一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

基于模糊逻辑的冰雹天气雷达识别算法

该文确定了冰雹天气的5个雷达识别指标和不同季节识别指标对应的隶属函数,采用等权重系数法建立了基于模糊逻辑原理的冰雹天气识别算法。应用雷达回波拼图数据、冰雹灾害报告和常规探空资料,对2008—2012年华北地区103个冰雹样本进行了识别效果检验,给出了识别评分结果、识别提前量和冰雹位置等。结果表明:华北区域性冰雹的识别命中率、虚警率和临界成功指数分别为73.9%,36.4%和51.9%,其中石家庄地区的零散冰雹能够被完全识别,最大直径超过30 mm冰雹对应风暴单体综合识别判据在0.85以上;在空间分布上,被识别到可能出现冰雹的风暴单体区域和实况有冰雹的测站空间分布基本一致,冰雹出现位置一般位于强风暴单体的周边区域;相对单要素识别,综合识别算法识别准确率有所提高,识别范围得到改善,自动化程度也较高;冰雹被识别到的最早时间普遍早于冰雹出现时间,平均提前量为30 min。     

强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析

利用我国各地11次强对流事件中23个产生S波段雷达三体散射的雹暴的新一代天气雷达数据,总计499个三体散射样本资料,综合并详细地讨论了我国S波段多普勒天气雷达三体散射的统计特征,也讨论了将这一现象应用于强冰雹辅助预警的可能性。同时对目前国内S波段雷达所观测到的最典型的三体散射个例从"三体散射回波"出现到消失的全过程进行了仔细分析,结果表明:(1)在最小反射率因子显示阈值为-5 dBz的情况下,产生S波段雷达三体散射的最小反射率因子在60 dBz左右,86%的三体散射长钉(TBSS)出现在反射率因子强度≥63 dBz时;(2)TBSS长度与强反射率因子核心区面积大小及反射率因子核最大强度呈密切的正相关,也就是说,反射率因子核心强度越大,高反射率因子的区域越大,TBSS的长度就越长;(3)TBSS出现的最大高度为12.5 km,最低高度是1.1 km;61%的TBSS出现在3~6 km高度之间,TBSS在4~5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少;TBSS长度≥10 km的出现次数同样以4~5 km高度最多,然后向上、向下迅速减少;(4)TBSS主要在雹暴位于雷达的西半边时出现;(5)雹暴云在不同性质的下垫面上空均能产生雷达TBSS;(6)TBSS的持续时间几乎都超过30 min,其中持续时间在30~60 min的情况居多,还有部分TBSS持续时间超过90 min;(7)在出现TBSS时,几乎所有雹暴都降了2 cm以上的强冰雹,同时80%左右的产生2 cm以上直径冰雹的强雹暴都产生了三体散射,因此TBSS可以作为强冰雹的一辅助预警指标,以有效降低强冰雹预警的虚警率;(8)在产生三体散射的23个强雹暴中,有一半以上是超级单体和准超级单体风暴,超级单体雹暴中的中气旋有利于大冰雹的形成。     

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率（DBZM）≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量（VIL）和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现＂POS＂报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。     

2017年7月昭通冰雹天气分析

本文利用NCEP再分析资料、宜宾和威宁探空资料、昭通多普勒天气雷达观测资料对2017年7月昭通出现的冰雹灾害天气进行统计分析,结果表明出现的冰雹天气具有以下几个主要特征：1)冰雹的发生与西太平洋副热带高压、青藏高压有紧密的联系; 2)在干入侵、上干下湿、湿层深厚这三种中低空配置下昭通都可能会出现冰雹天气;3)订正到14时后的对流有效位能比08时的更具指示意义;4)冰雹云的最大回波强度在55dBz以上,回波顶高达到10km以上,风暴顶高超过回波顶高的70%,最大单体垂直液态含水量值在14 kg/m₂以上。     

CINRAD/SA雷达冰雹探测算法效果检验及参数本地化

2004年CINRAD/SA雷达新的冰雹探测算法(HDA)代替了原来的算法,新的冰雹探测算法(HDA)估测任意尺寸的冰雹概率(POH)、直径大于等于19 mm的强冰雹概率(POSH)和最大冰雹直径预测(MEHS)。结合济南雷达探测资料对冰雹探测算法预测效果进行了检验,虽然有较高的探测准确率,但同时错误率较高,临界成功率较低,最大冰雹尺寸预测值与实况的平均差值约为14.6 mm。对2002~2005年济南雷达站的历史资料进行了统计分析,降雹单体和非降雹单体在最大反射率因子上存在较大差异,5、6、7月的降雹单体最大反射率因子平均值分别为59.7、61.86、3.9 dBz,非降雹单体最大反射率因子平均值分别为53.8、54.9、55.6 dBz。依据统计数据,对冰雹探测算法中的反射率因子等门限值调整为53 dBz后,冰雹预测仍具有较高的探测准确率,错误率和临界成功率得到了明显改善;对最大冰雹尺寸预测中的算法因子门限值调整后,预测值与实况有较好的对应关系。     

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。     

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。     

河南省人工防雹作业指挥系统研发及应用

利用河南省历史气象资料,结合先进的防雹理论与技术,系统分析和总结了河南省冰雹过程的天气尺度与中尺度概念模型,并根据三维冰雹云数值模式及雷达探测、闪电定位、卫星、自动站数据,研发出河南省人工防雹作业指挥系统。该系统包括天气形势分析子系统和作业决策指挥子系统。天气形势分析子系统可根据大尺度形势背景、中尺度系统特征及三维冰雹云数值模式和卫星、闪电、自动站资料,对可能降雹区进行预测。作业决策指挥子系统通过对雷达数据产品的二次开发,完成雷达资料处理、产品生成及风暴自动识别、分类、预警,并根据参数的变化和雹云的移动方向,对下游作业区进行预警及输出作业方案。整个系统基于VS2005开发平台,使用c++开发语言,利用图层分层管理将地理信息、雷达实时观测资料、雷达二次产品、高空资料、火箭和高炮作业点等信息分层显示。系统自动化程度高,操作简便,为河南省冰雹天气预报预警提供了可参考的技术指标体系。     

多物理参量检验防雹效果的研究

除使用地面冰雹资料（即冰雹动能、质量、降雹强度等）外，还选用了反映雹云变化的雷达回波参量等１０个物理参量，作为作业效果的检验量，检验防雹效果。结果表明：高炮作业后雷达回波顶高、强度及３０ｄｂｚ强回波顶高显著地比作业前小；作业区比未作业区冰雹动能、冰雹质量、冰雹动能通量、质量通量、最大冰雹直径、数密度以及降雹持续时间也有明显减小。     

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异.结果表明:(1)大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子...     

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。     

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。     

湖北保康两次冰雹天气过程的综合分析

利用MICAPS常规资料、TWR01雷达资料及十堰多普勒雷达观测资料,结合地面降雹的实况报告,对2009年6月6日和8月26日发生在保康县的两次冰雹天气过程的天气背景、雷达资料进行了分析。结果表明,高空冷槽、中低层切变线是主要的影响系统。6月6日冰雹由强单体雹云产生,雹云回波具有超级单体回波特点。雷达初始回波高,雹云发展速度快;强中心呈纺锤状,中低层有弱回波区,降雹前垂直液态水含量有明显的变化。8月26日过程发生在副高内部型环流形势下,由合并加强后的雹云产生降雹。     

新疆阿克苏地区冰雹时空分布及雷达回波特征

利用"新疆气象灾情直报系统"冰雹灾情数据和阿克苏地区人工防雹作业信息,分析了阿克苏地区9县市2010—2019年冰雹天气的时间变化和空间分布特征,选用阿克苏地区9县市2009—2019年10场冰雹天气过程,应用美国Gibson Ridge Software LLC公司GR2Analyst雷达产品处理软件分析二次产品,得出以下结论:阿克苏地区近10 a平均每年出现冰雹14.5次,冰雹次数呈增多趋势,主要表现为春秋两季增多,5—7月冰雹天气高发,15—20时是冰雹易发时段,18—20时为高发时段,沙雅县和温宿县是阿克苏地区冰雹频发区。统计10个冰雹个例对流单体,1.5°仰角平均最大回波强度为50.7 dBZ、平均回波顶高为9.4 km、平均最大垂直液态水含量为12.8 kg·m^-2。超级单体风暴的雷达回波PPI上有"V"形缺口,垂直结构RHI有弱回波区或有界弱回波区。有界弱回波区或弱回波区面积越大、弱回波区上部回波越强、弱回波区高度越高,则冰雹越强,多单体风暴和单体风暴雷达回波的主要产品值明显小于超级单体。近10 a阿克苏地区人工防雹作业需关注春秋两季冰雹增多趋势,人工防雹作业高峰时段应集中在16—19时,比冰雹高发时段提前1~2 h。     

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)。     

唐山地区冰雹气候特征与雷达回波分析

利用唐山市11个气象台站1974—2009年冰雹观测资料和1999—2009年冰雹日的高空观测资料及2006 2009年的冰雹云多普勒雷达资料,详细分析并归纳了唐山市冰雹的时空分布特征、气候特征和冰雹云的雷达回波的识别特征,并分析了冰雹日数的突变特征。分析结果表明：唐山冰雹主要发生在北部山区、半山区。20世纪80年代是冰雹高发期,90年代以后逐渐减少;冰雹日数于90年代初期发生显著突变,突变后冰雹日数明显减少。上冷下暖的不稳定区域中,强烈不稳定能量的释放将有利于冰雹天气的产生。降雹的0℃层平均高度为3.4 km,-20℃层平均高度为6.3 km。唐山冰雹云回波中心强度大多大于60 dBz,垂直结构都为倾斜回波,回波顶（ET）都在8 km以上,垂直累积液态水大部分在25 kg·m~（-2）以上,基本径向速度图上表现辐合特征。     

风廓线雷达产品在冰雹天气过程中的应用研究

本文利用威宁县2022年6月2日一次冰雹天气过程风廓线雷达资料和威宁国家基准气候站降水资料,采用数理统计等方法对本次天气过程的风廓线雷达特征进行分析结果表明：冰雹、短时强降水开始前,低空急流的建立和垂直风切变的加强,急流造成的辐合加上近地层风向的切变作用为冰雹和强降水的产生提供了很好的动力条件;冰雹和短时强降水开始发生时,2000米高度以上有很大的正速度,可以作为一个指标判断对流发展的强弱情况;冰雹发生时折射结构常数（Cn2）值在-128~-110dB之间,也能很好的反映冰雹等强对流天气的开始,增强和结束过程。     

湘西北山区夏季冰雹云多普勒雷达定量判别指标

利用湘西北张家界市2005年夏季的人工防雹增雨作业资料和地面降雹资料，分析冰雹云的雷达产品特征，发现使用小型车载雷达可以很好地弥补多普勒雷达常规业务产品中垂直剖面产品方面的不足，并归纳总结出了湘西北山区夏季冰雹云的1个先兆特征综合定性指标和4个雷达定量判别指标。实践表明，综合运用定性和定量指标可以快速准确提前识别冰雹云，有利于早期作业，是人工防雹作业获得成功的关键因素。     

Investigating Lightning Characteristics through a Supercell Storm by Comprehensive Coordinated Observations over North China

Electrical characteristics of an isolated supercell storm observed on 13 June 2014 over Beijing were investigated using lightning data obtained from the Beijing Lightning Network, radar reflectivity, and hydrometeor retrievals during the 6-h lifetime. Positive cloud-to-ground(+CG) lightning took a high percentage of CG lightning. Before and during a hail event,+CG lightning was more frequent than negative cloud-to-ground(-CG) lightning, except that +CG lightning took a high percentage at the beginning and in the dissipating stage. After the hail event ended,-CG lightning dominated and reached its maximum value. An analysis of hydrometeors retrieved by X-band polarimetric radar revealed that the discharge concentrated in the convective region with graupel particles and hailstones, whereas graupel, snow and ice crystals in the stratiform region. Lightning radiation sources were located mainly in the convective region, some of which were distributed along a gradient of radar reflectivity from the convective region to the stratiform region. The indication is that the supercell demonstrated an inverted tripole charge structure before the hail event, which converted to a normal tripole structure after the hail event.