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梅雨锋上两类中尺度对流系统的结构特征及形成机理研究

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梅雨锋上两类中尺度对流系统的结构特征及形成机理研究

作者：许长义南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文利用Micaps逐时地面加密自动站资料、静止卫星等非常规资料、NCEP再分析资料以及中尺度数值模式WRF的高分辨率输出资料,采用天气学分析、动力诊断分析和数值模拟的方法,对2009年6月29-30日出现在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行研究... 详细信息

本文利用Micaps逐时地面加密自动站资料、静止卫星等非常规资料、NCEP再分析资料以及中尺度数值模式WRF的高分辨率输出资料,采用天气学分析、动力诊断分析和数值模拟的方法,对2009年6月29-30日出现在江淮流域的梅雨锋暴雨过程进行研究。重点分析了这次降水过程中两类不同性质的中尺度对流系统的特征及其触发维持机制。卫星云图演变结果表明此次梅雨锋降水过程可分为两个阶段：第一阶段为一个碎块型的带状中尺度对流云团(MCS1)自西向东移动,主要造成安徽省强降水;第二阶段为南移的对流云团到达长江流域,重新发展并形成椭圆形的中尺度对流系统(MCS2),造成长江中下游暴雨。地面中尺度天气分析显示暴雨两阶段温压场结构有很大差别,第一阶段地面辐合线附近没有明显的冷中心,雨区基本与辐合线平行;第二阶段海平面呈现出由系统前低压-中高压-尾流低压组成的中尺度扰动场特征,最强的对流雨区位于冷高压与暖低压的过渡区内。另外,存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。数值模拟结果基本再现了暴雨的这两个阶段。MCS1位于梅雨锋的南侧,内部为贯穿整个对流层的强上升运动。MCS2则位于梅雨锋上,主要在对流层中低层发展,对流发展相对浅薄,上升运动表现为倾斜上升,其中心的强度小于MCSl。与MCS1相比,MCS2对应的涡旋水平尺度较大。两者在结构上的差异可能主要是触发维持机制不同造成的。高层位涡的下传在500hPa附近触发了MCS1。通过位涡诊断分析的结果表明：高层位涡主要是通过水平及垂直平流实现位涡下传,从而触发MCS1的迅速发展,而位涡在低层的维持则主要是凝结潜热加热的贡献。MCS1爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生强辐合可能触发了MCS2。

关键词：梅雨锋暴雨中尺度对流系统(MCS) 位涡边界层冷池

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环渤海湾连续两条阵风锋的关联与成因分析

气象 2022年第6期48卷 729-745页

作者：许长义卜清军黄安宁天津市滨海新区气象局天津300457 南京大学大气科学学院南京210023

为加深对雷暴阵风锋多样性的认识,利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、边界层气象铁塔、地面加密自动观测资料结合VDRAS系统分析场资料,对比分析了2016年6月10日渤海湾连续出现的两条阵风锋的差异及相互联系。结果表明:两条阵风锋的结构... 详细信息

为加深对雷暴阵风锋多样性的认识,利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、边界层气象铁塔、地面加密自动观测资料结合VDRAS系统分析场资料,对比分析了2016年6月10日渤海湾连续出现的两条阵风锋的差异及相互联系。结果表明:两条阵风锋的结构存在明显差异,阵风锋1前沿强切变位置形成近地层γ中尺度涡旋,边界层和对流层低层的西南暖湿气流沿阵风锋1输送到雷暴母体;阵风锋2呈现两支强入流的典型动力结构,一支位于其后侧边界层内呈强东北入流,另一支位于前侧对流层低层呈强西南入流,两支入流分别构成阵风锋前侧反环流和后侧正环流圈。冷池与低层垂直风切变的配置对阵风锋的发展维持起到重要作用。阵风锋1后部冷池强度相对较弱,低层垂直风切变强于冷池传播速度,雷暴单体具有向冷区倾斜的层云结构,不利于系统的发展加强;阵风锋2后部冷池发展强盛,冷池传播速度强于低层垂直风切变,雷暴单体内的上升气流更加竖直,从而促进雷暴单体加强发展。阵风锋前沿γ中尺度涡旋和后部冷池存在相互影响及内在关联,近地层γ中尺度涡旋的碰撞,增强了两条阵风锋之间的辐合抬升,同时配合冷池的合并增强,加剧了低层不稳定,有利于维持上下层旋转,形成较强的水平涡度,从而导致对流风暴快速加强发展并演变为弓形回波。

关键词：阵风锋冷池低层垂直风切变 γ中尺度涡旋

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渤海湾阵风锋垂直结构特征及维持机制分析

海洋预报 2021年第6期38卷 21-32页

作者：许长义王彦天津市滨海新区气象局天津300457 天津市人工影响天气办公室天津300074

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、VDRAS反演资料和地面加密自动站等资料,分析了从渤海湾西岸和南岸移入的两条阵风锋发展演变过程及其维持机制。结果表明:西岸阵风锋处于“亚最优切变态”,垂直伸展厚度为1.8 km,对流层低层强盛的西南... 详细信息

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、VDRAS反演资料和地面加密自动站等资料,分析了从渤海湾西岸和南岸移入的两条阵风锋发展演变过程及其维持机制。结果表明:西岸阵风锋处于“亚最优切变态”,垂直伸展厚度为1.8 km,对流层低层强盛的西南暖湿气流沿阵风锋输送到雷暴中,强冷空气堆下沉与近地层暖湿空气形成的气压和温度梯度密集区造成8级雷暴大风。区别于经典阵风锋,南岸阵风锋处于“最优切变态”,冷池传播速度与低层垂直切变基本持平,边界层呈现强东北气流入流(150~750 m),垂直伸展更为深厚(2.6 km),地面冷池与低层垂直风切变对其发展维持起到重要作用。雷暴母体伴有后侧入流急流(RIJ)侵入到达阵风锋处,RIJ下沉过程中将干冷空气夹卷进入下沉气流,通过蒸发作用产生负浮力使冷空气加速下沉,加之降水粒子的拖曳作用,加强了下沉气流强度,最终造成10级以上灾害性大风。计算表明南岸阵风锋冷池传播速度与低层垂直风切变相平衡,较地面大风强1个量级。

关键词：阵风锋垂直结构冷池垂直切变维持机制

梅雨锋上两类中尺度对流系统形成的边界层特征

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大气科学学报 2012年第1期35卷 51-63页

作者：许长义林永辉管兆勇南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 天津市滨海新区气象局天津300457

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF(Weather reasearch and forecasting)模式输出资料,分析了2009年6月29—30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)边界层特征及边界层对两类MCS的... 详细信息

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF(Weather reasearch and forecasting)模式输出资料,分析了2009年6月29—30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统(mesoscale convective system,MCS)边界层特征及边界层对两类MCS的触发维持机理,重点分析了海平面气压场特征、边界层冷池、干线及其在MCS中的影响。结果表明:两类中尺度对流系统的海平面气压特征存在着明显的差异,对流爆发阶段地面风场存在辐合线,再次激发阶段气压场呈"跷跷板"型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内;边界层辐合线是第一类中尺度对流系统(MCS1)维持的重要因素;MCS1爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生的强辐合触发了第二类中尺度对流系统(MCS2);存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。

关键词：中尺度对流系统边界层辐合线边界层冷池干线

冷涡背景下华北平原一次弓形回波致灾大风过程分析

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气象学报 2023年第1期81卷 40-57页

作者：许长义章丽娜肖现王彦天津市滨海新区气象局天津300457 天津市海洋气象重点实验室天津300074 中国气象局气象干部培训学院北京100081 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 天津市人工影响天气办公室天津300074

为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明:此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处... 详细信息

为了提高对弓形回波致灾大风环境演变和致灾机理的认识,综合利用多源观测和ERA5再分析资料,研究了2020年6月25日华北平原夜间弓形回波的风暴环境演变特征及地面致灾大风的成因机制。结果表明:此次过程发生在高空冷涡背景下,华北平原处于中层干冷气流与低层西南暖湿气流叠加区域,因此有利于强对流天气的发生;对流风暴演变可归结为“超级单体-弓形回波-逗点回波”三个阶段,风暴环境逐渐从中等强度的对流有效位能和深层风垂直切变向弱的对流有效位能和强的风垂直切变演变;超级单体阶段,探空曲线呈“X”型分布,负浮力效应为地面大风的产生做主要贡献,动量下传和冷池密度流的作用为辅;弓形回波阶段,由于低层暖平流和地面辐射降温的共同作用,近地面出现较强逆温,850—500 hPa垂直温度直减率增大,负浮力、动量下传和冷池密度流作用均较前一阶段明显加强,导致地面13级致灾大风的形成;逗点回波阶段,850—700 hPa的干层减弱,负浮力作用与超级单体阶段相当,动量下传和冷池密度流作用与弓形回波阶段相当,造成地面大风的形成。最后给出本次弓形回波环境演变和致灾机理的物理模型。

关键词：致灾大风弓形回波冷池风暴环境演变

一次西北气流型冰雹过程分析中加密观测资料的综合应用

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气象科技 2017年第4期45卷 698-709页

作者：许长义易笑园段丽瑶徐灵芝天津市滨海新区气象局天津300457 天津市气象台天津300074

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达、天津255m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、北京和乐亭两个探空站、5min间隔自动站观测资料和自动站J文件,对2014年6月22日天津地区一次漏报冰雹过程对流系统的演变特征进行精细化分析。... 详细信息

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达、天津255m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、北京和乐亭两个探空站、5min间隔自动站观测资料和自动站J文件,对2014年6月22日天津地区一次漏报冰雹过程对流系统的演变特征进行精细化分析。结果表明:(1)这次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场发生的,冰雹入侵路径是少见的东北路径;(2)雹暴单体发展于地面"人"字形辐合线"捺"部顶端,配合干线的共同作用造成雹暴单体加强发展,形成阶段近地层强东风入流加强地面风速辐合和干线的强度。成熟阶段气象要素的骤变(降温、升压、增湿)远强于形成和发展阶段的变化;(3)雹暴后侧入流区东北气流的维持及其下传对雹暴单体的增强起到重要作用。前侧入流区东北气流则自地面向边界层伸展,且临近降雹时塔层气象要素均有短时间的反向变化;(4)风暴追踪信息显示雹暴单体质心高度在3~4km,回波顶高远超过-20℃高度,最大反射率因子高度存在3次明显下落,发展阶段垂直液体含水量达最大55kg·m^(-2)。

关键词：雹暴单体加密观测资料西北气流型东北路径

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2012年7月末天津暴雨过程的扰动特征

大气科学学报 2014年第5期37卷 613-622页

作者：徐灵芝吕江津许长义天津市滨海新区气象局天津300457

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及... 详细信息

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及后侧下沉气流紧密相连,表现出较好的对流组织性,也预示强降雨将持续发展。逆风区的维持与伸展的高度可作为暴雨预报的先兆信号。2)地面辐合线与雷达回波上对流单体出现"列车效应"的区域有很好的一致性。地面形成的气旋性闭合环流和中小尺度环流辐合作用的稳定维持是产生大暴雨的重要因素。3)由风廓线资料可详细分析出暴雨过程中低空急流及边界层急流的扰动过程。在强降雨发生前,急流强度明显增强,与雷达回波上的"列车效应"是一致的,但比雷达更早出现。风廓线资料中低空急流和边界层急流的增强态势,对大暴雨短时临近预报具有很好的指示意义。

关键词：大暴雨逆风区低空急流扰动特征

多种观测资料在一次弱降水雷暴大风分析中的综合应用

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气象科技 2017年第2期45卷 355-363页

作者：许长义易笑园段丽瑶徐灵芝天津市滨海新区气象局天津300457 天津市气象台天津300074

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属... 详细信息

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属于西北气流型雷暴大风,低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供有利环境条件;(2)此过程共经历弓形回波复合体、阵风锋和单体弓形回波3个阶段,雷暴大风的强度与强回波核伸展高度以及下落时间有关,回波核伸展高度越高,下落时间越短,雷暴大风强度越强;(3)强冷池的快速移动是弓形回波复合体阶段雷暴大风的直接原因,冷空气首先从2.3km高度入侵,10min后地面出现雷暴大风。天津南部具有不稳定能量高值中心,配合地面中尺度辐合线的触发作用导致单体弓形回波阶段雷暴大风;(4)阵风锋阶段上升与下沉气流共存,下沉速度峰值的下传特征较地面雷暴大风的出现提前20min,2km以上的对流层中低层为上升运动。

关键词：弱降水雷暴大风弓形回波阵风锋风廓线

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动态范围对多普勒雷达回波产品影响的研究

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