暴雨过程中对流云合并现象的观测与分析

利用静止/极轨气象卫星、新一代多普勒天气雷达、地面观测和NCEP再分析资料, 对2008年7月22日淮河流域一次暴雨过程中的对流云合并现象进行观测分析。综合观测显示, 这是一次在低层显著气压梯度作用下发生的对流云合并现象, 是一次多尺度、多合并方式的典型过程, 不仅有对流单体之间的合并, 还存在着对流云核(强中心)之间的合并。根据合并的进程, 可以划分为三个主要阶段:单体发展、云桥形成以及系统合并。卫星云图显示, 对流云核合并后云团结构更加紧密、边缘更加光滑;在雷达回波上, 合并后回波顶高和垂直积分液态含水量有显著的增加。对流云核合并完成后, 区域内最高云顶开始回落, 垂直积分液态含水量的最大值开始减少, 并在地面产生强降水。另外, 对流单体之间的合并不仅导致地面降水范围有所扩大, 而且还使降水持续了较长的时间。对合并过程可能存在的机制分析表明, 存在着三个方面的动力因素:(1)大尺度环境场中垂直运动存在的水平不均匀性, 是促成对流云团合并的环境因素。(2)对流系统间存在的低压中心及其引起的显著地面气压梯度, 是对流系统间合并的主要原因。(3)一个云核的下沉气流加强了另一个云核的上升气流, 是对流云核合并的动力学原因。     

两次对流云合并过程的双偏振雷达观测研究

为了研究对流云合并过程中的微物理特征,利用2008年7月在安徽寿县进行观测的双线偏振多普勒天气雷达的资料,对两次不同类型的对流云合并过程进行了观测分析,研究合并后对流云中偏振量和粒子相态的变化情况。结果表明,卫星云图观测到的对流云合并过程在雷达回波上表现为小回波块之间的合并;回波合并以后强度、径向速度和差分传播相移率等物理量均增大,差分反射率因子大值区向回波连接处转移,并出现一个与大值中心相对称的负值区;合并时在连接处出现一片雨水区,并且只有在中下部开始的合并过程中才会出现冰相粒子增多的现象。     

WRF模式云参数化方案对一次深对流系统模拟的验证和改进

使用中尺度数值模式WRF中的双参数云微物理方案WDM6针对2008年台风“凤凰”登陆过程中造成的强降水进行数值模拟,通过卫星模拟器利用MTSAT-1R和TRMM卫星观测的红外云顶黑体亮温TBB、PR雷达反射率资料使用统计方法验证模拟结果。通过修改云水向雨水自动转化过程、冰晶核化过程、雪和霰的下落末速度、雪和霰的截距进行敏感性试验,减小模拟结果和卫星观测结果的差异。研究结果表明:WDM6方案模拟的台风“凤凰”登陆后的降水,强对流云系及对流柱状雷达回波基本符合实况,但模拟结果局部偏强。WDM6方案模拟产生了较多的浅对流云,低估了对流云系的出现频率。不同云类型模拟的雷达回波均偏强,对流云系雷达回波垂直分布接近观测。敏感性试验结果说明修改WDM6方案中云水向雨水自动转化率有效地改善了模拟效果。同时发现云滴初始数浓度影响云水向雨水自动转化率并最终影响云系结构和雷达反射率的模拟结果,过高的云滴初始数浓度会使模拟结果变差。     

“98.7”东营汛期首次暴雨的中尺度分析

从雷达回波,卫星云图,雨团等方面分析了“９８．７”暴雨过程。发现;近于垂直的中低层切变线是对流云团产生的主要动力条件。云图上中尺度云团东移过程中的加强,合并和减弱过程与对流云团的新生,发展和消亡阶段相对应。强降水与雷达回波上强单体的稳定维持相关,雨团与中尺度云团有很好的对应关系。     

CAMS三维对流云催化模式的改进及个例模拟

该文对CAMS原有的三维对流云模式(2000版)进行了改进,引入雪晶的比水量和数浓度作为预报变量,加进与雪晶有关的11种微物理过程,从而使模式的微物理过程更加完善,使其能更好的模拟对流云降水过程.通过对1996年北京雹云个例模拟,发现模式模拟云的多单体结构、回波顶高、强中心位置与雷达观测比较一致,并能很好的解释地面雹块结构的形成原因.对改进前后的模式计算结果进行对比分析发现改进前后动力场变化不大,主要是微物理过程产生的影响,同时该文还对改进后的模式进行了AgI催化模拟试验.     

利用雷达回波资料对夏季对流云降水的初步探讨

2000年7～9月在福建省建阳气象雷达站利用“713-C”数字化雷达完整地观测到101块对流云生成、发展、消亡过程。通过对这些资料分析，探讨夏季对流云降水机制。分析表明:夏季对流云中初始回波出现在0 ℃层以下，单体对流云占89.2%，多单体对流云占77.8%，其中回波及地时，主体回波扩展到冷暖区多单体明显高于单体(各为77.8%和63.9%)。由于多单体对流云其回波强度、尺度及降水时长都大于单体对流云，是夏季降水和人工催化的重要云系。     

一次引发强降水的热带低压对流云团的多尺度特征分析

利用每10分种一次地面自动站常规观测资料，以及每5分钟一次多普勒天气雷达和每小时一次卫星等非常规资料，对一次造成上海地区特大暴雨的热带低压对流云团的多尺度特征进行分析，取得主要结果：（1） 本次暴雨过程由三次强降水造成，每次强降水都由?和?中尺度雨团构成，表明引发强降水的热带低压对流云团内部的多尺度特征；（2） 热带低压对流云团在上海地区的维持和加强是由其移动方向右后侧的?和?中尺度对流单体不断新生、发展和合并的结果，这一过程对应于雷达强回波带的新生、发展和合并现象；（3） 自动站风场分析出中尺度辐合线的位置和强度与中尺度雨团的落区和强度对应，雷达基本反射率和径向风资料进一步证实了气流辐合区是对流单体生成的区域。     

青藏高原那曲地区一次深对流云垂直结构的多源卫星和地基雷达观测对比分析

为了加强对青藏高原深对流云垂直结构的深入认识,利用TRMM、CloudSat和Aqua多源卫星观测资料及地基垂直指向雷达（C波段调频连续波雷达和KA波段毫米波云雷达）资料,对第三次青藏高原大气科学试验期间2014年7月9日13-16时（北京时）发生在那曲气象站附近的深厚强对流云和那曲气象站以西100 km左右的深厚弱对流云的垂直结构特征进行了分析,得到的结果如下:（1）深厚强对流云和深厚弱对流云的水平尺度均较小（10-20 km）,垂直发展高度较高（15-16 km,均指海拔高度）;深厚强对流云在0℃层以下雷达反射率因子递增非常快,表明对流云内固态降水粒子下落至0℃层以下后融化过程有很重要的作用;在对流减弱阶段有明显的0℃层亮带出现,亮带位于5.5 km左右（距地1 km）;（2）对比TRMM测雨雷达和C波段调频连续波雷达观测到的雷达反射率因子,发现TRMM测雨雷达在11 km以下存在高估;（3）深对流云主要为冰相云,云内10 km以上主要是丰富小冰粒子,而10 km以下是较少的大冰晶粒子;深厚强对流云和深厚弱对流云的微物理过程都主要包括混合相过程和冰化过程,混合相过程分为两种:一种是-25℃（深厚强对流云）或-29℃（深厚弱对流云）高度以下以凇附增长为主,另一种是该高度以上主要以冰晶聚合、凝华增长为主,该过程冰晶粒子有效半径增长较快。这些空基和地基的观测证据进一步揭示了青藏高原深对流云的垂直结构特征,为模式模拟青藏高原深对流云的检验提供了依据。      

飑线发展过程中回波合并的特征分析

基于区域自动气象站资料、济南新一代多普勒天气雷达资料,对2012年8月18日山东省境内飑线发展过程中对流单体之间以及弓形回波与对流单体之间的合并特征进行了细致分析。结果表明:1)合并过程经历了合并初期、合并中期和完全合并期。云桥位于雷暴中层,合并过程中回波强度先减弱再增强。2)合并的结果是,上游回波减弱并入下游回波,为下游回波提供了丰富的水汽,产生的下沉出流与暖湿空气辐合,增强了下游回波的上升运动,促使下游回波持续发展并替代老回波(属喂养型合并)。合并促使低层小尺度涡旋强度增强、底高降低,出现中气旋或非相关切变。3)对流单体与单体合并中期,两者强度减弱,完全合并期则强度增强。低层涡旋尺度小、强度强,中气旋或非相关切变的垂直伸展厚度和最大切变值较大、底高低,产生的龙卷持续时间长、影响范围大、造成灾害重。4)弓形回波与对流单体合并过程中,单体一直处于发展阶段,弓形回波在完全合并期减弱。低层涡旋尺度大、强度弱。5)龙卷的强度与中气旋或非相关切变的底高、垂直伸展厚度及最大切变值有关。单体合并过程中,若中气旋(或非相关切变)的底高或最大切变的高度降低,或者最大切变值出现跃增,则可能出现龙卷。弓形回波顶点附近有对流单体合并,易出现龙卷。     

闽东北地区夏季对流云特征的初步分析

利用新一代天气雷达资料分析闽东北地区夏季对流云的回波特征。分析表明:多单体合并对流云在生命史、回波高度、强度、尺度等方面都超过了单体对流云,其液态水总量也更大,自然降水条件和人工影响潜力都优于单体对流云,是夏季降水和人工催化的重要云系。分析得到对流云发展的不同阶段、不同高度层辐合辐散特点,为进一步研究夏季对流云结构和降水原理提供科学依据。通过对两个个例的天气形势分析,指出冷空气对对流发展有一定的激发作用。     

利用双多普勒雷达分析对流云垂直运动结构试验

对流云是我国南方地区主要的降水云系, 含有丰富的云水资源, 是南方人工增雨作业的主要对象。为了研究江淮地区对流云发生发展规律, 利用双多普勒雷达反演技术分析了发生在2004年7月31日的一块对流云不同发展阶段的垂直运动结构。对流云在发展阶段以上升气流为主, 底层辐合明显, 结构紧密; 成熟阶段的上升与下沉气流势力相当, 且比发展阶段强盛, 强回波位置下移, 结构较发展阶段松散; 减弱阶段上升和下沉速度均减小, 水平辐散增强。结果表明:反演的不同阶段对流云垂直运动结构合理, 可以利用双多普勒雷达反演技术进行对流云三维运动结构研究。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

雷达反射率因子在中尺度云分辨模式初始化中的应用Ⅰ：云微物理量和垂直速度的反演

对于水平网格距小于10 km的高分辨率非静力平衡的显式云分辨模式,云微物理量的初始化以及物理量之间的相互协调是十分重要的,并且一直是云分析领域的一个难题。考虑在云雨处于定常状态的前提下,根据暖云过程,可得到云中水成物之间相互转化以及与垂直速度的约束关系,而雨水含量跟雷达反射率因子(Z)有关。因此,采用合肥新一代天气雷达2003年7月5日02时(北京时)的观测资料,针对雷达探测的特点对雷达原始数据进行了坐标转换,并进行了插值处理和简单的质量控制,然后依据Z-qr关系和定常暖云方案,反演了雨水混合比(qr)、云水混合比(qc)、水汽混合比(qv)和垂直速度(w)。结果表明,由此得到的雷达回波主要特征及量值分布与雷达站的CAPPI图像基本一致;水汽、云水、雨水和垂直速度量值大小的分布与雷达回波强度的分布也是吻合的,体现出了云中水成物和垂直速度的三维分布结构;各物理量的量值也符合梅雨锋暴雨的特点,梅雨锋积层混合云系中层状云和对流云的差别十分明显。在较强的回波区,雨水在6 km以下含量较大,最大值位于4 km左右,可超过3.0 g/kg;上升速度在5 km左右最大,最大值超过5 m/s;云水含量大值区位于5 km以上,在7 km高度上达到最大,超过3.0 g/kg;雨滴末速度虽然上下比较一致,一般几米每秒,但在5 km左右为大值区。     

河北春季一次飞机人工增雪的综合分析

2013年4月19日,河北省人工影响天气办公室在河北中南部地区根据云系特点首次采用多层次水平催化和垂直验证的方式对层状云进行人工催化和探测。本文利用机载仪器所取得的飞机探测资料,结合实时天气、卫星、雷达、探空和雨量观测资料,分析了河北春季层状云增雪作业的技术指标,探讨了航测微物理参量和卫星、雷达、探空等资料在作业中的应用。结果表明：云在发展期雷达回波由15 dBZ逐步上升到25-35 dBZ,卫星反演的云顶高度、云顶温度、有效粒子半径、光学厚度等都有增加;云在中后期有效粒子半径、光学厚度、液水路径迅速下降,雷达回波同时减弱。在高度3 177-5 723 m之间过冷云滴达100-700个/cm^3,含水量在0.01 g·m^-3左右,最大0.081 g·m^-3,云粒子主要在此增长,形成降水粒子,该区间适宜催化。作业后,影响区内云体发展,雷达回波增强,出现35 dBZ强回波,且强回波中心扩大;卫星反演的云顶高度、光学厚度等比对比区有明显增加。     

Macro- and Micro-physical Characteristics of Different Parts of Mixed Convective-stratiform Clouds and Differences in Their Responses to Seeding

This study investigates the cloud macro- and micro-physical characteristics in the convective and stratiform regions and their different responses to the seeding for mixed convective-stratiform clouds that occurred in Shandong province on 21 May 2018, based on the observations from the aircraft, the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) satellite, and the high-resolution Himawari-8 (H8) satellite. The aircraft observations show that convection was deeper and radar echoes were significantly enhanced with higher tops in response to seeding in the convective region. This is linked with the conversion of supercooled liquid droplets to ice crystals with released latent heat, resulting in strengthened updrafts, enhanced radar echoes, higher cloud tops, and more and larger precipitation particles. In contrast, in the stratiform cloud region, after the Silver Iodide (AgI) seeding, the radar echoes become significantly weaker at heights close to the seeding layer, with the echo tops lowered by 1.4–1.7 km. In addition, a hollow structure appears at the height of 6.2–7.8 km with a depth of about 1.6 km and a diameter of about 5.5 km, and features such as icing seeding tracks appear. These suggest that the transformation between droplets and ice particles was accelerated by the seeding in the stratiform part. The NPP and H8 satellites also show that convective activity was stronger in the convective region after seeding; while in the stratiform region, a cloud seeding track with a width of 1–3 km appears 10 km downstream of the seeding layer 15 minutes after the AgI seeding, which moves along the wind direction as width increases.     

STRUCTURE FEATURES AND COMPOSITE ANALYSIS OF CONVECTIVE CELLS IN A WARM SECTOR HEAVY RAINFALL EVENT OVER SOUTHERN CHINA

This paper uses the ARW-WRF model to carry out a numerical simulation of a warm-sector heavy rainfall event over southern China on the 22–23 May, 2014. A composite analysis method was used to analyze the evolution process and structural features of the convective cells on a convection line during this rainfall event. This analysis identified three stages: (1) Stage of activation: the equivalent potential temperature surfaces as lower layers start to bulge and form warm cells and weak vertical convective cloud towers which are subject to the impact of low-level warm moist updrafts in the rainfall sector; (2) Stage of development: the warm cells continue to bulge and form warm air columns and the convective cloud towers develop upwards becoming stronger as they rise; (3) Stage of maturity: the warm air columns start to connect with the stable layer in the upper air; the convective cloud tower will bend and tilt westward with each increasing in height, and the convection cell is characterized by a “crescent-shaped echo” above the 700hPa plane. During this stage the internal temperature of the cell is higher than the ambient temperature and the dynamic structural field is manifested as intensive vertical upward movement. The large-value centers of the northerly and westerly winds in the middle layer correspond to the warm moist center in the cells and the relatively cold center south of the warm air column. Further analysis shows that the formation of the “crescent-shaped” convective cell is associated with horizontal vorticity. Horizontal vorticity in the center and west of the warm cell experiences stronger cyclonic and anticyclonic shear transformation over time; this not only causes the original suborbicular cell echo shape to develop into a crescent-like shape, but also makes a convection line consisting of cells that develop to the northwest.     

南疆阿克苏冰雹天气的判识指标研究

利用常规气象资料和CINRAD/CC雷达资料对2009~2012年34个冰雹天气个例进行了分析,统计归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标。结果表明:冰雹发生前期,当850 hPa与500 hPa温差≥30℃,地面露点温度≥10.2℃时,预示冰雹天气发生的可能性较大;对流有效位能在冰雹尺寸相对较大(≥10 mm)时指示效果较好,但对小范围局地冰雹的预报具有一定局限性;0~6 km较弱的垂直风切变也能形成冰雹天气;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹的产生。雹云雷达回波具有的特征:组合反射率因子达到50 dBZ以上;径向速度场往往伴有逆风区出现,部分还出现风暴顶辐散特征;45 dBZ强回波核高度≥9 km,垂直剖面出现前悬回波、穹窿等冰雹特征回波;回波顶高6~8月超过12 km,5月和9月超过11 km;垂直积分液态水含量阈值5月为18 kg·m-2,其它月份为30 kg·m-2;冰雹指数产品至少持续5个体扫出现实心大三角标识。     

Study of the development of an extremely high cumulonimbus cloud (Andhra Pradesh, India, September 28, 2004)

Development of a cumulonimbus cloud with its top above 18 km in central India is analyzed. The process is observed with a radar. A 1.5 D numerical model is used to simulate the cloud development. The cloud produced very low radar echo, which implies that large cloud particles were absent. Both observations and simulation show that an extremely intense growth of the cloud was associated with its merge with feeder cells. The seeding of feeder cells caused a change in the direction of the cloud movement.     

用多普勒雷达反射率调整模式大气的云微物理变量

一种简单云分析方案, 用于由多普勒天气雷达反射率反演中尺度大气模式初值分析中的云微物理变量（云水混合比和雨水混合比）和空气湿度变量（比湿），使模式积分初始场反映出观测空间的云微物理特征以及哪些空间位置上的大气处于饱和状态。应用于2002年6月梅雨期安徽省马鞍山市一次降水过程的临近数值预报试验结果表明，模式预报的大气综合反射率与雷达观测的回波图像相近，由云微物理变量变化表示的模式云系演变与雷达观测的回波图像一致, 伴随模拟的中小尺度云系, 模式大气能很快调整出合理的中小尺度流场辐散、辐合结构；它们明显好于模式初始场不引入雷达反射率时的结果，即这种方法对改进临近数值天气预报准确率是有效的。