黔东南地区冰雹天气雷达临近预警指标研究

该文利用2012—2013年黔东南新一代多普勒天气雷达资料和常规探空资料,应用统计和对比分析方法,对黔东南地区10次冰雹天气过程的雷达回波特征及参数进行统计分析,结果表明:最强回波强度dBzM≥55 dBz、回波顶高ET≥9km、45 dBz强回波伸展高度H45 dBz≥7.5 km、回波顶高与0℃层高度差(ET-H0)≥6.5 km、最强回波高度与0℃层高度差(HTH0)≥-2 km、风暴顶高与-20℃层高度差(TOP-H-20)≥-1 km、VIL密度(VILM)≥2.5g·m-3、VIL密度与(ET-H0)的乘积VILE≥20g·m-2,可作为黔东南地区预警冰雹灾害的雷达阈值和指标,为冰雹灾害短时临近预警提供参考。     

强冰雹和短时强降水天气雷达特征及临近预警

利用恩施多普勒雷达和常规分析资料,详细对比分析了2007-2008年发生在恩施山区强冰雹和短时强降水天气过程中的雷达产品特征.在此基础上,找出了适合恩施山区强冰雹和短时强降水天气的雷达临近预警指标:选取负温区回波厚度≥7 km、CR强中心回波强度≥55 dBz、强回波梯度≥15 dBz·km-1、45 dBz强回波伸展高度≥7.5 km、累积液态含水量(VIL)密度≥3.2 g·m-3和雷达风廓线1.8～6.1 km风垂直切变均值≥2.3×10-3s-1作为强冰雹临近预警指标;当满足组合反射率(CR)强中心回波强度、VIL密度、40 dBz强回波伸展高度和雷达风廓线(VWP)上1.8～6.1 km风垂直切变值达43.0 dBz,1.1 g·m-3,7.0 km和1.9×10-3s-1,可以考虑该站点及附近地区进入短时强降水临近预警状态,并利用2009年发生的强冰雹和短时强降水天气过程检验了这些临近预警指标性能.     

短时强降水特征统计及临近预警

利用多普勒天气雷达、探空和逐小时降水量资料,对2010 2012年,滇西南普洱、西双版纳537次短时强降水天气过程进行统计分析,建立三种短时强降水概念模型,分别是:低质心弱辐合型短时强降水、低质心辐合型短时强降水、高质心短时强降水。对比分析了不同类型短时强降水的强度特征、移速特征、生命期特征、垂直风切变特征等,探讨了辐合作用与强降水维持时间的关系、辐合切变量与雨强的关系、D_(VIL)与降水量的关系。并得出预警方法:满足如下条件时,出现短时强降水的可能较大:(1)低质心强降水中,回波无倾斜特征,强度以40~45 dBz为主,强度从低层到高层维持或缓慢减弱,大部分回波的H_((40dBz))≥H_0,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.67 h(辐合切变量≥2.2 m·s~(-1)时,累计长度/回波移速≥0.50 h),预报提前时间30~40 min。(2)高质心强降水中,强回波边缘存在宽≥3 km、强度为40~45 dBz的回波,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.47 h,预报提前时间28 min左右。此外,对短时强降水成因进行了探讨。     

基于雷达特征参数的贵州中西部雹云单体跃增特征分析

利用2016-2019年贵州省人工影响天气作业站点上报信息、市（州）的灾情快报,以及毕节、贵阳、兴义3部新一代多普勒天气雷达资料等,分析贵州中西部7个具有多阶跃增特征的雹云单体的雷达参数演变特征,研究发现：（1）二阶跃增冰雹云演变呈发展-跃增-降雹-减弱-再发展-跃增-降雹的趋势;（2）降雹时刻,雹云的最大反射率因子（MaxREF）、45dBz回波高度（H45dBz）、回波顶高（H0dBz）、垂直累积液态水含量（VIL）平均值分别为63.4 dBz、7.55km、12.01km、39.08 kg/m2;大冰雹对应的MaxREF和VIL较小冰雹更大,大冰雹、小冰雹的H45dBz差别不大,大冰雹对应的H0dBz反而小于小冰雹;（3）冰雹发生前,MaxREF、H45dBz、H0dBz和VIL两个体扫间平均最大跃变分别为：5.89 dBz、2.19km、2.82km、17.5 kg/m2,跃变现象的出现比冰雹发生时刻平均提前21.4、22.2、28、28.8min,可以作为冰雹发生前的重要判断依据。     

滇南中小尺度灾害天气的多普勒统计特征及识别研究

利用普洱CIND3830-CC新一代天气雷达资料、地面观测资料、探空资料,对2004—2009年滇南普洱、西双版纳典型的中小尺度强对流天气的多普勒雷达回波特征进行统计分析,总结冰雹、大风、短时强降水的识别方法和预报指标。结果表明：冰雹云初始回波中心强度在40 dBz左右,高度在5 km左右,接近0℃层高度。冰雹云径向速度≥10m·s^-1,辐合特征明显,97%的移速≥30 km·h^-1,中心强度为55～69 dBz。97%的冰雹云的45 dBz回波顶高≥7.5 km,92%的冰雹云的45 dBz回波顶高超过-20℃层高度;大风回波可分为4种类型。96%的大风回波径向速度≥10 m·s^-1,50%的辐合特征明显,85%的移速≥30 km·h^-1,大风回波中心强度为30～55 dBz;强降水回波的辐合特征明显,79%的回波径向速度〈10 m·s^-1,85%的移速〈30 km·h^-1,回波强度集中在40～45 dBz,高度集中在6.5 km以下,强中心高度低于4.5 km,85%的强降水回波移速〈30 km·h^-1。这些特征可为短时临近预报提供参考。     

V型缺口在C波段多普勒雷达中的应用研究

利用普洱CIND3830-CC天气雷达资料、地面观测资料进行统计分析,研究2004—2013年普洱C波段天气雷达中V型缺口的统计特征、V型缺口与地面降雹的对应关系,并对V型缺口在冰雹预警方面的应用及其对短时临近预报预警的影响进行探讨,结果表明:(1)V型缺口的最佳观测仰角为0.5°~2.4°,垂直高度上,V型缺口的高度出现在2.1~6.5 km。(2)将V型缺口分为2种类型,第一类为块状强回波单体径向后侧的V型缺口,第二类为片状或块状多单体回波径向后侧的V型缺口。(3)第一类V型缺口的组合反射率(CR)为50~66 dBz,普遍≥55 dBz,出现冰雹的几率为69%。(4)第二类V型缺口的CR为47~64 dBz,普遍为50~55 dBz,出现冰雹的几率为29%。(5)当出现V型缺口、H_(45 dBz)≥7.5 km、CR≥55 dBz时,可预报有冰雹出现,准确率达100%,V型缺口对冰雹预警的时间提前量为5~102 min。此外,得出了V型缺口内冰雹回波的识别方法。     

三体散射长钉（TBSS）在C波段雷达中的应用研究

利用普洱CIND3830-CC天气雷达资料、地面观测资料进行统计分析,研究2004-2013年普洱C波段天气雷达中27次三体散射长钉(TBSS)的统计特征、地面降雹与TBSS的对应关系,并对TBSS在冰雹预警方面的应用进行探讨,结果表明:(1)C波段雷达中,产生TBSS的回波的反射率因子范围为55.0~68.4 dBz,70%的TBSS出现在反射率因子≥60 dBz时。(2)TBSS的维持时间为10~79 min,63%的TBSS维持时间超过20 min。(3)TBSS一般出现在4.0~9.5 km,最低出现在2.6 km,最高出现在11.4 km。(4)TBSS长5.6~22.4 km,宽1.5~14.6 km,TBSS宽度与强回波区径向外侧的60 dBz以上回波的面积成正比,但TBSS的长度与反射率因子核心的强度和宽度无明显对应关系。(5)出现TBSS时,59%的回波出现了降雹,11%的回波出现了强冰雹。(6)出现TBSS且出现降雹的过程中,TBSS预报冰雹的时间提前量为5~100 min,平均为34.5 min。(7)在出现TBSS且出现降雹的过程中,TBSS的宽度与冰雹的大小或降雹密度成正比。此外,分析了出现TBSS但未降雹的原因,找出了TBSS配合垂直液态水含量密度(D_(VIL))和45 dBz伸展高度、TBSS配合回波宽度和45 dBz伸展高度的预报冰雹的方法,在出现TBSS特征的回波中,上述方法的预报准确率分别达89%和94%(临界成功指数为0.89和0.94)。     

卢氏县冰雹天气特征分析

对卢氏地区冰雹出现的时间、发生源地、移动路径以及地理分布进行了统计,并分析了冰雹天气过程的雷达回波特征,结果表明:卢氏冰雹多出现在3-10月的午后和傍晚,北部多于南部,西部多于东部,山区多于川谷,背风坡多于迎风坡.冰雹一般形成于高低空急流交汇处.可以利用回波强度Z≥35 dBz、回波面积S0≥100 km2、回波顶高H0≥8 km、强回波高度Hm≥6 km及回波形状为指状、沟状、"V"形缺口、涡旋、前悬回波等5个指标来综合判别冰雹的出现.当同时满足Z≥35 dBz、H0≥8 km、Hm≥6 km或Z≥45 dBz时,降雹的概率可达到80%以上,应立即实施防雹作业.     

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。     

江西局地冰雹WebGIS雷达拼图回波特征分析

使用MICAPS系统平台、江西强天气监测平台、江西雷电监测平台、江西WebGIS雷达拼图平台等数据,采用形态分析方法,对2018年3月14日和4月5日井岗山、瑞昌、永修局地冰雹进行分析,结果表明:局地冰雹往往由超级单体回波所为,其影响范围较小,冰雹直径为5～10 mm,降雹时间约30 min。500 hPa、700 hPa和850 hPa有较强的暖湿西南急流,低层湿舌向东北伸展,地面有冷锋过境或存在辐合线,是强天气发展加强的重要天气系统。弓状回波带向前突出部分的前方有对流单体回波产生并且逐渐靠拢时,会使前方单体回波发展成为超级单体回波结构而产生冰雹等强天气。回波的合并是与回波的"传播"相联系的,回波的传播方式一方面加快了回波的移动速度,另一方面改变了回波的移动方向。局地冰雹回波产品特征:强度达到60～65 dBz、回波顶高ET达到9～12 km、液态含水量VIL达到40～60 kg·m~(-2)、垂直显示方式RHI上55～60 dBz强回波顶高达到5～6 km、有虚假回波伴随或有不特别明显的悬挂回波结构等特征。江西WebGIS雷达拼图上对冰雹等强天气的监测更为直观、明显,在识别冰雹回波上有较好的指示:短带回波中心强度从55～60 dBz发展为60～65 dBz时地面开始降雹;超级单体回波由55～60 dBz发展为60～65 dBz时预示着可能出现冰雹等强天气。冰雹的预报着眼点就是根据WebGIS雷达拼图上的以下特征来把握:1)60～65 dBz(粉红色)回波范围大于10×10 km,回波形状呈椭圆形;2)40 dBz(橘黄)回波界线与65 dBz回波界线梯度大;3)60～65 dBz回波中心有65～70 dBz(紫色)回波"核";4)强回波下风向有"前伸"回波结构。     

利用CFSR资料分析近30年全球云量分布及变化

在利用MODIS卫星的云产品资料对CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料云产品质量进行检验评估的基础上,采用CFSR资料对1979—2009年全球总云量及低、中、高云量的平均分布及其随纬度的变化进行了分析;用经验模态分解(EMD)方法分析了近30年全球云量的变化趋势,结果表明:(1)全球近30年平均总云量约为59%,全球总云量及低云量、中云量都有明显的纬向分布特征,全球总云量有3个峰值带和3个低值带。(2)低云量的海陆分布差异较明显,陆地上的低云量明显低于海洋上的,除了两个极圈附近,南半球各纬度的低云量都比北半球相应纬度上的都要多;高云量的高值、低值中心均集中在赤道附近到南、北半球30°之间的中低纬度,并且低值中心主要分布在大洋的东部。(3)总云量的总变化趋势为增长,具体表现为随时间呈现先略减少后大幅增加趋势,其突变点大致在1993年,在1993年之后,总云量显著增多。低云量和高云量均呈现增长趋势,中云量则相反,呈减少趋势。低云量增幅最明显,接近2%,中、高云量则增减幅度较小。     

全球云水量气候分布及变化趋势特征分析

采用20世纪再分析版本2c数据集的云水量逐月再分析数据,通过数理统计方法,分析了1960～2014年全球、海洋和陆地上空云水量的分布和变化特征及其与水汽通量的关系。结果表明:1）全球云水量空间分布不均,海洋高于陆地且比例约为4﹕3,中低纬海洋、陆地上空云水量变化趋势分别为0.07 g m?2 (10 a)?1和?0.04 g m?2 (10 a)?1,季节性差异主要体现于夏季在热带辐合带和南半球海洋高,冬季在北半球海洋和南半球陆地高。2）对比六大洲发现,云水量最高的南美洲有最快增加趋势,为0.46 g m?2 (10 a)?1,同时云水量最低的非洲有最快降低趋势,为?0.59 g m?2 (10 a)?1。3）中低层整层水汽通量散度场的辐合、辐散区和云水量的高、低值区相对应,云水量与水汽通量散度变化呈负相关（相关系数为?0.44）,负相关关系在赤道附近的低纬地区显著。本文揭示了在全球变暖背景下,大气中云水量分布和变化的时空格局,为模式参数化和未来气候预估提供参考。     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

南半球环流与西太平洋副热带高压和台风群中期活动的关系

通过对南北半球环流6年资料的分析,发现在北半球夏季5～8月,南半球中纬西风指数、低纬西风指数、赤道气压指标与北半球西太平洋副热带高压和台风群的中期活动均有较好的关系。在台风群活跃的年份,台风群生成阶段前后,环流变化由南半球中纬先开始,随后南半球低纬和赤道地区环流也出现变化,赤道气压指标到达低值,此后,北半球西太平洋副热带高压的特征产生一系列的变化,上述南北半球环流系统变化的传播过程为准二周周期。     

全球大气能量的时空特征及变化趋势分析

大气能量学是大气科学重要的组成部分，了解大气能量的时空分布和变化特征，能够为大气科学研究，尤其是气候变化研究提供新的思路和手段。本文基于1948～2016年NCEP逐月再分析资料，从大气的总能量及其内能、位能、潜热和动能的分布、变化趋势和主模态变化等方面阐释了全球大气能量变化的整体特征。主要结论如下:（1）除高海拔地区外，总能量呈现从赤道向两极逐渐递减的分布，且全球大部分地区呈增加趋势，内能和位能的分布和变化与总能量较为接近；潜热能的极大值区和显著变化区均位于赤道及低纬地区；动能的极大值区分布在中纬度长波槽和西风急流出口区，其在南半球双西风急流区的变化最为显著。（2）总能量呈现出不连续的阶段性跳跃式增长特征；北半球的总能量多于南半球，而增速却慢于南半球，即两半球间的能量呈趋同趋势；海洋上空的总能量多于陆地，且海陆间差额有增大趋势；火山爆发事件可能对大气能量在年际尺度上的减少有重要作用。（3）大气各能量第一模态的空间特征与其各自变化趋势分布非常相似，并先后在1975年左右发生了年代际突变。就第二模态而言，大气的总能量、内能和位能从整体上反映出南北极与其它地区呈反向变化的特征；部分低纬度地区的潜热能与其它地区呈反向变化；动能主要呈现从热带太平洋向南北两极的经向波列分布；它们的时间系数均有一定的多年代际变化特征，可能与气候系统的内部变率有关。     

Dust Storms in North China in 2002： A Case Study of the Low Frequency Oscillation

The low frequency oscillation in both hemispheres and its possible role in the dust weather storm events over North China in 2002 are analyzed as a case study. Results show that the Aleutian Low is linked with the Circumpolar Vortex in the Southern Hemisphere on a 30-60-day oscillation, with a weak Circumpolar Vortex tending to deepen the Aleutian Low which may be helpful for the generation of dust storm events. The possible mechanism behind this is the inter-hemispheric interaction of the mean meridional circulation, with the major variability over East Asia. The zonal mean westerly wind at high latitudes of the Southern Hemisphere in the upper level troposphere may lead that of the Northern Hemisphere, which then impacts the local circulation in the Northern Hemisphere. Thus, the low frequency oscillation teleconnection is one possible linkage in the coupling between the Southern Hemisphere circulation and dust events over North China. However, the interannual variation of the low frequency oscillation is unclear.     

BCC_CSM对全球海表温度和混合层深度的模拟评估

为了定量评估北京气候中心(BCC)发展的BCC_CSM对当代全球海表温度和混合层深度的模拟能力,以WOA09(World Ocean Atlas 2009)观测资料作为检验模式的气候态实况场,提取包括BCC_CSM在内的CMIP5中的17个海气耦合模式的模拟结果,评估BCC_CSM模拟的全球海表温度和混合层深度的气候平均态并分析造成偏差的可能原因。结果表明:BCC_CSM模拟的海表温度在北半球中高纬的误差较大,而在其余纬度的模拟性能较佳。偏差的产生主要归因于海洋环流偏差。BCC_CSM模拟的最深混合层在北半球中高纬和南半球高纬地区的误差较大,同时这些区域也是多模式模拟差异最大的区域;其模拟的最浅混合层在南半球中高纬的偏差较大。冬季大西洋经向翻转环流的模拟在北大西洋下沉的位置偏南导致北半球高纬地区海表温度偏冷。由此认为包括BCC_CSM在内的许多海气耦合模式需重点改进对南、北半球深对流海域物理过程的描述,以提高气候预测的可信度。     

30—60天大气振荡的全球特征

利用ECMWF格点资料,分析研究了大气季节内(30—60天)振荡的全球特征。30—60天振荡动能的分布表明高纬度地区要比赤道地区大得多。说明那里有较突出的30—60天振荡。中高纬度地区的30—60天振荡与热带有明显不同,垂直结构为正压模态,以纬向2—4波为主,多为向酉传播。30—60天振荡存在明显的低频遥相关,北半球主要为欧亚—太平洋(EAP)型和PNA型,南半球主要有澳洲—南非(ASA)型和环南美(RSA)型,并且在全球范围构成南北半球相互衔接的低频波列,即EAP-ASA波列和PNA-RSA波列。南北半球30—60天大气振荡有明显的相互影响,本文研究了南北半球30—60天振荡相互影响的3种主要过程。     

Mean annual poleward energy transports by the oceans in the southern hemisphere

A survey is made of the published estimates of the components of the poleward flux of energy by the atmosphere in the Southern Hemisphere in order to determine the total atmospheric transport. Together with recent measurements by satellite of the Earth's radiation budget this allows a new estimate of the required poleward energy transport by the oceans in the Southern Hemisphere for mean annual conditions. Results show that the ocean and atmosphere each contribute similar amounts for 0–30°S and that the ocean probably also transports about one third of the total at 60°S. The latter is in contrast to similar latitudes in the Northern Hemisphere where the ocean transport is negligible, but consistent with the different distribution of land and sea in the two hemispheres.     

Temporal and spatial variations of global deep cloud systems based on CloudSat and CALIPSO satellite observations

ABSTRACT The spatial and temporal global distribution of deep clouds was analyzed using a four-year dataset （2007-10） based on observations from CloudSat and CALIPSO. Results showed that in the Northern Hemisphere, the number of deep cloud systems （DCS） reached a maximum in summer and a minimum in winter. Seasonal variations in the number of DCS varied zonally in the Southern Hemisphere. DCS occurred most frequently over central Africa, the northern parts of South America and Australia, and Tibet. The mean cloud-top height of deep cloud cores （TDCC） decreased toward high latitudes in all seasons. DCS with the highest TDCC and deepest cores occurred over east and south Asian monsoon regions, west-central Africa and northern South America. The width of DCS （WDCS） increased toward high latitudes in all seasons. In general, DCS were more developed in the horizontal than in the vertical direction over high latitudes and vice versa over lower lat- itudes. Findings from this study show that different mechanisms are behind the development of DCS at different latitudes. Most DCS at low latitudes are deep convective clouds which are highly developed in the vertical direction but cover a rela tively small area in the horizontal direction; these DCS have the highest TDCC and smallest WDCS. The DCS at midlatitudes are more likely to be caused by cyclones, so they have less vertical development than DCS at low latitudes. DCS at high latitudes are mainly generated by large frontal systems, so they have the largest WDCS and the smallest TDCC.