利用卫星资料估算中尺度对流云团上升速度的一种方法

为了得到中尺度对流云团内的垂直上升速度,给出了一种利用高分辨率红外卫星云图的估算模式,并进行实验。结果表明,该方法可定量地揭示中尺度对流发展演变的特征,估算得到的中尺度对流云团中强中心上各速度可为中尺度数值预报以及中尺度强对流天气分析预报提供依据。     

东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、加密自动站资料、FY2E红外云图及大气电场仪数据对2015年8月22~30日期间东北冷涡持续影响下郑州地区多日对流性天气特征进行分析结果表明:①东北冷涡长时间维持一方面与上游阻塞高压前部冷平流补充有关,另一方面与北上台风变性并入有关;②对流天气发生时,低层有一定的比湿,比湿锋区在一定程度上能触发对流。θ_(se)的密集带是高能高湿区,与对流性天气的落区有对应关系;③雷暴大风、冰雹天气不要求湿层深厚,但需要较高的CAPE,短时强降水需要一定厚度的湿层,CAPE并不一定很大;④中尺度福合线是5次対流性天气的触发机制,对流性天气起源于冷涡涡旋云系尾部因为该区域大气不稳定层结强。强降水与对流云边缘TBB梯度大值区对应⑤大气电场强度的变化和対流性天气的发生、维持及结束关系密切。     

2003年淮河流域持续暴雨的云系特征及环境条件

用常规观测资料、NCEP分析资料与GOES-9卫星云图资料对2003年6月21日—7月22日淮河流域持续暴雨的降水概况、云系特征及大尺度环境条件与水汽来源进行了分析。从降水特征来看,持续暴雨可以划分为3个阶段,降水主要集中在第一阶段（6月21日—7月2日）。从云系特征来看,淮河流域为稳定维持的大尺度梅雨锋云系,在梅雨锋云系上有多个中尺度对流系统活动,红外亮温频率统计表明亮温低于-52℃的强对流是导致淮河流域强降水的重要天气系统。对6月21日—7月22日时段的卫星云图进行普查发现影响淮河流域的中尺度对流系统（MCS）共有34个,其中10个α中尺度对流系统（M-αCS）和24个β中尺度对流系统（M-βCS）;大多数MCS在淮河流域及其邻近地区产生与消亡,并未发现直接来自青藏高原地区的MCS。从水汽来源来看,淮河流域对流层低层有3股水汽输送带,第1股气流为越赤道气流,水汽的输送作用最强;第2股气流来自南海地区,水汽的输送作用最弱;第3股气流来自菲律宾以东的热带太平洋地区。     

2003年淮河流域持续暴雨的云系特征及环境条件

用常规观测资料、NCEP分析资料与GOES-9卫星云图资料对2003年6月21日-7月22日淮河流域持续暴雨的降水概况、云系特征及大尺度环境条件与水汽来源进行了分析。从降水特征来看,持续暴雨可以划分为3个阶段,降水主要集中在第一阶段(6月21日-7月2日)。从云系特征来看,淮河流域为稳定维持的大尺度梅雨锋云系,在梅雨锋云系上有多个中尺度对流系统活动,红外亮温频率统计表明亮温低于-52℃的强对流是导致淮河流域强降水的重要天气系统。对6月21日-7月22日时段的卫星云图进行普查发现影响淮河流域的中尺度对流系统(MCS)共有34个,其中10个α中尺度对流系统(MαCS)和24个β中尺度对流系统(MβCS);大多数MCS在淮河流域及其邻近地区产生与消亡,并未发现直接来自青藏高原地区的MCS。从水汽来源来看,淮河流域对流层低层有3股水汽输送带,第1股气流为越赤道气流,水汽的输送作用最强;第2股气流来自南海地区,水汽的输送作用最弱;第3股气流来自菲律宾以东的热带太平洋地区。     

强冷空气影响下的强对流天气对比分析

2007年5月和2006年6月两次相似的强对流天气给浙江省带来了强烈的雷雨大风和短时冰雹天气,这两次过程最主要的特征表现在中高层蕴含深厚的冷空气条件,而低层存在浅薄的暖湿气流.综合运用雷达卫星及NCEP实况资料,对比分析了强对流发生发展的环境条件、云图及回波特征,进而揭示出此类天气的主要特点和可预报性.分析发现,925 hPa的切变线形成中尺度触发机制,对预报雷暴的发展走向具有不可忽视的作用;冷空气南下造成的冷暖平流交汇是触发对流的主要原因;云图上,云系移动前方形成较大的亮温梯度,后方形成干涌边界;雷达回波中表现出阵风锋的影响,这些都是地面灾害性大风产生的主要征兆.另外,强回波对应较大的风向切变区和悬挂回波是冰雹产生的重要特征.     

台风云系的数值模拟

利用高分辨率中尺度数值模式输出的大气中云水、冰水、雨水、雪水成功地模拟出1997年登陆台风Winnie的云系结构。模拟云图与气象卫星实际观测的台风云图非常相似。由于模拟云图可以给出大气中不同形态水物质的三维空间分布,弥补了卫星只能观测云顶表面的不足。模拟云图揭示出了台风云系中的中尺度云带以及台风Winnie登陆后从热带气旋变性为温带气旋过程中云系结构的变化。     

2008年“7.01”昭通罕见大暴雨过程的中尺度特征分析

首先运用气象学与物理量诊断方法,分析了2008年6月30日～7月1日发生在昭通的罕见大暴雨过程的大尺度环境;再利用多普勒天气雷达的高时空分辨率资料结合FY-2C卫星资料及区域自动站雨量资料,对此过程的中尺度对流系统进行分析.结果表明:①此过程具备有利的大尺度条件,中尺度对流系统(MCS)处于前倾疏散的高空槽槽前,高空辐散,低空辐合,为中尺度对流系统的发生提供了有利的大尺度动力条件.②这次降水过程具有强度大、突发性强、时间尺度小的特点,强降水的集中持续时间基本为3～5h,地面降水时空分布具有明显的中尺度特征.③暴雨发生前对流层低层有西南—东北走向的湿舌,为暴雨提供了有利的水汽条件;高空干冷平流与低空的暖湿平流形成的差动平流,造成大气的层结不稳定度增强.④对卫星云图及多普勒雷达回波图进行分析,发现在大尺度的环境风场中,存在着β中尺度对流系统,而β中尺度对流系统由2个中尺度对流云团合并而成,具有椭圆形结构特征,中尺度云团内部的流场辐合带与强的雷达回波带基本对应,强盛阶段雷达回波呈现出典型的人字形回波形态.     

2次主汛期赣北暴雨过程中尺度特征对比分析

利用常规观测资料、雷达资料、卫星云图、加密自动站资料和一些物理量场资料,对2016年6月19日和7月16日2次典型的主汛期赣北暴雨天气过程进行对比分析,结果表明:1)2次暴雨过程的高空环流均为两槽一脊型,赣北处于高空副高西北侧和中低层西南急流的前沿;2)块状对流回波和带状对流回波是2次暴雨中尺度特征;3)以强降水为主是主汛期赣北暴雨的一个重要特点;4)稳定的切变辐合、强盛的低空西南急流和高空小槽东移的共同作用,有利于不稳定区超强对流单体的发生、发展和维持;5)低空西南急流的移动、强度变化和维持时间是赣北暴雨的重要着眼点。     

滇南春季一次强对流风暴系统特征及成因

利用普洱3830/CC多普勒天气雷达、云南闪电定位系统和Micaps客观分析场等资料,对2007年4月6—7日滇南强对流风暴系统进行分析.结果表明:高低空低槽切变线相互配合、南支锋前偏西急流的耦合作用及中高层干冷、低层暖湿的大气垂直结构为强对流风暴提供水汽、热力、对流不稳定和动力条件;垂直风切变和中低层中尺度径向辐合有利于倾斜入流上升气流加强和超级单体发展,超级单体风暴强度达60 d Bz、顶高超过12 km、50 d Bz强回波高度超过7.5 km,具有后侧"V"槽口回波、前侧"V"缺口、弱回波区、阵风锋回波、钩状回波、中气旋、中尺度径向辐合、回波墙、假尖顶回波、悬挂回波等特征,产生大风冰雹等灾害性天气,对应着正地闪发生;飑线具有中尺度辐合和径向大风等特征,但各部位对流回波发展不均匀,具有倾斜结构的对流云体发展强烈,形成超级单体,产生冰雹大风等强烈灾害天气,导致高层正电荷区暴露出来而对应正地闪发生,而具有垂直结构的对流云体,对流发展相对弱一些,产生短时强降水天气,主负电荷区遮挡高层正电荷区而对应负地闪发生.     

一次影响靖安的飑线天气过程分析

使用地面自动站观测资料、常规气象资料、FY-2G逐小时红外卫星云图、多普勒雷达拼图资料等,采用天气学诊断分析、中尺度分析、形态分析等方法,对2018年3月15日影响靖安的一次飑线天气过程进行分析。结果表明:1)飑线上的强单体回波造成靖安县国家站18:14出现了极大风速18. 1 m/s的雷暴大风,18:24-18:50出现了冰雹,冰雹最大直径30 mm,18:00-19:00出现了1 h 42. 4 mm的短时强降水并伴有强雷电。飑线过境时,伴有由2个≥10 mm/10min超短时强降水组成,风向突变,风速加大并出现雷暴大风,气压上升,相对湿度上升,气温迟后几分钟快速下降。2) 500 h Pa阶梯槽向东发展移动,呈前顷结构,利于热力和动力不稳定增长;较强的西南暖湿气流,低层湿舌向东北伸展,NE-SW走向的地面辐合线有利于飑线生成、维持和发展。逆温层积累了大量不稳定能量,零度层高度3 409 m,-20℃层高度6 615 m,非常有利于冰雹的生成。3)飑线单体排列趋向紧密,回波强度达到60～65 d Bz,中部向南弯曲,弯曲段回波单体强度达70 d Bz。飑线回波带的特征主要有两点:一是由多个单体回波紧密排列成带状的回波带或短带形式;二是回波带上强回波单体或超级单体结构。     

利用小波分析在卫星云图中提取对流云团

本文利用小波分析的思想,对二值化的卫星云图进行了小波变换。从小波变换后的系数中提取出对流云团的中心位置和尺度的信息,从而准确判别了对流云团位置和强度。通过对我国西南地区东部的一次对流天气活动的案例进行分析,得出了该天气过程中三个不同的对流云团在其生命史中的移动路径、强度变化等规律,证实了对流云团在移动过程中向背景风向右侧偏移的结论,并提出了利用计算机和卫星云图进行天气自动监测与预警的想法。     

滇东一次局地特大暴雨的中尺度特征和地闪特征分析

 利用雷电定位资料、多普勒雷达资料和FY-2E卫星红外资料对2010年6月25-26日发生在马龙的一次局地特大暴雨过程进行分析,结果表明:高层冷空气和低层暖湿气流在滇中以东地区交汇,形成明显的辐合是本次局地特大暴雨过程的主要影响系统.多普勒雷达上表现为2条带状回波合并加强,后部小单体快速东移合并入同一地点,在马龙上空形成明显的"列车效应",中尺度低空急流和逆风区的出现使得抬升辐合运动加强,触发了马龙上空对流不稳定能量的释放,产生了特大暴雨.卫星云图上,多个MCS合并为中-β尺度对流云团再发展为中-β尺度对流云带,产生强降水的过程始终保持较大面积的低于-60℃的冷中心,冷中心长时间在马龙上空维持.暴雨过程伴随着频繁的地闪活动,地闪密集地出现在单体回波合并后的强回波区域、对应着径向速度≤10 m/s的辐合区和逆风区后部及≥15 km的回波顶高位置,TBB和地闪的峰值超前于强降水1~2 h.     

卫星资料在一次极端短时强降水过程中的释用分析

利用FY2卫星云图及TBB资料、地面加密自动站资料及常规气象观测资料,详细分析了2016年7月24日天津沿岸极端短时强降水发生时的对流云团特征及TBB变化,结果表明:①500 hPa"北低南高"的环流形势稳定维持,垂直方向两段近乎垂直的低涡柱,副高加强西伸北抬,地面低压倒槽北顶,低空急流风速辐合,高空强烈辐散,利于上升运动的加强和维持,造成了此次极端短时强降水天气过程。②红外云图中,河北中部的对流云团A沿副高外围引导气流东移,并入天津中南部对流云团B,加强为对流云团C,700～925 hPa低空急流风速辐合,同时地面冷空气入侵,对C云团的发展起到促进作用,极端短时强降水发生在对流云团合并加强之后。水汽云图上云团边界非常明显,副高西北侧的大量水汽在低空急流及辐合气流的作用下,有一个明显变亮的过程。可见光云图上,白亮密实的中尺度对流云团不断发展、壮大。③TBB低值带与极端短时强降水发生的区域相对应,强降水落区位于TBB低值区内,即云团强烈发展的中心位置,此位置云团向上强烈发展,对流旺盛,对短时强降水的发生较为有利。强降水发生在对流发展最旺盛期后的能量释放过程中,相对TBB值最大变率在演变趋势上有一定的滞后性,强降水主要发生在TBB变率最大值之后。     

河南商丘一次罕见强对流天气分析

利用Micaps常规资料、自动气象站资料、探空资料、卫星资料和新一代天气雷达资料等多种气象资料,采用天气学和天气动力诊断方法,分析了2010年7月17日河南商丘发生的历史罕见强对流天气成因,结果表明:受低槽及副热带高压边缘西南气流共同影响,地面弱冷空气侵入,结合辐合线南侧中低空西南暖湿气流,冷暖空气交汇,层结极不稳定,进而中低空急流的爆发和急流内大风中心的传播造成的强烈辐合上升运动,使中尺度涡旋云系中形成多个对流旺盛的对流单体,最终造成强降雨、雷电、局地强风暴等强对流天气.     

云南西南部一次中尺度对流系统的地闪演变特征

利用雷电定位资料、多普勒雷达资料和FY-2E卫星红外资料对发生在滇西南的一次MCS过程进行了分析,结果表明:西移的"凡亚比"热带低压和低空东风急流为MCS的发展提供了较好的暖湿条件;整个MCS过程负地闪占主导地位,发展阶段负地闪频数波动增加.成熟阶段以负地闪占绝对优势,负地闪频数>150次/10 min,正地闪开始出现并缓慢增加,消亡阶段,负地闪明显减弱,正地闪频数剧增;MCS的3次飑线过程较好地对应着负地闪频数的3个峰期,负地闪密集出现在MCS成熟阶段云顶亮温≤-60℃的区域和前部云顶亮温梯度大值区,正地闪出现在密集负地闪后部和云团中部;在多普勒天气雷达上,MCS表现为由多个不同尺度对流单体组成、具有不均匀结构的中尺度带状回波,上升气流的倾斜特征使负地闪密集出现在强回波区左后侧强度≥40 dBz、回波顶高≥10 km的区域,与最大回波区位置并不重合,回波顶高与地闪发生位置有较好的正相关;负地闪频数达到最大峰值后正地闪开始出现;飑线减弱阶段正地闪频数增加且分散在强回波后部边缘或后部弱对流回波和层状云回波上;>12 m/s的大风区不利于产生强地闪活动.     

一次中尺度辐合线引起的短时强降水天气

利用常规观测资料、自动加密站数据、卫星云图等资料对锦州地区7月1日短时强降水过程的天气形势、物理量条件、卫星云图等进行分析研究,结果表明:该次降水过程是由于低层冷空气入侵同时又有地面中尺度系统相配合产生的;低层充足的水汽与辐合上升运动有利于强降水的产生,不稳定能量较强有利于强对流天气的产生;中尺度对流云团的位置和持续时间与地面中尺度系统基本吻合,并与强降水落区和持续时间基本一致。     

云南切变线类短时强降水MCS特征分析

利用云南省 125 个国家级自动气象站及 3 042 个区域站降水数据、FY-2E/G 云图数据以及探空观测数据，统计 2015—2019 年由切变线系统影响的云南短时强降水过程，对短时强降水时空分布、中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, MCS)系统特征、MCS 系统发生发展的环境特征以及对流云系演变特征进行分析. 结果表明，云南切变线类短时强降水频次有 4 个大值中心，分别是云南南部边缘地区、曲靖南部至文山北部、华坪、德宏西部，傍晚至凌晨是强降水发生的主要时段；云南切变线类短时强降水对流云系分成新生对流云团、M_αCS 和 M_βCS 和带状 MCS 共 4 类，75% 的切变线类短时强降水是由 M_αCS 和 M_βCS 系统造成，M_αCS 和 M_βCS 系统中低于–32 ℃ 冷云区呈椭圆形，平均面积分别为 1.8 万 km~2、10.4 万 km~2，存在 1 个或 2 个中心，中心云顶亮温低于–52 ℃. M_...     

山东一次冬季强对流天气过程资料分析

综合利用卫星、雷达和探空资料分析了2010年2月28日山东省一次强对流天气过程,探讨了冬季强对流天气发生发展的条件和形成机制.结果表明,云系发展初期云图显示对流云团呈倒"V"形状,并且随云团增强,倒"V"形状更加清晰,直至云团合并消失,雷达回波上显示云团内存在强对流中心,回波强度最大超过44 dBz,对流云系在发展路径上存在较强的逆温层,逆温层的存在加剧了低层水汽和能量的积累,为对流云系的发展积蓄能量,垂直风切变的存在成为云系发展的触发机制.     

吉安一次雷暴大风的中小尺度特征

利用常规气象观测资料、地面自动加密站资料、探空资料、雷达资料及闪电定位资料等对2020年3月22日吉安雷暴大风天气的中小尺度系统演变特征进行分析.结果表明:1)强的位势不稳定层结,中低层(0～6 km、0～3 km)强的环境风垂直切变(≥20 m/s)以及中层干冷、低层暖湿的环境场特性有利于强风暴发生发展;2)边界层、地面中尺度辐合线和弱冷锋是此次强风暴天气的主要触发机制;3)较强的下沉对流有效位能(DCAPE)对强风暴出现的预测具有较强指示意义,短时阵性大风发生前后20 min内地面气象要素场变化具有明显的中小尺度系统特征;4)飑线回波整体移动迅速,强风暴天气发生于飑线前部中尺度对流系统中,大风发生在"弓形"回波前部凸起对流不稳定区;5)此次雷暴大风过程以负地闪为主,正地闪不明显,且负地闪频数在阵性大风出现前呈爆发性增长,大风则出现在负地闪频数最大时刻,该时刻较地面阵性大风出现提前20 min左右,负地闪开始下降时刻与地面强降水开始时刻对应.     

2017年4—8月江西9次飑线天气诊断分析

基于常规天气资料、江西WebGIS雷达拼图、欧洲中心格点物理量等资料,对2017年4—8月江西9次飑线天气过程,采用对比统计与形态分类方法进行诊断分析.结果表明:高层冷槽叠加在低层暖中心之上,上冷下暖造成大气层结不稳定;同时低层切变线配合地面低压或倒槽中的辐合上升运动,触发对流不稳定能量释放而产生中尺度飑线系统.在热力不稳定和垂直风切变的环境条件下,飑线至西向东移动发展加强,沿途产生雷暴大风、冰雹、短时强降水等强对流天气.在预报雷暴大风时,比湿场、假相当位温、K指数、沙氏指数、风暴强度指数的指示性比水汽通量、相对湿度、抬升指数要更有参考意义.在雷达拼图上,飑线表现为带状回波结构特征,有飑线带状回波、弓状回波带和回波短带等多种形式变化.对于江西飑线的预警预报有明显参考价值.