2016-2021年山东省大风时空分布特征分析

本文利用2016—2021年山东省1886个气象观测站逐时大风观测资料和欧洲中期天气预报中心提供的ERA5客观再分析资料,分析了山东省大风的时空分布特征。结果表明,6年间山东省年均有1476个气象观测站出现8级以上大风,春季大风约占全年的40.1%,每日10—17时时间段大风天气年均超过1000站次,14时前后大风频率最高,偏北大风约占79.3%,北西北(NNW)方向最多。山东省北部沿海地区大风出现频率最高,站均30次以上,南部沿海地区和鲁中山区大风站均10~30次。6年间全省发生瞬时风力13级以上的共有14个站,12级以上的共有64个站,其中雷暴大风占据主导,最大风速为章丘站的39.9 m/s。系统性大风以爆发性气旋大风为主,大风分布与其移动路径及低压中心强度密切相关。高空冷涡是雷暴大风的主要影响系统,其中东北冷涡影响下大风次数占比达63.6%;低槽系统影响的大风发生次数次之,槽前型和槽后型天气系统对山东强对流天气影响机理不同。本文研究结果为山东大风天气的精细化预报提供了依据。

1981-2020年北京市门头沟区部分灾害天气分析

文章中运用线性趋势分析方法和滑动平均法统计分析了1981-2020年北京市门头沟区的暴雨、高温、雷电、大风和低温灾害性天气事件的年际变化趋势,并对每种灾害天气的多年月际分布进行了统计,旨在了解门头沟地区灾害天气演变规律,以便做好气象灾害防御工作。分析结果显示门头沟区除高温日以每10年1.3天的线性趋势递增外,暴雨日、雷暴日、大风日和低温日均在逐渐递减;暴雨大多发生在7月与8月;高温日发生在每年的5月、6月、7月和8月;雷电最早于春季3月来临,最晚于冬季12月结束;冬季大风最为频发,冷空气过程全年均可能发生。

“6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析

利用商丘和郑州雷达资料,结合地面加密观测等多种资料,分析了2009年6月3日傍晚至次日凌晨,河南商丘、安徽和江苏北部出现的大范围致灾雷暴大风。本文分两个阶段从中尺度环境、风暴结构、风暴与环境相互作用、雷暴间相互作用的角度对商丘风暴的发展、维持及灾害性大风成因进行了深入探讨,得到以下结论:(1)商丘雷暴大风环境类似美国暖季型Derecho环境;(2)商丘风暴由晋冀雷暴群下沉气流导致的出流阵风锋移动到水汽相对充沛处触发,在有利的环境条件下迅速发展成具有较强的中层径向辐合超级单体风暴,多个超级单体的强下沉气流合并产生了超级单体阶段的地面大风;(3)飑线发展、维持的原因是飑线的自组织结构,飑线与环境入流的相互作用既有利于强上升气流发展,亦有利于强下沉气流发展,干线及叠加在干线上扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端;(4)根据径向速度增幅估计,风暴强下沉气流辐散、强冷池密度流和层状云部分降水粒子蒸发对弓形回波阶段地面灾害性大风的增幅作用几乎相当,冷池合并是商丘极端雷暴大风产生的重要原因。

2016年初冬陕西一次高架雷暴天气过程分析

利用常规地面高空观测资料、西安和安康多普勒天气雷达观测资料、欧洲中心细网格模式预报等资料对2016年11月22日发生在陕西地区的一次雷暴过程进行诊断分析,结果表明:陕西中南部雷暴区位于地面冷锋后350～500 km的区域内,雷暴区3 km以下是深厚的冷垫,同时中低层存在明显的逆温层,低层是绝对稳定的大气层结,这说明此次雷暴天气为高架雷暴。通过诊断饱和假相当位温、假相当位温、湿位涡和绝对涡度表明不同地区不稳定机制是不同的。西安地区不稳定机制为条件性对称不稳定,安康地区不稳定机制为条件性不稳定。在条件性对称不稳定区域,降雪回波呈现出数个平行带状回波,与0～6 km风切变矢量(西西南风)平行;在条件性不稳定区域,降水回波为小尺度的块状回波。强垂直风切变表明大气斜压性强,中高层暖湿气流增强了大气的湿斜压性,从而使中高层形成条件性对称不稳定,产生倾斜对流;中低层偏南气流输送暖平流和水汽,使得大气较为暖湿,中高层温度平流较弱,大气较干,形成位势不稳定,锋面抬升中低层暖湿大气使其饱和,位势不稳定转化为条件性不稳定,产生垂直对流。不稳定与上升运动及回波高度有着较好的对应关系。

江西副高边缘雷暴大风雷达拼图回波特征分析

利用MICAPS常规天气图资料、地面自动气象站资料、雷电资料和雷达拼图等资料,采用天气图中分析方法、统计方法、回波图像、回波廓线等分析方法,对2020年7月11日江西副热带高压边缘中尺度雷暴大风回波特征进行分析,结果表明:1)副热带高压控制或边缘上,江西上空100 hPa是东北风,500 hPa是西南风,高空呈现逆时针环流,T-lnP图上层结不稳定,对流有效位能CAPE(Convective Available Potential Energy)面积较大,对产生强对流天气有利;由于上下两层的风向不同,使得雷暴回波系统的移动与回波系统的云砧伸展方向不一致,从而加剧了对流上升运动,使得雷暴回波系统发展、加强、维持。2)回波产生初期是局地对流单体回波,通过不断新生单体和单体合并等方式,形成南北走向的回波短带,这种合并形成的回波短带发展旺盛时,会产生多站雷暴大风天气。3)南北走向的回波短带是产生雷暴大风的主要回波特征,虽然回波强度只有55 dBZ,但移动速度较快(60~70 km/h),造成地面大风。江西WebGIS雷达拼图上叠加多部雷达风暴跟踪信息STI(Storm Tracking Information),可以明确风暴的移动方向和移动速度,根据STI密集区判断,增加了STI的可用性。4)“前伸”或“延伸”回波反映了回波系统上方的高空风走向和积雨云的云砧飘离方向。“延伸”回波一定程度上表现出副高边缘雷暴回波系统的强弱程度。为改进副热带高压边缘中尺度雷暴大风的预警预报准确率提供依据。

近12年北京暖季对流天气的气候特征

对北京地区1994～2005年暖季(5～9月)雷暴、冰雹、暴雨和大风等各种对流天气进行了气候统计和分析。统计结果表明:北京地区暖季发生对流的概率很高,按日数统计的气候概率达47.77%,有雷暴相伴的强对流天气大风、暴雨和冰雹气候概率分别为27.29%、10.84%和6.29%。另外,北京地区对流天气一般可连续出现3 d,强对流天气也可连续出现2 d。北京地区对流季节长达4个月,其中6、7、8月为主要的对流月,这三个月中雷暴发生的气候概率均超过50%。暴雨多发季节为7月中旬到8月上旬。冰雹集中于6月中、下旬。在对流天气的地理分布上,北京西北部、东北部山区及西南部山区多对流天气,中心区和东南部平原地区对流天气较少。暴雨呈西南-东北方向带状分布,东北部山区、中部和东南部平原地区多发生暴雨,而西北部和西南部山区很少发生暴雨。山区冰雹明显多于平原。西北部和东北部山区大风偏多,西南部霞云岭大风最少。暴雨有明显的夜发性,即夜间次数多,降水量更大。冰雹集中发生在午后到傍晚,占冰雹总站次的76.72%。夜间发生冰雹的概率非常小,上午到中午也不多。

青海中北部边界层高度与不同灾害天气的关系

利用2013-2017年逐日07:00(北京时,下同)高空压温湿常规资料,19:00每隔50 m高空气温、气压、湿度和风速等加密资料,分别采用T-logP法和5点平滑位温梯度法计算了青海省茫崖、格尔木、都兰和西宁4个高空站的边界层高度,结合地面2006-2017年逐时、日资料,进一步分析其影响因子及其与灾害性天气的关系。结果表明:在研究区边界层高度西北高于东南,春季35月较高,4月茫崖最高达4500 m以上;边界层高度主要与最大地气温差、极大风速、气温日较差和降水有关,高原上地气温差越大、风速越大,湿度越小,边界层高度越高。浮尘边界层高度3月较高,为3578 m;其他风沙边界层高度均为4月较高,达3800~4000 m。沙尘暴持续时间越长,边界层高度越高;高原沙尘暴主要集中在下午到夜间,46月较高,夜间45月为3100~4200 m。降水对边界层高度有很大影响,随着降雨强度增强,边界层高度也随之降低,发生小、中、大雨时的边界层高度分别为3354,1855和1300 m;相应的边界层气压分别在480~640,590~720和650~710 hPa。高温边界层高度6月最高达5210 m,78月达3600 m以上;而雷暴边界层高度4月较高,达5050 m,56月在2100 m左右,79月降低至1100 m左右。由于510月95%以上雷暴伴有降水,因而雷暴边界层高度较低。

向量自回归模型在下击暴流风速场模拟中的应用研究

下击暴流是雷暴天气中沿地面传播的一种极具突发性和破坏性的一种强风,对建筑结构的破坏性极强,因此建立准确可靠的下击暴流风速模型对于研究建筑结构在下击暴流作用下的动力响应并减少灾害发生是至关重要的。本文采用随时间变化的向量自回归模型(简称TVAR模型)建立下击暴流的风速模型。采用基函数方法识别TVAR模型参数,即将TVAR模型参数表示为加权时间函数的线性组合。联合使用正向估计和后向估计器估计TVAR模型中的随时间变化参数,计算得到下击暴流随时间变化功率谱密度。模拟得到了下击暴流风速、功率谱密度、相干函数等重要参数。结果表明本文提出的TVAR模型可以准确模拟下击暴流风速场,且计算效率得到了进一步提高。本文提出的TVAR模型为准确进行下击暴流模拟或建立经验模型提供了可靠的方法。

绵阳机场一次雷暴天气过程空报原因分析

本文利用NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS常规观测资料、自动站资料以及气象报文资料对2016年5月12日绵阳机场一次雷暴空报过程进行诊断分析,结果表明:(1)此次天气过程从地面到高层系统叠加较好,但是大气中水汽、能量及动力条件配合不好,导致12日雷暴天气过程出现了空报。(2)此次天气过程中大风产生的原因为冷平流较强,机场上空整层为下沉运动,动量下传,地面具有强气压梯度。(3)大风指数对大风预报具有一定指示意义。(4)影响系统移动速度判断不准是空报的另一原因。

南海雷暴大风时空分布及闪电和对流活动特征

利用2019-2020年风云四号气象卫星A星(FY-4A)多通道扫描成像辐射计(AGRI)提供的云顶数据和地基全球闪电定位网(WWLLN)提供的闪电数据,结合MICAPS气象观测站和海洋浮标记录的极大风数据,研究南海区域(5°~30°N,105°~125°E)71次雷暴大风过程的时空分布及其闪电和对流活动特征。结果表明:观测站记录的雷暴大风主要分布在南海北部;雷暴大风主要发生在5-9月,峰值出现在8月,3月发生次数最少;雷暴大风主要发生在07:00-12:00(北京时,下同),10:00频次最高,午后频次减少。雷暴大风闪电密度的极大值分布在广东南部近海区域,且闪电集中发生在距离观测站40~80 km半径范围内;孤立雷暴大风过程首次闪电跃变的发生时刻相对大风峰值时刻超前30 min至2 min。在对流特征方面,在雷暴大风风速峰值时刻,观测站处的云顶亮温为200~220 K,云顶高度为12.5~15 km。孤立雷暴大风云团云顶亮温最低值(即最强对流发生位置)与大风观测站点的距离平均为77.2 km,云顶亮温平均相差2.6 K。

婺源雷暴大风雷达拼图回波分类与特征分析

为了提高婺源区域雷暴大风天气的短临预报预警能力,文章利用婺源国家一般气象站数据和江西WebGIS雷达拼图等资料,采用数理统计和图像对比等分析方法,对婺源雷暴大风单站气象要素和雷达回波进行了分类与特征分析,根据实例分析了雷暴大风6类回波类型的具体特征,并对其强度进行了统计。研究结果为做好婺源雷暴大风天气的短临预报预警与气象服务工作提供了分析依据。

贵州铜仁雷暴大风天气时空特征及天气分型

利用2016—2021年重要天气报、雷暴观测资料等,统计分析贵州铜仁雷暴大风的时空分布特征,并对其环流形势及离铜仁较近的怀化站探空资料特征进行分类分型。结果表明:贵州铜仁雷暴大风主要出现在3—9月,5月年均发生12.5站次为最多;高频时段出现在14—23时,峰值在22时(北京时,下同);总体呈现“北多南少、东多西少”的分布特征,且主要以单站雷暴大风天气为主。根据天气形势配置将其分为以下4类:斜压锋生类、低层暖平流强迫类、准正压类和高层冷平流强迫类。其中低层暖平流强迫类根据中低层切变线北侧冷平流的强弱又可以分为:强冷暖平流强迫类、强暖平流强迫类和中间类。总结归纳各类雷暴大风过程的天气环流形势配置及垂直分布特征,可为短期天气预报预警提供参考。

2012年早春河南一次高架雷暴天气成因分析

利用常规观测、新一代天气雷达、雷电定位监测和1°×1°NCEP分析资料对2012年早春河南一次伴有多种天气现象的高架雷暴(elevated convection)成因进行了天气学分析,建立了高架雷暴天气的流型配置模型。结果表明:(1)本次高架雷暴发生在中纬度暖性低槽发展东移的环流形势下,边界层顶以上近中性条件不稳定性层结(偏向于很弱的条件不稳定)在高空槽前正涡度平流和低层暖湿平流的强迫作用下,使得700 hPa以上出现较大范围的较强上升运动,地面冷高压后部偏东气流对高架对流的产生具有冷垫作用。(2)出现高架雷暴的大气低层存在较强的逆温层,700 hPa暖温度脊前的西南暖湿低空急流为高架雷暴的产生提供了充足的水汽和能量,并使低层逆温层顶以上出现弱条件不稳定层结和较高的露点,两者结合导致弱的最不稳定对流有效位能MUCAPE,其值在10~50 J·kg^(-1)之间,高架对流是由逆温层顶附近及其以上的暖湿气块被抬升而造成的,对应1.0~3.0 m·s^(-1)的雷暴内最大上升气流。(3)此次高架雷暴发生在强斜压环境中,有较强的动力不稳定,中低层0~6 km和0~3 km垂直风切变值分别为(3.0~3.7)×10^(-3)和(5.0~5.3)×10^(-3)s^(-1)。(4)本次过程-10℃、-20℃层高度分别在5、6.5 km,弱对流云顶高度多在6~8 km或以上,超过了冻结层高度,易导致雷电发生。(5)从流型配置模型看,高空暖性低槽、中高层强烈发展的温度脊、700 hPa强西南暖湿低空急流和边界层冷中心、冷温度槽、地面冷高压等是值得关注的影响系统,当这些天气系统有利配置时,应注意低层逆温层、中层弱条件不稳定层结的建立以及高架雷暴发生的可能性。

影响新疆铁路设计运营的灾害性天气空间分布规律研究

文章采用新疆地区1961—1999年39年中87个气象站的气象资料,分析了影响新疆铁路运营的主要灾害性天气的空间分布规律。结果表明:(1)影响新疆地区铁路设计、建设和运营的主要灾害性天气为大风、沙尘暴、暴雪。而大雾和雷暴天气,对新疆铁路设计、建设和运营的影响则相对较弱。(2)北疆地区、伊犁河谷地区,主要受暴雪、大风、雷暴、大雾的影响。(3)南疆地区、吐哈盆地地区,主要受沙尘暴和大风天气的影响。

临夏地区一次雷暴大风等强对流天气分析

受西南暖湿气流和北方弱冷空气共同影响,2016年6月27日午后开始临夏州范围内出现强对流天气。15:34永靖西部出现较强回波,16:38永靖出现雷暴,16:50永靖县陈井乡出现冰雹,回波强度达到45 d BZ,17:03永靖出现15.8 m/s的大风。17:20临夏市出现雷暴,并出现14.7 m/s的大风,东乡出现18.5 m/s的大风,17:25临夏市瞬时风速最大达27.2 m/s,为有观测资料(1943年建立观测站)以来最大值。17:58广河出现雷暴,18:01康乐出现23.6 m/s的大风,18:26康乐出现雷暴。17:55和政县出现18.4 m/s的大风并出现雷暴。18:48积石山居集、18:49临夏县掌子沟、19:19康乐县巴松分别出现了冰雹。此次强对流天气对临夏州部分县市农作物、大棚等经济作物造成了严重的损失。

宁波机场一次高架雷暴天气过程分析

利用宁波机场观测资料、多普勒雷达产品和NCEP/FNL再分析资料对2020年11月19日宁波地区发生的一次伴随人工增雨作业而产生的雷暴天气过程进行分析,结果表明:(1)此次过程是一次典型高架雷暴天气,宁波处在地面冷锋后部200-300 km处,低空西南暖湿急流强迫抬升是主要的触发机制。(2)虽然对流有效位能CAPE值等于0 J·kg^(-1),但是0-6 km深层垂直风切变超过30 m·s^(-1),为强垂直风切变,有利于强对流天气维持和发展。探空曲线呈“上干下湿”配置,湿层厚度增加,配合上下层弱的切变辐合,较易诱发中尺度对流复合体MCS。(3)雷达回波有明显的“列车效应”,其特征可以较好地反映降水情况,宁波机场出现中等强度以上的雷雨天气,雷达回波强度达到45 dBz以上。

2018年3月4日中国南方强对流大风天气分析

利用常规地面、高空观测资料、FY-2G卫星云图、ERA-Interim再分析资料和南昌昌北机场逐分钟自动观测数据,对2018年3月4日发生在华南、江南地区的一次大风强对流天气过程进行了分析。结果表明:本次大风天气过程是由暖区中的西南大风天气过程和冷区中的冷空气偏北大风共同构成;暖区西南大风是雷暴高压与江南地面倒槽低压中心异常偏大的气压梯度直接造成的;江南、华南地区在4日白天出现的异常高温,使锋区温差更大,有利于加强这些地区的抬升作用;午后,江南地区逐渐达到当天最高气温,与雷暴高压冷池的温差更大,TBB低于-52℃区域面积开始有明显增加。暖区和冷区的地面辐合线,江南地区高DCAPE和CAPE值,均有利于触发强对流天气。南昌昌北机场地面自动观测数据表明,在雷暴高压来临之前,地面气压有一个陡降的过程。在雷暴高压开始影响机场时,出现了29.7 m/s的最强瞬时大风,气温也出现大幅度下降,最大降温幅度达到1.5℃/min。

2018年5月16日宿迁市一次雷暴大风天气过程分析

利用MICAPS常规资料、地面加密观测资料和FNL 0.25°×0.25°再分析资料,分析2018年5月16日发生在宿迁地区雷暴大风天气过程的天气形势、环境条件和多普勒雷达回波特征,结果表明:(1)此次雷暴大风过程的影响系统是低涡切变线和西南风急流,地面辐合线是此次强对流过程的触发机制;探空曲线呈上干下湿的“喇叭口”结构,层结不稳定;较强的垂直风切变和整层上升运动使对流得以发展和维持。(2)反射率因子图上呈现出明显的弓形回波和阵风锋特征,低仰角径向速度图上有大风速中心,出现速度模糊,并探测到中气旋,VIL值有明显的跃增后快速减小,表明强的下沉气流快速下冲,导致雷暴大风的发生。

“威马逊”台风外围飑线对铜鼓的影响

为了做好铜鼓县雷暴大风天气的预警预报工作,文章使用铜鼓国家站数据、江西省闪电数据、江西WebGIS雷达拼图数据等,分析了雷暴大风年分布与地面要素的关系以及“威马逊”台风外围飑线回波带的回波特征和演变规律,以期为监测预警铜鼓飑线天气提供分析依据。

弱垂直风切变条件下一次飑线大风的特征分析

利用宣城市7个国家观测站及266个区域观测站观测数据、NCEP再分析、探空资料、风云卫星及宣城S波段多普勒雷达观测资料,分析2022年7月26日飑线过程。结果表明:1)该过程飑线系统发生在500 hPa高空槽附近,位于副高边缘,过程发生前宣城地区处于槽前及槽线附近,正涡度平流增强,之后高空槽过境,转为西北气流,干冷空气注入触发不稳定能量释放。2)探空资料显示飑线发展时段,层结为上干下湿,近地层有浅薄的逆温层,有利于能量的储存和触发,订正后超过4000 J/kg的对流有效位能和35℃以上的K指数说明能量条件非常好,而0~6 km垂直风切变只有14 m/s左右,说明此次过程是在强不稳定能量和弱切变环境下触发产生的。飑线后侧入流急流的动量下传及干冷空气的卷入促进了蒸发作用,从而形成强烈的下沉气流,促使冷池快速移动并引起地面大风。3)区域性10级雷暴大风的雷达特征明显:飑线过境前的弓形回波,中心强度55~60 dBZ,飑线前先后出现两条阵风锋快速移动,并在宣城站附近相遇触发对流再次加强。低层径向速度出现模糊,形成大片径向速度大值区。4)中层明显的径向辐合和风暴顶的强辐散都对地面大风有指示意义。