河北省廊坊“20200625”强超级单体雷达回波特征分析

摘 要：利用常规观测、北京和天津多普勒天气雷达探测等资料，对2020年6月25日夜间发生在河北省廊坊市一次冰雹、雷暴大风和短时强降水等强对流天气过程进行分析。结果表明：此次超级单体风暴发生的背景条件为高空冷涡前部高空槽叠加地面冷锋系统，高CAPE值、强垂直风切变以及适当的0 ℃和-20 ℃高度等为其发展维持提供了有利的环境条件。超级单体属于右移强风暴，发展演变过程中回波形状不断变化，中气旋特征持续存在，回波垂直结构呈现出回波墙-回波悬垂和有界弱回波区-三体散射和旁瓣回波等典型超级单体雷达回波特征。在本次过程中，55 dBz及以上强回波迅速向高层伸展后迅速下降并配合较低的强回波质心高度，预示地面将出现大冰雹和灾害性大风；VIL最大值达到55 kg?m-2可以作为本地发布冰雹预警的指标，发布冰雹预警时间可以提前12 min；将VIL值升到40 kg?m-2作为地面灾害大风预警指标，发布雷暴大风预警的提前量为24 min。三维空间图像可以直观地展现出超级单体的空间结构。     

鲁西北地区一次秋季强对流天气的雷达识别分析

利用SA雷达探测和高空探空资料,结合防雹作业数据和灾情信息,对2016年9月11日发生在鲁西北地区的强对流天气过程中两个对流单体进行雷达识别分析。结果表明:两个对流单体发展迅速,在4-7个体扫(约25-45min)内,垂直液态水含量(VIL)分别跃增了27kg·m^-2、16kg·m^-2,达到64kg·m^-2、57kg·m^-2;在反射率因子图上都具有典型的冰雹回波特征:存在较明显的强回波墙、回波穹窿、有界弱回波区;实施防雹作业后,对流单体回波顶高、VIL、风暴质心高度、冰雹概率、强冰雹概率等指标持续下降,进一步证实了开展防雹作业可有效地减小降雹灾害。     

一次弓形回波演变特征分析

利用济南CINRAD／SA多普勒天气雷达资料,对2011年4月29日夜间发生在山东北部的一次弓形回波天气过程进行分析。分析发现：这是一次快速移动的右移型风暴,0～6km和0～2km高度存在强垂直风切变,对弓形回波的形成与演变非常有利。垂直剖面揭示了弓形回波发展强盛时期中层强回波悬垂在低层弱回波区之上、低层前侧暖湿气流倾斜上升、中层后侧入流下沉的垂直结构。C-WIL和单体强中心高度同步增长、快速减小的C—VIL对预报冰雹、大风有一定的提前量。     

闽北春季冰雹CINRAD雷达产品特征分析

利用建阳新一代天气雷达特征参数资料,结合常规探空资料和实况资料,对近6a(2008~2013)闽北春季(3~6月)地面降雹出现前垂直积分液态含水量(VIL)的演变特征、强中心高度(Ht)、风暴顶高(TOP)和组合反射率强度(CR)临界值进行统计分析发现:降雹前,94%的雹云单体的VIL出现了"跃增"现象,1个体扫时间△VIL≥12kg?m~(-2),且跃增后的VIL≥31kg?m~(-2),VIL跃增时间提前量△T平均为5.7个体扫时间;降雹前6min内总样本的Ht平均值高度陡降了1.4km,所有的小冰雹降雹前VIL都只有一次跃增,降雹前VIL多次跃增的,冰雹直径都较大。     

一次局地性强冰雹天气的环境背景及雷达产品特征分析

利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料和FNL再分析资料等,对2020年4月17日发生在贵州省安顺市的一次局地性冰雹天气过程进行分析。结果表明:高原短波槽、中低层切变线、低空急流和地面辐合线是导致此次局地性强冰雹天气的主要影响系统,冰雹出现在850 hPa湿舌的顶端和地面高温中心附近;C波段雷达的反射率因子图上TBSS和前侧入流缺口共同出现,表征了大冰雹的产生,风暴单体具有明显的强回波悬垂和低层弱回波区,且大于50 dBz的强回波伸展高度明显超过-20℃层高度,表明了风暴在垂直方向强烈发展;VIL值在降雹前后有明显的变化,降雹前1～2个体扫VIL有跃增现象,降雹期间VIL≥30 kg·m~(-2),且在出现大冰雹时VIL≥50 kg·m~(-2),而在降雹结束后,VIL值迅速减小。     

贵州一次暖区飑线大风与大冰雹的雷达结构特征分析

利用常规高空和地面探测、观测资料,地面加密自动站分钟数据资料以及榕江站、贵阳站C波段多普勒天气雷达探测资料,分析了2020年3月23日贵州强对流天气的环流形势,并重点分析了榕江飑线大风及长顺大冰雹雷达回波特征。结果表明:(1)此次飑线大风与大冰雹发生在南支槽前暖区,地面热低压发展推动辐合线移动、低层西南暖湿气流、中层干冷空气、合适的0℃和-20℃高度均为此次飑线大风及大冰雹的产生提供了有利的环境条件。(2)雷达回波大冰雹特征突出:强回波悬垂,有界弱回波区,弓形回波,中心强度强(60 dBz以上)且50 dBz强回波伸展超过-20℃高度达到9 km以上,垂直积分液态水含量最高达到了70 kg/m~2,连续超过两个体扫VIL≥60 kg/m~2,回波顶高连续超过两个体扫在15 km以上。(3)飑线雷达回波大风特征明显:弓形回波形态特征明显且移动较快,移速约40 km/h,低层径向速度大,中层径向辐合大风区下传,速度零线通过观测站后大风加速。(4)短临预警业务中,对飑线大风天气,应重点关注低仰角速度大值区、中层径向辐合和弓形带状回波生成后移动发展对下游地区的影响;对大冰雹天气,应重点关注大于50 dBz强回波垂直扩展的高度、VIL和ET高值区的维持等。     

玉山雷暴大风雷达回波特征分析北大核心

利用气象信息综合分析处理系统、江西WebGIS雷达拼图、江西自动气象站、上饶SA雷达等资料,综合分析了2004—2020年玉山县15次雷暴大风过程特征。结果表明:玉山雷暴大风集中出现在5—9月,其中7月最多;雷暴大风有明显日变化特征,午后增温是高发期,导致玉山雷暴大风天气主要有三类中尺度系统,分别为冷锋倒槽类、副高控制类、热带系统类;按雷达拼图回波特征分为飑线回波带上超级单体、飑线(弓状)回波带上强单体、副高边缘强回波短带和局地热雷雨强回波三类。飑线回波带上超级单体中心回波强度超过60 dBZ,回波带有明显的“弓”状结构,移动速度可达80~100 km·h^(-1);副高边缘的雷暴大风天气发生在局地热雷雨强回波发展合并时,局地性强,移动缓慢,移速仅30 km·h^(-1)左右。雷达PUP产品上超级单体冰雹和雷暴大风主要区别为:组合反射率CR产品60 dBZ强回波面积冰雹较大,雷暴大风较小;垂直累积液态水(Vertically Integrated Liquid,VIL)冰雹可达到60 kg·m^(-2),雷暴大风VIL≤35 kg·m^(-2);反射率因子垂直剖面(Reflectivity Cross Section,RCS)冰雹有超过65 dBZ强回波核,雷暴大风则没有;径向速度垂直剖面(Velocity Cross Section,VCS)冰雹出现中气旋结构,雷暴大风则出现“逆风区”或弱切变结构。     

3.23贵州暖区飑线大风与大冰雹的雷达结构特征分析

利用日常业务常规高空和地面探测、观测资料,地面加密自动站分钟数据资料以及榕江站、贵阳站C波段多普勒天气雷达探测资料,分析了2020年3月23日贵州榕江飑线大风及长顺大冰雹的成因及雷达回波特征 。结果表明：（1）此次飑线大风与大冰雹发生在南支槽前暖区,地面热低压发展推动辐合线移动、低层西南暖湿气流、中层干冷空气、合适的0℃和-20℃高度均为此次飑线大风及大冰雹的产生提供了有利的环境条件。（2）雷达回波大冰雹特征突出：强回波悬垂,有界弱回波区,弓形回波,中心强度强（60dBz以上）且50dBz强回波伸展超过-20℃高度达到9km以上,垂直积分液态水含量最高达到了70kg/m2,连续超过两个体扫VIL≥60kg/m2,回波顶高连续超过两个体扫在15km以上。（3）飑线雷达回波大风特征明显：弓形回波形态特征明显且移动较快,移速约40千米/小时,低层径向速度大,中层径向辐合大风区下传,速度零线通过观测站后大风加速。（4）短临预警业务中,对飑线大风天气,应重点关注低仰角速度大值区、中层径向辐合和弓形带状回波生成后移动发展对下游地区的影响;对大冰雹天气,应重点关注大于50dBZ强回波垂直扩展的高度、VIL和ET高值区的维持等。     

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。     

德州市两次强对流冰雹天气过程对比分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达和卫星云图资料对2016年6月13日和2017年6月12日德州市两次强冰雹天气过程进行了诊断分析。结果表明:两次冰雹是高空冷涡和高空西北气流环流背景下,中高层冷空气的入侵,触发不稳定能量释放造成的。低层水汽饱和度较高,中高层干冷空气入侵导致大气不稳定度逐渐增加,这种低层湿、中高层干的大气层结特点,非常有利于冰雹生成发展。德州市强对流发生时云顶温度TBB在-40～-60℃,强对流最剧烈冰雹、大风天气主要发生在雷暴云团前方亮温梯度最大区域。造成两次冰雹天气的回波是多单体风暴,0℃层和-20℃层高度比较适宜,中心强度均在55DBZ以上,风暴强盛阶段单体顶高(TOP)维持在10km以上高度,强中心高度(HT)维持在4～8km高度,低层存在非常强的垂直风切变。降雹区垂直积分液态含水量(VIL)在50kg/m~2以上,DBZ、VIL等产品与降雹相关性很好,对冰雹预报有较好的指示作用。     

一次致灾雷暴过程的闪电雷达回波特征分析

利用雷电监测预警网、多普勒雷达、区域自动站降水同步资料,对2009年7月6日发生在秦皇岛市的一次大面积致灾雷电、暴雨天气,进行了详细分析.结果表明:本次致灾雷电过程以负地闪为主,闪电出现频率最大为712次/h.闪电放电轨迹分布特征呈西北—东南分布,由北向南移动,闪电出现频率最大时,每小时降水量超过100 mm,闪电发生...     

2010年福建一次早春强降雹超级单体风暴对比分析

利用探空、地面资料以及建阳、龙岩、长乐三部新一代天气雷达资料,对2010年3月5日福建中北部地区5cm强降雹的两个超级单体风暴进行了对比分析。结果表明,干暖盖、强垂直风切变、中高层正涡度区及地面中尺度低压为超级单体的形成提供了良好的环境场。两个超级单体都是由多单体合并后发展起来的,在成熟阶段以右移为主,属长寿命右移风暴:第一个超级单体在发展过程中由于地形作用和新单体的并入经历了3次加强过程,低层出现明显的钩状回波、中高层三体散射特征;第二个超级单体经历了多单体风暴—超级单体风暴—多单体风暴3个阶段,成熟阶段低层呈现出明显的倒"V"形回波特征,中高层有明显向右伸展的云帖。两个超级单体风暴的中气旋都是由中层发展起来,随着中气旋强度不断加强和厚度加大,最强切变中心突降时出现冰雹、大风强对流天气。通过对第一个超级单体中气旋流场分析,发现风暴前、后侧的下沉气流与低层入流形成了明显的辐合旋转作用,下沉的干冷气流进一步推动低层的暖湿入流,形成强烈的上升气流,并在风暴顶形成强辐散,使得风暴长时间维持。第二个超级单体在风暴减弱阶段,风暴右侧出现中气旋分裂,之后减弱、消失。产生强对流天气时,中高层维持高反射率因子,出现三体散射现象、风暴顶强烈辐散以及较大的VIL密度等特征。     

一次强对流风暴的新一代天气雷达特征分析

利用兰州皋兰山的CINRAD/CC多普勒天气雷达资料,对2005年5月30日15～19时发生在甘肃中部地区的一次强对流风暴进行了分析。引起此次强对流风暴的中尺度天气系统是飑线,飑线尾部位于甘肃中部的强雷暴区在15时生成,沿东南方向移动,在16时15分至17时03分多单体风暴加强合并为超级单体风暴,并呈现出人字型回波、带状回波特征。此次超级单体南边出现2条明显的出流边界,一条位于钩状回波的西南,一条位于钩状回波的东南。超级单体左前方的低层反射率因子呈现明显的倒“V”字型结构,最大的回波强度出现在有界弱回波区之上,其值>70 dBZ,相应径向速度图呈现出成熟的中气旋特征,期间垂直液态水含量持续偏高,最大垂直累积液态水含量>70 kg/m2,回波顶高达17～18 km,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。     

2019年8月16日诸城超级单体风暴双偏振参量结构特征分析

利用青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测资料和常规气象观测资料以及区域自动气象站观测资料,对2019年8月16日发生在山东省诸城市的一次长寿命超级单体风暴双偏振结构特征进行了分析。结果表明:超级单体风暴发生在东北冷涡和地面中尺度辐合线共同作用背景之下,对流有效位能偏低,但风垂直切变非常强,这种配置有利于超级单体风暴的形成与维持。诸城超级单体风暴持续3 h左右并伴有深厚持久的中气旋,旺盛阶段最强反射率因子、基于单体的垂直累积液态含水量、强中心高度和单体顶部高度平均分别为74.1 dBz、67.9 kg/m2、6.3 km和11.3 km。对偏振特征分析表明,风暴低层60 dBz以上回波区对应偏小的差分反射率（Z_dr）、小的相关系数（CC）和大的差分相移率（K_dp）,湿（或干）冰雹和液态雨滴共存。此外,低层入流缺口附近有明显Z_dr弧存在。风暴中层强上升气流区内有明显的有界弱回波区,其顶部达到7 km左右。有界弱回波区内相关系数较小,其周围有明显的Z_dr环和CC环,Z_dr环顶部达到?10℃层高度。0℃层高度之上存在深厚的Z_dr柱和K_dp柱,顶部都达到?20℃层高度,Z_dr柱位于有界弱回波区东侧,K_dp柱位于西侧。?10—?20℃层,Z_dr柱对应强的水平极化反射率因子（35—60 dBz）和小的差分相移率,表明含有少数偏大的液态或湿冰粒子,而K_dp柱对应更强的水平极化反射率因子（55—72 dBz）和小的差分反射率,表明含有一定数量的小的液态或（和）湿冰粒子及大的冰雹粒子。风暴低层强反射率核后侧径向上如果出现显著差分反射率负值区,可作为特大冰雹（直径≥50 mm）的识别依据;如果对应异常大的差分相移率,表明含有浓度较高的雨滴和包有水膜的冰雹粒子。      

CINRAD/SA中气旋产品与强对流天气

分析了济南新一代天气雷达2002年观测到的14次中气旋产品和滨州新一代天气雷达2001年1次风暴过程的中气旋产品。产生这些中气旋的风暴中有一次超级单体风暴和一次小型超级单体风暴，中气旋在这两次风暴中都维持了较长的时间。风暴产生了冰雹和雷雨大风天气。其余几次中气旋维持时间很短，产生这些中气旋的风暴不一定产生冰雹等强天气，预报时可在中气旋强度的基础上，结合环境条件和雷达的其它产品分析判断。     

一次冰雹天气多普勒雷达回波特征分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,对2007年7月28日发生在新疆伊犁地区一次系统降水过后的强对流风暴过程进行分析。结果发现,此次对流风暴并无有利的大尺度系统配合,有发生突然、维持时间短、强度大的特点。利于出现局地对流风暴的主要因素为地表附近高温、高湿,空气中能量释放不完全等。本次降雹过程存在对流风暴,成熟时回波强度大于50dBz,相对应的速度图上有逆风区、辐合气旋式速度对以及下层辐合、上层辐散等特征。研究还发现,强回波区扩展到-20℃等温线以上,风暴顶辐散正负速度差较大,VIL持续大于50kg·m^-2,以及VIL突增等都是冰雹强度预报简单有效的参量。     

一次强风暴三维结构的观测分析

2003年6月28日山东德州发生了一次降雹持续时间长、危害严重的强降雹天气过程。利用MICAPS、探空、NCEP资料,分析了降雹前的天气形势、能量场特征、含水量场。根据两部多普勒天气雷达资料,分析了雹云的演变过程及流场结构。研究表明,降雹前在降雹区上空西边低层存在高能舌,在中高层西边存在负能量平流或负能量平流中心。此次超级单体风暴过程由单个单体发展而来,具有强超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向右侧约20°左右,属于右移风暴。     

冬季北太平洋风暴轴和北大西洋风暴轴的协同变化及其与同期海气系统的空间耦合关系

基于1960~2014年NCEP/NCAR（美国环境预报中心和国家大气研究中心）的逐日再分析资料以及NCPC（美国气候预报中心）的海温资料和大气环流及海洋指数,通过风暴轴指数、经验证交分解（EOF）等方法,研究了冬季北半球北太平洋风暴轴（PST）和北大西洋风暴轴（AST）之间不同时间尺度下的协同变化特征,并利用回归和相关分析对风暴轴的年际和年代际协同变化特征与同期海气系统的空间耦合关系进行了探讨。主要结论概括如下:（1）从所定义的冬季北半球两大洋风暴轴的纬度、经度和强度指数来看:三个指数均存在明显的年际变化和年代际变化,其中年际分量的方差贡献远大于年代际分量;对于单个风暴轴来讲,无论是滤波方差场原始序列还是其年际分量和年代际分量序列,每个风暴轴各自的纬度指数和经度指数均呈显著正相关,表明每个风暴轴各自的南北位移和东西位移具有很好的协同性;虽然从原始序列来看,两个风暴轴之间各指数之间的相关关系均并不显著,但是对于年际分量序列和年代际分量序列,两个风暴轴之间均具有显著的协同性变化,其中,在年际尺度上,两者仅强度变化之间具有显著的正相关,而在年代际尺度上,AST的经度（纬度）变化与PST的强度（纬度及强度）变化均具有显著的负相关。（2）EOF结果表明,两个风暴轴之间协同变化的空间结构在年际尺度上反映的主要是强度的变化,第一模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并伴随AST整体和PST东部均略有北抬（南压）,第二模态为两者强度在其气候平均位置附近同时减弱（增强）并仅伴随AST整体略有南压（北抬）;而在年代际尺度上,第一模态为AST整体偏北（南）中东部偏强（弱）与PST整体偏南（北）中东部偏弱（强）的反位相协同变化;第二模态为两个风暴轴的强度在其气候平均位置附近同时增强（减弱）的一致性协同变化。（3）进一步分析表明,两个风暴轴之间以不同模态协同变化时,与同期海温、遥相关型及环流异常等海气系统之间均呈现出很好的空间耦合关系,但具有不同的特点。     

2011年4月17日广东强冰雹天气过程的成因及特征分析

利用广州新一代多普勒雷达资料和Micaps资料,对广东省2011年4月17日强冰雹天气过程进行分析,揭示了强对流天气的环流形势和影响系统,着重分析了各种有利于大冰雹生成的因素和回波特征。研究发现:(1)过程发生在高层有急流、高空槽和切变线、地面有锋面低槽的环流形势下,属西江流域前汛期强对流天气类型的复合型。冰雹发生区域的低层垂直风切变较大,达-4.8×10-3/s。(2)当CAPE突增,SSI>200、K>35℃、Si<0℃时,预示强对流天气发生。(3)边界层辐合线为对流发展提供动力因素,同时大气不稳定和较高的CAPE造成雹暴的迅速发展。(4)本次雹暴几乎具有强烈对流风暴的所有回波特征:反射率因子图上的弓形回波、后侧入流缺口、悬垂结构、有界弱回波区、三体散射,径向速度图上的中气旋及中层径向辐合。(5)雹暴的回波顶高与最大反射率因子演变趋势基本相同,有几次跃增且同步。降雹前最大反射率因子及其高度均出现突降。VIL的跃增特性对于判断冰雹的增长非常有效。(6)本次过程具备适宜冰雹生长的0℃和-20℃层高度条件,且回波核心区高度扩展到-20℃层以上。VIL密度>4 g/m3和上干下湿的垂直分布十分利于大冰雹的产生。(7)三体散射特征可作为发布冰雹预警重要指标。     

风廓线雷达资料在暴雨天气过程特征分析中的应用

为了研究风廓线雷达在暴雨天气过程预报中的作用,对2008年6月1日至6月2日云南大理发生的一次暴雨过程进行研究。结果表明,降水前三维风的脉动变化较大,水平风在垂直方向上存在风速切变,最大探测高度明显升高;降水期间可以对降水性质进行判断;降水期间功率谱密度出现双峰谱,能测出垂直气流速度及下降粒子速度,通过这样的分析,便于开展更深层次的降水物理过程研究。