的弱逆温层,均有利于能量聚集迸发。在回波强度大于50dBz区域中,有明显的三体散射、气旋式辐合、回波悬垂和有界弱回波区等特征;其中阳山降雹单体VIL值随时间的变化趋势与风暴强度的变化趋势成正比,且具有水平反射率因子高、差分反射率低(-1~0.5dB),相关系数较低(0.8~0.94)的典型双偏振特征。

一次短时强对流天气的雷达产品特征分析

对2016年8月27日芒市地区产生局地强对流天气的雷达回波资料进行分析。分析结果表明:这是一次典型的对流单体和飑线系统汇合加强影响下产生的短时强对流天气,RCS剖面对流高度能直观反应出单点强对流的发展情况;飑线生成、发展壮大过程中,飑线产生的短时强降水和雷暴天气是逐步加强的,而飑线系统与强对流风暴合并短时内导致雷暴天气加强和降雨量增大;飑线衰弱过程与雷达二次产品SS中的最大反射率所在位置高度的递减规律趋势符合,是飑线系统减弱的预报指标。这次强对流过程从天气形势上未做出准确预报,希望从多普勒天气雷达产品资料分析中得出的预报特征能帮助今后提前发布强对流天气预警。

韶关雷达数据资料统计分析与检索

通过对雷达风暴结构产品数据的提取、入库,采用网页形式对数据库进行检索,并对雷达数据进行统计分析后发现:距离、回波底高度、回波顶高度、回波最强反射率因子强度及其所在高度统计中样本的分布先增加后减少,垂直液态含水量样本的分布为递减;雷达数据库可检索雷暴、冰雹天气过程相关数据,有利于与其他气象数据库资料融合和分析;使用存储过程可快速对资料进行处理,从网页读取数据时执行效率大大提高。

MCC中连续多单体演变预报对农林业减灾作用

采用浙西地区国家基本自动站数据,结合现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统实况数据和多普勒天气雷达产品,分析了浙西地区2018年3月4日18:00—22:00连续2次单体过程,包括大气垂直动力变化(如水汽散度、涡旋度的垂直质量加权积分等对2次单体过程的影响)、同一中尺度对流复合体(MCC)中的单体,在大气不同垂直动力配置下,产生不同的发展趋势和不同强天气,单体A强中心处于大气强下沉环境中,配合动量下传作用,引起地面暴风灾害。单体B产生于强动力抬升层结大气,大风核向中高层发展,形成高层强风速中心,同时在强大气涡旋度和水汽辐合作用下,产生了标志超级单体的中气旋和直径2~3 cm的分散冰雹。雷达风暴结构产品和区域自动站数据验证了大气垂直动力对于MCC单体垂直结构的发展变化的影响,结合C-VIL变化可提高对冰雹和大风预报时间提前量,单体厚度与冰雹发生的概率呈正相关,与大风发生概率呈负相关。由此得出,对大范围对流性天气过程中出现的连续对流单体,大气动力垂直配置变化结合雷达产品资料分析,对预估MCC中单体结构特征发展变化和细化农林业致灾天气的预报预警有一定作用。

Numerical Model of Storm Surge and Inundation in Bohai Bay

A two-dimensional numerical model of extratropical storm surge and inundation in Bohai Bay was built based on the unsteady flow Navier-Stokes equations. The model included two sections, one was for the simulation of storm surge tidal level and the other for the simulation of storm surge inundation in the coastal area. While simulating the storm surge tidal level, the alternating direction implicit (ADI) method was applied to dispersing and solving 2D storm surge equations. In the simulation of storm surge inundation, the 2D unsteady flow equations were dispersed and solved using the structureless grids of finite volume method (FVM). A coupling calculation mode of the process of inundation and storm surge tidal level variation was proposed, therefore the storm surge inundation process and area could be calculated while simulating and forecasting the process of storm surge tidal setup. Furthermore, an extratropical storm surge and inundation in Bohai Bay were simulated using this numerical model. Simulation results are in good agreement with the measured data, which shows that this numerical model provides a new method of simulating and forecasting storm surge and inundation in Bohai Bay.

Determination of design parameter for three-product heavy-medium cyclone

Analyzed the selected raw coal nature and forecasted the number quality of its separated product. Considering each product＇s density, volume, and suspending liquid assignment, combining the separating mechanism of the cyclone and the rela- tive formulas obtained from scientific experimentation and practice, the structure parameter was determined by calculation. This provides a more scientific reasonable method for determining the structure parameter of the unpressurized feeding three-product heavy-medium cyclone.