0℃层高度的变化对冰雹融化影响的分析和应用

通过冰雹融化过程的热量平衡公式得到0℃层高度与冰雹融化能力的近似关系,分析小尺度冰雹条件下0℃层高度对0℃层冰雹半径和地面冰雹半径的影响。结果表明：地面冰雹半径随0℃层冰雹半径和0℃层高度变化,设定冰雹云判别的雷达回波高度和中心强度等指标时应考虑0℃层高度变化的影响;0℃层高度在2000~6000 m范围内时,0℃层冰雹最小半径临界值在0.32~1.08 cm,临界降雹的最小上升气流速度在11.5~21.2 m·s-1;结果分析可初步了解0℃层高度对冰雹融化的影响,为冰雹预报及人工防雹作业提供重要参考依据,降低通过WSR 88D增强HDA算法做冰雹尺寸预报的虚警率。     

渤海湾北部地区冰雹天气分型及预报方法研究

利用常规观测和区域自动气象站资料，对2000-2016年渤海湾北部地区5～11月出现的32次冰雹过程进行天气学分型，对比不同类型冰雹天气得环境参数特征，得出相应的预报方法。结果表明：渤海湾北部地区冰雹主要分为高空干冷气流强迫型及斜压锋生型。前者由对流层中高层的干冷平流强迫，配合中尺度低压及地面辐合线，午后近地面的太阳辐射加热起到关键作用（简称干冷强迫型）；后者主要发生于低涡槽前的锋面气旋冷锋附近，锋面动力强迫是此类冰雹的主要触发机制（简称锋生型）。干冷强迫型较锋生型表现出更强的静力不稳定层结、更大的风向垂直切变、相对较低的低层湿度和0℃、-20℃层高度。渤海湾北部地区降雹多发生于东北冷涡天气背景之下，湿度条件高于西北地区低于中东部地区，层结不稳定度高于中东部地区低于西北地区。除中低层温度直减率、中层干层、低层湿层及深层垂直风切变等常用指标外，本文发现湿球0℃层高度及逆温层高度对渤海湾北部地区冰雹天气发生有着较好的指示意义。选取以上预报因子，运用指标叠套法对2017、2018年5～11月进行冰雹潜势预报，降雹过程无漏报，TS评分高于国家级强对流主观预报。     

广东省大冰雹事件的层结特征与融化效应

本文主要利用L波段常规探空数据、华南区域加密自动站资料以及ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料,依据我国冰雹等级划分标准（GB/T 27957-2011）筛选了2004～2017年发生在广东的23个大冰雹事件（直径≥20 mm）,重点分析其大气层结状态与结构特征,定量诊断了大冰雹的融化效应,并建立了判别大冰雹的物理参数模型。结果表明:（1）大冰雹事件“上干下湿”比非大冰雹（直径≥5 mm且＜20 mm）事件更加清晰,产生大冰雹所需的对流（位势）不稳定建立更依赖于“上干下湿”而不是“上冷下暖”。（2）H_?/H₊（冷云和暖云厚度比值）对于区分大冰雹与非大冰雹具有较好的指示效果,H_?/H₊高于1.6/1对判别产生大冰雹有参考价值。（3）相比于非大冰雹事件,大冰雹事件最大热浮力高度高于?5℃层,有利于托举雹胚进入有效增长层（?10℃～?30℃）,促使雹胚生长为大冰雹。最大热浮力强度≥4℃可作为判别大冰雹与非大冰雹的关键阀值。（4）热传递与对流交换（）对大冰雹融化起主要作用,其贡献率与DBZ（冻结层高度）、（环境平均温度）呈反比关系;冰雹表层水膜因蒸发或重新凝结消耗潜热（）对大冰雹融化影响表现在DBZ高度上的冰雹直径越小、融化贡献率越大,大冰雹融化程度越大。高空的干层向下延伸到较低高度有利于大冰雹不被或少被融化,也是大冰雹事件WBZ（湿球零度层高度）显著低于DBZ的重要原因。（5）基于全文统计内容与对比分析,构建了一个判别大冰雹的物理参数模型,大气层结满足ΔT_d85（850 hPa与500 hPa的露点差）≥46℃、500 hPa的T?T_d≥15℃、1000～700 hPa最小的T?T_d≤2℃、H_? /H₊≥1.6/1,最大热浮力强度≥4℃、最大热浮力高度高于?5℃层时,有利于产生大冰雹。     

近11年天津冰雹统计特征及对流参数指标分析

针对2009—2019年天津地区70次冰雹天气过程时空特征进行统计分析,并利用美国国家环境预报中心全球模式业务系统分析资料(NCEP FNL)和地面气象观测数据构建融合探空序列,对比分析不同月份、不同天气型和不同大小冰雹的环境条件差异,给出相应的环境参数指标。结果表明:天津降雹主要出现在4—9月,其中6月冰雹和大冰雹发生日数分别占49.4%、60.0%,12—20时冰雹和大冰雹发生概率分别占74.8%、100%。冰雹发生前对流有效位能(CAPE)、抬升指数(LI)、垂直风切变(SHR)、湿球0℃层高度(H_WBZ)、大气可降水量(TPW)均存在明显的月变化特征,但总指数(TT)和强天气威胁指数(SWEAT)作为预报判据时其月变化并不明显,4月和9月大多数冰雹天气发生在“低能强切变”条件下,7月和8月则多发生在“中高能弱切变”条件下。此外,不同月份H_WBZ平均比干球0℃层高度(H_DBZ)偏低0.4～0.9 km,除了7月和8月极少数冰雹H_WBZ位于4.0～4.2 km范围,其余冰雹天气过程均发生在低于3...     

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。     

一次寒潮过程的多种相态降水机理分析

利用气象站观测资料、NCEP分析资料和中尺度模式WRF-V3,从环流形势、动力机制、温湿特征等方面对2010年2月9-11日江苏一次雨、雪、冻雨、冰雹等不同相态的寒潮过程进行分析。结果表明,冻雨和雪的大气层结有明显差异,冻雨发生时在对流层中低层有融化层,融化层内温度为1~2℃,近地面气温低于0℃;降雪发生时,整层大气温度都在0℃以下。对流层中低层大量的水汽平流和暖平流是造成冬季对流性天气的主要原因,冬季产生冰雹的"高架雷暴"位于近地面冷池之上,冰雹出现前对流层中上层有干空气侵入。WRF-V3模式数值模拟结果表明,降雨和冻雨出现时对流层低层都有雨滴存在,降雪时对流层低层的雨滴消失。     

湘东北一次降雹超级单体过程的双偏振雷达回波特征

利用S波段双偏振雷达资料和多种观测资料,对2021年5月10日湖南长沙的大冰雹超级单体风暴过程进行分析,结果表明：(1)此次过程发生在低层暖平流主导下,高能量、有利的对流不稳定条件以及湿球0℃(WBZ)高度明显低于0℃层高度为大冰雹超级单体风暴的形成和维持提供了有利条件。(2)强中心(水平反射率因子Z_h≥60 dBz)面积和最大水平反射率因子明显增大、垂直累积液态水含量跃增和质心高度发展到冰雹有效增长层,可作为大冰雹形成发展的依据。(3)差分反射率因子(Z_dr)柱、相关系数(CC)、差分相移率(K_dp)演变可为冰雹的云物理特征变化提供重要参考。Z_dr柱(≥1 dB)的出现对应上升气流区,扩展至WBZ以上,Z_dr柱的发展和维持表明其携带的过冷雨滴为冰雹发展和维持提供了雹胚;Z_dr洞(<0 dB)对应下沉气流区扩展至近地面,结合小CC和Kdp“空洞”对应干的大冰雹。(4)构建的超级单体风暴降雹阶段不同仰角的双偏振监测识别模型显示,强雹暴回波离开雷达一侧存...     

基于地基微波辐射计资料对咸宁两次冰雹天气的观测分析

利用地基微波辐射计观测资料,对两次冰雹过程进行观测分析。结果表明:中低层暖湿气流输送、中层干冷空气侵入,在0~10 km形成"上干、下湿"2层垂直分布结构。低层的感热和潜热随上升气流向上输送,2~3 km层明显增温,0、-5和-20℃层略微上升。同时,低层水汽也随上升气流向上输送,降雹前大气液态水总含量(ILW,下同)和大气水汽总含量(IWV,下同)及过冷水含量快速增长。水汽经过冷层后,冰晶增多增大。当冰晶增大落入0℃以上区融化层时,冰晶融化导致液态水增加,一部分形成冰雹或地面降水,导致降雹之后ILW、IWV及0℃以下液态水含量减小。上述结论对冰雹的预警有一定指示意义。     

冷涡底部一次弓状强飑线的演变和机理

综合利用多种观测资料和NCEP分析资料,分析了2016年6月30日发生在冷涡南部暖区的一次长生命史弓状飑线(以下简称飑线)的环境条件、触发、演变和维持机制以及预报难点。其发生环境条件为超过4000 J·kg~(-1)以上的对流有效位能(CAPE)、中等强度0～6 km垂直风切变,是超级单体形成和维持的有利条件;湿球温度0℃高度3. 6 km是有利大冰雹形成的融化层高度;整层相对干(对流层中层达28℃温度露点差)、大的垂直减温率和下沉对流有效位能(DCAPE)都是形成弓状回波和地面强风的有利条件。前期较大对流抑制能量(CIN)抑制了对流初生;随着地面温湿度增加CAPE显著增大、CIN减小,加之边界层辐合显著增强因而触发了对流。老的对流出流气流,环境低空西南气流增强为急流和上游的低空西北偏西气流增强了边界层辐合。飑线发展过程表现出以下特征:TBB演变表明飑线是由线状积云发展成为一个中尺度对流复合体,以正闪为主的闪电和地面大风主要分布于TBB低值处;可见光云图显示具有粗糙的纹理、显著的上冲云顶和旋转等特征;雷达反射率因子显示其由一个β中尺度线状对流系统发展成为一个α中尺度弓状飑线系统;成熟阶段具有显著的回波悬垂、有界弱回波区、中气旋、强中层后侧入流、后侧入流缺口、前侧入流缺口和中层径向速度辐合等特征,异常的垂直液态水含量值是产生大冰雹和雷暴大风的典型雷达回波特征;由于高层分流气流和其西侧不断有新生对流使其组织成非对称尖锥状。对流层中层大的温度露点差和强的后侧入流导致的强下沉辐散气流是形成弓状回波结构的主要原因。位于飑线前沿辐合区后侧的强前侧入流是飑线和弓状回波维持的主要原因。500 hPa风速初期偏弱后期增强、前期较大的CIN及后续迅速减小和抬升触发条件相对弱是该飑线的短期时效预报难点。     

不同尺寸冰雹S波段双偏振雷达偏振量特征统计

冰雹大小影响天气灾害的程度,为发展基于双偏振参量识别冰雹大小的算法,筛选了2019年、2020年山东省发生的33例冰雹事件,依据我国冰雹等级划分标准将其划分为小冰雹、大冰雹、特大冰雹,基于湿球0 ℃及冰雹融化特性确定了7个高度层,探讨了3类冰雹在不同高度层的双偏振参量分布特征,并获得了冰雹的偏振参量阈值。研究表明:在相同高度,冰雹越大雷达水平反射率因子Z_h中位数越大、差分反射率因子Z_dr中位数越小且基本为正值,但在-10~-20 ℃层,大冰雹的Z_dr中位数易呈现负值;相关系数CC中位数随冰雹增大或高度降低而减小,但特大冰雹在0 ℃层到H_{0 ℃}-1 km (0 ℃层下1 km) 之间由于融化比例较小CC反而会稍大;冰雹差分相移率K_DP中位数在0 ℃层以上为0 °/km左右,在0 ℃层以下随高度降低冰雹融化而增加;大冰雹或特大冰雹基本特征是Z_h大、CC小、Z_dr小,CC可低至0.7以下,所有冰雹的Z_dr、K_DP可出现负值,小冰雹Z_dr大于0 dB的情况较多,特大冰雹Z_dr接近0 dB;-20 ℃层以上的Z_h、0~-20 ℃层的CC和Z_h、0 ℃层以下的CC、Z_h、Z_dr对冰雹大小比较敏感。