江淮地区弓状回波时空分布和三维结构特征的雷达分析

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弓状回波是引发地面极端灾害性大风的重要天气系统之一,认识其内部精细结构及其发生的环境条件,对于提高其预报有重要的意义。我国江淮地区(115-122°E,30-36°N)也是灾害性雷暴大风频发的区域,本文结合探空、地面、再分析资料和强对流重要天气报文资料,分析了该地区弓状回波发生的主要环境条件和地面灾害性雷暴大风特征,并重点利用我国2009-2012年新一代多普勒天气雷达资料,分析了江淮地区弓状回波时空分布和三维精细结构特征及其成灾机制。由统计结果表明:江淮地区弓状回波常发生在傍晚(17-20时),分布在安徽西北部到江苏东南部、山东东南部到江苏的西南部,以及安徽南部的两山地之间的平原地区。其产生的极端大风(≥10级)占江淮地区所有引发极端大风系统的30%。影响弓状回波发生的天气背景主要是东北冷涡和高空槽,环境具有中等的对流不稳定度(平均CAPE为1780Jk g-1)和垂直风切变(平均1000hPa到700 hPa风切为11.6 ms-1),中层存在明显的干层。东北冷涡环境下的弓状回波系统具有较大的DCAPE和地面的强冷池。根据雷达观测的结构,江淮地区弓状回波可分为三类:典型弓状回波(BE)类型、弓状回波复合体(BEC)类型和飑线型弓状回波(SLBE)类型,所占比例分别为28.6%、14.3%和57.1%。  依据统计结果,选取2009年6月3日冷涡(个例1)和6月19日(个例2)高空槽影响下两次典型弓形个例,通过双多普勒雷达和单多普勒雷达风场反演结果,进一步研究两种不同环境条件下弓状回波的结构和演变特征,以及差异。分析显示,个例1为一次典型弓状回波(BE型)过程,是从超级单体开始发展,经过风暴合并发展而成的经典弓状回波结构,生命史约3h。在超级单体阶段,具有中纬度典型超级单体的低层钩状回波、中层有界弱回波区和中气旋结构。超级单体减弱后,因强降水拖曳和降水蒸发冷却,引起云内强的下沉运动,将云外干冷空气带到云内,形成中层后方入流,并在地面形成强冷池,触发干冷后向入流,回波逐渐演化成为弓形。至弓状回波成熟阶段,风暴相对后向入流急流在对流区后部2 km高度加速下沉,至系统前沿增强至20 ms-1。在中层,系统后侧南北两端形成气旋和反气旋涡旋对,其中反气旋涡旋发展至5km,高于气旋式涡旋高度(4 km)。此中层涡旋对对后向入流强度贡献约20%。在系统前缘低层(1.5km)、出流边界附近,存在一气旋式涡旋。受后向入流急流和此低层涡旋的共同作用,在顶点附近产生超过32 ms-1的最大地面相对风速。至减弱期,低层出流扩展至系统前方20 km,截断了低层暖湿入流,使其快速减弱;个例2为一次SLBE型过程,没有产生极端大风。其主要是通过几个单体合并,发展成线状系统。在其成熟期,系统后侧入流强度约为12 ms-1,其南侧中低层存在一强的反气旋式涡旋,但北方的气旋式涡旋不明显。同个例1相比,该个例地面冷池较弱,地面最大风发生在此反气旋北侧和后向入流共同作用的区域。
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