Evolution Mechanism of a Severe Squall Line Triggered by the Coupling of a Sea Breeze Front and a Gust Front

In the present study, a severe squall line(SL) was analyzed by using intensive observational surface data and radar monitoring products. In this process, mesoscale convergence lines, such as the sea breeze front(SBF), gust front and dry line, served as the main triggering and strengthening factors. The transition from convection triggering to the formation of the initial shape was mainly affected by the convergence line of the SBF, which combined with thermal convection to form the main parts of the SL. In the later stage, the convergence line of the gust front merged with other convergence lines to form a series of strong convective cells. The SBF had good indicative significance in terms of severe convective weather warnings. The suitable conditions of heat, water vapor and vertical wind shear on the Shandong Peninsula were beneficial to the maintenance of the SL. Before SL occurrence, tropopause folding strengthened, which consequently enhanced the baroclinic property in the middle and upper troposphere. The high sensible heat flux at the surface easily produced a positive potential vorticity anomaly in the low layer, resulting in convective instability, which was conducive to the maintenance of these processes. In the system, when precipitation particles passed through the unsaturated air layer, they underwent strong evaporation, melting or sublimation, and the cooling effect formed negative buoyancy, which accelerated the sinking of the air and promoted the sustained development of the surface gale. Together with the development of lowlevel mesocyclones, the air pressure decreased rapidly, which was conducive to gale initiation.

On Thunderstorm Microphysics under Urban Heat Island, Sea Breeze, and Cold Front Effects in the Metropolitan Area of São Paulo, Brazil

This work discusses issues related to the impact of urbanization on the microphysical processes of precipitating systems associated with synoptic, mesoscale, and local scale systems. Among the issues addressed is the impact of urban heat island (UHI) in São Paulo city center and urban densification (UD) in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) on the microphysical, dynamic, and thermodynamic properties and distribution of precipitation and heavier rainfall from sea-breeze (SB) e cold-front (CF) combined during their space-time evolutions. For this purpose, it used four components: classification of hydrometeors with fuzzy logic, calculation of the raindrop diameters, an estimate of liquid water mass and ice mass from polarimetric-variables measured with dual-pola- rization X-band meteorological radar. The results indicated that urban densification (UD) and heat island (UHI) of the São Paulo city center impact the formation of precipitation, liquid water mass, and ice mass, depth, and duration of a thunderstorm. It was also observed the asymmetric configuration of the thunderstorm is induced by the strong convergence in the São Paulo city center, and this strong convergence is induced by the intense heat island (UHI) in the São Paulo city center. Was also observed that this event that is formed in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) depends on microphysical processes of mixed-phase of the cloud (water and ice) above the 0°C isotherm for the production of intense rain and cold pool at the surface. These important microphysical processes within long-lasting secondary convective cells over the São Paulo city center should be taken into account on convective parameterization schemes as well as the associated cold pool dynamics.

广西防城港沿海6·16特大暴雨成因及机制探讨

利用NCEP FNL 1°×1°再分析、地面观测、FY-2G卫星和多普勒天气雷达等资料,对广西防城港沿海地区2020年6月16日出现的特大暴雨过程进行成因分析以及触发维持机制探讨。(1)此次极端降雨过程是一次暖区暴雨过程,降雨过程主要分为两个阶段,具有局地性强,雨势猛,强度大,降水难预报和突发性等特点。(2)暴雨在弱环流背景条件下发生,暴雨区有深厚的水汽和较强的不稳定能量,但天气尺度系统上升运动不深厚强度也不强,因而预报难度大。(3)初始对流在防城港南部近海海面触发,靠近海岸线时迅速发展加强,在防城港沿海地区演变成一个较大尺度的M_(β)CS,其西侧和南侧出现一连串强度45~55 dBZγ中尺度对流系统,不断经过暴雨区上空,形成列车效应最终导致极端降雨的发生。(4)天气尺度背景为北部湾近海海面出现对流提供了有利条件,低空急流的显著加强触发防城港市近海海面初始对流生成;不同性质下垫面的热力差异和M_(β)CS冷池出流造成防城港沿海地区出现中尺度低压及中尺度辐合线,致使对流在防城港沿海地区增强和长时间维持。(5)高温高湿环境中尺度扰动可能处于暖湿不稳定层结,微小的扰动也可以触发对流;预报服务中要利用多种新型高时空分辨率观测资料,及时判断分析沿海地区是否会出现海陆风或冷池出流等形成中尺度低压或辐合线。

海风辐合线对雷暴系统触发、合并的动热力过程

利用加密自动气象站和雷达监测资料,结合VDRAS资料(其时间分辨率12 min、水平垂直分辨率分别是3和1 km左右),分别针对单纯海风辐合线触发和海风辐合线与已有雷暴系统合并的两个实例,揭示海风辐合线对雷暴系统影响的动力和热力过程。结果表明:(1)在环境系统风很弱时,天津沿海海风伸入内陆的移速约为15~18 km·h^(-1),且海风过后,气温降低、湿度加大。(2)海风辐合线配合地面高不稳定区,从而触发和加强了雷暴系统,对雷暴系统的预警时间可达2 h。(3)雷暴单体在海风辐合线附近产生,这与倾斜海风锋锋面(向海洋一侧倾斜)上的中尺度垂直环流相对应。(4)海风辐合线与雷暴系统合并后,雷暴系统强烈发展是由于海风辐合线附近积聚着水汽,同时也是辐合上升运动大值区的缘故。

一次海风锋触发的强对流天气分析

利用自动气象站、多普勒天气雷达等各种观测资料,分析了2009年6月5日江苏出现的罕见大范围强对流天气,同时利用WRFV3模式对这次海风锋的发生、发展过程进行了模拟。结果表明,由于地面加热不均和海陆温湿差异导致的变形场锋生所形成的海风锋,是造成这次强对流天气过程的主要中尺度激发和强化系统。对流云团进入锋区后在切变线的辐合作用下发展,并随平均风向向前传播。海风锋在雷暴高压下沉出流的推动下,移动路径偏离主回波,在移动过程中其后部不仅激发出对流单体,还组织新的MCS发展。海风锋起到了加强和触发强对流天气的作用,对流单体进入海风锋后发展剧烈,垂直速度和低层辐合明显加大。另外,在有利的温湿条件下,雷暴高压的出流能加强海风锋的上升气流。

渤海湾海风锋触发雷暴的观测和模拟分析

利用天津多普勒天气雷达观测资料和中尺度数值模式,对比分析了2007年8月13日海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征。结果表明,数值模拟和多普勒天气雷达观测海风锋起始生消时间、形态特征和位置基本吻合。数值模拟能够更清晰地显示海风锋的物理量特征,也能反映出海风锋前端是东南风和东北风交汇的辐合带,在850 hPa以下向内陆推进过程中呈气温降低和湿度增加的特点,并逐渐形成增厚的热内边界层。从水汽和温度的水平分布来看,海风锋前端为温度和湿度等值线的密集区,海风锋背后为冷湿气团。另外,虽然未能模拟出阵风锋的细线回波,但模拟出阵风锋为干冷气流。雷暴四周均存在低层辐散下沉气流,只是雷暴主体前部阵风锋的辐散气流较强,而多普勒天气雷达仅能观测雷暴主体前部的阵风锋。多普勒天气雷达探测海风锋与阵风锋碰撞后,在碰撞交叉处形成雷暴天气,数值模拟揭示了碰撞交叉处形成雷暴天气的物理量特征,即:有明显的垂直运动和散度特征;广义理查逊数的分布特征也较显著,其厚度在1.0 km左右,CAPE值明显增加。

海风锋导致雷暴生成和加强规律研究

应用雷达和地面自动气象站资料结合订正的天津探空资料,分三种类型统计分析了2004—2009年雷达监测到的50次由渤海湾海风锋导致雷暴生成和加强的规律及对应的天气背景;应用VDRAS系统资料分析了第三种类型(在不稳定环境下,沿海风锋直接触发雷暴)的热力、动力结构特征。结果表明:(1)强对流不稳定环境下,沿海风锋可以直接触发雷暴并沿海风锋移动的同时发展加强;(2)不同的类型在雷暴生成的位置、发展加强的速度、强度等方面都有明显的不同;(3)Ⅰ型对应背景场的动力条件更为有利,强对流天气更为剧烈,Ⅲ型对应背景场的热力、动力条件和水汽条件更为有利,对流抑制指数(CIN)小;(4)海风锋使得低层形成中尺度辐合线,沿海风锋垂直上升速度从地面一直延伸至3 km高度,强中心出现在1.5～3.0 km高度,最大风速达1.9 m·s^(-1)。

海南岛海风雷暴结构的数值模拟

本文利用高分辨率WRF模式对2012年7月20日发生在海南地区的一次海风雷暴过程进行模拟,探讨了海南岛复杂地形下海风雷暴的结构、发展演变过程及其触发机制.结果表明,海南岛北部向内陆传播的海风与南部受地形阻挡的海风相遇后会形成海风辐合带,辐合带能影响当地的散度和涡旋特征,为雷暴的发生发展提供有利的动力和热力学条件.海南岛受热带海洋的影响较大,当地的水汽条件和对流潜势长期保持着有利于对流发展的状态,自由对流高度始终处于较低的位置,一旦海风辐合带来的抬升运动克服对流抑制到达自由对流高度后,对流就能自主地发展起来,所以单纯的海风辐合也常常能触发当地的强雷暴.雷暴发生发展过程中对流参数存在明显的变化,其演变曲线的突变位置对雷暴的发生有一定的指示作用.海南岛的海风雷暴过程与当地的复杂地形密切相关,地形的动力阻挡作用影响着低层海风的辐合以及对流的发展.

渤海湾海风锋与雷暴天气

利用天津新一代天气雷达探测到的2008年6~9月共56次渤海湾海风锋天气过程资料、255m高的气象铁塔资料及相应的自动气象站资料,统计分析了渤海湾海风锋的气候特征,包括渤海湾海风锋出现的时间、频率和海风锋触发形成雷暴天气的演变特征。结果表明,2008年6~9月雷达共观测到渤海湾海风锋56次;每日海风锋的形成时间有所不同,最早形成时间是09：30（北京时,下同）,最晚在16：00;维持时间也各有长短,最长维持时间为6.5 h,最短的仅1 h;伸展到内陆的一般距离为70~80 km,最远距离达120 km,高度一般为1.5 km,最高为2.0 km。同时,结合2002-2007年典型的海风锋天气个例分析表明,单一海风锋由于水平范围小,垂直厚度最高为2 km,一般不能形成雷暴天气。但是,当它与西边很弱的冷锋形成一定角度（30°~90°）碰撞时,在碰撞的交叉处能够形成雷暴天气;当海风锋与其它系统呈追赶碰撞时,一般不能形成雷暴天气;当海风锋与其它系统平行碰撞时,有时雷暴加强,有时雷暴减弱。

宁波地区海-陆下垫面差异对雷暴过程影响的数值模拟

利用耦合Noah陆面过程的WRF模式对2009年6月5日傍晚发生在宁波地区的一次雷暴过程进行数值模拟,通过改变下垫面覆盖类型的敏感性试验,探讨了海洋和陆地下垫面对雷暴过程的影响。结果表明,WRF模式能够较合理地模拟出雷暴的发生、发展过程。雷暴发生前期,由于海-陆强烈的热力差异,海风特征明显,海风引起的抬升运动触发了雷暴,海风形成的强辐合区对应雷暴过程累积降水量的大值区。当研究区域全部被替换成陆地后,地表的粗糙度增大,在研究区域东部由于摩擦辐合加强,产生了强烈的上升运动,多个发展旺盛的对流单体在上升运动区生成,使雷暴产生的降水区域东扩、降水量增大、雷暴维持时间延长。当研究区域所有陆地被替换成水体后,白天地表通量减小,大气边界层中湍流运动减弱。

渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成雷暴天气的诊断特征

对2007年8月13日天津多普勒天气雷达（CIN RAD WSR/98D）探测的雷暴天气个例进行分析,结果表明：此次雷暴天气是由渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成的;碰撞后,在海风锋前端、阵风锋前部有新的雷暴单体形成;阵风锋后部的对流回波主体加强,对流回波主体由椭圆状加强为典型的弓状。应用天津36个自动气象站的地面六要素资料和北京850 h Pa以上探空资料,组成新的诊断资料,对该个例进行诊断分析,结果表明：雷达探测的海风锋前端具有较强的低层垂直风切变梯度和露点温度梯度大值区,海风锋前沿与0~3 km垂直风切变梯度密集区相对应,且与露点温度梯度变化较快的区域基本吻合;海风锋与阵风锋相互碰撞时,0~3 km垂直风切变在2 h内变化较快,且有明显的增加趋势,CAPE（convective available potential energy,对流有效位能）值在雷暴形成前有较明显增加;随着雷暴天气结束,上述特征随之消失。

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明:此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。

海风雷暴的观测分析和数值模拟研究进展

沿海地区经济相对繁荣,城市化水平较高,对天气和气候的依赖性强,突发性强对流天气所造成的灾害也会更加严重;同时沿海地区的强对流天气又与海风环流密切相关,因此沿海地区海风雷暴的研究受到了日益广泛的关注,成为了气象学和大气科学中的重要研究对象。在过去的半个多世纪中,海风雷暴的观测和模拟研究取得了大量的研究成果。本文通过对这些研究工作进行回顾和总结,系统地分析了国内外的研究现状,重点讨论了海风雷暴的结构和特征、发展演变过程、触发机制及其预报预警。最后对海风雷暴未来的研究方向进行了探讨,提出了一些有待于研究或需深入研究的问题,以利于今后更好的开展有关海风雷暴的工作,加深对其发生发展规律的认识,提高预报预警水平。

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。

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日("7·14")和2009年6月29日("6·29")山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:"7·14"强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下,明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱,是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因;"6·29"过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制,两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征;大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强,两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成,即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但"6·29"强对流天气过程出现了强中气旋,"7·14"强对流天气过程出现了弱中气旋,因此,前者对流范围更大、强度更强。

2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现:本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。

盛夏杭州湾一次海风锋触发雷暴的数值模拟分析

利用常规气象观测资料、多普勒气象雷达资料、浙江省自动站加密资料、NCEP/FNL再分析资料,结合高分辨率中尺度数值模式WRF对杭州湾地区2016年7月28日一次海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征进行数值模拟。结果表明:1)海风锋是此次强雷暴天气过程的主要触发系统。2)中尺度模式WRF较好地模拟出此次雷暴过程的降水和低层风场、温度场分布以及海风锋水平垂直结构。3)海风锋对局地比湿及涡度特征的加强有明显的促进作用,为雷暴的发生发展提供有利的水汽和动力条件。4)分析对流参数演变曲线的突变位置,对雷暴发生的时间有一定的指示和预报意义,杭州湾南侧单纯的海风锋也可以触发雷暴的发生发展。

宁波机场附近一次孤立强雷暴大风事件分析

利用区域自动气象站资料、天气雷达资料、宁波机场AWOS(automated weather observation system)资料和NCEP再分析资料等对2017年7月22日发生在宁波机场附近的一次孤立强雷暴大风环境条件和雷达回波特征进行分析。结果表明:1)雷暴大风发生在较强的对流有效位能、弱的垂直风切变和上层干燥近地面暖湿的大气层结配置下,海风锋是主要触发系统。2)雷暴大风发生时,地面出现明显冷池和中尺度雷暴高压。3)强反射率因子顶部高度快速下降,中层径向辐合达到18 m·s-1,低层速度辐散超过25 m·s-1等指标,对雷暴大风预警具有较好的指示意义。