华北冷涡背景下强对流天气的基本特征分析

利用京津冀的危险天气报资料,统计分析2001—2008年5—8月华北冷涡背景下的强对流天气的时空分布及动力热力特征。结果表明:(1)短时强降水在沿海地区发生的概率最大,尤其是下午至傍晚。河北西北山区上午发生大风和冰雹的概率最大,下午至傍晚的大概率区向东向南明显扩大。龙卷在上午发生的概率最大,其大概率中心位于北京。(2)对流大风以西北风为主,风力多为8级。冰雹直径以5～20 mm为主。短时强降水的持续时间多在20分钟以内,降水量多为20～23 mm。对流强度的大值区位于太行山、燕山的背风坡和沿海地区。(3)在短时强降水发生前的最有利抬升指数(BLI)最大、抬升凝结高度(LCL)最高。(4)大风发生前的垂直风切变最强,抬升凝结高度最低。(5)冰雹发生前0℃高度约为3 400 m,-20℃高度约为6 400 m,风暴的相对螺旋度(SRH)>150 m2/s2。

一次中尺度对流系统的发生发展特征分析

通过分析2008年6月23日形成于冷涡成熟阶段的中尺度对流系统(MCS)的发生发展特征,得到:(1)MCS发生发展过程中,高空强垂直风切变维持,低层垂直风切变迅速增大。(2)湿Q矢量的低层辐合、高层辐散,加强了上升运动和次级环流,前者的增大对MCS的发展起了更大的作用。(3)雷达图上弱回波区、回波悬垂结构、三体散射现象、大的垂直累积液态水及低层速度图上的气旋式辐合的出现是冰雹发生前的有利信号。(4)湿斜压性及风垂直切变增大可能会促发MCS发生。地面风场辐合和水汽辐合加强了MCS的发展。对流层中高层干冷空气的侵入,使不稳定能量释放,导致了强对流天气的发生。

一次华北冷涡动力热力结构及发展机制分析

通过对2008年6月22—30日产生强对流天气过程中的华北冷涡动力、热力结构和演变特征的分析,发现:此次冷涡发展深厚,300 hPa冷涡中心明显,冷涡还在地面诱发了锋面气旋。在冷涡发展直至初步减弱阶段对流层整层都为正涡度区,中高层正涡度逐渐向低层传播。冷涡发展加强阶段,冷涡南侧高空西风急流发展加强,东西两侧的经向风分布趋于对称,东部和南部伴随较强的垂直上升运动。华北冷涡中心干冷,对流层中层西北干冷空气的侵入,对冷涡的发展加强起着重要作用。此次过程中,持续的东南气流将渤海的水汽向华北地区输送,水汽以东西向辐合为主。冷涡后部冷空气南下的日变化活动规律明显,10—13时侵入至京津冀地区,维持时间为15～20 h。冷涡后部干冷空气的向南侵入易造成强对流天气发生。

1999—2008年夏季华北冷涡的异常特征

利用1999—2008年5—8月中国160站月平均气温资料、每日2次的MICAPS资料及每日4次的NCEP 1°×1°资料,通过定义一个夏季华北冷涡强度指数(NCCVI),研究了夏季华北冷涡异常年西太平洋副高、东亚季风、高空急流及低层垂直运动的异常特征。结果表明:夏季NCCVI异常强年500hPa上贝加尔湖地区有气旋性环流发展,从贝加尔湖至我国华北地区为一显著的高空槽所控制,冷空气较活跃并随槽后引导气流扩散南下影响华北地区。对流层各层偏暖湿,200hPa上高空急流偏强,700hPa上高纬冷涡后部偏北气流加强,低纬偏南气流加强,冷暖空气在华北交汇,华北和东北地区低层上升运动发展。同期副热带高压偏强,位置略偏南;东亚夏季风偏强,加强了水汽输送。夏季NCCVI异常弱年相反。

华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气环境场条件对比分析

利用探空观测资料,对比分析华北冷涡背景下青岛三次混合型对流天气过程环境场条件,揭示出现短时强降水、雷暴大风和冰雹天气时的水汽、稳定度和垂直风切变差异特征。分析结果表明:500 hPa上冷涡中心位于42°N的华北冷涡、850 hPa低涡系统和偏南风急流以及地面气旋是这三次混合型对流天气的影响系统;在这三次混合型对流过程中有无雷暴大风天气的环境参数区别比较显著:有雷暴大风表现出了相对较干的中低层和中层存在浅薄湿层的水汽层结,无雷暴大风的则是上干下湿和中层大气干燥的层结特征;稳定度差异决定了对流强度的差异:同时出现短时强降水、雷暴大风和冰雹的对流天气的层结不稳定度最强,表现为较大的850和500 hPa温差(大于30℃)以及较强的0~3 km垂直风切变(大于12 m·s^-1);出现短时强降水和大风的大气层结稳定度最弱,相应的环境参数值也最小;在强不稳定层结和低层水汽充足的条件下,大于12 m·s^-1的0~3 km垂直风切变对青岛地区雷暴大风和冰雹的预报预警有较好的指示意义。

2011年7月12—20日华北冷涡阶段性特征

利用常规天气、地面危险天气报、自动站加密、NCEP/NCAR再分析资料等,对2011年7月12—20日持续9 d的华北冷涡过程阶段性特征进行分析。结果表明:冷涡过程降水主要分布在内蒙古东北部、华北和东北南部,发展阶段对流性强,多雷暴大风和冰雹,水汽来源于西南和东南气流,850 hPa上有强暖温度脊,高空急流较完整;减弱阶段以短时强降水为主,水汽来源于偏东气流;两阶段700 hPa以下为斜压,上升运动区主要位于东侧;发展阶段500 hPa为干区,南侧存在干空气侵入和θ_e梯度;减弱阶段整层相对湿度较大,θ_e锋区及不稳定度减弱。中层冷平流及中高层正涡度平流随高度增强是冷涡发展的主要因子、冷涡减弱是由低层冷平流进入冷涡中心、中层冷平流及中高层正涡度平流减弱共同影响所致。