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中原地区冷季高架对流不稳定机制及雷达特征分析

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高原气象 2024年

作者：武威许东蓓成都信息工程大学大气科学学院河南省漯河市气象局

利用常规气象观测资料、 ERA5再分析资料、闪电定位数据和多普勒天气雷达资料等，以中原地区代表性省份-河南省为研究区域，针对其2010-2021年冷季（10月至次年4月）显著高架对流个例进行不稳定机制分类，并对比分析不同机制下雷达回波... 详细信息

利用常规气象观测资料、 ERA5再分析资料、闪电定位数据和多普勒天气雷达资料等，以中原地区代表性省份-河南省为研究区域，针对其2010-2021年冷季（10月至次年4月）显著高架对流个例进行不稳定机制分类，并对比分析不同机制下雷达回波特征。结果表明：（1）河南省冷季高架对流按照不稳定机制可分为条件不稳定类、条件对称不稳定类、条件不稳定与条件对称不稳定混合类和锋生次级环流触发类4种，其中条件不稳定类占比最多，条件对称不稳定类和混合类次之，锋生次级环流触发类较少。（2）冷季高架对流雷达回波以大范围层积混合回波为主，高架对流单体强度中心值超过40 dBZ，强回波中心高度超过0℃等温层，最大回波顶高在6～10 km。高仰角上存在环状或带状回波的类零度层亮带。（3）条件不稳定类雷达回波中心最强（55～60 dBZ），强回波发展高度和回波顶高最高（8～12 km），出现冰雹概率最高；混合类回波范围广、中心强度较大（40～55 dBZ），对流发展高度与不稳定主导类型有关，回波顶高达8～10 km。条件对称不稳定类和锋生环流触发类回波类似，结构呈条纹状或片状，中心强度较弱（30～45 dBZ），回波纹理均匀，回波发展高度达3 km，最大顶高达6～8 km，对流单体沿热成风方向传播，没有新生单体传播或合并，能够形成冰相粒子和雷暴，但出现雹暴概率较低。（4）径向速度场显示上下层风场不连续，850 hPa以下近地层维持东北或偏东急流，700 hPa以上存在强盛西南急流，较好反映了暖湿气流沿冷垫爬升的天气学特征；低层零速度线呈“S”型弯曲和明显的正负速度中心形成典型的“牛眼”结构，其中以锋生环流类最为显著，条件对称不稳定类次之。

关键词：中原地区冷季高架对流不稳定机制雷达特征

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华东地区冷季两次高架对流个例分析

气象与环境科学 2019年第4期42卷 63-73页

作者：陈淑琴章丽娜曹宗元刘菡舟山市气象台浙江舟山306021 中国气象局气象干部培训学院北京100081

利用高空、地面观测资料和NCEP 0.5°×0.5°分辨率的CFSR资料,对华东地区冷锋后和静止锋前两个高架对流个例的天气类型、环境背景、生成与发展机理进行分析,并对比异同点。分析结果表明:安徽、江苏冷锋后高架对流最大可能的机制是动力... 详细信息

利用高空、地面观测资料和NCEP 0.5°×0.5°分辨率的CFSR资料,对华东地区冷锋后和静止锋前两个高架对流个例的天气类型、环境背景、生成与发展机理进行分析,并对比异同点。分析结果表明:安徽、江苏冷锋后高架对流最大可能的机制是动力抬升触发对流不稳定后产生的,浙江舟山的对流很有可能是在条件稳定性近于中性情况下,由锋生过程强迫的锋面垂直环流产生。浙北静止锋前高架对流可能是在条件对称不稳定条件下,850 hPa急流风速辐合和暖平流的共同作用的结果,850~700 hPa地转绝对动量调整触发条件对称不稳定是其增强机制。共同特点是雷暴都发生在850 hPa等温线密集的锋区,850 hPa都有很强的西南急流,有逆温和强的垂直风切变。不同点在于冷锋后型逆温由西南暖湿气流和冷锋共同形成,逆温幅度更大,为10~15℃,而静止锋前型只有6~7℃;850 hPa西南急流风速更大,为25 m·s^-1以上,静止锋前型为20 m·s^-1;静止锋前型0~6 km高度垂直风切变达40 m·s^-1,冷锋型只有30 m·s^-1。冷锋后型850 hPa受明显切变线影响,静止锋前型只有风速的切变。用雷达产品对高架对流系统的结构分析结果表明:1)冷锋后型回波范围大,比较连续,最强中心55 dBZ,850 hPa切变线位置引导整体回波移动。2)静止锋前型回波比较分散,呈多条平行窄带状,单体的生成比较随机,但移动比较规律,随环境气流平移,没有传播现象。单体最强中心60 dBZ,生命史达2 h左右,有小尺度气旋性辐合、中层径向辐合、低层辐散等强对流特征。单体倾斜度比地面对流单体的大,上升气流和下沉气流距离比较远。当气旋性辐合强度减弱,低层辐散区逐渐远离主体回波时,单体将减弱,可作为临近预报的线索。短期预报关注重点是850 hPa西南暖湿气流的强度(20~30 m·s^-1),风向、风速的分布,锋区位置,暖平流强度(3×10-4~5×10-4℃/s),θse的垂直分布及风随高度的变化(风向随高度顺转角度大于180°,0~6 km高度垂直风切变达30~40 m·s^-1)等。

关键词：高架对流条件对称不稳定地转绝对动量调整倾斜对流结构特征

2024年2月17—23日中国大范围强寒潮雨雪冰冻强对流过程涉及的若干问题

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气象 2024年第9期50卷 1033-1042页

作者：俞小鼎费海燕王秀明中国气象局气象干部培训学院北京100081

2024年2月中下旬我国出现一次多灾种高影响天气过程。这是一次几十年一遇的过程,出现了大范围强寒潮雨雪冰冻天气并伴随强对流发生,涉及到强寒潮、沙尘、降雨、降雪、冻雨,以及强对流和伴随的大冰雹和雷暴大风,多种高影响天气在一次过... 详细信息

2024年2月中下旬我国出现一次多灾种高影响天气过程。这是一次几十年一遇的过程,出现了大范围强寒潮雨雪冰冻天气并伴随强对流发生,涉及到强寒潮、沙尘、降雨、降雪、冻雨,以及强对流和伴随的大冰雹和雷暴大风,多种高影响天气在一次过程中都有所呈现,其过程之复杂异常罕见。本文针对此次过程中值得深入探讨的问题、高影响天气发生发展可能机理、相应的预报挑战等进行简要梳理,为后续对此次过程的细致和深入分析研究做一个引子。

关键词：雨雪冰冻强对流高架对流条件对称不稳定重力波

北京地区两条线状对流相继下山发展的边界层条件对比研究

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气象 2020年第5期46卷 643-654页

作者：纪彬何静张迎新周璇北京市气象台北京100089 北京城市气象研究院北京100089

利用北京地区稠密的观测资料和变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)再分析资料,分析了2017年7月7日相继影响北京地区并造成短时强降水、大风、小冰雹等的两条线状对流活动。两条对流均生成于北京西北的河北张家口山区,且在山脚和平原地区继... 详细信息

利用北京地区稠密的观测资料和变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)再分析资料,分析了2017年7月7日相继影响北京地区并造成短时强降水、大风、小冰雹等的两条线状对流活动。两条对流均生成于北京西北的河北张家口山区,且在山脚和平原地区继续发展,但其边界层条件是不同的,第二条对流带在第一条影响后的冷垫上发展。结果表明:平原及山脚一带较好的热力、动力条件,包括高温高湿的边界层环境、低层环境风场与对流带前侧冷池出流形成的辐合,为第一条对流带在下山过程中快速组织化发展形成飑线提供了有利条件。飑线发展强盛阶段,冷池的发展与环境低层垂直风切变达到平衡,冷池前沿自地面至1.5 km高度处形成强辐合区,上升运动呈近乎垂直的形态。第二条对流带在前一条飑线形成的冷垫上继续发展,形成暖季高架对流,虽然风暴上升运动呈倾斜状且强度有所减弱,但是强回波(≥45 dBz)面积未减。一方面,第二条对流带受前一条飑线能量方面的抑制;但另一方面,两条对流带在合适的距离下,低层流场形成辐合,尤其是在第二条对流带的冷池与前一条飑线形成的冷垫靠近叠加以后低层辐合进一步加强,第二条对流带回波继续北上。本例高架对流发展的能量来源主要为边界层以上层结不稳定的大气,可能伴随在第一条飑线过境后由偏南暖湿气流带来的边界层以上对流能量重建过程。所以,在强对流短时临近预报业务中,需要综合考虑热力、动力等多重因素,而VDRAS快速更新同化的再分析资料可以提供有效参考。

关键词：线状对流高架对流边界层 VDRAS 对流能量重建

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广西初春双对流强降水带过程诊断分析

气象 2024年第8期50卷 917-928页

作者：覃皓范娇农孟松赖珍权翟舒楠刘乐刘晓梅庞芳周亦靖邱滋广西壮族自治区气象台南宁530022 南宁市气象局南宁530029

2023年3月25日20:00至26日08:00,广西出现一次双对流强降水带过程,与以往双雨带存在显著差异,主、客观预报均出现明显偏差。利用多源实况以及ERA5再分析资料,对此次过程进行了Rossby波能量频散、湿位涡及水平锋生强迫等诊断分析。结果表... 详细信息

2023年3月25日20:00至26日08:00,广西出现一次双对流强降水带过程,与以往双雨带存在显著差异,主、客观预报均出现明显偏差。利用多源实况以及ERA5再分析资料,对此次过程进行了Rossby波能量频散、湿位涡及水平锋生强迫等诊断分析。结果表明:该过程发生于大尺度环流调整背景下,中高纬地区源自极涡以及黑海的两支Rossby波列共同促进了东北地区的横槽在东移过程中逐渐转竖,引导冷空气补充南下。低纬地区南支槽在此期间逐渐东移,为广西地区冷垫之上的气层抬升提供动力条件,同时也促进低层冷暖空气在广西交汇。随着冷空气补充南下、惯性振荡促使偏南风向北推进,冷暖空气在广西一带交汇增强,大气湿斜压性增强使得湿位涡发展,导致出现条件对称不稳定层结。暖湿空气自南向北倾斜爬升至700 hPa附近条件对称不稳定区后与高空槽前正涡度平流相配合触发高架对流,使得北支对流带发展。冷空气深入南下后受广西特殊地形影响,等θ_(se)线与流场的有利配置形成拉伸变形效应导致锋生强迫,使得越南东北部南支初始对流触发。北部湾中部低层较大θ_(se)纬向梯度以及强垂直风切变造成较强湿斜压性,促进南支对流系统途经时组织化发展,并由于中层干空气夹卷形成弓形回波。预报中需重点关注数值模式对中层低槽的预报以及冷垫上的热力条件,以捕捉北支锋后高架对流发生发展的关键信息。

关键词：双对流带/双雨带高架对流条件对称不稳定惯性振荡锋生强迫

中国中东部强对流天气的天气形势分类和基本要素配置特征

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气象 2014年第4期40卷 400-411页

作者：许爱华孙继松许东蓓万雪丽郭艳江西省气象台南昌330046 北京气象台北京1000813 甘肃省气象台兰州7300204 贵州省气象台贵阳550002

本文通过对2000年以来中国近百次强对流天气个例的环境场进行分析，并查阅大量文献资料，综合考虑强对流天气形成的热力不稳定、动力抬升和水汽这三个基本条件出发，从强对流的不稳定条件和主要触发条件的角度，提出中国强对流天气5种... 详细信息

本文通过对2000年以来中国近百次强对流天气个例的环境场进行分析，并查阅大量文献资料，综合考虑强对流天气形成的热力不稳定、动力抬升和水汽这三个基本条件出发，从强对流的不稳定条件和主要触发条件的角度，提出中国强对流天气5种基本类别：冷平流强迫类、暖平流强迫类、斜压锋生类、准正压类、高架对流类，并给出了基本解释。高空冷平流强迫类的典型特征是500hPa以上的中高层强干冷平流加强并移到边界层内暖性的辐合带中。暖平流强迫类的主要特征则是不稳定发展主要源于低层强烈的暖湿平流。斜压锋生类的特征是中低层冷暖空气强烈交汇产生的深厚对流，即斜压锋生造成的强对流往往表现为高空干冷平流和低空暖湿平流都很强烈。准正压类多发生在夏季副热带高压外侧或内部、温度梯度较弱的地区，流场上的动力强迫和和地面局地受热不均起主要作用。高架对流类的特征是700500hPa强的西南急流在边界层内的冷垫上被抬升，不稳定能量是来自700hPa以上。通过从形成机制的差异性进行分类，有助于更好地把握各种强对流过程中不同的天气特征、系统配置、动力热力特征及其短期潜势分析重点，为进一步提高该类天气的预报预警水平提供更多的技术支持。

关键词：强对流天气形势配置平流锋生高架对流

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新疆东部一次区域极端暴雨环境场特征

高原气象 2020年第5期39卷 947-959页

作者：庄晓翠李博渊秦榕李如琦张云惠白松竹中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐830002 新疆阿勒泰地区气象局新疆阿勒泰836500 新疆信息中心新疆乌鲁木齐830002 新疆气象台新疆乌鲁木齐830002 新疆哈密市气象局新疆哈密839000

利用FNL再分析、常规资料、区域自动站、FY-2G资料,对新疆东部2018年7月31日出现的区域极端暴雨环境场特征进行分析,并与新疆暴雨研究成果及中国南方进行对比。结果表明:此次极端暴雨是在稳定的两脊一槽大尺度环流背景下,由高架对流造成... 详细信息

利用FNL再分析、常规资料、区域自动站、FY-2G资料,对新疆东部2018年7月31日出现的区域极端暴雨环境场特征进行分析,并与新疆暴雨研究成果及中国南方进行对比。结果表明:此次极端暴雨是在稳定的两脊一槽大尺度环流背景下,由高架对流造成;暴雨落区位于高空西南急流入口区右侧,500 hPa中亚低涡前西南气流与西太平洋副热带高压(下称西太副高)西侧偏南气流汇合区域,700 hPa东南低空急流出口区前部辐合区及地面上冷锋后部负变温区的重叠区域;500 hPa中亚低涡、700 hPa低空急流及其前部辐合区、800~600 hPa强锋区触发了高架对流;对流层低层700 hPa附近强辐合与高层强辐散,为高架对流的发展提供了动力触发条件,从而使中亚低涡前西南暖湿气流及来自阿拉伯海、孟加拉湾、南海和西太平洋的水汽绕过和翻越青藏高原迅速在暴雨区辐合集中,并不断被抬升至高空,为极端暴雨的产生提供了充足的水汽条件。此次区域极端暴雨与新疆其他地区暴雨存在较大差异;与中国南方高架对流也存在明显的差异。

关键词：区域极端暴雨高架对流水汽输送

2020年1月初怀化一次罕见强对流天气过程分析

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中低纬山地气象 2021年第1期45卷 63-69页

作者：张昆彭艳青王起唤王强湖南省怀化市气象局湖南怀化418000

利用国家气象观测站常规探测数据、怀化区域自动雨量站和雷达数据以及NCEP1°×1°再分析资料,对怀化2020年1月初一次罕见的强对流天气过程进行了研究分析。结果表明:此次强对流天气在怀化南北部表现出不同的特征,中北部强对流天气属于... 详细信息

利用国家气象观测站常规探测数据、怀化区域自动雨量站和雷达数据以及NCEP1°×1°再分析资料,对怀化2020年1月初一次罕见的强对流天气过程进行了研究分析。结果表明:此次强对流天气在怀化南北部表现出不同的特征,中北部强对流天气属于高架对流类,南部属于斜压锋生类,且强度明显强于中北部;“上干下湿”特征、较强的下沉对流有效位能以及强的垂直风切变,有利于产生雷暴大风、冰雹等强对流天气;中北部受逆温层抑制作用,而南部与中北部相比具有更有利于强对流天气发生发展的水汽条件、辐合上升运动条件以及不稳定条件,这也是造成两者差异的主要原因。雷达分析表明,怀化南部发展较高的强回波单体是造成局地短时强降水出现的主要原因,超级单体导致出现冰雹,低仰角速度大值区预示着雷达大风的产生,风廓线中中层干侵入现象对强对流天气开始、结束有较好的指示意义。

关键词：冬季罕见强对流高架对流斜压锋生

福建4.11强对流天气过程预报偏差和可预报性分析

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气象研究与应用 2017年第A2期38卷 16-19页

作者：高珊林青福建省气象台福州350001

通过对2017年4月11日福建中部和南部沿海出现短时强降水和雷暴分析发现：中部地区对流天气存在明显上游效应，上游地区出现高架对流，东传到福建上空，潜势预报有较大难度；南部沿海受地形影响，偏东气流触发对流，对流尺度小，潜势预... 详细信息

通过对2017年4月11日福建中部和南部沿海出现短时强降水和雷暴分析发现：中部地区对流天气存在明显上游效应，上游地区出现高架对流，东传到福建上空，潜势预报有较大难度；南部沿海受地形影响，偏东气流触发对流，对流尺度小，潜势预报中难把握；加强中小尺度加密风场、云图雷达等资料监测监控，临近预报可弥补潜势预报不足。

关键词：高架对流上游效应风速辐合