2013年6月喀什地区一次强冰雹天气的成因分析

利用常规气象观测资料、ECMWF细网格资料、FY-2E卫星云图、喀什新一代多普勒雷达资料和新疆区域自动站气象观测资料,对2013年6月18日发生在新疆喀什地区境内的一次罕见的强冰雹天气从天气形势、中尺度系统、水汽条件、雷达回波特征等方面进行了综合分析。分析显示,此次冰雹天气是在有利的大尺度环流背景下产生的,冰雹出现前,雹区附近低层到地面存在中尺度切变线、涌线和地面中低压等多个中尺度系统;水汽在中低层集中,并不断向冰雹区输送;雹区附近强烈的辐合上升运动为冰雹的出现提供了水汽和动力条件;探空物理量参数有利于大气不稳定能量的聚积和爆发。分析此次强冰雹天气的成因,有利于改进南疆地区冰雹短时和临近预报、预警的基本思路。     

探空物理量在吉林省冰雹天气预报中的应用

运用1960—2010年的冰雹天气资料,统计分析了吉林省冰雹天气的时间、地域分布特征,并针对2008—2010年间的冰雹天气过程中16个探空物理量的特征表现进行分析,结果表明：吉林省冰雹天气多在春、夏季出现,并多集中在午后13—19时,冰雹在山区出现平均次数大于平原地区;适合的0℃层和一20℃层的高度、水汽条件、较好的对流不稳定条件和垂直上升运动都对冰雹的发生有一定的指示意义。     

基于中尺度数值模式快速循环系统的强对流天气分类概率预报试验

在利用实况探空资料、微波辐射计和风廓线构建的特种探空资料对北京地区强对流天气进行判别,以及快速更新循环同化预报系统(BJ-RUC模式)探空资料可应用性分析的基础上,针对模式探空基本要素计算多种热力、动力、综合不稳定物理量,根据统计的强对流天气判别指标,计算模式格点上的强对流发生概率,并进一步针对冰雹(雷暴大风)和强对流短时暴雨天气下不同物理量的阈值范围,初步探索中尺度数值模式对强对流天气分类预报的可能性.通过不同组合的预报方案进行的对比分析表明,利用北京地区中尺度数值模式快速循环系统(BJ-RUC)的格点探空资料进行强对流天气概率的预报是可以实现的,强对流天气的分类概率预报也存在一定的成功率.     

ECMWF再分析资料在一次强降雹过程物理量诊断分析中的应用

文章利用ERA Interim的0.25°×0.25°再分析资料和常规探空资料,对2013年7月21日内蒙古巴彦淖尔市一次强降雹过程进行物理量诊断分析,考察了再分析资料在此次冰雹天气过程分析中的适用性。结果表明,高分辨率的再分析资料能够较为合理的给出此次冰雹过程发生的不稳定条件、水汽条件、动力条件等环境特征。而实况探空资料由于不满足"临(邻)近"原则,并没有反映出冰雹发生的环境条件。因此,在业务及科研工作中,可以利用ERA Interim再分析资料对某些强对流天气进行诊断分析。     

中国两级阶梯地势区域冰雹天气的环境物理量统计特征

通过时空匹配2002-2010年逐年3月1日至9月30日中国海拔3 km以下地区671个国家站逐时冰雹观测资料和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)FNL(Final Analysis)资料,以海拔1 km作为分界线划分为两个阶梯区域(简称两级阶梯,并把两个区域分别简称为一级阶梯和二级阶梯),对表征中国两级阶梯冰雹天气的水汽、热力和动力环境条件进行了统计分析。考虑气温0℃层高度对形成冰雹天气的影响,首先用0℃层高度对样本进行过滤,然后对两级阶梯冰雹天气的环境物理量特征进行统计和对比分析。结果表明,两级阶梯冰雹环境的水汽、热力和不稳定能量差异显著,一级阶梯冰雹往往出现在具有更不稳定的层结结构、更多不稳定能量、更多水汽含量以及更强的垂直风切变环境中。一级阶梯冰雹的整层可降水量集中在15~41 mm,二级阶梯则集中在6~30 mm,无冰雹出现在整层可降水量超过56 mm的环境中。两级阶梯超过50%的冰雹均出现在最有利抬升指数为负值的不稳定环境中,最优对流有效位能分布则表明,超过75%的冰雹均出现在具有一定不稳定能量的环境中;但当最有利抬升指数大于2.8℃时,两级阶梯均不会出现冰雹天气;两级阶梯超过50%的冰雹均出现在强的垂直温度递减率环境中。多物理量的高概率密度区更显著地揭示了两级阶梯冰雹天气所需的物理量分布差异。这些结果为两级阶梯冰雹天气的主客观潜势预报提供了客观的统计基础和依据。     

基于LAPS的一次局地强冰雹过程分析

利用LAPS资料同化系统分析场及微波辐射计资料等,从热力、动力等方面分析2008年6月3日湖南常德澧县一次局地强冰雹事件,并对强冰雹形成的环境条件和机理进行研究.结果表明:同化了雷达资料的LAPS分析场能揭示该冰雹事件较精细的动力结构,但其刻画的热力参数无明显改善;强风暴出现在强的风垂直切变、位势不稳定和水汽含量较大的湿润环境中,水汽辐合中心位于1 000-925 hPa,冰雹发生区南面存在一倾斜的、强度较大的水汽辐合区域;触发超级单体(冰雹)的主要系统为位于对流层中低层的中小尺度气旋,高层为反气旋辐散区,主要表现为对流层顶层等熵面上位势涡度向超级单体发生区(对流层中层)的发展,中层主要是干冷的西北气流;LAPS输出的各种物理量场可用来诊断强对流运动发展,尤其对冰雹这类中小尺度天气系统结构有较强的解释应用能力.     

大连初冬一次辐射平流雾天气过程分析

利用大连机场地面观测资料、Micaps系统下常规资料、探空资料和NCEP/NCAR全球再分析资料,从天气形势和背景、探空资料分析和物理量诊断方面,对2009年11月30日-12月2日发生在大连地区持续性大雾天气过程做了详细分析。结果表明,本次持续性雾过程属于辐射平流雾,是在稳定的大尺度天气背景下形成的。探空资料表明,大雾发生过程中,边界层内出现一层逆温和多层逆温;边界层内近地层的逆温和充沛的水汽条件对雾的形成和长时间的维持起着重要的作用。热力结构分析表明,温度日较差大表明地面辐射冷却对本次大雾过程具有明显的作用;低层持续的弱暖平流输入,有利于近地层逆温的建立和维持。动力场结构分析表明,在中低层,大雾发生前期和维持时期,存在弱的辐合上升运动;在大雾消散期,存在明显的辐散下沉运动。水汽条件分析表明,增湿和冷却使此次大雾过程中水汽达到饱和状态产生凝结,在大雾过程的前期,存在弱的水汽辐合;在大雾消散期,存在水汽辐散。     

山西高原大冰雹与小冰雹的环境参量对比分析

本文利用1956-2017年山西省109个气象站的逐日冰雹观测资料研究了山西冰雹的空间分布特征,发现全省冰雹日数由东北向西南依次减少,与海拔有很好的对应关系,山地冰雹发生日数高于盆地,冰雹频发区主要集中在北部和东部山区。以冰雹直径2 cm为阈值,将冰雹分为大冰雹与小冰雹两类,统计了2008-2019年山西两类冰雹站的比例,结果表明山西高原以小冰雹为主,大冰雹仅占3.9%,盆地大冰雹比山区多,大冰雹容易发生在陡峭山地与盆地或河谷的交界处。为了进一步研究大冰雹与小冰雹产生环境条件的差异,选了2008-2019年山西的23个大冰雹日和44个小冰雹日,基于订正的观测探空对表征冰雹天气的动力、热力和水汽等环境条件的多个环境参量进行了统计分析,以箱须图的形式给出了环境参量的分布。结果表明：大、小冰雹日的水汽差异最为显著,大冰雹日对流层低层水汽含量相对丰富,中层则比小冰雹更干,二者地面露点中位数分别是16℃和14℃,700～400 hPa之间的平均温度露点差中位数分别是14.8℃和12.7℃,整层可降水量中位数分别为26.7 mm和23.7 mm;二者的垂直温度直减率差异不明显,但850 hPa与5...     

东北冷涡影响下的冰雹天气物理量特征分析

2009年6月吉林省在4次冷涡天气的影响下共降雹36站次,属于冰雹的高发年份,是2000—2009年6月发生冰雹站次数的第一位。利用常规观测资料、探空资料及2．5°×2．5°的NECP再分析资料,对2009年6月5个主要降雹日的发生时间及物理量进行了特征分析,结果表明：在东北冷涡开始阶段,冷暖空气活动较为活跃,冰雹多发生在11时-17时;适合的0℃层和-20℃层的高度、水汽条件、较好的对流不稳定条件和垂直上升运动都对冰雹的发生有一定的指示意义。     

河西走廊一次局地短时强对流天气过程分析

针对2016年8月4日发生在河西走廊中部张掖机场的一次强对流天气过程,从大尺度和中尺度特征,雷达资料,探空资料和物理量场等方面进行分析,得出如下结论:盛夏季节西北气流携带的北疆高空冷槽分裂出来的冷空气与副高外围暖湿气流在北纬39°N祁连山中部区域交汇,形成了此次降水的主要高空形势;河西走廊中部中-β尺度切变线造成强烈辐合运动,为强对流的发生提供了动力条件;各项物理量场的高低空配置为降水提供了不稳定能量和水汽条件;对流过程爆发前地形热力性质和山脉的阻挡作用加强了能量的累积。     

鲁中地区分类强对流天气环境参量特征分析

将山东中部地区16 a暖季(4-9月)106次伴随瞬时风力不低于8级的强对流个例划分为雷暴大风、冰雹雷暴大风和强降水混合型等3种类型,利用常规探空资料和地面观测资料,通过箱须图的形式分别讨论3种类型对应的一系列关键环境参数的分布特征和预报阈值。进一步,又将上述106次个例中的特强对流个例,包括产生25 m/s以上瞬时大风的特强雷暴大风个例、产生不小于20 mm直径冰雹的特强冰雹个例以及50 mm/h或以上强度的特强短时强降水个例提取出来构成一个子集,讨论其关键环境参数分布特征和预报阈值,并与全部对流个例的相应关键环境参数进行比较。最后,对鲁中地区强对流系统的触发机制进行了简要阐述和讨论。结果表明:(1)雷暴大风型、冰雹雷暴大风型和强降水混合型对应的850和500 hPa温差的最低阈值为25℃; 3种类型对应的地面露点最低阈值分别为13、16和24℃; 相应的大气可降水量最低阈值分别为20、24和32 mm; 相应对流有效位能的最低阈值分别为300、900和1300 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为12.0、12.5和8.0 m/s。(2)通过地面露点、大气可降水量以及暖云层厚度等关键参数的分布特征可以将上述3种类型的前两种与第3种类型即强降水混合型进行一定程度的区分,但要通过各个关键参数的分布特征区分前两种强对流天气是困难的。(3)对于伴随冰雹的强对流天气,适宜的融化层高度为3.0-3.9 km; (4)特强雷暴大风、特强冰雹和特强短时强降水等3种特强对流类型与全部强对流个例的3种类型相比,其条件不稳定度明显增大,体现为850和500 hPa温差的增大、水汽条件有所加强、对流有效位能明显增大,3种类型特强对流天气对应的对流有效位能最低阈值分别为1000、1100和2000 J/kg; 相应的0-6 km风垂直切变最低阈值分别为16、12和11 m/s,即特强雷暴大风型和特强短时强降水型的风垂直切变阈值明显增大。上述工作构成了山东中部伴随雷暴大风的强对流天气短时预报的一个基础,结合各类强对流天气发生的气候概率,可以通过决策树或模糊逻辑方法制作成适合于地、市气象台的分类强对流天气短时预报系统。      

2006-2022年黔南州冰雹特征分析

【目的】为了解黔南州的冰雹特征。【方法】利用2006—2022年多普勒天气雷达、常规气象观测资料以及人工影响天气作业站点冰雹观测等资料,采用统计学方法分析了影响黔南州冰雹个例的冰雹直径、降雹持续时间、冰雹日变化、冰雹云移动速度等特征。【结果】黔南州的降雹主要出现在3、4月份,降雹以中冰雹为主,冰雹日变化明显,一天中冰雹主要发生在15时—次日00时,白天17—20时冰雹频发。降雹持续时间短,65%的降雹持续时间在5 min以内。冰雹云单体的移动速度范围为16~102 km·h-1,平均速度50 km·h-1。冰雹云单体的维持时间最短仅为17 min,最长可达290 min,平均122 min。冰雹云移动路径主要以西南路径为主,其次是西北路径和偏西路径。西南路径降雹点主要分布在黔南州中部一线,西北路径降雹点主要分布在黔南州中西部的惠水、长顺,偏西路径的降雹点主要在黔南州中北部。影响黔南的冰雹云源地有境外移入和黔南州境内生成的两类,主要源地在安顺市、黔南州、黔西南州东部和北部、毕节市东部和南部以及贵阳市南部,不同路径的冰雹云源地具有明显的分布差异。【结论】本文研究成果可进一步提高对黔南冰雹特征的认识。     

基于WRF模式的云南短时强降水物理量特征

为了解云南短时强降水发生前本地化中尺度WRF(Weather Research Forecast)模式输出结果的物理量特征及其对短时强降水预报的作用,使用WRF模式对2016年云南主汛期(6—8月)5次短时强降水过程进行模拟,利用模式输出的高时空分辨率资料计算5次过程中85个样本在短时强降水发生前6 h水汽类、动力类及不稳定条件类的部分物理量值,使用箱线图分析各物理量的分布特征及其与短时强降水的关系,应用经验累积分布函数图确定各物理量的阈值。研究表明,水汽类物理量样本数据值分布较为集中,随着短时强降水的临近数值逐渐增大;动力类的6 km垂直风切变中位数值及平均值随时间变化很小,所有时次的6 km垂直风切变阈值均低于12 m/s,表明短时强降水发生前有弱垂直风切变;不稳定条件类中对流有效位能样本数据的离散程度较大,对短时强降水无指示意义;LI指数、K指数和700 hPa假相当位温样本数据离散度较小,其中K指数中位数值、平均值及阈值的上下限在短时强降水发生前1 h有显著增大的特征,且数据集中度达到最高,大的K指数值与短时强降水有较好的对应关系。使用物理量阈值推算短时强降水落点的方法对云南本地化WRF模式短时强降水的预报性能有改进作用。     

高原地区基于微波辐射计反演大气廓线的神经网络算法研究

以2007~2018年西宁二十里铺气象站探空资料为模拟样本,利用MonoRTM模式模拟中心频率21.985~58.759GHz的35通道亮温,应用BP神经网络对模拟数据进行反复训练,构建最优反演模型,并以2019年探空资料为测试样本,对比分析了不同季节和不同天气条件下BP神经网络与微波辐射计的反演效果。结果表明:晴空条件下,BP神经网络与微波辐射计在温度反演上效果最佳,水汽密度次之,相对湿度最差,其中冬春季BP神经网络反演效果优于微波辐射计,夏秋季反之;有云条件下,BP神经网络温度反演效果在冬、春和夏季均优于微波辐射计,其水汽密度反演效果在四季均较微波辐射计有明显提升,其相对湿度反演效果在冬、春和夏季均较微波辐射计更佳。晴空和有云条件下,BP神经网络在不同季节反演温度、水汽密度和相对湿度的平均绝对误差和标准偏差均小于微波辐射计,尤其是相对湿度的反演精度提升最为明显。晴空条件下,BP神经网络反演温度廓线在春、夏和秋季效果最佳,反演水汽密度廓线在中低层精度较高,反演相对湿度廓线的精度较差,但基本和探空资料趋势一致;有云条件下,BP神经网络反演温度廓线与晴空时基本一致,较微波辐射计精度更高,反演水汽密度和相对湿度廓线在8km以上效果较好。      

2009年6月6日鄂北冰雹天气过程分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料等,对2009年6月6日鄂北冰雹天气发生前的抬升、水汽及不稳定条件进行了诊断分析。结果表明：地面中尺度辐合线为冰雹天气发生提供了抬升条件,促进强对流天气爆发;垂直水汽分布上,中低层干盖的形成有效地抑制了边界层对流的发展,为不稳定能量的积聚创造了有利条件;地面“干线”的形成,增加了大气的潜在斜压性,促进了次级环流的发展,增加了大气不稳定性。多普勒天气雷达资料以及闪电定位等监测数据分析表明：雷达回波组合反射率强度、回波顶高和垂直液态水含量的迅速跃增,对降雹有较好的指示意义;10 min闪电频次在降雹前出现了20次以上的峰值,可以起到冰雹预警作用。     

多源观测资料在冰雹监测预警中的应用

利用常规探空观测资料、气象卫星资料、双偏振雷达资料、风廓线雷达资料、地基GPS水汽等多源观测资料对2020年6月25日河北中部一次由超级单体引起的强对流天气过程进行分析,探讨多源观测资料在冰雹天气预警中的综合应用。结果表明,在华北冷涡的影响下,上冷下暖的不稳定层结为强对流的发生提供了有利的环流背景。在强有力的热力不稳定与对流不稳定的条件下,受到地面辐合线的触发作用,强对流迅速生成并发展。造成本次大面积降雹的系统为超长生命史的超级单体,冰雹粒子与其他相态的粒子的双偏振特征具有明显的区别。定量化的观测资料能对冰雹天气的预警提供更加精确的数据信息。     

滇西北高原强对流天气客观物理量特征分析

应用MICAPS客观物理量资料,对丽江市2006—2011年82次强对流天气进行诊断分析。结果表明,强对流天气发生前,水汽大多处于高湿或中等湿度状态,一般暴雨时700hPa比湿大于等于9g/kg,冰雹时大于等于6g/kg,或700hPa相对湿度暴雨时大于等于80%,冰雹时大于等于60%;热力状况大多处于高温、高热、高能和对流不稳定状态,部分在川滇间有明显的能量锋存在,特别是暴雨,一般沙氏指数SI小于等于0℃、K指数大于等于35℃、丽江假相当位温θse大于等于68℃,丽江与西昌或成都间的θse差大于等于10℃;动力条件则大多表现为低层正涡度,高层负涡度的有利配置,部分中高层有明显的冷平流,特别是冰雹时,一般700hPa涡度大于等于0×10-5s-1,300hPa以上任一层涡度小于等于-30×10-5s-1,或700hPa层以上任一层温度平流小于等于-1×10-5℃·s-1。     

绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因分析

为了探讨绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因,利用常规观测资料、NCEP每6h间隔的1°×1°的再分析资料和营口多普勒雷达的资料,分析此过程的天气形势特点、高低空急流的作用、雷达回波的特征及反映动力、热力和水汽条件的相关物理量场的特征。结果发现:雷电发生在对流层中层的西南风急流和底层偏东风均处在最强的时刻,当对流云团发展到-20℃温度层时,温差起电产生雷电;雷电发生在低层850hPa附近存在的逆温层消失之后,同时配合低层水汽的辐合,产生了暴雪天气;雷电和强降雪发生在大气底层南风和北风转换的过程中,强降雪的时间与冷空气扩散加强的时间比较一致,当冷空气扩散到整个大气底层时强降雪结束;引起雷电和强降雪的对流不稳定层结主要处在对流层中层,并为上升运动的发生提供了动力和热力条件,促使雷电发生和强降雪的维持。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。