线状对流中EF3级强龙卷的多尺度机理研究

利用NCEP再分析资料、地面观测资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达资料、FY-4A卫星资料、雷达变分同化分析系统输出的高分辨率分析场资料对2018年8月13日17:30发生在天津静海地区的EF3级强龙卷过程进行分析,结果表明:此次过程为发生在线状对流中的强龙卷,且引发龙卷的对流风暴不具备超级单体风暴典型特征,龙卷形成后,在涡旋不断加强的基础上,旋转中心不断下降,且TVS的伸展厚度不断增大。两个线状对流之间新单体的形成发展促使了线状对流的合并,新生对流单体强回波接地时间与龙卷的发生时间有较好的对应关系。在龙卷发生前20 min,分别位于两条边界层辐合线北侧和西侧的偏北风和前方入流的偏东风构成了中低压的辐合旋转流场,当雷暴出流与龙卷发生地的局地风垂直切变中心(在180 m高度可达90×10-3 s^-1)相遇,辐合线上水平分布极不均匀的上升运动迫使水平涡管倾斜,加强了垂直涡度,涡管在垂直方向上被拉伸,根据角动量守恒,旋转加强形成龙卷母体涡旋,因此,发生在线状对流中的强龙卷虽然在对流模态上与超级单体龙卷不同,但龙卷母体涡旋形成的物理机理是一致的。

广东两次台风龙卷的环境背景和雷达回波对比

利用常规气象观测、广州多普勒天气雷达及NCEP/NCAR再分析等资料对比广东省佛山市2015年10月4日EF3级和2006年8月4日EF2级台风外围强龙卷过程。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,低层辐合、高层辐散及中低空强劲东南急流在珠江三角洲叠加是其产生的相似环境背景。环境参数均表现为较小的对流有效位能、低的对流抑制与抬升凝结高度、强的垂直风切变和大的风暴相对螺旋度。两个龙卷母体均为微型超级单体,前者雷达回波强度更强,钩状回波特征更明显;都存在强中气旋和龙卷涡旋特征(TVS),中气旋都在中低层形成后,向更低层发展最终导致龙卷。TVS比龙卷触地提前1个体扫出现,或与龙卷触地同时发生,中气旋和TVS的底高和顶高均很低。但两次龙卷触地前后,前者中气旋和TVS的底高和顶高出现突降现象,而后者中气旋和TVS的底高和顶高一直维持较低高度。龙卷触地前后,两者风暴单体的最强切变均出现剧增现象,但前者TVS的最强切变更强,比后者大1倍以上。

佛山初春冰雹天气层结结构及雷达特征初探

采用MICAPS资料、探空资料、雷达资料以及NCEP 2.5°×2.5°再分析资料对近2年佛山地区的3次初春(2—3月)冰雹事件进行分析,发现:1)2019年2月21日和2020年3月27日的冰雹过程属于锋面低槽型,2020年3月18日冰雹过程属于高架雷暴型。2)3次过程“上冷下暖”层结结构不明显,不满足ΔT 85越大、冰雹直径越大的规律,但“上干下湿”层结结构明显;2019年2月21日和2020年3月27日的冰雹过程最大热浮力强度大于6℃,具备出现大冰雹潜势;满足H-/H+(冷云和暖云厚度比值)值越大,冰雹直径越大规律。3)雷达图上悬垂回波明显,2019年2月21日和2020年3月27日的冰雹过程还探测到前侧暖湿气流入流缺口和明显中气旋,3月27日冰雹过程高仰角处还探测到明显三体散射长钉;3次过程的VIL值不大,这可能是初春冰雹与夏季冰雹区别之一。

佛山强降水与微压计滑动离散功率谱前置信号关联分析

通过对佛山微压计站收集的气压数据进行滑动离散功率谱处理,以3 h作为窗口,每分钟进行一次功率谱分析,分解出2~90 min信号,对后续强降水过程进行关联分析,得到如下结论:微压计滑动离散功率谱前置信号出现在强降水发生前大概1 h左右的时间,并且伴随降水增强;风场和气压场信号对强降水没有提前预警信号出现,只在降水过程中可能出现响应;重力波信号提前量在不同强降水过程中不尽相同,在研究时段内,对70%以上的降水过程有0.5 h的信号超前预警,50%的强降水能在发生1 h之前能获取重力波信号;微压计滑动离散功率谱前置信号可以作为短时强对流的预警信号之一,后续可以考虑把信号系统化,或加入到气象模型中。

瞬时扰动法在佛山一次台风龙卷的环境背景分析和模式预报中的应用

结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA5再分析数据与S2D模式输出产品,利用瞬时扰动法先提取了2018年9月17日台风“山竹”在佛山地区诱发的台前龙卷前期“扰动天气系统”,接着评估了业务模式对此过程前期扰动天气系统的预报能力。结果表明:龙卷易发生于负高度扰动轴线和冷暖气团对比零线的重合之处;龙卷是在台风登陆之后高空扰动暖气团和近地面负高度扰动明显减弱阶段发生的,此时近地面有扰动冷气团开始发展;佛山在龙卷发生前1 h转受近地面的较强的东南风和偏南风扰动辐合影响,而中高层大气受冷平流扰动影响,大气层结变得不稳定;负高度扰动和正湿涡度扰动有利于台风龙卷母体风暴发生发展,但会抑制下沉气流扰动的出现,而正湿散度扰动增大引起的下沉气流扰动增强;业务模式起报时间为最新时次的预报结果对全部扰动场的综合预报能力是最好的,预报提前量有12 h。

珠江三角洲台风龙卷预警技术与2018年两次龙卷预警试验

利用常规观测、自动气象站、多普勒天气雷达等资料,分析珠江三角洲台风龙卷活动特征、龙卷产生的环境场特征等,给出了珠江三角洲台风龙卷的天气概念模型和预报预警指标,建立了珠江三角洲台风龙卷预报预警方法与流程,并应用于2018年两次台风龙卷预警试验。结果表明,依托该方法分别提前58min、37min成功预警了6月8日佛山市南海区的"艾云尼"台风龙卷、9月17日佛山市三水区的"山竹"台风龙卷,证实该方法流程是可行的。

X波段双偏振雷达垂直指向法标定的应用

垂直指向法标定是双偏振雷达的差分反射率因子ZDR标定有效方法的一种,可以订正ZDR测量误差,提高雷达数据的质量。本文基于双发双收模式的X波段双线偏振天气雷达系统,通过分析雷达硬件系统和垂直指向法标定的数据,诊断了观测数值的一些质量问题,初步判断是方位旋转关节损坏而导致ZDR的数值在某一固定区域上出现较大偏差。更换新的方位旋转关节后,对比处理问题前后的垂直指向标定数据证明能有效解决此问题。最后,经过多次试验分析表明,当垂直指向法标定在回波强度为25.5~30.5dB之间的中等范围稳定的层状云降水情况下使用时,其标定的数据能有效订正系统ZDR偏移量。

两类不同风灾个例的灾情调查与观测对比分析

利用灾情调查、常规观测和雷达资料对比分析2018年6月8日佛山南海龙卷和2016年8月18日湛江雷州微下击暴流两次强风天气过程。结果表明:南海龙卷强度为F1级和EF1级,雷州微下击暴流强度为F2级和EF2级,且导致风灾的气流具有多尺度性以及时空尺度小的特征。两次过程均发生在低层辐合、高层辐散和中低层急流汇合有利的环流背景,但龙卷发生在台风环流内部,而微下击暴流发生在台风外围。环境参数表现为弱的条件不稳定、对流抑制能量小和抬升凝结高度低,但龙卷过程的0—1 km风垂直切变较强。导致风灾的风暴单体均伴有中气旋,但形成龙卷的微超级单体具有明显的钩状回波特征,低层存在中等强度中气旋,中气旋尺度较微下击暴流过程的小得多,底高较低,龙卷出现前中气旋底高降低,直径缩小。形成微下击暴流的为一椭圆形的β中尺度风暴单体,低层存在强中气旋,中气旋为辐散性气旋,底高较高,直径逐渐增大,垂直剖面图上存在中层径向速度辐合、强反射率因子核心下降特征。

雷州半岛一次台风外围龙卷天气过程分析

2013年11月11日早晨,距离第30号台风海燕中心约350 km的湛江市徐闻县出现了龙卷,强度为EF1级。利用现场灾情调查、常规高空和地面观测、广东省地面自动站观测和湛江S波段多普勒天气雷达数据等,对此次龙卷天气过程进行分析。结果表明,龙卷发生在副热带高压和台风海燕之间的东南急流辐合的环流形势下,环境条件表现为中等强度对流有效位能、低的对流抑制能量和抬升凝结高度、强的0~6 km和0~1 km垂直风切变以及大的低层相对湿度;地面层的中尺度辐合线和小尺度涡旋提前于龙卷出现,龙卷发生在小尺度涡旋附近。龙卷风暴母体的下沉气流导致的地面冷池气温与周围环境的温差约为1~4℃,较小的温差有利于龙卷的形成。龙卷风暴母体为低质心的微超级单体,低层具有钩状回波和入流缺口特征,伴有中等到强中气旋和TVS特征,中气旋和TVS伸展高度在2 km以下;龙卷触地前,中气旋强度增大,直径缩小,底高降低,TVS特征较龙卷提前约24 min出现。

1713号台风“天鸽”与1822号台风“山竹”大风过程对比及成因分析

利用常规观测、地面自动气象站、FY-2E卫星红外云图以及多普勒天气雷达资料等,对登陆珠江三角洲沿海的1713号台风“天鸽”和1822号台风“山竹”的大风过程进行对比及成因分析。结果表明:台风本身的强度、结构及其变化对台风的影响范围、出现时间和持续时间有密切关系;地面气压场的分布对台风大风的出现时间起到了重要作用,且气压梯度加大有助于增加大风影响范围和影响时间;“喇叭口”地形的狭管效应对风速有加强作用。卫星云图对预测台风大风的影响时间和影响范围有一定参考作用;当台风中心进入雷达的监测范围时,雷达产品可以有效估测风速大小、影响时间和影响范围。