衡邵盆地7—8月对流云特征与人工增雨作业效果分析

利用湖南邵阳新一代多普勒雷达站产品资料和区域自动站降水资料,分析了衡邵盆地2010—2016年的7—8月期间100个对流云个例雷达回波特征,对在邵阳区域范围50次地面火箭弹和37次高炮人工增雨作业效果进行检验。结果表明:(1)邵阳区域单块积云回波水平尺度在3-6km最多,占41.6%,单块积云回波面积50㎞2最多,占25.0%,回波顶高在5.5-6.0km最多;(2)不同天气形势下,单块积云回波面积、回波顶高也不相同;(3)积云降水回波的雷达识别指标在不同的季节存在一定的差异;(4)50次增雨作业平均相对于自然降水量的增幅估值为7.7mm,增雨效果明显;(5)作业面积在5至10km2范围内,增加作业炮弹的数量对增雨量的效果没有明显的影响。     

安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征分析

分析安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征,对人工影响天气防雹作业有重要意义。根据2002—2013年间安徽省地面降雹资料,结合合肥新一代天气雷达(CINRAD)探测资料,使用Storm Cell Identification and Tracking (SCIT)算法设计风暴识别、追踪程序,得到3—8月59站次的降雹过程。统计分析冰雹云回波强度、回波高度、单体VIL等特征信息,结果表明：6—7月安徽地区降雹概率最大,1日中15—18时降雹概率最大。安徽地区春夏季冰雹云回波强度至少为55 dBz,大多数为60~70 dBz,单体VIL至少为30 kg·m-2,大多数为40~80 kg·m-2。单体VIL与最大反射率的变化趋势比较一致,最大值往往出现在降雹时间附近。安徽地区春夏季冰雹云回波顶高平均13.6 km,30 dBz风暴顶高平均12.1 km,最大回波顶高达17 km以上。     

基于探空资料的北京地区大气臭氧垂直分布特征

利用2002年9月至2012年12月北京地区臭氧探空资料分析了大气臭氧的垂直分布特征,重点分析了对流层顶附近区域臭氧的季节变化与变率。结果表明:北京地区对流层臭氧的垂直分布主要表现为随高度递增的特征;臭氧的平均浓度夏季最高,冬季最低,春季和秋季相当,各季节的臭氧浓度在不同高度范围内略有差别。在对流层上层至平流层下层(8—15 km),臭氧浓度的垂直分布与平均浓度受对流层顶高度的影响显著。基于对流层顶相对高度坐标的分析表明,对流层顶下方1—3 km高度的臭氧仍保持了对流层臭氧的垂直分布特征;而在对流层顶高度附近,各季节臭氧浓度均随高度显著增加;由于垂直增速有显著的季节差异,导致臭氧平均浓度在对流层顶上方1—3 km出现明显变化。臭氧浓度归一化标准差表明:在对流层低层,大气臭氧浓度的变率在冬季最强,秋季、春季和夏季臭氧浓度的变率依次减弱;在对流层顶附近,大气臭氧浓度的变率在春季最强,冬季、秋季和夏季臭氧浓度的变率依次减弱,其中冬季和春季的强臭氧变率可能与对流层顶附近活跃的大气波动及对流层顶高度的频繁扰动密切联系。     

西太平洋副热带高压下热对流降水结构特征的个例分析

利用热带测雨卫星的测雨雷达和红外辐射计的探测结果,对2003年8月2日15时(北京时)中国东南部副热带高压下发生的热对流降水结构特征、云和降水云之间的关系进行了分析研究。大气背景分析表明,500 hPa副热带高压中心附近的较强上升运动和850 hPa的水汽通量辐合为此次午后热对流降水云团的发生提供了动力和水汽条件。热带测雨卫星的测雨雷达探测结果表明,热对流降水云团的水平尺度多为30~40 km,平均垂直尺度均超过10 km,最高达17.5 km;云团的最大近地面雨强超过50 mm/h。热对流降水云团的平均降水廓线表明,其最大降水率出现在5 km的高度,这一高度比估计的环境大气0℃层高度低1 km。与“98.7.20”中尺度强降水的对流降水廓线比较表明,两者的最大降水率高度相同,但热对流降水云团更深厚;在4 km高度至近地面,热对流的降水率减少速度比“98.7.20”强对流降水的快,表明前者雨滴在下降过程中因气温高而发生强烈蒸发。对降水云团顶部特征与近地面雨强关系的分析结果表明,雨顶高较低时,云顶高度变化范围大;当雨顶越高时,云顶高度与雨顶高度越相近;平均而言,给定地面降水率,云顶高度比雨顶高度高出1~4 km;当近地面雨强越大,则云顶高度和雨顶高度越高、且越相近。结果还表明,非降水云面积约占86%,晴空面积仅占2%,而降雨云面积约为云面积的1/8。     

郑州一次暴雨过程的多普勒雷达风廓线产品特征分析

对2008年7月13~14日郑州市出现的一次暴雨过程中的雷达风廓线产品(VWP)特征和基于风廓线产品计算的风暴相对螺旋度特征进行分析,结果发现:(1)边界层辐合线的存在利于风暴云的生成;超低空急流的产生加强了水汽输送,为风暴云的发展提供有利条件,而底层东风气流的加强为对流的触发提供了抬升条件;(2)多部雷达的VWP产品综合分析可捕捉到直接导致对流性天气的中小尺度系统;(3)风暴相对螺旋度(SRH)的迅速增大、稳定、减弱的变化趋势与雨强的增强、维持和减弱相对应,但SRH值的大小与雨强并无一致的线性关系;(4)个例的分析应用表明新一代雷达的VWP产品提供了高时间分辨率的风场信息,为强降水的短时临近预报提供了更加丰富的参考信息。      

气候变暖背景下全球对流层顶高度和温度的分布特征及变化趋势

利用1979年1月—2014年6月ERA-Interim和NCEP再分析月平均资料,计算并分析全球对流层顶高度、温度等物理量的时空变化特征。结果表明:(1)对流层顶高度和温度的空间分布有很强的纬度依赖性,中高纬度地区对流层顶高度和温度变化随纬度变化分布较明显;(2)近36 a来,全球对流层顶高度整体升高(气压下降约1~2 h Pa·(10 a)~(-1)),而对流层顶温度降低(温度下降约0.1℃·(10 a)~(-1));(3)不同季节对流层顶的高度和温度场都有一定的空间结构变化,两者之间存在季节变化的协调性,且北半球较南半球的变化更复杂;(4)通过ERA-Interim资料和NCEP资料的对比,发现基于NCEP资料得到的对流层顶高度比ERA-Interim资料约高1 km,而2种资料的对流层顶温度在赤道、副热带地区比较接近,都稳定在192~200 K之间,但南、北半球中高纬度温度分布明显不同;(5)除北半球中高纬度北美洲和欧洲局部地区外,对流层顶高度的升高与对流层顶温度的下降存在明显的正相关,尤其是热带地区和南半球高纬地区,相关系数超过0.8。     

一次强对流风暴含水量的雷达反演和数值模拟结果的对比分析

利用多普勒天气雷达探测的反射率因子Z与含水量M的Z-M经验关系式,反演含水量,并构建等高平面位置显示CAPPI和垂直剖面VCS两种显示方式。计算域定为以雷达站为中心的,水平边长为150 km,垂直高度为30 km的长方体箱区,分辨率是1 km×1 km×1 km。同时应用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式(IAP-CSM3D),以2004年4月23日发生在湖南省境内的一次强对流风暴过程为例,模拟该风暴云体的含水量分布。雷达反演含水量和数值模拟结果的对比分析表明,不论在风暴的发展阶段还是在强盛阶段,反演得到的含水量等值线分布和模式输出总体相似,风暴中心的强度和高度位置吻合得很好,较好地反映了该风暴云的结构,反演效果较好。     

GRAPES_3 km数值模式对流风暴预报能力的多方法综合评估

利用传统点对点TS评分、邻域法以及对象检验等多种方法,综合评估了GRAPES_3 km模式的对流风暴预报性能,分析了传统检验方法和新型空间检验方法对高分辨率模式评估的适用性和差异性,并同GRAPES_Meso模式的相关结果进行了对比。结果表明:对强对流典型个例的预报评估发现,综合应用多种评估方法能够更全面地评估对流风暴预报,获取模式在对流风暴初生和发展变化过程中的预报性能。使用点对点评分方法,GRAPES_3 km模式对风暴和强风暴的预报都明显优于GRAPES_Meso模式。对于模式不同起报时间的预报,起报时间越新预报效果越好。邻域TS方法考虑了时空偏差,GRAPES_3 km模式20和35 dBz采用时间邻域1 h,空间点对点时预报技巧最高;50 dBz时空偏差较大,时间邻域尺度为3 h技巧最高。分数技巧评分(FSS)显示GRAPES_3 km模式对不同阈值的对流风暴预报均能达到最低技巧尺度,而GRAPES_Meso模式对35 dBz以上的对流风暴基本无预报能力。对象检验可以评估对流风暴特征的预报效果,GRAPES_3 km模式的对流风暴个数预报与实况较为一致,但面积预报明显低估。该模式对β中尺度的对流风暴形态、位置等预报较好,对γ中尺度的对流风暴预报尺度偏大、形状偏圆、轴角偏小,对α中尺度的对流风暴预报尺度偏小、形状偏扁、轴角偏大。GRAPES_Meso模式的对流风暴面积、个数、尺度预报较实况均偏小,位置预报偏差较大,形状预报较实况偏圆、轴角偏小。传统点对点TS评分方法和新型空间检验方法对高分辨率模式对流风暴预报的检验结论一致,依然具有一定的参考价值,但新型空间检验方法能够提供更详细的评估信息。     

一次雹灾天气过程的三体散射研究

利用自动气象站资料、CINRAD/CD多普勒雷达资料、实地冰雹调查资料及NCEP/NCAR再分析资料，分析2020年一次呼和浩特市托克托县地区强冰雹事件发生时出现的三体散射与风暴云团三维结构、发展特征，结果表明：（1）C波段雷达较S波段雷达容易出现三体散射。（2）三体散射现象和55 dBZ或60 dBZ等强回波密切相关，尤其是60 dBZ强回波出现时，三体散射现象也随之出现。（3）从三体散射与冰雹云体积变化情况来看，60 dBZ冰雹云体积即使在50 km3以下也会出现三体散射。（4）在本个例中发现多重三体散射，其特征是在雷达径向上三体散射长度较长，为强回波距地高度的3~5倍，随着多重散射次数的增加，散射越来越弱，故多重三体散射强度沿着强回波径向上逐渐减弱。（5）三体散射现象首次出现后，开始出现冰雹,下沉气流使冰雹云回波顶高迅速下落，其中60 dBZ回波顶高下落最为明显，垂直厚度减少最为严重。大冰雹降落后60 dBZ回波底高迅速抬升,体积急剧减小,之后风暴云团回波顶高、体积进入平稳阶段。     

伊犁河谷冰雹分布及其雷达回波特征分析

利用2010—2021年中国气象局灾情直报、地面观测、多普勒雷达资料，分析了伊犁河谷冰雹时空分布及雹云雷达回波：（1）5—8月是冰雹高发期，其中6月出现冰雹次数最多且雹暴发展最为旺盛；其日变化峰值在16—19时，19时出现最多。（2）冰雹易出现在河谷喇叭口地形的南北两侧，昭苏县的冰雹占伊犁河谷冰雹总数的一半以上且多为普通单体和多单体风暴，线风暴和超级单体风暴多发在霍城县。（3）统计32个雹云雷达回波初步凝练出预警指标：当反射率因子大于50 dBZ，回波顶高大于8 km，VIL出现跃增时，应警惕冰雹的发生；当回波顶高发展到11 km以上，出现冰雹的概率较大；（4）4类雹暴分别具有如下特征：普通单体多为高悬的质心；多单体风暴生命史较长，会反复影响同一地区；线风暴组织性较差，结构松散，低层常出现钩状回波；超级单体风暴基本具备所有典型回波特征，但有些个例中气旋不明显。