滇南春季一次强对流风暴系统特征及成因

利用普洱3830/CC多普勒天气雷达、云南闪电定位系统和Micaps客观分析场等资料,对2007年4月6—7日滇南强对流风暴系统进行分析.结果表明:高低空低槽切变线相互配合、南支锋前偏西急流的耦合作用及中高层干冷、低层暖湿的大气垂直结构为强对流风暴提供水汽、热力、对流不稳定和动力条件;垂直风切变和中低层中尺度径向辐合有利于倾斜入流上升气流加强和超级单体发展,超级单体风暴强度达60 d Bz、顶高超过12 km、50 d Bz强回波高度超过7.5 km,具有后侧"V"槽口回波、前侧"V"缺口、弱回波区、阵风锋回波、钩状回波、中气旋、中尺度径向辐合、回波墙、假尖顶回波、悬挂回波等特征,产生大风冰雹等灾害性天气,对应着正地闪发生;飑线具有中尺度辐合和径向大风等特征,但各部位对流回波发展不均匀,具有倾斜结构的对流云体发展强烈,形成超级单体,产生冰雹大风等强烈灾害天气,导致高层正电荷区暴露出来而对应正地闪发生,而具有垂直结构的对流云体,对流发展相对弱一些,产生短时强降水天气,主负电荷区遮挡高层正电荷区而对应负地闪发生.     

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。     

江西中北部一次飑线过程中尺度特征分析

利用常规高空地面观测、南昌多普勒雷达、风云2e卫星tbb、fnl1°×1°再分析等资料,分析2015年5月8日江西一次飑线过程,结果表明:1)此次过程属于斜压锋生类强对流天气,由高空低槽、中低层切变线、地面冷空气和倒槽共同影响造成;2)对流层中低层垂直风切变有明显增强趋势(26 m/s),导致中层气流旋转增强,水汽在垂直方向上的"上干下湿"分布特点,十分有利于飑线强对流天气的生成与发展,地面辐合线是飑线过程的重要触发条件;3)强对流天气区域与tbb逗点云团尾部亮温中心区域及冷云tbb大梯度区域较吻合;4)飑线回波强度最强达60 d Bz,后侧存在入流缺口,强回波质心较低,往往伴随短时强降水,强回波有前倾特点,低层有弱回波区(WER),弱回波区之上存在55 d Bz强反射率因子核,VIL密度3.5 g/m3,飑线有强风速辐合区和逆风区,有较明显的后侧入流急流,中层6 km上下有强径向风速辐合,9~12 km为径向风速辐散,后侧入流急流为一只从7 km左右高度斜向下方的冷气流入流,飑线前部3 km以下为暖湿空气入流。后侧入流急流的形成发展将中层干冷空气卷入并引导到地面,加快了飑线的移动,并加强了飑线中的下沉运动,对地面大风的形成有重要作用。飑线南段存在逆风区,中层3 km左右有明显辐合,中层后侧入流急流使得下沉气流增强,强下沉气流在地面辐散,导致地面出现大风。     

广东一次超级单体龙卷的多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和广州多普勒天气雷达资料,对2011年5月7日发生在广东省佛山市的一次龙卷天气过程进行了分析。结果表明:此次龙卷产生于有利的天气形势下,环境场具有较大的大气不稳定度、充沛的水汽条件、强的垂直风切变以及低的抬升凝结高度。多个风暴单体的合并使对流强度得到增强并诱发了龙卷。反射率因子回波形态具有经典超级单体结构,钩状回波明显,反射率因子剖面存在有界弱回波区。钩状回波处产生了中气旋且维持了三个体扫,中气旋强度较强并逐渐向低层发展。龙卷发生前10 min出现了龙卷涡旋特征,表现为0.5°(距地面约500 m)径向速度图上沿方位角方向两个紧挨着的像素之间的强烈速度切变,说明此时漏斗云已从超级单体母云内向下伸展。综合分析各种雷达产品,可获得10 min左右的预警时间。     

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。     

宜春北部一次冰雹过程雷达回波特征分析

为提高县级台站对冰雹天气的识别和预警能力，使用常规天气图和宜春SA雷达数据等资料，采用天气学、雷达气象学方法，对2021年3月30—31日江西宜春北部罕见大冰雹天气过程进行分析，结果表明:1)西南急流、地面倒槽、切变线、暖脊、“上干下湿”不稳定层结是主要影响天气系统，属于典型暖区强对流天气形势;)在雷达拼图上，30日冰雹是超级单体，呈孤立椭圆状; 31日冰雹是回波带上的超级单体，呈带上强单体形态; 3)在雷达PPI产品上:超级单体风暴组合反射率CR达65 d BZ，回波顶高ET达17 km，垂直积分液态水含量VIL为55～60 kg/m²，能够识别出中气旋M和龙卷涡旋结构TVS; 4)在反射率因子垂直剖面RCS上:30日孤立超级单体存在明显的有界弱回波区（BWER）、回波悬垂和中气旋特征; 31日回波带上超级单体存在明显的悬挂结构回波和虚假旁瓣回波顶; 5)在径向速度垂直剖面VCS上:超级单体存有中气旋结构和上正下负速度层。研究结果为江西宜春北部冰雹天气的预警预报提供了理论依据。     

2012年昭通冰雹过程雷达回波特征综合分析

 利用昭通多普勒雷达资料和区域自动站资料,对2012年昭通雷达探测到的4次冰雹过程进行了综合分析,发现2次冰雹过程属于超级单体风暴,在多普勒雷达回波上都出现了钩状回波和中气旋.另2次冰雹过程属于带状回波冰雹.2次超级单体风暴中气旋均早于钩状回波出现,速度场特征早于强度场特征15～20min,有利于判断风暴的形成和进行风暴的短时预警.超级单体回波强度和对流发展高度都高于带状回波,因而超级单体冰雹灾害强度和面积远大于带状回波冰雹.超级单体风暴移动方向在盛行风向的右侧20°～30°,都是右移超级单体风暴.环境风场特征是决定超级单体风暴移动路径的重要因素,对超级单体风暴冰雹的临近预报有指示作用.低层辐合区和逆风区有利于带状回波的发展和维持.     

厦门机场一次强降水天气的相控阵雷达观测分析

利用厦门X波段相控阵天气雷达及自动观测系统分钟级降水量和能见度数据,对发生在厦门机场上空的一次强降水过程进行分析,验证雷达偏振参量在厦门机场的适用性。结果表明,Z_DR(差分反射率因子)大值区出现在上升气流周边,机场上空Z_DR出现衰减,与本次机场强降水的雨强对应并不理想;K_DP(差分相移率)和强降水对应较好,45dBz以上回波区K_DP在4.5°/km以上;强降水区的相关系数在0.9～1;降水估计产品QPE与降水量及能见度均有较好的相关性。     

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。     

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。     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

龙岩一次冰雹的雷达回波特征分析

利用模式探空资料和龙岩多普勒天气雷达产品,对2020年4月21日发生在龙岩的冰雹天气过程进行分析。结果表明,此次雹云回波形态先后呈现出椭圆形、"S"形和弓状,具有回波强度强、强回波区面积大、维持时间长的特点,并出现有"V"形缺口、低层弱回波区和其上的强回波悬垂等超级单体特征;速度场出现逆风区、中气旋、低空急流等;风廓线产品中,中层干冷空气的入侵有利于雹云的剧烈发展。     

山东两次强对流天气中尺度对流系统的闪电特征分析

利用闪电定位资料叠加红外辐射亮温(TBB)、雷达资料,分析了山东连续两次强对流天气过程中出现的两个中尺度对流系统(MCS)、飑线、超级单体的闪电特征,结果表明:两个MCS正地闪比重很大,强盛阶段能达一半左右。地闪多分布在TBB小于220 K、对流发展旺盛且TBB梯度大的地带,地闪的分布可以很好地指示对流区;总地闪的变化与TBB极值和降水量有对应关系;对流云合并促进2016年6月14日中尺度对流系统(MCS)强烈发展,使其在初生发展阶段正闪居多并降雹。飑线中地闪多位于强回波区附近35~45 d Bz中;初生发展阶段地闪多集中于对流区,正闪多分布于云体倾斜度大的区域;成熟阶段地闪向层云区转移,多集中在低层入流边界后部,后侧入流急流上。超级单体在降雹前及降雹初期以正地闪为主,降雹前地闪频次迅速降低;降雹后,单体下沉气流增强且质心下降引发地闪猛增,最大反射率与地闪频数的变化趋势基本一致;最大反射率和回波顶高维持大值与地闪频数的骤减可以作为冰雹预测的指标。     

基于S波段双偏振雷达的一次下击暴流初探

利用S和X波段两种双偏振雷达、日本葵花8号卫星、北京探空站等观测资料以及ERA5再分析数据，通过天气学分析方法和雷达回波特征分析方法，分析2022年6月17日冀中一次下击暴流天气过程的发生机理.结果表明：此次天气过程为弱强迫下发生的强对流天气，云团满足MCC的标准，不断累积的对流有效位能、抬高的自由对流高度构成下击暴流发生的有利环境；干空气夹卷、融化层上部湿区有利于水汽凝结，融化层下融化形成的大雨滴经蒸发降温，形成向下的负浮力是强下沉气流形成的主要原因；下沉辐散气流叠加在冷池密度流上，形成非对称下击暴流天气，在有利的环境背景条件下，微下击暴流指数可以作为下击暴流的一个参考指标；下击暴流发生前的雷达回波特征为速度图上中层径向辐合、低层辐散、反射率因子槽口以及反射率因子核心下降.     

驻马店市两次强对流天气的多普勒雷达产品特征的对比分析

针对近年来河南省驻马店市出现的强对流天气,用多普勒天气雷达产品如反射率因子、径向速度、垂直液态含水量、风暴跟踪信息等进行普查分析,重点对两次不同性质的强对流天气的雷达产品进行详细研究.发现强对流天气的雷达回波强度在40 dBz以上,强度为40~50 dBz的回波移速为25~35 km/h时,一般出现强降水,无雷暴和大风;回波移速为35~45 km/h时开始伴有雷暴和大风的出现;当回波移速达到45~60 km/h时,强雷暴和大风的出现几率上升,而强降水的出现几率急剧下降;当回波移速达到60~69 km/h时,则以雷雨大风为主,强降水出现很少.冰雹时强回波伴有"V"型缺口,回波强度可达55 dBz以上,强回波中心出现在9~12 km高度,回波顶可高达15~18km,强回波下方有强上升气流造成的弱回波区.短历时强降水的雷达回波强度比冰雹、雷暴弱,一般为40~50 dBz,强回波中心高度5~6 km;当回波强度大于50 dBz,强回波中心达到8 km以上时,往往伴有强雷电和大风冰雹出现;回波形态多呈现絮状混合型回波,其中有块状的强回波,对流性的强降水回波则是边缘清晰的块状结构.     

河北承德地区冰雹天气雷达预警指标分析

利用2012～2016年河北承德地区常规观测资料、C波段多普勒雷达基数据资料,采用雷达基数据反演及统计方法,对承德地区冰雹天气雷达预警指标进行了研究。结果表明:承德地区冰雹预警的定量指标有最大回波强度超过58dBz、回波顶高超过7km、垂直液态累计含水量超过33kg/m~2,并且两个相邻体扫跃增值在20～33kg/m~2之间;承德地区冰雹预警的定性判断的依据有冰雹回波的形状主要分为块状或带状两种,径向速度图上,出现逆风区、大风区、中尺度辐合以及径向速度模糊,基本反射率因子图上,出现三体散射回波、强回波远离雷达一侧出现的V型的缺口;V型缺口对冰雹预警的时间提前量为7～21min。     

华南北部冰雹天气的多尺度分析

利用高空、地面等常规气象资料和雷达、自动站等气象观测资料,以及NCEP FNL分析资料,对华南北部一次冰雹天气进行多尺度分析,以探讨、总结这次冰雹天气过程形成、维持、发展成因及异同。结果表明:1)本次冰雹天气过程是在南支槽前、中低层切变线以及地面倒槽的形势背景之下发生的;中层干空气的夹卷、强垂直风切变和辐合抬升有利于冰雹天气发生;中高层干冷、低层暖湿的层结配置,导致大气层结的不稳定;高空辐散以及中层急流的配置,为冰雹天气过程提供了有利的动力条件; 2)相较而言,湖南南部的整体环境条件更为有利,对对流风暴有组织发展、冰雹的形成有明显的增强作用;而江西南部中上层极干,加上强的垂直风切变,和高层辐散强抽吸作用,有利于对流风暴的强度维持; 3)本次冰雹天气过程雷达回波特点明显。回波单体剖面出现了在过山阶段初为成熟阶段超级单体回波形态,而过山时变为悬空、不接地的单体初生回波形态的现象;超级单体回波的基本反射率图上,呈现出特殊的形状为细长型的类双弓形回波。     

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。     

双偏振天气雷达双通道一致性分析与校准

差分反射率和差分相位与双偏振天气雷达双通道一致性密切相关。以S波段双偏振天气雷达为例,首次对包括旋转关节在内的接收通道一致性、除天线反射体以外的收发全链路一致性进行测试分析,并采用逐径向校准的方法对双通道偏差进行校准。结果表明:校准前差分反射率因子最大变化范围为0.04 dB,标准差为0.012 0 dB,差分相位最大变化范围为1.60°,标准差为0.385 7°;校准后差分反射率因子最大变化范围为0.03 dB,标准差为0.005 1 dB,差分相位最大变化范围为0.20°,标准差为0.033 6°。     

鲁北沿海一次强冰雹天气过程的诊断分析

利用本站多普勒雷达观测资料,结合高空环流形势,对2008年6月25日鲁北沿海地区强烈冰雹天气过程进行诊断分析,研究发现:在低涡背景下高空西北气流带来的冷空气,垂直风切变明显;雷达回波分析显示此次天气过程是一次超级单体风暴,有一个中等强度的中气旋,最大转动速度达25.1 m/s,地面风速达18.0 m/s;液态垂直含水量(Vertieally Integrated Liquid Water,VIL)的演变对冰雹预报有很好的指示作用,在短时预报中VIL因子可作为冰雹预报的指示因子。