春季强对流研究合辑
每年3—5月是我国强对流天气的高发期，雷暴大风、冰雹等天气频繁出现。这类天气具有突发性强、破坏力大、局地性显著等特点，且极端事件发生频率越来越高，往往造成严重灾害，给人民生活、生产造成不利影响。由于强对流天气形成机理复杂，给精细化预报带来较大挑战。
为提升强对流天气的预报预警能力，助力气象防灾减灾，本刊精选《气象》近5年发表的相关研究成果，内容涵盖机理研究、预报技术、新资料应用及个例分析等，以期为气象业务和科研工作提供参考。
孙继松
2023,49(1):1-11
提要：从预报预警业务的视角，重点讨论了直线型对流大风形成机理与对流风暴形态结构演变、风暴内部热动力学与云-水微物理过程之间的科学逻辑关系，以及它们在现代业务观测体系中的“显性表征”，对一些存在不同观点或解释的科学问题进行了探讨，以期帮助相关人员科学理解“观测现象”背后的物理逻辑、提高科学预警能力。主要结论：对流风暴引发的直线型地面强风，直接驱动因子来自于风暴内部的垂直运动，而垂直运动的主要贡献来自于“热力学作用造成的扰动气压垂直变化”和对流冷池效应强迫，它们又与风暴内部的蒸发（凝结）、融化（凝华）等云-水微物理过程直接相关；这些热动力学和云-水微物理过程的演变可以通过一系列的“观测现象”表征出来，例如雷达观测到的弱回波槽口、后侧入流急流、中层径向强辐合、中气旋、阵风锋等,以及地面气象要素随时间的剧烈变化。线型风暴系统的形态变化特征是由于风暴系统内部的动力学过程或者风暴系统与环境大气相互作用导致的，并不是所有的线型风暴系统都会演变为弓状回波特征的飑线；RKW理论本质上解释了整体飑线系统与环境风垂直切变之间的相互作用问题，实质上环境风场更多是在主导飑线移动和传播，而飑线的发展、维持可能主要是由风暴内部的热动力学过程控制的。
王秀明，俞小鼎，费海燕，刘晓玲，朱禾
2023,49(2):129-145
提要：下击暴流指对流单体强下沉气流引发的地面或地面附近的爆发性辐散出流，单个下击暴流会导致千米尺度地面强阵风，而下击暴流簇可导致较大范围间断性地面灾害性强阵风，其形成机制亦不限于强下沉气流辐散。文章回顾了下击暴流的界定，然后分为孤立风暴产生的下击暴流和中尺度对流系统内嵌的下击暴流两种情况进行讨论，内容包括对流大风和下击暴流产生的物理机理、风暴结构特征以及基于多普勒天气雷达的预警技术。在上述回顾基础上，对下击暴流形成机理及监测预警难点进行了讨论，提出了与下击暴流相关的亟需研究的问题。
崔春光，杜牧云，肖艳姣，赖安伟，李红莉，王志斌，王珏，孙玉婷，王俊超，冷亮，王斌，张文，彭菊香，马鹤翟，康兆萍
2021,47(8):901-918
提要：强对流天气的精准预报依然具有极大难度和挑战性。为了提高强天气监测预报服务能力，“灾害性天气资料同化与临近预报系统开发”研究共开展了以下工作：研发了新的中气旋和龙卷涡旋特征识别算法，并在十几个龙卷风实例中成功地识别出龙卷涡旋特征；从多普勒天气雷达体扫数据中提取了诸多参数（超过20个），开展分类强对流天气（下击暴流、龙卷、冰雹和短时强降水）自动识别预警技术研究。快速更新循环预报系统可以有效地提高模式初值的质量，非常适合于短时天气预报应用。为进一步提高强雷暴预报的精度，提出了一种新的基于雷达反演水汽的“伪水汽”同化方法，以更好地初始化对流尺度的数值天气模式。旨在克服目前中尺度数值模式在对流尺度定量降水短时预报方面的不足，弥补基于“外推”的临近预报技术在2 h以上定量降水预报能力快速下降的缺陷而研发的融合技术具有提高短时临近降水预报能力的潜力。
潘佳文，魏鸣，郭丽君，阮悦，罗昌荣，巫凌寒
2020,46(12):1608-1620
提要：通过研究大冰雹超级单体风暴的偏振特征、动力及云物理结构的演变，可了解大冰雹形成的物理过程，并获得与大冰雹形成、生长相关的相关征兆偏振特征，进而提升对大冰雹超级单体的预警能力。利用厦门S波段双偏振雷达资料，结合双雷达风场反演和粒子相态识别算法对2019年4月22日发生在闽南地区一次导致大冰雹的超级单体进行了分析。研究表明：差分反射率因子(Zdr)大值区位于三体散射(TBSS)的起始位置及反射率因子(Zh)强中心的远端。同时，TBSS中的相关系数(CC)较低，TBSS的偏振特征有助于识别高空中的大冰雹。大冰雹区表现出高Zh和低Zdr的偏振特点，随着大冰雹降落融化，其表面存在外包水膜现象使得大冰雹周围的Zdr增大，CC减小。在超级单体低层的Zh强中心内存在一个差分相位常数(Kdp)增大的区域，被称为Kdp足。Kdp对大冰雹较不敏感，是冰雹融化的较好指标。因此, Kdp足可用于指示由冰雹融化导致的下沉气流区。在水平风场上存在明显的双涡旋结构。双涡旋结构有助于超级单体的发展及大冰雹的循环增长。在中气旋的东北侧，存在一个中等强度Zh、低Zdr、高CC的区域，被称为霰带。粒子相态识别算法显示霰带中主要的水凝物为霰。由于靠近中气旋，部分霰作为雹胚被卷入上升气流中。基于上述分析给出大冰雹超级单体的偏振特征和三维风场结构示意图。
肖艳姣，王珏，王志斌，冷亮，付志康
2021,47(8):919-931
提要：下击暴流是对流风暴最常发生的天气现象，预报其初始爆发是强对流风暴预报中最具挑战性的内容之一。提出一种综合使用雷达和探空观测资料的下击暴流临近预报算法。在对雷达基数据进行地物杂波抑制和径向速度退模糊以及对探空资料进行处理得到0℃、-20℃和最小相当位温高度的基础上，该算法首先进行风暴单体识别追踪和冰雹指数的计算；然后进行中层径向辐合特征和中气旋识别，并使之与识别的风暴单体相关联；最后提取诸多风暴单体的雷达特征量，经批量下击暴流和非下击暴流个例统计分析后挑选出下击暴流的雷达先兆因子9个作为模糊逻辑法的输入，建立下击暴流临近预报方程。使用2015年6月1日发生在湖北监利导致“东方之星”客轮倾覆的下击暴流个例对该算法进行了测试，结果表明从20:41—21:21共有8个体扫时次预报了引起沉船事件的那个风暴单体将会产生下击暴流，首次预报时间比客轮侧翻时间21:28早47 min。使用2019年6—8月发生在湖北省的所有雷暴大风个例对下击暴流临近预报算法进行了效果评估,结果表明该算法预报下击暴流的击中率为86.4%，平均预报时效为39 min。按回波形态分类评估，则飑线类、线状对流类（飑线除外）和非线状对流类风暴的下击暴流临近预报击中率分别为93.2%、90.5%和75.6%。该算法模块已集成到中国气象局武汉暴雨研究所研发的分类强对流天气自动识别预警系统中，并于2019年开始投入业务运行。
彭霞云，章丽娜，刘汉华，李文娟，黄新晴，黄旋旋
2022,48(6):719-728
提要：2020年4月12日，受冷涡影响，华东地区出现了大范围的雷暴大风，其中在杭州湾地区出现了12级以上的极端大风。此次强对流过程发生前，高低空为一致的西北气流，水汽含量低、能量条件弱，预报难度大，沿海海面风力预报出现了较大的偏差。基于常规观测资料及多普勒天气雷达、风廓线雷达等非常规观测资料，结合ERA5再分析资料，分析了此次过程雷暴大风特征及对流系统移入杭州湾前后的演变特征，重点探讨了杭州湾东北部出现极端大风的可能原因。研究表明，杭州湾极端大风的形成是多因素共同作用的结果。杭州湾具有一定的能量条件、低层大气的温度直减率接近干绝热递减率，有利于对流系统中形成较强的下沉气流，下沉辐散造成地面大风。中层存在西北风急流，在对流下沉运动的作用下，中层的高动量被带到地面，增强了地面风速。对流系统移入杭州湾的过程中，冷池增强，而杭州湾水面的摩擦力比陆地小，有利于风速增强，这也是杭州湾风力增强的重要原因之一。杭州湾东北部13级以上大风的出现还与海上热力、动力条件的不均匀分布及对流入海后形态的变化有关。
侯淑梅，李昱薇，张鹏，朱晓清，高荣珍，张永婧，梅婵娟，石磊，朱义青
2022,48(10):1242-1256
提要：2021年4月29日山东近海出现10～13级雷暴大风，造成一艘渔船翻扣。基于多普勒天气雷达、地面加密自动气象观测站、ERA5再分析及常规观测资料，分析了此次雷暴大风的成因，结果表明：东北冷涡后部强盛的西北气流携带干冷空气叠加在低层暖温度脊之上，强烈的位势不稳定层结和垂直风切变为当天产生强对流天气提供了有利的环境条件。高空强劲的西北气流，一方面导致阵风锋移动速度快，另一方面高空动量下传，增大了下沉气流的角动量。阵风锋移动速度快、持续时间长，是造成所经之地产生10级以上雷暴大风的直接原因。对流层中低层大气干燥，高层水凝物下落过程中蒸发降温，在近地面形成厚度高达120 hPa的冷池。小尺度冷池造成的加压与大尺度气旋后部增压叠加，与气旋的减压区形成变压风。冷池与日照暖温度脊之间产生的密度流与变压风叠加，造成地面大风强度增强。冷池小高压入海后气压梯度方向转变造成风向发生旋转，增加了渔船翻扣的风险。日照上空的蒸发作用、锋区梯度、密度流强度、多尺度天气系统的叠加效应均比青岛强，导致处于青岛雷暴边缘的日照市出现10级以上雷暴大风的强度和范围均比受青岛雷暴主体影响的青岛市大。
吴涛，许冠宇，李双君，魏凡
2023,49(1):27-38
提要：采用天气雷达、高空地面观测、1°×1°NCEP再分析场资料，分析一次春季江淮气旋形成发展过程中混合型（冰雹、大风、短时强降水）对流天气特征，初步解释了不同类型对流天气形成发展的原因。结果表明：不同类型强对流天气在时空分布和对流特征上存在差异，其中局地冰雹主要由气旋形成阶段离散对流线产生，带状短时强降水由气旋形成阶段人字形对流线上及发展阶段S形对流线后部的列车线/邻接层状云类中尺度对流系统（MCS）产生，大范围大风主要由江淮气旋发展阶段S形对流线上尾随层状云降水类MCS产生。江淮气旋是大尺度天气系统斜压发展的结果，对流活动使锋面低层辐合增强，对气旋形成发展有加强作用。强对流天气的产生与江淮气旋动力热力场有密切关系。气旋形成阶段，西南涡结合山区地形提供了有利于鄂西南大冰雹形成的环境场，暖式切变线以及气旋发展阶段受南支槽影响的冷式切变线，提供有利于风暴列车效应形成的环境场而产生短时强降水；气旋发展阶段，冷式切变线提供有利于后部入流急流形成的环境场而产生大范围大风。