闽南一次超级单体风暴双偏振特征分析

利用厦门S波段双偏振雷达和常规观测资料,对2019年5月16日闽南地区一次超级单体风暴进行了分析。研究表明,此次过程发生在高空冷槽入侵副高外围,地面暖倒槽内东南、西南两支气流交汇的形势下。成熟阶段超级单体伴有钩状回波、左前侧入流与右前侧出流V型缺口,弱中气旋,以及明显的有界弱回波区和回波悬垂。偏振观测表明,冰雹的水平反射率因子大、差分反射率因子与差分传播相移在零值附近,相关系数低(0. 85～0. 9)。风暴前侧下沉气流东边界(水平反射率因子梯度高值区)存在一条浅薄的差分反射率因子弧,主要由大雨滴构成,对超级单体的形成具有一定预示性,而前侧入流缺口存在差分反射率因子柱,可用于指示强上升气流的位置。三体散射回波的双偏特征表现为相关系数的低值区,及靠近强回波一侧差分反射率因子大值区与远离强回波一侧差分反射率因子低值区。     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

利用相控阵雷达对2020年5月闽南一次降雹过程分析

利用厦门翔安X波段相控阵雷达,结合厦门海沧S波段双偏振雷达、风廓线雷达等多源观测资料,对2020年5月闽南沿海一次罕见大范围降雹过程进行了分析。研究表明,此次过程是一次发生在副高边缘暖湿气流控制下低层暖强迫型强对流,午后西南风超低空急流的建立极大改善了水汽及不稳定条件,地面冷锋入倒槽触发大范围强对流。相控阵雷达分析表明,降雹单体伴有低层钩状回波、有界弱回波区和回波悬垂。双偏振特征显示,冰雹的差分反射率因子(ZDR)与差分传播相移(KDP)在零值附近,相关系数(CC)低,有明显差ZDR柱。降雹阶段,强反射率因子迅速下降,ZDR柱消失,低层KDP与CC快速减小。相较于传统双偏振雷达,相控阵雷达时空分辨率高,可以更快捕捉到强对流单体云微物理特征变化,为冰雹预报预警业务提供参考。     

雷达定量估测降水量中双偏振参量的算法

双偏振多普勒雷达相较于业务广泛使用的单偏振雷达,可以获得水凝物相态等方面的信息,为短临预报、云降水物理研究及定量测量降水量提供了更多依据。为探索上海WSR-88D双偏振雷达资料在定量降水估测中的改进作用,引入双偏振参量水平反射率因子Z_h、差分反射率因子Z_(dr)、差分传播相移率K_(dp)等,与自动站雨量观测数据进行比较,分别试验了R(K_(dp))、R(K_(dp),Z_(dr))、R(Z_h,Z_(dr))三种算法,进行了单站和面上的Z-R关系定量估测降水量试验。研究表明:在单站试验中,得到的估计值与R(K_(dp))的结果基本一致,与此次降水中闵行站的反射率因子Z和差分传播相移率K_(dp)一直较大有关,但从总体趋势上来看,与雨量计数据相比,这三种算法仍存在降水量估计不足的情况;进一步提出了多种Z-R关系综合算法,在对流降水试验中,计算的显著降水区域与实际观测结果基本对应,强降水中心在对流的发展阶段和成熟阶段皆有响应,在对流成熟阶段,强降水中心的降水估计与实际观测结果较接近,但是在对流发展阶段,强降水中心的降水存在高估,说明在35 dBZ以上的强回波区域,算法还有待改进,需进一步研究算法的本地化和降水类型细化。     

偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

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.     

一次梅雨锋短时暴雨的诊断和特征分析

使用常规观测资料、多普勒雷达拼图资料、卫星TBB资料以及FNL1°×1°再分析资料,采用诊断分析和特征提取方法,对2014年6月20-21日江西北部出现的梅雨锋短时暴雨进行分析。结果表明:1)强盛的西南气流与低涡后部偏北气流在江西北部对峙是暴雨带稳定的原因;充足的水汽供应、强热力不稳定及强烈辐合上升运动是短时暴雨产生的环境场特征;2)从孟加拉湾、南海的水汽通道,为短时暴雨提供了源源不断的水汽和不稳定能量,强水汽通量辐合带与暴雨带的位置重合;3)暴雨区发生在高θse舌和高比湿舌的南侧;高空短波槽东移加剧了高空锋区的发展,使得锋生更为明显;近地面层冷空气的楔入,增强了不稳定能量的释放,使暴雨区对流性加强;4)深厚的上升运动和强垂直正环流,对低层辐合、降水维持和加强都十分有利;5)TBB图上MCS强梯度带一侧伴随短时暴雨带的出现;6)雷达拼图上"列车效应"是累计降水较大的重要原因,线状对流回波的形成对局地强的短时强降水有指示意义。     

双偏振多普勒天气雷达监测雷电的分析

为了更有效开展雷电的实时监测和预警,利用S波段双线偏振多普勒天气雷达回波资料和闪电定位仪数据,对2009年7月初发生在江苏的一次雷暴天气过程进行了分析。在有闪电的回波区,闪电频次峰值出现在水平反射率因子42dBZ处,集中在34~46dBZ之间;闪电频次峰值出现在差分反射率因子ZDR的0.4dB处,主要集中在-0.4~1.4dB;闪电频次峰值出现在差分传播相位常数KDP的1°/km处,集中在0~2°/km附近;闪电频次峰值出现在相关系数ρhv的0.98处,集中在0.96以上。而无闪电回波的偏振参量都明显小于发生闪电回波的值。通过对雷暴回波单体偏振参量随时间变化的分析,发现偏振参量和闪电频次之间有较好的一致性。随着闪电的发生和频次的增加,回波单体的反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP都有不同程度的逐步增加。最大时ZH达47dBZ、ZDR达到2dB以上、KDP达到2.5°/km。     

郑州“7·20”暴雨的精细化特征及主要成因分析

为研究2021年7月20日郑州地区历史罕见暴雨洪涝灾害的精细化特征及其成因,基于实况观测和再分析资料,采用合成分析、距平分析等统计方法对此次暴雨过程进行了分析。结果表明:郑州“7·20”暴雨过程具有突发性极强、短时雨量极强、降水极端性突出的特征;200hPa存在异常偏强且稳定的高空槽及高空冷涡,使暴雨区上空高层具备强的辐散条件;偏强偏北的副热带高压、台风“烟花”和“查帕卡”向暴雨区持续输送了大量水汽;郑州上空回波发展旺盛,且有对流性回波不断汇聚,呈现明显的“列车效应”;在地形作用下,郑州具备比周边更强烈的低层辐合及上升运动条件,对降水量的增幅起到了重要作用;高、中、低空极为有利的环流配置、极强的水汽条件,以及地形的增幅作用共同导致了此次致洪暴雨过程。     

滇西北强对流灾害天气的多普勒雷达回波特征研究

 选取了2006年丽江多普勒天气雷达（CINRAD/CC）投入使用以来观测到的59次强对流灾害天气过程的雷达资料,重点分析了造成短时暴雨和冰雹的雷达各产品特征,初步得出：①触发丽江强对流天气的环境风场;②强回波在雷达速度场中切变类型、分布特征及其与强对流天气的相关关系;③丽江强对流天气初生阶段和旺盛阶段雷达反射率因子形状场、数值场、高度场、垂直累积液态水等指标的特征及其预警临界值;④灾害天气从初生阶段至旺盛阶段回波发展的时间间隔特征.通过分析丰富了丽江周边短时暴雨和冰雹的探测方法,得出部分多普勒雷达研究指标,对滇西北开展灾害性强对流天气的预警预报具有一定的指导作用.     

华南西部高架冰雹强对流天气过程的特征及成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料及雷达资料,综合分析2001年以来华南西部3次高架冰雹强对流天气过程的环流形势、温湿风特征、触发机制、抬升机制、雷达的回波特征及成因,得到以下结论:(1)该类过程出现在春天,发生在地面锋面北侧冷气团后约600km以上区域,发生时地面气温较低。(2)发生期间空气下湿上干,低层存在逆温,850~700hPa为强风垂直切变,有利于对流风暴生长和维持,而且高空槽前正负变温使700hPa与500hPa处的垂直温度递减率加大,加剧对流不稳定性。(3)高原槽前正涡度平流东移导致强烈上升运动是触发对流的条件之一;过程的暖湿气流在850hPa附近才开始抬升,而不是从地面开始。(4)较低的0℃、-20℃等温线高度,较厚的冻结层厚度,极小的对流有效位能CAPE值导致雹体较小。(5)冰雹云系的雷达回波特征是,基本反射率不强,无明显的倾斜或悬垂回波;回波高度不高且VIL值较低,沿径向在最大反射率后部有相对较大的谱宽值。     

“鲇鱼”台风闽东阶段性暴雨物理量特征与地形模拟试验

采用NCEP全球再分析资料、区域自动站资料、雷达回波等,对2016年第17号台风"鲇鱼"登陆福建时造成闽东地区历史罕见洪涝灾害的大暴雨成因进行初步分析,研究不同阶段的暴雨物理量特征,并利用WRF数值模式对闽东地形和台湾岛地形进行敏感性试验,分析不同阶段地形对暴雨增幅作用的敏感性程度。结果发现,此次台风暴雨过程存在两个明显的阶段性特征,第一阶段台风系统深厚,为整层正涡度,较强的低层辐合和高层辐散的垂直配置使上升运动发展和维持,动力条件好;第二阶段深厚的台风系统开始减弱,高层辐散和低层辐合强度明显减弱;涡度场上为低层正涡度、高层负涡度,且结构倾斜,表明有冷空气入侵。高低空急流的耦合作用有利于上升运动;偏东风和偏南风低空急流是主要的水汽通道和能量通道,第一阶段宁德地区受台风北侧宽广的偏东风-东南风急流辐合影响,各层高能区达到强盛期,暴雨区域广、强度强;第二阶段偏东风急流和偏南风急流在宁德北部汇合,假相当位温的中心值有所减弱,高能区分散,使得宁德北部地区暴雨表现为较明显的局地性特征;闽东地形对降水的增幅作用显著。     

宁夏平原极值暴雨遥感资料中小尺度特征分析

利用卫星、多普勒雷达、区域自动站、闪电定位等遥感资料和常规气象资料,对2012-07-29夜间宁夏平原大暴雨过程的中小尺度特征进行了分析.结果表明,造成大暴雨的天气系统主要是200hPa急流、500hPa短波槽、700hPa低涡、850hPa辐合切变,宁夏上游地区中低层存在一明显的辐合带、高湿区和多低值系统;卫星云图上中尺度对流云团快速发展并东移影响宁夏造成暴雨,强降水阶段云团平均亮度温度达220K,最低亮度温度达210K,亮度温度低于220K的云团面积达到20 000km2;闪电时空分布特征与强降水高度一致,表明中小尺度强对流是造成暴雨的主要原因;雷达反射率图上多个强对流单体先后影响,出现明显"列车效应",单体基本反射率和组合反射率在分别达到40~60,50~60dBz,40dBz的强回波高度突破了0℃层高度,同时3km高度还存在大于50dBz的强反射率因子核心;强降水阶段,径向速度图上伴有多个"逆风区"和风速辐合区,垂直方向径向速度正负相间分布;雷达回波顶高度和垂直累积液态水含量在强降水阶段分别达到8~11km和10~30kg/m2.     

晋北地区一次暴雨过程分析

利用常规的天气图、物理量场资料以及卫星云图和雷达回波图,对2008年9月23—24日发生在山西北中部地区的一次暴雨天气进行了分析,介绍了此次暴雨的环流形势演变及影响系统,对此次暴雨的物理量和卫星云图进行了研究,结果表明:暴雨主要是在高低空急流、中低层低涡切变以及地面冷锋这3个影响系统的共同作用下产生的;暴雨期间水汽比较充足,低层辐合高层辐散有利于暴雨区对流的发展;卫星云图和雷达回波图说明暴雨的发生与中-β尺度对流系统密不可分。     

厦门地区一次午后热对流的中尺度特征分析

利用双偏振雷达、雨滴谱仪等新型探测资料以及双雷达风场反演资料与地面加密自动观测站资料,分析了2019年7月20日厦门同安地区一次局地热对流过程。结果表明,本次局地热对流发生在副高边缘的不稳定区域;低层是一致的西南风,无明显系统影响,湿度条件好。厦门探空为上干下湿的结构,抬升凝结高度和自由对流高度都很低,湿层深厚,层结不稳定条件好。沿着回波传播方向,上层和下层风向几乎完全相反,构成次级环流,强回波向出流方向缓慢移动。本次过程属于冷云降水,强回波发展高度超过0℃层,ZDR和KDP的分布表明成熟阶段存在复杂冰相过程。     

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.     

基于地学研究的CINRAD/CB雷达回波显示与提取

为准确显示天气雷达指定回波强度的回波区域,基于CINRAD/CB新一代天气雷达(简称CB雷达)的基数据,从地学角度提出一种CB雷达反射率因子回波的可视化方法,即将雷达基数据中的反射率因子数据采用地学中栅格数据格式进行显示。然后生成反射率因子图,结合风暴单体识别与跟踪算法(SCIT)中对风暴单体的识别模式,提出能够提取指定回波强度的雷达回波区域的方法。通过鄂尔多斯气象雷达站的CB雷达基数据提出方法并进行了验证。实验结果表明,提出的反射率因子图可视化方法可以显示雷达的反射率因子特征,针对反射率因子图提出的回波区域提取方法能够提取指定强度的回波区域。     

松桃县“7·15”特大暴雨综合诊断分析

利用Micaps常规资料、区域自动站资料、探空资料和雷达资料等,对松桃县2015年7月14日夜间到15日白天出现的特大暴雨天气过程进行分析,得到如下结论:本次特大暴雨是在有利的大尺度环流背景下发生的,高空槽及高原低槽东移,带动槽后冷空气南下,与中低层地涡切变线东南侧的西南暖湿气流相互作用;较大的CAPE值、大气层积不稳定、湿层厚度较大是强对流天气得以发生、发展的基本条件;孟加拉湾水汽通道的建立为本次特大暴雨提供了强有力的水汽源,低层水汽辐合,高层水汽辐散和强烈的垂直上升运动为特大暴雨区提供了充足的能量供应;从雷达图和TBB图的演变来看,较强的雷达回波反射率因子、对流云团强烈发生和稳定少变是造成本次降水强度较大的原因。     

福建省一次典型的冰雹大风强对流过程分析

利用常规加密气象观测资料、新一代天气雷达资料、NCEP再分析资料,对2016年4月26日福建省内陆出现雷雨大风和冰雹等强对流天气过程的触发机制、中尺度特征、雷达回波特征进行分析。结果表明,此次过程中低层冷暖空气发生强烈交汇,具备经典的斜压大气结构特征。中低层低槽、切变线东移,切变南侧华南到福建西北部存在低空西南风急流,急流轴东传过程中在低层急流左前侧形成强的上升运动;配合低层暖脊、中层冷槽的热力不稳定条件;26日白天下湿、上干的水汽垂直结构;在低层切变和地面冷锋东移南压的触发作用下,在850hPa切变线附近与低空急流之间出现了强对流天气。中尺度系统快速东移触发线状对流系统在东移过程中产生雷雨大风,其前方激发的超级单体风暴产生冰雹天气。对流层中层有明显的干冷空气卷入是产生雷雨大风的重要原因之一;低层径向速度大值区、中层径向辐合是雷雨大风出现的雷达回波特征。合适的0℃和-20℃层高度利于冰雹(大冰雹)的产生;高悬的强反射率因子核、宽广的WER,旁瓣回波的出现及VIL值的跃增则是冰雹出现的雷达回波特征。     

黄河下游夏初一次强对流天气过程成因分析

 利用常规观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2008年6月25日发生在黄河下游的一次强对流天气进行了天气动力学和雷达回波分析。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度环境下产生的,强对流区存在有利的水汽输送和水汽辐合,不稳定的大气层结有利于对流天气的发生,Qse高能区和Qse密集区有利于对流天气的发展,850hPa以下为较强散度辐合,800～600hPa为高空散度辐散和600hPa以下的垂直上升运动为强对流的发生、发展提供了动力条件。根据多普勒雷达资料分析,对流活动在河北境内生成,移动过程中发展,影响河南安阳时回波强度大于50dBz,径向速度图上存在中尺度辐合。