天津“6.25”大冰雹过程的中尺度特征及成因

利用地面加密自动站、天津塘沽多普勒雷达、FY-2C静止卫星以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008年6月25日下午天津地区一次罕见大冰雹过程风暴系统发展演变、结构特征和形成原因进行了观测分析和诊断研究。结果表明:此次大冰雹过程是在华北冷涡背景下,前倾结构的高空槽使高层干冷空气叠加在低层暖湿空气上,导致不稳定层结发展。中尺度对流系统由3个β-中尺度对流云团先后2次合并而成的α-中尺度对流系统,呈近似圆形结构。风雹发生前,天津地区大气层结呈现出强的对流性不稳定;700 hPa与近地面之间的风速差达到20 m/s,0～3 km垂直风切变明显增大;当上述有利的热力和动力条件形成后,在地面辐合线和干冷空气侵入的触发机制下,就造成了本次大冰雹过程。同时,由多单体合并而成的超级单体风暴,在其发展成熟阶段,多普勒雷达图上呈现出弓型回波、低层弱回波区和中高层悬垂回波区及三体散射结构;塘沽地区降雹前,垂直液态水含量出现一次明显的跃增。

一次超级单体风暴多普勒天气雷达资料的低层风场反演研究

本文使用二维变分风场反演方法对浙江台州2003年4月12日一次超级单体风暴的多普勒天气雷达探测资料进行低层风场反演研究。二维变分方法以均匀风场反演结果作为初猜场,在目标泛函中加入散度和涡度约束作为正则项来降低不适定性的影响。反演得到的低层水平风场比较好的符合超级单体风暴的组织化的气流结构和强的风切变,通过对散度场垂直积分获得垂直速度,上升气流主要集中在强回波区域,下沉气流一个位于风暴前进的左侧的弱回波区,一个位于钩状回波的内侧。

机载气象雷达自适应危险天气预警方法仿真

提出一种适用于我国不同季节、经纬度和下垫面的机载气象雷达强风暴预警算法。基于地基天气雷达数据建立机载气象雷达探测强风暴仿真模型。利用改进的区域分割法和TITAN算法识别强风暴单体及其特征参数。按经纬度和下垫面将我国划分为16个特征区域(含东海和南海),获取这些区域冰雹强风暴雷达特征参数阈值,并给出危险天气预警算法。基于多个危险天气雷达实况数据,进行机载气象雷达强风暴天气预警仿真实验。仿真实验结果表明,该算法有助于飞行员快速判定危险天气,保障飞行安全。

一次伴随冰雹的超级单体风暴特征

利用中国气象监测网实测资料、重庆西部多普勒天气雷达资料及NCEP/NCAR 6 h间隔1°×1°再分析资料,对2008年6月5日发生在重庆市中部的大风冰雹天气过程进行了天气背景、物理量、雷达回波和云图特征分析。研究表明:大气中显著的水平风切变和垂直风切变及晴空太阳辐射对地面的不均匀加热都有利于诱生涡度;从北部高层向南侵入对流层低层的干冷空气有利于大气对流不稳定结构的维持,对流层低层比湿加大,对流有效位能(CAPE)增加,是对流风暴发展的重要条件;从高纬度沿等熵面下滑的高位涡(大于1 PVU)有利于中纬度超级单体(中气旋)风暴的发生和发展。在雷达回波结构上有中气旋、高悬强回波核、弱回波区、回波墙、虚假回波、回波强度梯度大等超级单体风暴特征;在可见光卫星云图上有上冲云顶和积雨云羽特征。最后讨论了超级单体风暴的预报要点。

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,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露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m^(-3),这也是大冰雹的预报指标。

一次副高影响下的局地强风暴触发及维持机制探析

利用自动站观测资料、FY-2G卫星资料和多普勒雷达等资料,对发生在副热带高压影响下的重庆局地强风暴过程进行了观测和数值模拟分析,探讨了其中尺度对流系统(MCS)演变,抬升触发和维持机制。结果表明:(1)在副热带高压影响下,重庆处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定;(2)此次局地风暴抬升触发的关键因子是地面附近浅薄边界层中尺度辐合线,辐合线由川渝盆地中西部MCS的雷暴高压与重庆地面热低压共同作用形成;(3)中尺度辐合线触发的对流风暴形成小范围冷池出流与环境风场形成新的辐合线,加强对流风暴发展,并再次触发新的对流单体。承载层平均风为偏南风,使得对流单体向北缓慢移动,冷池出流和边界层辐合线共同作用使得风暴单体向西向北传播和长时间维持。

基于Logistics概率统计模型的机载气象雷达强风暴快速识别预警算法

不同经纬度、季节和下垫面条件下,机载气象雷达探测强风暴的特征识别预警参数阈值是不同的,传统单一的阈值门限判定法不具有普适性。为了提高灾害性强风暴天气的识别预警时效和精度,建立一种基于Logistics多元线性对数概率统计模型。利用地基天气雷达和TRMM星载气象雷达观测的大量强风暴天气样本数据,进行Logistics非连续的多元线性回归,获取适用于我国东海和南海地区的机载气象雷达识别预警强风暴天气概率模型。与气象雷达实际观测结果进行对比实验分析表明,在东海和南海地区,该方法建立的模型在识别预警精度上较为精确,有助于飞行员快速、准确判定危险天气,保障飞行安全。

深对流系统中初始误差增长和传播的热动力机制

利用WRF模式模拟一个典型的超级单体风暴,揭示了深对流系统中初始误差增长和传播的热动力机制,讨论了系统的高度非线性作用和可预报性等问题。结果表明:影响深对流系统发展强度的不稳定能量和潜热释放是影响误差增长和空间分布的主要因素;误差增长主要集中在对流区,对流区域外的初始扰动有向对流区域传播的趋势,并可在对流区域内迅速增长。随着对流系统的强烈发展,量级为O(10-2)的初始扰动在210 min时即可达到量级O(100),反映了系统高度的非线性作用和单一确定性预报显著的局限性。另外还发现,初始扰动对的相关性迅速增加,这将导致集合离散度偏低,给集合预报捕获极端天气的能力设置了障碍。误差的传播主要以声波和重力波两种波动形式传播。声波主要表现在积分初期,能量较小。重力波则能够在对流系统以外的区域激发新的对流中心(目前这种误差是不可预报的),进而限制了系统的可预报性。

一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气,使用常规天气图、自动气象站、雷达拼图等资料,采用天气学和雷达气象学等原理,对2021年5月10日江西大范围雷暴回波群中樟树、丰城冰雹天气过程进行分析,结果表明:雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气,没有出现短时强降水;湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时,能够触发产生对流回波;当对流回波系统移到温度和湿度锋区附近时,会快速发展加强,超级单体组合反射率强度可达65~70 dBZ,60 dBZ回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息能较好地指示超级单体回波的移动方向和移动速度;多条风暴跟踪信息指向一致时可信度更高。这些研究成果为江西雷暴回波群形势下冰雹天气的预报预警提供了依据。

乌鲁木齐国际机场2001年5月11日强沙暴天气分析

从天气形势、天气特点、卫星云图、雷达回波等方面对乌鲁木齐国际机场 2 0 0 1年5月 1 1日发生的强沙尘暴天气进行了分析。结果表明 ,这是一次由冷锋尾部前方产生的对流云团触发的强沙尘暴天气 ,该对流云团具有超级雷暴单体的性质。

一次后向传播对流风暴特征及传播机制

利用常规观测资料、FY-4A气象卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料,分析了2019年5月17日夜间发生在京津冀中部伴有强冰雹、短时强降水和短时大风的强对流天气过程。利用VDRAS资料与国家自动站资料进一步揭示对流风暴形成的环境条件以及后向传播的机制。结果表明:在有利于强对流发生发展的大尺度环流背景场下,京津冀中部的对流系统迅速发展。前期京津一带的强对流天气形成较强的东北风冷池出流,与渤海湾的东南气流交汇,在廊坊北京交界一带形成了向南移动的地面辐合线,并触发了对流。由于新生风暴单体与成熟风暴之间的正反馈作用,使得在廊坊北部形成东西向带状风暴系统,造成对流风暴不断向西传播。向西传播的风暴与西北东南向的平流共同作用,最终导致风暴运动方向为西南方向,成为典型的后向传播风暴。

贺州市一次致灾冰雹天气过程诊断分析

利用常规地面、高空观测资料和梧州S波段新一代天气雷达探测产品资料,对2012年4月12日夜间发生在贺州市的一次致灾冰雹天气过程的成因及雷达回波特征进行诊断分析,结果表明:在高空槽、低层切变线和地面冷空气共同影响的中小尺度天气环流背景下,配合高空干冷、低层暖湿的不稳定大气层结是这一次降雹天气过程产生的主要原因。此次降雹天气过程在多普勒雷达回波图上呈现出典型的超级单体风暴特征。

豫东一次超级单体风暴造成的强对流天气分析

利用常规观测资料、地面区域站加密观测资料以及多普勒雷达资料,对2017年8月9日河南东部地区一次典型超级单体风暴过程的环流形势、强对流天气与地面中尺度露点锋的关系进行了综合分析。结果表明:在贝湖低涡南部小槽东移发展与700 hPa前倾槽的形势下,地面中尺度辐合线尤其是中尺度露点锋为该次强对流天气的发生提供了有利的触发条件,雷达回波表现出在中尺度露点锋上有多个对流单体的初生、发展、合并形成超级单体,并沿着地面中尺度露点锋发展、移动。该次过程中的中尺度露点锋与我国常见的露点锋不同,其并非暖湿空气活跃北上后与干冷空气形成的干湿不连续,而是来自西侧和北侧的干暖空气为主导气流形成的干湿对比;天气发生前期伸出的干暖舌,对强对流的触发预报有一定的指示意义。