黔东南地区冰雹天气雷达临近预警指标研究

该文利用2012—2013年黔东南新一代多普勒天气雷达资料和常规探空资料,应用统计和对比分析方法,对黔东南地区10次冰雹天气过程的雷达回波特征及参数进行统计分析,结果表明:最强回波强度dBzM≥55 dBz、回波顶高ET≥9km、45 dBz强回波伸展高度H45 dBz≥7.5 km、回波顶高与0℃层高度差(ET-H0)≥6.5 km、最强回波高度与0℃层高度差(HTH0)≥-2 km、风暴顶高与-20℃层高度差(TOP-H-20)≥-1 km、VIL密度(VILM)≥2.5g·m-3、VIL密度与(ET-H0)的乘积VILE≥20g·m-2,可作为黔东南地区预警冰雹灾害的雷达阈值和指标,为冰雹灾害短时临近预警提供参考。     

雷达回波顶高（ET）产品在广西冰雹云识别中的应用研究

利用广西2009至2012年降雹样本资料和新一代天气雷达回波顶高（ET）产品,对广西冰雹云回波顶高变化特征进行统计分析,结果显示广西冰雹云的ET整体呈现明显的阶段性变化特征,降雹时间和ET值达到最大值时间基本一致。冰雹云量化识别指标分别为：2月份回波顶高≥8km且回波顶高与0℃层高度差36.1km;3-4月份回波顶高≥10km且回波顶高与0℃层高度差≥6.1km;5月份回波顶高≥13且回波顶高与0℃层高度差38.1km。降雹直径与冰雹云ET值和特征层高度差值成正相关关系,可作为估计降雹直径的一个重要参考依据。     

安顺市2015—2019年冰雹时空特征 及雷达临近预警指标研究

利用安顺市2015-2019年降雹个例、Micaps常规观测资料以及贵阳雷达资料,分析总结了安顺市冰雹时空分布特征及雷达临近预警指标。结果表明：安顺市冰雹以直径20 mm以下的小冰雹为主,冰雹站次呈北多南少特征;冰雹天气主要发生在春季,4月最多,5月次之;2015—2019年期间,2019年安顺市冰雹站次最多,2017年最少。直径10 mm以上与直径10mm以下冰雹对应的雹云相比,其强回波值更强、降雹概率更高、强回波中心平均升降次数更多、上升幅度及最高上升高度更高（须在0 ℃层高度以上）、对应的径向速度场有明显特征（逆风区、辐合/辐散、旋转）的比例更高、径向速度特征（逆风区、辐合/辐散、旋转）出现时间较降雹时间提前量更多。此外,强回波中心上升高度（0 ℃层高度以上）越高,冰雹直径越大。以上雷达回波特征均可作为安顺市冰雹预警指标,有利于提高安顺市冰雹预警准确率及提前量。     

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。     

甘肃省东部冰雹特征及预警指标分析

利用典型代表年份的90个冰雹个例观测资料，采用统计和数理诊断的方法对冰雹天气物理量参数进行分析，构建了甘肃省东部地区冰雹天气概念模型和冰雹预警指标。结果表明：冰雹事件在时空分布上受到天气系统和地形双重影响，冰雹天气过程分为西北气流型、低槽型和低涡型，占比分别为52%、38%和10%，在地势高、地形复杂的地区更容易产生降雹。92%的降雹出现在13—20时，5—7月占全年发生降雹概率的86%。0℃层高度越高，冰雹在降落过程中融化的越快；回波顶高越高，层结水汽越丰富；强回波顶高越高，水汽越丰富，冰雹云发展旺盛；强回波顶高越接近回波顶高时，对流发展越旺盛。通过对降雹时的最大回波强度、最大回波顶高、最大垂直累积液态水含量(VIL_max)、垂直累积液水密度(VILD)以及K指数、沙氏指数(SI)、0℃层高度、-20℃层高度等物理量进行综合分析所构建的甘肃省东部地区的冰雹预警指标体系可对13 min冰雹临近预警提供定量化的判据。     

X波段双偏振雷达冰雹偏振参量特征分析

利用MaXPol双偏振雷达观测的26个雹云单体和冰雹资料进行反演,统计分析了降雹前偏振参量特征和强中心回波顶高变化,并对雹灾最严重的一次过程进行个例分析。结果表明：①雷达的冰雹指标为Zh（反射率因子）＞50dBz、ρHV（相关系数）≤0.8、-2dB＜Zdr（差分反射率）＜1dB且强中心回波顶高至少超过-10℃层。降雹前时间为6～12min,大冰雹的平均时间是小冰雹的1.6倍。②降雹前大、小冰雹强中心回波顶高走势一致但在4～5min大冰雹强中心回波顶高增长率明显大于小冰雹。③只有大冰雹强中心回波顶高能突破-30℃层。④个例分析发现强中心与冰雹区并非一一对应,生成发展阶段冰雹区集中位于强中心后侧相关系数环内,悬垂于0～-20℃层;成熟阶段冰雹区扩散包含强中心,悬垂的冰雹区坍塌接地,降雹开始。     

冰雹云提前识别技术研究

利用雷达强回波45dBz高度和降雹日08时月平均0oC层高度,对1991—2003年宝鸡雷达站观测的165d 231块对流云数值拟合,得出识别冰雹云的指标:处于发展中的对流云,雷达强回波45dBz高度大于或等于多年降雹日08时0oC层月平均值2.9km,将有冰雹酝酿形成。对降雹造成灾害的雷达回波分析表明:雷达强回波45dBz平均底部越高提前识别时间越长,顶部越高距离降雹时间越短,冰雹云可能是45dBz初始回波位于云体中部并向上、向下扩展发展而成。该方法对单体降雹平均提前识别12min,对超级单体平均提前识别18min;对多单体冰雹云平均提前预警18min,对飑线中的超级单体平均提前预警25min。     

陇东冰雹天气特征分析及预报预警

利用2008-2013年常规观测资料、区域站和自动站资料以及灾情资料,对收集到符合标准的陇东地区53个冰雹个例进行了强对流天气诊断分析,建立了陇东冰雹天气概念模型,通过对物理量及雷达产品特征的分析,确立了预报指标,并利用2014年部分个例进行了效果检验。结果表明,700 h Pa与500 h Pa温差、K指数、SI指数、LI指数、θse_(500)-θse_(700)、-20℃及0℃高度层、0~6 km垂直风切变等物理量指标对陇东地区0~12 h冰雹的潜势预报提供了很好的参考;而回波强度、回波顶高、垂直液态水含量、45 d BZ强回波顶高度、H45d BZ-H0、最强回波对应的高度等雷达产品预报指标则对12~30 min冰雹临近预报预警提供了定性甚至定量化的判据。     

川西南山地冰雹雷达预警指标

基于西昌多普勒天气雷达观测资料,分析2006—2013年凉山州境内24块冰雹云特征。结果表明:冰雹云的雷达特征均满足回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2。上述4项雷达参数特征在判别冰雹云的时效性上存在差异,回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度等3项判别指标对冰雹云提前判别预警时间为4~40min,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2则对冰雹云提前判别预警的时效性效果不佳。与25例短时强降水个例对比发现,45dBz回波顶高超过-10℃层高度作为冰雹雷达预警判别指标有较好的指示作用。     

冰雹云提前识别及预警的研究

利用雷达强回波45 dBZ高度和降雹日08时月平均零度层高度,对1991-2003年宝鸡雷达站观测的165 d 231块对流云数值拟合,得出了识别冰雹云的指标:处于发展中的对流云,雷达强回波45 dBZ高度大于或等于多年降雹日08时零度层月平均值的2.9 km,将有冰雹酝酿形成.对降雹造成灾害的雷达回波分析表明:雷达强回波的45 dBZ平均底部越高、提前识别的时间越长,顶部越高距离降雹时间越短,冰雹的形成是雷达强回波从云体的中部开始向上下扩展而成.该识别冰雹云方法对单体降雹平均提前识别12 min,而对超级单体平均提前识别18 min,对多单体、飑线中超级单体的降雹具有提前预警的作用,平均提前预警时间22 min.     

青海省东部农业区冰雹天气特征分析及预警指标研究

采用青海省东部农业区14个地面气象站冰雹观测资料，对2003-2017年青海东部农业区冰雹天气进行特征分析，利用天气雷达、高空、雷电观测资料对2003-2017年青海东部农业区20例典型冰雹天气个例进行分析研究。得出：(1)冰雹和雹灾集中出现在每年5-9月，冰雹天气7月最多，冰雹成灾8月最多。(2)0 ℃层高度变化对冰雹融化作用不明显；高空垂直风切变比对流有效位能更有指示意义。(3)冰雹雷达回波顶高普遍大于10 km，冰雹直径与回波顶高的线性相关强于冰雹直径与强回波中心高度的线性相关；垂直累积液态水含量普遍大于20 kg?m-2且垂直累积液态水含量增量大于10 kg?m-2时易发生雹灾；风暴顶部辐散正负速度差值对雹灾预警有指示意义，但与冰雹直径无明显相关性。(4)不同冰雹云产生的闪电频次差别很大，同一雹云相同时间内正闪次数越多，则降雹直径越大。利用以上结论统计得出冰雹预警指标、权重和预警区间，通过对预警指标进行历史回代和预报检验，历史回代拟合率达86.9％，预警准确率为80％。     

多普勒雷达产品在贵州山区的降雹特征

利用贵州省春季发生的15次冰雹个例和相应的多普勒雷达产品资料,进行雷达产品特征分析,结果表明：①发生冰雹时基本发射率产品图上风暴中心密实,强度梯度大;组合反射率值在春季不同月份存在差异,一般要求在50 dBz以上;②对于速度产品,单方面速度绝对值大小不能判断冰雹的发生,速度对的出现可能预示着风暴单体开始发展并逐渐增强;③回波顶高在不同月份降雹时最低顶高存在很大差异,具体为3、4、5月分别为6 km、8 km、9 km;④VIL值的跃增是降雹的一个好的有利条件,而单从VIL值的大小在贵州地区不能很好地判别冰雹的发生;⑤45 dBz回波冲过0度层是冰雹发生的必要条件,而45 dBz回波冲过-20℃高度时可能会发生大冰雹。     

近10a海南岛冰雹天气统计特征与概念模型

利用常规资料和海口多普勒雷达资料对2004-2014年海南岛出现的22次冰雹过程进行统计分析。结果表明:海南岛冰雹均出现在春季;冰雹落区集中在东方-琼中-琼海一线的五指山以北地区;按照影响系统可分为西南低压槽Ⅰ型、西南低压槽Ⅱ型、东路冷空气型和西路冷空气型;西南低压槽Ⅰ型冰雹落区在儋州和澄迈,西南低压槽Ⅱ型落区较分散,二者出现的时间集中在14:00-17:00;冷空气型冰雹发生时间与锋面到达时间密切相关,西路冷空气型冰雹落区集中在东方和昌江,东路冷空气型则在海口、临高和文昌;西南低压槽Ⅰ型湿层可达对流层上层,具有强热力条件,触发机制为海陆风辐合线;西南低压槽Ⅱ型和冷空气型600-500 h Pa有明显干区,边界层华南沿海至海南岛北部地区有冷式切变;0℃层高度集中在4.3-5.1 km,-20℃层高度为7.6-8.4 km;冰雹直径与低层垂直风切变大小有一定的正相关;直径大于等于20 mm的大冰雹△T850-500≥27℃;基于海口多普勒雷达提炼的海南岛冰雹临近预报指标为最大组合反射率CR≥55 d BZ,50 d BZ强回波高度达到-20℃层,最大垂直液态水含量VIL值≥60 kg·m-2,回波顶高ET≥15km。     

临沂冰雹发生规律及预警技术研究

利用常规观测资料和多普勒雷达探测资料,对临沂地区冰雹的时空分布特征、冰雹天气的预警参数和指标进行分析研究。结果表明:20世纪60-80年代是临沂冰雹高发期,90年代后明显减少,下降趋势十分明显。5-6月是临沂降雹最集中的时段。山地和丘陵地区降雹频次明显比平原地区的高。发生冰雹天气与环境参数有密切关系,出现大冰雹过程要求更为适宜的0℃层高度,在强垂直风切变环境下出现大冰雹的可能性更大。大部分地面开始降雹都是在C-VIL跃增后2~3个体扫和强反射率因子核心快速下降之时,这两个特征在冰雹预报预警工作中有一定的参考价值,对于冰雹预警的发布具有10~20 min的时间提前量。强回波中心最大值及其所在高度和有界弱回波区BWER或弱回波区WER的范围等都是判断降雹潜势的关键指标。季节性的预警指标在实际业务工作中有一定的参考价值,能够有效提高冰雹预警的准确率。     

青海省东部农区冰雹天气分析及预警研究

采用青海省东部农业区14个地面气象站冰雹观测资料,对2003—2017年青海东部农区冰雹天气进行特征分析,利用天气雷达、高空、雷电观测资料对2003—2017年青海东部农区20例典型冰雹天气个例进行分析。得出:(1)冰雹和雹灾集中出现在每年5—9月,7月冰雹天气最多,8月冰雹成灾最多。(2)0℃层高度变化对冰雹融化作用不明显;高空垂直风切变比对流有效位能更有指示意义。(3)冰雹雷达回波顶高普遍10 km,冰雹直径与回波顶高的线性相关强于冰雹直径与强回波中心高度的线性相关;垂直累积液态水含量普遍20 kg·m~(-2)且垂直累积液态水含量增量10 kg·m~(-2)时易发生雹灾;风暴顶部辐散正负速度差值对雹灾预警有指示意义,但与冰雹直径无明显相关性。(4)不同冰雹云产生的闪电频次差别很大,同一雹云相同时间内正闪次数越多,则降雹直径越大。利用以上结论统计得出冰雹预警指标、权重和预警区间,通过对预警指标进行历史回代和预报检验,历史回代拟合率达86.9%,预警准确率为80%。     

冰雹云的多普勒天气雷达识别参量及其预警作用

使用宜昌多普勒天气雷达基数据资料,采用统计计算方法,分析了2004—2008年宜昌境内52块强对流云的特征。结果表明：（1）在宜昌地区,产生冰雹的对流云中其平均最大反射率因子均在50 dBz及以上;回波顶高均在9 km以上,最高达到22 km,其中80%的冰雹云的回波顶高在12～16 km之间;最大垂直液态含水量在50 kg.m-2以上的比例为76%;利用回波强度、回波顶高和垂直液态含水量均不能很好地辨别雹云和雷雨云,但可将这些参量作为冰雹发生的参考条件。（2）利用45 dBz回波顶高可较好地识别冰雹云,当强回波高度达到7.6 km时预示有冰雹出现,其临界成功指数达86%。（3）降雹前,强中心回波顶高会出现跃增现象,跃增后不久地面出现降雹,这一特殊现象有助于提前进行冰雹预警。     

强冰雹和短时强降水天气雷达特征及临近预警

利用恩施多普勒雷达和常规分析资料,详细对比分析了2007-2008年发生在恩施山区强冰雹和短时强降水天气过程中的雷达产品特征.在此基础上,找出了适合恩施山区强冰雹和短时强降水天气的雷达临近预警指标:选取负温区回波厚度≥7 km、CR强中心回波强度≥55 dBz、强回波梯度≥15 dBz·km-1、45 dBz强回波伸展高度≥7.5 km、累积液态含水量(VIL)密度≥3.2 g·m-3和雷达风廓线1.8～6.1 km风垂直切变均值≥2.3×10-3s-1作为强冰雹临近预警指标;当满足组合反射率(CR)强中心回波强度、VIL密度、40 dBz强回波伸展高度和雷达风廓线(VWP)上1.8～6.1 km风垂直切变值达43.0 dBz,1.1 g·m-3,7.0 km和1.9×10-3s-1,可以考虑该站点及附近地区进入短时强降水临近预警状态,并利用2009年发生的强冰雹和短时强降水天气过程检验了这些临近预警指标性能.     

铜仁市一次冰雹天气的多普勒雷达回波特征分析

为了提高铜仁市冰雹天气的预报预警服务能力,该文应用铜仁市新一代多普勒天气雷达资料和常规气象资料,对2013年3月19日铜仁市冰雹天气过程进行综合分析,结果表明:①多普勒雷达反射率因子在0℃层上出现大于50.0 dBz的回波时,则可能降雹;②反射率因子在0℃及以上层(如-20℃、-30℃层)在降雹前强度明显增加,50 dBz的回波高度超过0℃层高度且发展到对流云中上部,且其剖面具有明显的穹窿结构;③风随高度的垂直切变是强对流产生发展和维持的重要条件;逆风区的存在是冰雹天气速度回波场的明显特征;④垂直累积液态含水量产品对冰雹天气的分析也有很好的辅助作用。⑤强天气概率和冰雹指数对降雹亦具有一定的预报预警指示意义。     

贵州铜仁一次大范围高架雷暴降雹天气过程分析

利用常规观测、地面加密自动站降水观测、多普勒天气雷达和探空观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2016年4月15日夜间发生在贵州省铜仁市多个县的一次大范围冰雹天气过程进行诊断分析,并与当地通常的地面发展雷暴降雹过程进行对比,探寻铜仁市冰雹强对流天气的预报指标。结果表明:(1)"上干下湿"的不稳定层结和较强的垂直风切变是冰雹产生的有利环境条件;(2)地面冷空气侵入,迫使暖湿气流沿"冷垫"爬升,且与850 h Pa切变线共同作用在边界层顶触发了强对流天气,冰雹产生在冷垫北侧、850 h Pa切变线附近,具有明显的高架雷暴特征;(3)多个对流单体发展成多单体风暴,维持时间较长,强回波柱密实而深厚,回波悬于空中,质心在6 km左右;(4)降雹区VIL集中在30~45 kg·m-2之间,50 d BZ以上的强回波顶高在8 km以上,强回波底高小于3.5 km,VIL和强回波顶高整体小于当地的由地面发展雷暴产生的雹暴。     

多普勒雷达特征参数在人工防雹决策中的应用

对大连地区2003—2008年多普勒雷达观测到的37个冰雹和强雷雨个例雷达体扫资料进行PUP软件计算和处理,得到了每个个例雷达回波强度、回波顶高、30 dBz强回波中心高度、强回波顶高和垂直积分液态水含量几个主要雷达参数值、以及各参数随时间的变化特征,总结了冰雹云识别的雷达技术指标模型;根据大连地区降雹特点,将冰雹云分为强(超级单体)雹云、多单体雹云和单体雹云三类,总结了冰雹云类型判别的雷达指标(即防雹作业决策指标)。