课件雷暴大风

强对流天气分析与预报

--雷暴大风戴建华上海中心气象台

(,)2014-03-27/28南京目 录基本概念形成机制主要类型临近预报与预警1.基本概念雷暴大风：17.2m/s2004-2009中国雷暴大风（大于等于25m/s)事件空间分布--俞小鼎目 录基本概念形成机制主要类型临近预报与预警2.形成机制来源：强下沉运动蒸发冷却动力下拽动量下传适合下沉运动的层结条件湿=拖曳加速干=蒸发冷却-密度增加-加速ThelifecycleofanordinarycellAdaptedfromByersandBrahambyMarkowskiandRiichardson(2010)垂直运动方程--俞小鼎融化潜热蒸发潜热升华潜热融化潜热（冻结潜热）3.3×105J/kg蒸发潜热（凝结潜热）2.5×106J/kgL=（2500-2.4t)×103)(J/kg),取t=0°C升华潜热（凝华潜热）2.8×106J/kg--俞小鼎SchematicofadevelopingoutflowboundaryCottonandAnthes(1989)Radardepictionofmovingoutflowboundaries:notethatindividualcells’outflowsmergeintoamesoscale“coldpool”MarkowskiandRichardson(2010)Analysisofamesoscalecoldpoolandoutflowboundary目 录基本概念形成机制主要类型临近预报与预警3.主要类型局地雷暴和下击暴流飑线超级单体雷暴的多样性和复杂性–水平方向单体组织化超级单体脉冲雷暴pulsestorm超级单体supercell飑线-squallline下击暴流干层（中、低）温度垂直递减率中低空急流12ZSoundingJenniferRitterling,AnInvestigationofthe26July2006DownburstnearSpearville,KansasLargePositiveAreaLittleCappingInversionDryAdiabaticLayerMoistLayerElevatedDryLayerIntermediate/”Hybrid”12Zsoundingmodifiedfor22ZsurfaceconditionsJenniferRitterling,AnInvestigationofthe26July2006DownburstnearSpearville,KansasWetmicroburstsoundingWetmicroburstconceptualmodelSoutheastofNorman,Ok(BillBunting)SoutheastofNorman,Ok(BillBunting)SoutheastofNorman,Ok(BillBunting)RadarLoopJenniferRitterling,AnInvestigationofthe26July2006DownburstnearSpearville,Kansas0.5Velocityat2352ZJenniferRitterling,AnInvestigationofthe26July2006DownburstnearSpearville,Kansas12:2927飑 线12:292812:2929LEWP12:293012:2931雷达反射率08/24/2002(0.5°)12:2932RearInflowJet(RIJ)位于弓状回波后地面强风的来源预报地面风RIJ

12:2933中层径向辐合（MARC）位于飑锋处强辐合MARCMCS中相对于风暴的流场截面RIJMARC风暴移动方向飑线反射率16:14-20C0C飑线主体分析径向速度16:14飑线主体分析反射率18:33大风型和强降水型MCS的对比06050730强线性对流系统的概念模型相对较高的RIJMARC,DCZ前侧悬挂非强线形对流单体的概念模型下降RIJNoMARC,DCZ前侧上升气流弱两类飑线的对比上海20090605上海20130713天气背景与雷达观测-20090605自西北向东南影响了上海地区，造成全市范围的强雷电、雷雨大风和短时强降水天气，大部分地区出现了8级以上大风，局部达10级。在飑线系统移动方向的前侧，一个雷暴单体在上海嘉定区不断发展并具有典型超级单体特征(黄色圆圈所指处)，该超级单体影响了嘉定和中心城区的西部和南部，降下了大冰雹，其中徐家汇冰雹直径达25-30mm(15时35分前后)

天气背景与雷达观测-20120713上海的西部和中北部地区出现了15-28mm/h不等（7个自动站）的短时强降水和7-9级雷雨大风（17个自动站）天气，吴淞口站还出现了26m/s的10级阵风。探空对比-上海宝山20090605-140020120713-2000干冷环境暖湿环境模式WRF及模拟方案模拟方案20090605-理想试验20120713-实际模拟50hPa，36层50sNCEP-GFS-初值+高空、地面资料后形成模式初始场和侧边界条件,显式积云参数化方案，WSM6微物理方案,RRTM,Dudhia.unifiedNoahland-surface,YSU1km，51层，400m微物理方案-Morrisondouble-momentscheme（MP10）20090605理想试验方案编号方案名称探空修改方案1控制试验无2低温度递减率降低850hPa的温度、提高500-300hPa的温度3中层加湿增加400-600hPa间的露点温度，提高该层的相对湿度4过湿边界层加大地面-925hPa的露点温度（+8℃和+6℃），较明显提高了该层的相对湿度5湿边界层加大地面-925hPa的露点温度（+5℃和+3℃），适当提高了该层的相对湿度6高层风减弱适当降低300-400hPa的风速f)e)模拟结果-20090605-14时宝山探空WRF模式对宝山探空资料进行理想模拟的反射率场和地面矢量

实际探空低温度垂直递减率中层加湿湿边界层高空风减弱过湿边界层模拟结果-20090605沿前图红线的垂直截面上反射率，与温度垂直分布和截面上的投影风矢量

c)c)d)

控制实验中层加湿湿边界层弱高空风控制实验中层加湿湿边界层弱高空风沿前图红线的垂直截面上相对湿度，与温度垂直分布和截面上的投影风矢量上海南汇WSR-88D多普勒雷达观测到7月14日a）01:06BJT和b）01:24仰角0.5°反射率（dBZ），和WRF-3km数值模拟的c）02:50和d）03:50在850hPa上的反射率（dBZ）、地面10m风（m/s）和地面温度（℃，红线）c模拟结果-20120713c模拟结果-20120713

干暖空气的卷入及其对下沉运动的贡献模拟结果-20120713WRF模拟的风暴中心500hPa和700hPa的最强上升运动（m/s）和最大LPI指数（J/kg）时间序列图飑线的垂直结构，RKW理论C/∆u>1C/∆u=1C/∆u<1RKWTheoryRotunnoetal.(1988)Atkinsetal.(2004)LineRelativeInflowProfilesc=cloud-relativecoldpoolspeedAcoldpoolatthespeedof,orslightlyfasterthan,thesteeringlevelwind/(thepropagationspeedofacloud)-anoptimalconditionforintense,long-lastingsqualllines.Theroleofthelow-levelsystemrelativeinflowistopreventthecoldpoolfrompropagatingawayfromtheoverheadcloud.Thesurfacesystem-relativewindspeed,ratherthantheshear,ismostimportant.Theoptimalconditionbasedonfrontpropagationspeedandsurfaceandsteeringlevelwindsmakesfewassumptionsandismoregenerallyvalid.Xue’sTheoryonlong-livedsqualllineXue(1991)DescendingRIJDescendingRIJ20090605-16:3720120714-01:08ElevatedRIJElevatedRIJ超级单体a17:19反射率0.5°c

17:37反射率1.5°b17:19径向速度0.5°d

17:37径向速度0.5°弱回波线后侧入流缺口速度模糊速度模糊弱回波线020kmRIJRIJ目 录基本概念形成机制主要类型临近预报与预警4.临近预报预警分析与识别临近预报下击暴流速度剖面速度辐散反射率因子核心下降下击暴流的识别2003-6-616时57分，17时03分，09分，0.5度反射率和径向速度图叠加自动识别的下击暴流警戒区（白色椭圆区域）和警报区（白色矩形区域），合肥def移动型下击暴流测试-2007年7月25日江苏兴化雷雨大风与下击暴流天气过程自动识别的警戒区(白色椭圆区域)和警报区（白色矩形区域）abcdef Roberts和Wilson（1989）在研究了31个发生在美国Colorado州的微下击暴流及其相应的风暴后，发现下降的反射率因子核同时伴随雷暴云中某一高度处（3-7公里）或云底附近不断增加的径向辐合是重要的下击暴流预报线索；若同时伴有雷暴云的旋转和侧向入流槽口，则可以更加肯定地预报下击暴流，预报提前时间为0-10分钟。下击暴流预警 Roberts和Wilson（1989）在研究了31个发生在美国Colorado州的微下击暴流及其相应的风暴后，发现下降的反射率因子核同时伴随雷暴云中某一高度处（3-7公里）或云底附近不断增加的径向辐合是重要的下击暴流预报线索；若同时伴有雷暴云的旋转和侧向入流槽口，则可以更加肯定地预报下击暴流，预报提前时间为0-10分钟。

受到Roberts和Wilson（1989）的启发，Eiltsetal.(1996)

作了类似的工作。他们研究了发生在美国Florida，Oklahoma，Arizona，和Colorado州的下击暴流。得到的下击暴流预兆与Roberts和Wilson发现的类似。这些预兆是：1）一个迅速下降的反射率因子核；2）强并且深厚的中层辐合（2-6kmAGL）；3）产生下击暴流的反射率因子核往往开始出现在比其他雷暴单体核更高的高度。上面三点是最重要的。其次还有两点：4）中层旋转；5）强烈的风暴顶辐散。个例研讨2007年8月3日上海下击暴流2007年8月3日16时07分（北京时，以下同）左右，一个脉冲风暴在前期雷暴的强冷出流与原边界层辐合线的碰撞触发下新生，并强烈发展，16时40分左右致使上海国际赛车场6号弯D2、D3、D4、D5号4个临时看台与上万个座椅被连根拔起后吹到20米外的F1赛道上，D区没有被吹倒的看台D1也有一定损坏，出现10厘米左右的整体位移（根据事后灾情调查报道）。设置在F1赛场的自动气象站观测显示：16时37分和38分的风速分别达到了20m/s和22.2m/s，16时37分出现了40.6m/s的强阵风。20070803强脉冲雷暴下击暴流

07/08/0308时58362探空2005年3月22日华南

飑线大风冰雹个例--来自俞小鼎培训材料广东灾情时间：

2005年3月22日10:00～15:00,地点：广东中部和北部实况：11个地市出现8级以上大风、冰雹和强降水，梅州市阴那山站测得过程全省最大阵风45.5米/秒，4个市县测得最大风速达30米/秒以上，多个测站观测到冰雹，高要测得的冰雹直径为24mm，广州测得的冰雹直径为8mm。灾害：死亡6人，伤47人，倒塌房屋1300多间，直接经济损失8000万元。福建灾情从下午14时至17时一南北向的飑线袭击了龙岩、漳州、泉州的部分县市，飑线经过的地方都出现了6级以上大风，多个县市出现10-12级的雷雨大风，其中永春县风力达40米/秒。此次灾害持续时间虽短，但风力大，突发性强，造成的破坏性极大，特别是农村房屋损坏特别严重。据福建省民政厅统计，截至3月25日，此次受灾人口达211万人，因灾死亡6人，因灾受伤5032人，造成直接经济损失11.6亿元，其中农业损失5.13亿元。50020050322080050020050322200022日08时850hPa高空形势（红色虚线：等温线；绿色实线：等露点线；黑色单箭头：急流）2005年3月22日08时梧州TlogP图天气背景小结南岭附近的横切变和500hpa的高原东侧南支槽为飑线过程的形成提供了大尺度天气背景,中高层降温与低层增温造成了大气层