宁夏雷暴天气过程划分及环流分型和环境场特征

利用1961—2005年宁夏25个气象站雷暴观测资料,根据雷暴发生特点对雷暴天气过程进行划分,得到全区(大部)性、区域性Ⅰ、区域性Ⅱ、持续性、局部性、分散性6类雷暴天气过程;并利用1996—2005年NCEP/NCAR逐日全球再分析资料,对10年来5—9月263例区域性雷暴天气过程进行分析,总结得到有利于宁夏雷暴天气发生的主要环流分型有4类:蒙古冷涡(槽)型、东北冷涡后部横槽型、河套低涡型、西风槽型。其中,前3种类型下易出现持续性雷暴天气过程。易于发生雷暴的环境场特征为宁夏处于500 hPa"西高东低"环流形势下的(弱)西北气流中,地面一般为气旋或热倒槽所控制,蒙古国至我国新疆一带或河西一带有冷锋、切变东移南下,中低层有一定的水汽和辐合抬升条件。

闪电宽带电场三维定位及其回波特征

利用自制闪电宽带电场三维定位系统,分析了山东地区一次雷暴过程闪电三维时空结构。结果表明,在云内击穿放电整个时间序列中,辐射源空间分布(对应强电场区分布)呈现明显的三极性分层电荷结构,并分布在3个高度层次:6～8 km为上部正电荷区,4～6 km为中部负电荷,2.5～4 km为下部次正电荷区。云内放电首先出现在中部负电荷区,然后产生向上发展的负流光进入上部正电荷区传输,形成向上发展的云闪;随着雷暴发展,产生向下发展的负流光进入下部次正电荷区,形成向下发展的云闪,且能维持到雷暴发展后期。结合雷达回波分析表明,雷达回波的强度影响着闪电活动,强回波区的增加会使得强电场区域增加,但是强电场区域并不与最强回波区域对应,除下部正电荷区的底部会有部分辐射源出现在回波强度为40～50 dBz的区域中以外,大多数的辐射源出现在25～35dBz的中等回波区范围内,强回波区域中通常较少出现击穿放电。

云南一次秋季雷暴过程的闪电特征及形成条件分析

利用NCEP/NCAR资料、雷达回波、卫星云图和闪电定位系统等新一代探测资料对2010年9月21-23日的云南雷暴过程进行了分析。结果表明,西移的热带低压"凡亚比"为这次雷暴云团发展提供了热带偏东风辐合及低层暖(300～302K)、中层湿(相对湿度≥80%)等有利环流背景条件。中尺度雷暴云团负闪电占主导地位,发展阶段云顶亮温下降,均为负闪电,负闪电频数高达1 245次.(30min)-1;从成熟阶段到消散阶段,云顶亮温逐渐上升,负闪电逐渐减少,有少量的正闪电出现并逐渐增加。另外,雷暴云团结构和闪电空间分布不均匀,具有前部为主对流区而后部为云砧或高云的结构特征,云顶亮温前部较后部低且梯度大。密集负闪电主要出现在云顶亮温≤-60℃附近和前部大的云顶亮温梯度区,稀疏正闪电分散在密集负闪电后部和云团中部。多普勒天气雷达显示,雷暴云团前部云区表现为具有不均匀结构的中尺度带状回波,后部云区属于无回波区;密集负闪电主要出现在带状回波上强度≥40dBz和顶高≥10km的强回波区内及中尺度不均匀风场附近,且回波强度越强、顶高越高,负闪电越密集;发展后期稀疏的正闪电分散在强回波的后部边缘或者后部弱的对流回波和层状云回波上。

陆面过程参数化对宁波地区雷暴过程模拟的影响

利用耦合复杂程度不同的陆面过程参数化方案(Noah、RUC)的新一代中尺度数值模式WRF,对2006年6月24日发生在宁波地区的一次典型的雷暴过程进行了数值模拟试验。结果表明:对于雷暴发生前期近地面热力、动力场的特征,Noah方案的模拟较为逼真,RUC方案没有反映出下垫面覆盖的多样性以及城市下垫面的影响,城乡之间差异不明显;Noah方案模拟的雷暴启动、发展过程与观测较为一致,RUC方案较好地描述出了演变过程中的关键阶段(3次合并过程);由于参数化所考虑的要素和物理过程存在一定差异,Noah方案在对降水的强度、降水中心位置的模拟方面具有一定优势;雷暴的持续时间对陆面过程参数化方案的选择比较敏感,两个方案所模拟的雷暴过程持续时间不同程度地长于实际雷暴持续时间;无论是哪种下垫面覆盖类型,白天Noah方案模拟的感热通量均大于RUC方案,而Noah方案模拟的潜热通量均小于RUC方案。

基于过程的输电线路雷电活动描述新方法

传统雷电数量强度的描述方法是基于单次落雷的雷电日作为统计单位。但以雷电次数、雷电日指标衡量雷电活动,无法反映出区域内雷电活动的过程信息,特别是一年中雷电分散在多少次雷电活动过程以及每次过程中雷暴团运动与线路之间的方位关系。为此,提出了一种基于过程计量单位的输电线路雷电活动描述方法。该方法将统计时间段平均划分为若干连续时间片,统计时间片内线路区域的雷击次数,得到统计时间段内雷电次数曲线。运用小波平滑处理曲线,除去雷电过程瞬时减弱对曲线产生的噪声影响,准确截取雷电过程起止时间点。最后,利用聚类提取每次过程中雷暴中心并依据雷暴中心距离关系分别追踪运动轨迹。以湖北省一条线路开展实验,结果表明该方法准确地得出该线路区域2013年、2014年各有19、15次雷电过程,并追踪出每次雷电过程的雷暴团运动轨迹,验证了算法的有效性。

MM5和WRF模拟东北冷涡雷暴天气过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料驱动中尺度天气模式MM5和WRF,模拟2005年4月6日辽宁强雷暴降水天气过程。结果表明:MM5和WRF模拟雷暴发生的天气系统结构相似,但对于降水量模拟,WRF模式模拟的结果与实况更为接近。分析其天气系统结构表明,降水过程中来自不同地区的冷暖空气交汇和来自不同地区云团的汇合造成了此次强雷暴天气的发生。

山西秋季一次飑线过程的云图特征及维持机制

利用Himawari-8卫星红外、水汽云图和FY-2E卫星可见光云图资料,以及多普勒天气雷达拼图和常规气象站、自动气象站、高空观测资料,对2017年9月21日发生在山西境内的一次飑线天气过程进行云图特征及维持机制分析。结果表明:(1)蒙古冷涡是本次飑线过程的大尺度天气影响系统,地面冷锋东移至不稳定潜势区触发了飑线云系的生成;高低空系统配置结构的转变及地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度气旋和辐合线,是飑线发展和维持的机制;对流云团在地面冷锋与850 hPa切变线之间合并发展,地面中尺度高压与低压的发展促使气压梯度增大,导致飑线增强,是飑线过境时地面大风形成的原因。(2)初生阶段,飑线形成于云顶亮温低值区后侧梯度大值区、云顶纹理粗糙区、干湿边界偏湿区一侧,冷云盖略超前于飑线;发展阶段,飑线回波在云顶亮温低值区加强,并沿着亮温低值中心移动的方向移动;成熟阶段,飑线雷达回波与云顶亮温低值区重合。(3)弧状云线、上冲云顶和对流云带一侧的暗影是对流云团加强发展的前期征兆。

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。

雷暴电活动对冰雹增长影响的数值模拟研究

利用三维强风暴动力 -电耦合模式 ,数值模拟了风暴演变过程中电活动对冰雹增长及地面降雹的影响 .结果指出 ,带电冰雹与云内强电场作用使地面降雹量增加约 5 0 % ,雹块直径增大 0 .7mm ,降雹时间滞后约 3min .文中还讨论了强电场通过对水成物降落速度的调制来影响冰雹微观增长过程 ,即主要是影响碰并过程和冰雹融化过程 .电活动使冰雹源、汇总量都减少 ,但汇总量减少更多 ,总体效果使冰雹总量增加 ,数目减少 ,冰雹长得更大 。

黑龙江省雷暴灾害损失风险评估与区划

利用黑龙江省2001-2005年78个气象站的雷暴资料,采用加权综合评价法和AHP决策分析法首次对黑龙江省雷暴灾害损失风险进行了评估,并与GIS技术耦合进行了雷暴灾害损失风险区划。结果表明:雷暴灾害高损失风险区分布在哈尔滨、绥化及双鸭山的市区,危险性和暴露性因子为主导因子;中等损失风险区集中在哈尔滨以及绥化所辖的大部分县市,还有牡丹江、鸡西、大兴安岭地区的部分县市,以及齐齐哈尔市、黑河市和讷河县等地;轻、低损失风险区分布在齐齐哈尔、黑河的大部分县市及东部平原地区。

山西“6．13”致灾强对流天气成因及预警提前量分析

为了提高灾害性天气的预报能力，提炼强对流天气的预报着眼点，本文利用常规气象观测、加密自动站、卫星和雷达等资料，对2016年6月13日发生在山西的一次致灾混合性强对流天气过程进行了分析。分析发现：此次过程发生在①“上千冷、下暖湿”的高低空环境配置下，水汽和不稳定能量比较充足，0℃层和-20℃层高度适宜，0—6km垂直风切变较大，对流在地面辐合线和低空切变线上触发，并迅速发展成为飑线。②飑线出流偏北风与环境偏南风形成了辐合线，在辐合线上不断有新的对流触发生成，引导风暴快速发展并移动。③此次过程中，冰雹由孤立对流单体造成，基本不可预警，雷雨大风由飑线造成，有2—6小时的预警提前量。

云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

本文将非感应起电机制耦合到WRF中尺度模式中,选取Morrison双参数微物理方案,采用整体放电参数化方案,改变初始云凝结核(CCN)浓度(浓度变化从500 cm-3到4000 cm-3),共模拟15组试验,讨论了CCN浓度(nCCN)对雷暴云起电强度的影响。通过研究发现:随nCCN增加,霰粒子数浓度减少,混合比增加,导致霰粒子平均尺度增加;冰晶粒子数浓度增加,混合比基本不变,导致冰晶粒子平均尺度减小。此外,霰粒子平均尺度增大,下落末速度增大,冰晶粒子平均尺度减小,下落末速度减小,二者末速度差值增加,导致单次碰撞电荷分离量增加。综上所述,气溶胶浓度增加使霰粒子与冰晶粒子碰撞分离过程增强,单次碰撞电荷分离量增加,正负电荷密度平均值增加,从而增强雷暴起电强度。

云微物理过程对强对流风暴的影响之数值模拟研究

本文运用三维对流云模式对美国SPACE计划(South Park Area Cumulus Experiment)1977年7月19日South Park地区一例强对流风暴进行了模拟,目的是考察不同云微物理过程对风暴的影响。不同微物理方案模拟对比有助于我们加深对风暴内部微物理过程的了解。结果表明,不同微物理方案模拟的风暴内部动力场、强度有所不同。不考虑冰相过程的暖雨方案,模拟的风暴最弱;冰相过程中仅考虑冻结/融化潜热释放,模拟的风暴强度在后期稍弱。由于降水绝大部分由霰、雹转变而来,以及霰、雹粒子对运动场的影响及其相变潜热作用,冰相过程中如果不考虑霰、雹的模拟方案,模拟风暴的动力场及降水场都发生改变。

安徽北部一次局地特大暴雨过程的中尺度特征分析

利用NCEP 0.25°×0.25°再分析资料、自动站加密观测资料、卫星和雷达资料,对2018年6月27—28日安徽北部出现的一次局地特大暴雨过程进行特征分析,结果表明:(1)此次特大暴雨过程发生在冷涡后部的大尺度天气背景中,低槽具有前倾结构,环境场提供了充足的水汽和能量条件;(2)降水具有低质心暖云降水特征,后向传播、低槽移动缓慢和引导气流弱是导致降水长时间维持的主要原因;(3)雷暴高压的地面出流和环境西南风的辐合导致的边界层中尺度辐合线是对流的主要触发、维持和增强机制,与对流风暴主体靠近时边界层中尺度辐合线触发、维持和增强作用强,远离对流风暴主体时作用减弱;(4)边界层中尺度辐合线的位置与等温线密集带暖侧保持一致,对流单体主要在其冷侧新生或发展增强,强降水中心位于雷暴高压冷中心附近;(5)位于风暴后部的边界层中尺度辐合线呈准静止状是造成后向传播长时间维持,进而强降水持续降落在安徽北部地区的重要原因。

2013年2月一次雷暴伴降雪天气过程分析

利用常规气象观测资料、ECMWF 0.5°×0.5°的6 h再分析资料和多普勒天气雷达探测资料,综合分析了2013年2月18日夜间至19日凌晨发生在江淮地区的雷暴伴降雪天气过程。结果表明,高层低槽东移、中层在江淮之间有切变线东移南压,低层以及地面为冷高压控制,是此次雷暴伴降雪天气过程发生时的天气背景;此次雷暴是在稳定的层结下产生的,不再满足不稳定层结这一雷暴发生的三要素之一。中层有较强的西南急流带,急流带随着系统的南移而向南收缩,其辐合带南移的速度快于急流向南收缩的速度,雷暴主要发生在急流的北侧边缘附近的辐合带内,辐合位于800 hPa以上的气层内,主要位于650～600 hPa。此次雷暴过程中,近地层和中层出现了相反的冷暖平流交替,雷雨发生时段,近地层为冷平流控制,850 hPa以上暖平流迅速加强,这也导致在中层出现了较强的上升气流,暖平流和上升气流的突然加强为雷暴的发生提供了动力触发条件;西南急流为降水地区提供了良好的水汽输送环境,另外,对流的发展、强烈的上升运动使得水汽向高层输送,整个中高层均有较为充足的水汽,为对流提供了较好的水汽条件。此次雷暴伴降雪天气过程中,对流回波的强度较弱,为30～35 dBz,顶高较低,大部分回波低于6 km,且干湿层边界明显。

新疆雷暴天气过程分型

对新疆39a雷暴天气资料的普查,得到367次雷暴天气过程,归结出4种天气形势,雷暴天气由冷锋和中尺度高压造成。

布达拉宫地区雷暴监测系统功能与设计

文章开发了面向服务架构的大气电场和闪电监测数据处理平台,搭建布达拉宫地区雷电监测系统,实时监测雷电活动和大气电场情况,实现雷暴预警。系统具有历史数据查询统计和产品制作功能,为布达拉宫地区的雷暴监测提供了有力、可靠的服务。通过部署试用,系统运行稳定,可显著提高雷暴监测能力,具有广阔的推广空间和应用前景。

西藏那曲一次特大冰雹的数值模拟研究

针对数值模式在模拟高原强对流天气时,如何选取各种微物理过程方案及表征量的问题。采用中尺度天气模式WRF,对2010年9月25日青藏高原那曲地区的一次午后热力雷暴及其带来的冰雹过程进行数值模拟,探讨了不同微物理过程方案在高原地区的适用性,以及高时空分辨率的诊断量对雷暴的反映。将模拟结果与实况卫星云图对比,显示当模式中微物理过程采用WSM3方案时,模拟效果较为准确。模式输出的高分辨率中尺度要素场能较准确地反映雷暴云团的位置情况,模式输出的各种参量(如CAPE,KIm,假相当位温等)随时间的变化情况,均能较准确地描述热力雷暴发生发展过程。

广河县雷暴过程的天气学预报方法

利用2006—2015年广河国家气象观测站雷暴观测资料,挑选出了208个雷暴记录。根据雷暴发生个例,逐个查看2006—2015年5—9月MICAPS 8:00、20:00 500 h Pa高度场,将雷暴过程进行划分,得到了广河县雷暴过程的主要环流形势为槽后西北气流型、横槽型、槽过境型、低涡后部型。其中,最有利于广河县雷暴发生的天气型是槽后西北气流型或横槽型,其次是槽过境型。

陇东地区雷暴天气过程环流分型

利用2001—2009年陇东地区环县、庆城、西峰、镇原、华池、正宁6个气象站雷暴观测资料,从9年的观测资料中挑选出了192个雷暴记录。由于所选站点比较集中,1个站点发生雷暴就认为该地区有发生雷暴。根据雷暴发生个例,逐个查看2001—2009年5—9月MICAPS 8:00、20:00 500 h Pa高度场,对雷暴天气过程进行划分,得到了陇东地区雷暴天气的主要环流形势为槽后西北气流型、横槽型、槽过境型、低涡后部型、阻塞高压型。其中,最有利于陇东地区发生雷暴的天气型是槽后西北气流型或横槽型,其次是槽过境型。