基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

不同强度云系的双偏振雷达特征

利用S波段双偏振雷达观测到的层状云、非降雹对流云以及冰雹云三种不同强度云系的雷达数据,对其双偏振参量的特征差异进行分析。结果表明,层状云的差分反射率ZDR、差分相移率KDP接近0值,差分相移ΦDP随径向距离廓线变化小,与初始相位保持一致;在非降雹对流云中,CC值基本稳定在0.95以上,回波强度大于35dBZ时,ZDR、KDP和ΦDP均显著递增,KDP和ΦDP变化尤为明显,其表现出对强降水的敏感特征;冰雹云的双偏振特征整体与非降雹对流云一致,但在冰雹区域内反射率ZH大于62dBZ时,ZDR迅速降低至0附近,少数冰雹区域对应KDP为空值(显示背景色)KDP原始算法存在明显缺陷,应当加以其他条件(如信噪比)作为约束。     

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析

针对2021年9月20日浙江中部出现的一次冰雹天气过程，利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25°×0.25°再分析资料分析了环流背景、不稳定性和触发条件，通过金华S波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明:（1）降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下，大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件，是一次准正压类强对流天气。（2）超级单体风暴具备典型的冰雹云特征，回波强度超过55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。（3）超级单体成熟阶段基本反射率因子≥55 dBZ区域的差分反射率因子ZDR为负（极值达-2.12 dB）、差分相移率KDP出现“空洞”现象、相关系数CC低于0.9指示出现了大的干冰雹。（4）ZDR柱（>1 dB）伸展的高度与上升气流存在正相关，ZDR柱伸展到-20 ℃层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长，可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一，ZDR柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。     

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明：X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。     

偏振雷达观测强对流雹暴云

根据偏振雷达原理,用C波段双线偏振天气雷达观测得到4例强对流雹暴演变过程的水平反射率ZH(dBZ)和差分反射率ZDR(dB)垂直剖面RHI定量回波资料,分析了这些雹云不同演变阶段的回波参量和偏振特性的关系,说明ZH、ZDR双参量对判别降雹有着明显优势,用雨滴谱的ZH-ZDR分布边界关系对这些雹云回波进行判别降雹分析,给出我国用偏振雷达观测和识别冰雹的研究结果。     

双线偏振多普勒天气雷达估测混合区降雨和降雹方法的理论研究

利用冰雹形状和空间取向的模型及降雹和降雨的滴谱分布,分析了C波段双线偏振雷达探测的降雨和冰雹的反射率因子ZH、差反射率因子ZDR和差传播相移KDp的取值范围,及混合区降水中不同大小的降雨降雹强度对这些参量的贡献.结果表明:对于C波段双线偏振雷达来讲,当降雹达到一定强度后,反射率因子反而随降雹强度的增大而减小,反射率因子和降雹强度不一定是一一对应关系,降雹的KDp与相态、空间取向和雹块的尺度均有关系.在混合性降水中,ZH的主要贡献来自冰雹,而KDp主要取决于降雨的大小,降雨和降雹对ZDR均有明显的影响,降雨的ZH和KDP有比较好的对应关系.在此基础上给出了利用ZH、ZDR和KDp定量估测相态混合区冰雹和降雨对应的反射率因子、降雨强度的方法,并从滴谱变化、雷达探测精度和冰雹对KDp的影响分析了这种方法的估测精度.     

不同波段雷达在咸阳冰雹过程中的应用分析

利用常规气象观测资料、探空资料、NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6 h再分析资料、西安C波段新一代天气雷达和旬邑X波段双偏振天气雷达资料,对2018年6月13日发生在咸阳北部的一次冰雹天气进行雷达回波特征和成因分析。结果表明,该次冰雹发生在高层冷空气下滑、中低层存在辐合上升运动的环境背景下,降雹出现在冷涡底后部,较强对流不稳定能量、较好的热力不稳定条件和一定的垂直风切变为冰雹的发生提供了有利条件。西安C波段雷达和旬邑X波段雷达的反射率因子均表现出冰雹的弱回波区和三体散射特征,但两部雷达的回波特征有所差别：在同一高度上旬邑X波段雷达的回波强度比西安C波段雷达的弱;VIL的骤增、差分反射率因子ZDR、差分传播相移因子KDP、零延迟相关系数RHV等偏振参量对冰雹的指示性也较好,当VIL最大值达到40 kg/m2、密度高于3.5 g/m3,ZDR为0或负值,RHV迅速降低,KDP接近于0,可判定冰雹生成。     

双偏振雷达偏振参量产品在宁波的初步释用

介绍了S波段双偏振雷达偏振参量差分反射率ZDR、差分传播相移率KDP和相关系数CC等产品及已有的研究成果,利用宁波市双偏振多普勒天气雷达对两次不同系统降水过程的雷达探测资料进行释用.研究表明:差分反射率ZDR可以识别降水粒子的相态和尺寸,也可以识别上升气流;相关系数CC可以识别粒子相态的均一性,在实际应用中结合ZH、Z...     

广东一次冰雹过程中X波段双偏振雷达的特征分析

对2016年3月19日广东的一次对流单体冰雹过程进行了天气形势分析与双偏振多普勒天气雷达的特征分析。结果表明:该次冰雹天气发生在200 h Pa西风急流、850 h Pa西南急流、500h Pa冷平流和地面中尺度辐合相配合的天气背景下,大气层结具有强不稳定度,0℃层高度以及-20℃层高度均十分有利于冰雹在雷暴单体中的维持和增长;S波段雷达和X波段雷达的基本反射率以及径向速度均表现出十分典型的超级单体雷暴回波特征,但两部雷达的回波特征有所差别;X波段双偏振雷达的差分反射率因子ZDR、自相关系数ρhv、差分传播相移率KDP等参量能提供更多的冰雹识别特征,ZDR为负值、ρhv较小、KDP接近0(°)/km能判定有冰雹生成。     

双偏振多普勒天气雷达在冰雹识别中的应用

选取2011年7月26日北京强冰雹天气个例,结合北京Micaps实时资料,分析降雹过程的天气背景、层结稳定性。利用常规多普勒雷达对该过程的回波演变、基本雷达产品进行分析,重点研究北京C波段双偏振多普勒天气雷达产品的独立参量,根据这些参量对云中粒子的特征变化,探讨双偏振参量在识别冰雹中的应用。实例分析表明,相比常规多普勒雷达,双偏振多普勒天气雷达的差分反射率因子、传播常数、自相关系数可以直接有效在降雹前对云中的雹区进行判断,这对冰雹的预报具有重要的指示意义。     

清远一次超级单体降雹的双偏振雷达特征分析

利用双偏振天气雷达对2016年4月26日清远地区一次超级单体降雹进行分析,得出降雹单体具有BWER、三体散射特征。超级单体强回波中心深厚且回波顶高,速度图上低层深厚持久的中气旋和高层强烈辐散是此次过程主要特征。单体降雹前低层ZDR值在3 d B以上,降雹时ZDR值趋近于0并且0值区范围扩大;差分相移率KDP和相关系数CC特征表明同一层面上单体存在着雹水共存、干冰雹粒子、大冰雹三种状态,冰雹下落过程中表面层融化形成水膜使差分相移率值增大。HCL特征显示HA区与指状回波对应,对流云前端有BD区。降雹单体内雹区深厚,4 km以下雹区周边以过冷却水滴为主,4 km以上为冰粒。超级单体的VIL值有2次明显的跃增过程,第1个跃增过程对应单体开始降雹,第2次过程对应大范围降雹。     

湛江2019年4次冰雹双偏振雷达产品应用分析

利用MICAPS高空地面资料和湛江S波段双偏振雷达资料对2019年3月6日、4月12日共4次雹暴云团造成的降雹天气过程进行分析。结果表明：1)4次过程均出现高悬强回波、三体散射长钉等降雹强风暴基本雷达特征；2)双偏振雷达基本参量的冰雹识别通常以高水平基本反射率Z_H、低的差分反射率Z_DR、协相关系数CC作为冰雹主要识别判据。3)4次雹暴云团在入流缺口处有明显的Z_DR环和Z_DR柱。成熟的雹暴云团强回波区对应Z_DR为趋近于0 dB的低值区，低于0.95的CC与趋近于0 (°)/km或为缺测的K_DP。4次过程中降雹前1～2 h,雹胚发展的强回波区域对应Z_DR常有低值窄带区下延接地。     

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明：1）两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0 ℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2）两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0 ℃层高度之下。3）风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子ZDR和比差分相位KDP,ZDR≥0.5 dB,KDP≥0.5°·km-1,相关系数CC≥0.95;反射率因子在50~54 dBZ之间,对应的KDP＞1.0°·km-1,CC≥0.97,ZDR适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4）两次强降水风暴ZDR柱和KDP柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现ZDR柱和KDP柱,高度接近-10 ℃层高度,8月10日强降水风暴ZDR柱和KDP柱略高于0 ℃层高度,ZDR柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

不同强度强对流云系S波段双偏振雷达观测分析

通过厦门S波段双偏振天气雷达观测到的超级单体、普通降雹单体和非降雹单体三种不同强度的强对流个例,分析其在发展、成熟阶段出现的双偏振参数特征差异,包括差分反射率(Z_(DR))、差分相位差(K_(DP))、相关系数(CC)等,发现:Z_(OR)柱和K_(DP)柱是不同强度强对流云体内部普遍存在的动力特征;超级单体和普通降雹单体在近地层还有表征入流区的CC谷特征;此外在超级单体成熟阶段低层还出现了Z_(DR)弧、K_(DP)印,以及高层对应着大冰雹的CC低值区等特征。Z_(DR)柱不仅可用于识别过冷水区还具有预测强对流云体未来发展趋势的能力,利用CC谷可识别强单体的入流区,K_(DP)柱、K_(DP)印及其空缺可识别强降水、大冰雹区等,因此双偏振参量特征识别在强对流短时临近预警预报、人工防雹方面都具有很强应用潜力。     

一次局地强冰雹的多普勒雷达回波特征分析

应用阿克苏CINRAD/CC型多普勒雷达产品,对2009年7月27日发生在乌什县的强冰雹天气过程进行分析,得出以下结论：（1）本次强冰雹天气发生、发展的主要机制是受中低层切变线和辐合线的共同影响;（2）雹云内存在较强的气流辐合和垂直风切变,径向速度图上有逆风区、辐合区等中尺度强降水特征出现;（3）强雹云的反射率因子可达60 dBz以上,在VCS剖面中前悬回波、回波墙、穹窿等雹云的特征回波明显;（4）VIL、VWP产品变化能够很好地指示云体发展情况,是判别降雹潜势的指标。     

双偏振多普勒天气雷达产品三维可视化技术研究

针对双偏振多普勒天气雷达（ CINRAD/SAD ）偏振产品展示缺乏三维空间的几何与拓扑信息问题,通过对双偏振产品的解析与坐标变换,利用 Python 库函数与计算机图形学插值技术,对差分反射率（ ZDR ）、差分传播相移率（ KDP ）与相关系数（ CC ）进行了三维立体（ 3D ）建模重绘。将 ZDR、KDP与CC逐仰角产品进行三维空间立体组合后与单仰角平面产品相比,三维可视化产品可以更直观和全面地展示风暴偏振特征的空间分布状况,有助于获取回波整体结构信息,为灾害性天气监测与预警提供重要参考依据。     

广州CINRAD/SA雷达双偏振升级及数据质量分析

介绍广州CINRAD/SA雷达双偏振升级改造后的主要性能指标,并以观测到的一次层状云降水过程为例,分析了降水强度ZH与差分反射率ZDR、差分相移率KDP的一致性,信噪比SNR与差分反射率ZDR、相关系数CC的关系以及ZDR系统偏差的稳定性,结果表明:弱降水的ZDR和KDP接近于0,随着ZH的增加均呈上升趋势;SNR<15 d B时,ZDR和CC受噪声影响很大,存在明显误差,业务中建议将SNR>15 d B作为双偏振产品的可用阈值;ZDR的系统偏差随时间变化保持稳定,变化幅度<0.2d B;KDP在CC<0.9时没有被计算和显示。     

金华地区一次强对流天气过程的环境条件与中尺度特征

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、FY-2G卫星TBB数据和双偏振雷达资料等,对2022年6月29日浙江省金华地区一次强对流过程的环境条件与中尺度特征进行了分析。结果表明：1） 充沛的不稳定能量、较低的抬升凝结高度和中等强度的0—3 km垂直风切变为此次强对流过程的发生发展提供了良好环境条件。2） 触发机制主要为边界层辐合线;低层强烈辐合、高层强烈辐散的配置,为对流提供了良好的动力条件;源源不断的水汽供应和水汽辐合,致使暴雨天气的产生和维持。3） 降雹时刻风暴单体雷达回波具有高反射率因子、高垂直累积液态含水量、旁瓣回波、大于55 dBz强回波伸展高度超过-20 ℃层、回波悬垂结构和有界弱回波区等特征;双偏振参量对应较小的差分反射率和较大的差分相移率,湿雹特征明显。     

一次人工防雹作业的双偏振雷达特征分析

利用红河C波段双偏振雷达资料，分析了2020年3月17日红河州冰雹天气过程中双偏振雷达产品特征及在人工防雹中的应用。分析结果表明：本次冰雹天气过程主要影响天气系统是冷锋切变，蒙自探空站T-lnP图及V-3θ图上表现出明显的对流潜势特征；雷达常规产品表现出典型的冰雹结构特征；双偏振特征量中，差分反射率低值区对应反射率因子的高值区，且为大冰雹中心，对应的ZDR在-0.39～0.10 dB之间，中高层出现了明显的ZDR 异常大值区，幅相相关系数较低在0.87～0.93之间，KDP在-0.10～-0.01 o/㎞之间，表明冰雹表面较干；防雹作业后对比分析，作业区各项雷达产品指标均下降且未出现冰雹，而非作业区冰雹特征依然明显且出现冰雹。