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.     

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气过程的数值模拟研究

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80 min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84％,9％,4％;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.     

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84%,9%,4%;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.     

局地分析预报系统在龙卷强对流天气分析中的应用

融合多种探测资料的局地分析预报系统(LAPS)能够提供包含中尺度信息的高分辨率中尺度分析场,利用LAPS资料同化分析场分析2009年6月5日发生在江苏徐州的一次冰雹、龙卷强对流天气的中尺度特征.分析结果表明,(1)对流发生时,大气处于不稳定状态.(2)动力不稳定条件,为强对流天气提供了能量;而充足的水汽条件,有利于强对流的维持.(3)低层辐合、高层辐散的配置有利于对流运动的产生和发展.(4)强对流发生时会伴随强烈的上升气流.(5)从可降水量和水或物分布可以很好的识别出降水区和冰雹发生区.应用结果表明,LAPS输出的各种物理量场对强对流天气系统有较好的解释应用能力,能清楚地反映强对流系统的中尺度特征.     

中气旋与强对流风暴相关参数的演变关系

强对流天气对社会公众的危害极大,强对流风暴内部的中气旋通常与灾害天气相关.为了预测强对流天气的发生时间,研究了中气旋参数与强对流风暴参数的相关关系.针对强对流风暴参数与中气旋参数之间的变化规律,引入了时间序列关联规则的挖掘方法.收集了天津塘沽雷达站的24个包含中气旋的强对流风暴案例,使用强对流风暴参数和中气旋参数的时间序列来描述案例集合,并使用典型变量分析算法将归一化的时间序列数据降维,考虑到序列间的变化趋势和局部关键点的影响,提取单调性特征和局部极值点特征对时间序列符号化表示,将同一时间段内的符号组成事务集,使用Eclat算法发现频繁项集;并且类比于学习器的性能度量,提出评估两类数据变化规律的正比率与反比率概念.实验结果显示,强对流风暴参数与中气旋参数之间存在显著的相关性,其第1对典型变量的相关系数大于0.5;在支持度为0.05~0.30下,Eclat算法的运行时间小于0.7 ms,内存占用小于121 KB,均优于Apriori算法和FP-growth算法;强对流风暴参数与中气旋参数之间的正比率大于0.7,直观地反映出强对流风暴参数与中气旋参数之间变化趋势的相似程度,且再次验证了频繁项集的正确性.该研究为利用中气旋数据预测强对流天气的变化趋势与发生时间提供了理论依据.     

河南省焦作市一次局地强对流天气过程的分析

利用常规高空、地面资料和自动站资料、多普勒雷达资料等,从天气形势、物理机制、中尺度特征等方面入手,分析了河南省焦作市一次局地强对流天气的演变和成因．结果表明：这次强对流天气过程发生在高空槽后西北气流中,中高层干冷平流、低层暖湿平流的大气层结增强了对流不稳定的发展,地面中尺度辐合线是此次强对流天气的直接影响系统;CAPE的高值区与强对流天气区有较好的对应关系;多普勒雷达可以监测对流云团的发展和移动利用多普勒雷达资料能够提前预警强对流天气的发生．     

强对流天气的数值模拟试验

将 RAMS中尺度模式从 VAX/VMX平台移植到 Win95/NT平台 ,并结合中尺度天气系统的特点 ,自行研制了与该模式相配套的前后处理技术 ,从而在 586高档微机上建立了强对流天气中β尺度数值模拟系统。并利用本系统就均匀初始场、加密观测资料和常规报文资料作为非均匀初始场分别进行了模拟试验。结果表明 :移植是成功的 ,系统能够模拟出对流系统的发生、发展和演变及其宏、微观结构 ;强对流系统出现时往往对应上升和下沉气流都比较强、变化剧烈 ;系统提供的最大垂直速度、总动能和各种水物质极值随时间的演变都是很好的对流发生、发展的征兆因子     

丽江市强对流天气背景条件研究

选取2006年到2011年丽江市境内发生的76个强对流暴雨和冰雹个例,从影响的天气系统、水汽条件、大气层结结构、能量条件和中尺度水汽、急流特征等5个方面进行了分析,得到了如下主要结论:一是对流层中层偏北气流、中低层切变低涡、地面冷空气是强对流暴雨或冰雹形成的主要天气系统,夏秋季西太平洋副热带高压西伸或东退过程中,在其边缘也有可能出现强对流暴雨或冰雹天气;二是大部分强对流暴雨或冰雹形成前,气层无明显不稳定特征,08时的对流不稳定度对其指示作用不显著;三是强对流暴雨形成前,中低层有深厚的高湿度层,而且有较好的水汽输送,而冰雹形成前,上干下湿的层结特征明显;四是对流层急流对丽江境内强对流暴雨或冰雹的形成作用不大,指示性较差;五是要重视更高层次垂直风切变的分析.     

基于深度神经网络的强对流天气识别算法

短时强降水、大风等强对流天气危害巨大,对其进行自动识别存在相当大的技术困难.提出一种基于深度神经网络的强对流天气智能识别模型,以雷达回波图像和表征回波移动路径的光流图像作为输入,通过神经网络的自学习,寻求雷达图像与"是否发生强对流天气"之间的函数映射关系;并运用数据集增强、代价函数优化和模型泛化性能优化等技术,解决了训练样本的不均衡问题,避免了模型训练过程陷入局部极值的问题.实验结果表明,该方法对强对流天气识别的准确率达到96％,误报率低于60％.该方法也适用于对下击暴流等灾害性天气的自动识别.     

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.     

晴空湍流在强天气过程临近预报中的应用研究

为研究强对流天气发生前的先兆信息,利用多普勒天气雷达的径向风场与谱宽数据对大气的湍能耗散率进行了反演。通过对2009年6月3日南京一次强雷暴过程和2009年6月14日南京一次飑线过程的研究发现,天气过程发生前湍能耗散率随时间的变化,可以用来判断湍流运动的剧烈程度。强对流天气发生前往往会有晴空回波的出现;并且湍流运动较正常情况下剧烈。反演得到的边界层湍能耗散率可以用来识别较强的湍流运动。通过两次典型的强天气过程的对比分析还发现,湍流在降水过程发生前2~3 h,会有趋势变化的拐点出现;并且是一个持续的加强阶段。当趋势特征出现后,且湍能耗散率最大量级达到3 000 cm2·s-3以上时,可认为即将有强对流的天气过程出现。根据湍能耗散率的变化可以获得强对流天气出现的先兆信息,这对提高强对流天气的预报水平具有重要意义。     

Cloud-resolving model for weather modification in China

Weather modification is widely carried out in China.It is important to develop an operational model for weather modification to predict the microphysical features of cloud and precipitation and to help locate possible seeding areas.A two-moment microphysics scheme is developed using a quasi-implicit calculation method.The scheme predicts the evolution of mass as well as the number densities of the five hydrometeor types.Some microphysical processes are specified.The scheme is implemented with mesoscale models that have been run operationally for weather modification in China.     

山地对流云的数值模拟

采用地形追随坐标，首先建立了一个包含复杂地形的完全弹性三维中尺度暖云模式。利用该模式，主要模拟了地形抬升对云的触发作用，并进一步研究不同地形对已发展的对流云的动力影响。分析结果表明：在适宜的温湿条件下，一定高度的地形抬升能够生成较强的对流云；对于较弱的对流云，上坡地形能够使其发展增强，而下坡地形则会使其减弱。以上结论与观测事实和文献[4，5]结论相符，同时也证明了此模式引入地形后的动力学框架的合理性。     

The formation process and cloud physical characteristics for a typical downburstproducing thunderstorm in Beijing

The formation process and characteristics of cloud physical structure of a severe thunderstorm accompanied with strong wind on 23 August, 2001 in Beijing was studied using PSU/NCAR mesoscale model (MM5)coupling with a severe storm model with hail-bin microphysics. The results show that the specific topography and distribution features of cold/warm current in the Beijing region played prominent roles in forming, developing and maintaining the severe storm. Due to solar radiation heating and topographic lifting, the convective cells were easily formed when the westerly airflow passed over high mountainous regions in Beijing. The warm and wet air entered the cloud from its frontage and enhanced the convection, and formed a large amount of graupel/hail particles at the middle and upper portion of the clouds. The precipitation was primarily formed due to melting of graupel/hail particles. The strong downdraft was mainly produced by negative buoyancy due to loading,melting of graupel/hail particles as well as evaporative cooling of rain water. The divergent airflow induced by the strong downdraft led to the disastrous burst winds at the surface and also forced lifting of warm and wet airflow in the moving direction of the storm and formed new clouds that further promoted and maintained the storm development.     

中低空急流带内的强对流天气的风暴强度指数

根据国家气象局资料中心提供的历史探空资料分析了华南和华东地区的一次强对流天气的生命史过程,观测研究表明：中低空急流的爆发和急流内大风中心的传播是这次强对流天气主要的动力学条件。风暴强度指数Iss(storms severity index)能够分别表征浮力能和风垂直切变的强弱。计算Iss表明,华南和华东地区中低空急流带的强对流天气是在弱热力学条件和强动力学条件出现的。     

对河南省安阳市一次强对流天气的多普勒雷达资料的分析

利用濮阳雷达站的新一代多普勒雷达产品,结合高空和地面观测资料,分析了2013年8月11日傍晚出现在豫北地区(安阳)的一次强对流天气过程.结果表明:这次天气以是灾害性大风为主,伴随有雷电和短时强降水,局地还有冰雹出现的强对流天气;此次强对流的主要影响系统有副热带高压、500 hPa低槽、中低层切变线和地面冷锋,低层垂直风切变和较强的层结不稳定有利于弓形回波的产生;反射率因子图显示系统为一个典型的弓形回波带,顶部回波最强,同径向速度图均表现出明显的"V"型缺口;雷达资料分析表明,中尺度涡旋(M)、垂直液态水含量(VIL)和回波顶高度值(ET)对雷雨、冰雹和地面破坏性大风等强对流天气有很好的指示作用.