基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

桂北一次冰雹过程综合分析

利用柳州多普勒天气雷达、常规观测和地面自动站资料,对2008—03—20发生在广西北部的超级单体雹暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。主要结果如下：①即使位势不稳定较低,只要0℃层和-20℃层高度适中、有较强的垂直风切变,并且具备一定的水汽条件和触发机制,就有可能发生雹暴。②VIL值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持。③对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势。④双倒“V”字型人流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。     

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。     

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。     

鄂北一次超级对流单体的双偏振雷达特征分析

利用湖北省随州市S波段双偏振雷达资料及常规观测资料，对2020年5月4日鄂北随州出现的超级单体风暴进行分析。结果发现：①在有利天气背景作用下，形成了上干冷下暖湿的垂直层结、0~6 km中等强度垂直风切变以及地面辐合线，为强风暴的发生发展提供环境条件和触发条件。②超级单体发展过程中，观测到前侧“V”形入流缺口、中气旋、弱回波穹隆、悬垂回波、钩状回波等特征，且风暴顶高度、风暴质心高度、最大水平反射率因子高度以及垂直累积液态含水量等风暴参数均呈先升后降趋势。③超级单体的发展和成熟阶段，在0 ℃层以下的低层，于前侧下沉气流西侧的水平反射率因子大梯度区观测到浅薄的差分反射率因子Zdr大值区，即Zdr弧；④超级单体的初始阶段、发展阶段以及成熟阶段，在0 ℃层之上的中层，观测到强上升气流的正温度扰动使冰相粒子在附近融化而形成的Zdr环形大值区和相关系数环形小值区。⑤垂直方向上，在超级单体的初始阶段、发展阶段以及成熟阶段均观测到Zdr柱和差分相位常数Kdp柱。Zdr柱与弱回波穹隆区位置对应较好，其不同时期特征反映了上升气流强的变化；Kdp柱的变化反映了超级单体中含有大量液态水滴区域的变化。     

苏北地区超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用江苏3个探空站、5部CINRAD/SA型多普勒天气雷达、地面常规与加密自动站等观测资料,分析2005—2009年苏北地区72个超级单体风暴发生的环境条件和多普勒天气雷达回波特征。探空和地面资料分析表明,苏北地区超级单体风暴可以产生在差别相当大的环境条件下:强降水超级单体通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变中等的环境下,经典超级单体更多地产生在对流有效位能较高和垂直风切变较强环境下;产生大冰雹和(或)雷暴大风的超级单体,无论是经典还是强降水型超级单体,其环境特征均为0℃层、-20℃等温线高度较低,850—500 hPa温差较大,低层露点不高;产生龙卷特别是F2级以上强龙卷超级单体环境特征常常表现为低层(0—1 km)垂直风切变大、850—500 hPa温差相对较小、抬升凝结高度低、低层露点高,这类超级单体在产生龙卷的同时也常常伴有短时强降水甚至极端短时强降水。多普勒天气雷达资料分析表明,苏北地区超级单体具有持久的中气旋、回波墙和有界弱回波区或弱回波区结构,可以产生大冰雹、龙卷、短时强降水和下击暴流等强对流天气;超级单体的类型主要有经典超级单体、强降水超级单体以及强降水超级单体组成的复合风暴。经典超级单体一般为孤立风暴,中气旋多数情况下位于其右后侧(相对于风暴移动方向),低层有明显的钩状回波和入流缺口,入流缺口之上存在宽大的有界弱回波区,其上有强反射率因子组成的风暴核,最强的反射率因子可达75 dBz;强降水超级单体前侧有入流缺口和旁边粗胖的凸起部分与中气旋相伴,与经典超级单体的钩状回波在形态上区别明显,同样存在有界弱回波区或弱回波区,中气旋环流中有明显的降水回波;强降水超级单体组成的复合风暴内中气旋一般位于其前侧,主要结构与强降水超级单体相似,生命史较长。超级单体结构属性分析表明,绝大多数情况下,苏北地区超级单体风暴的最大反射率因子为55—76 dBz,基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)为35—90 kg/m~2,垂直累积液态水含量超过60 kg/m~2时风暴有可能产生大冰雹,特别是在4—6月,冰雹直径随着垂直累积液态水含量的增大而增大,因此,垂直累积液态水含量季节性高值可以用来辨别产生大冰雹的超级单体;绝大多数情况下,中气旋旋转速度大于15 m/s,直径在3—10 km,持续时间超过40 min;中气旋的底越低,直径越小,产生龙卷的可能性越大。     

双线偏振多普勒雷达对一次降雹超级单体发展减弱阶段的演变分析

2015年4月28日,在高空冷涡的天气背景下,一个伴有较长生命史中气旋的超级单体在上海南汇双线偏振多普勒雷达观测范围内经历了发展减弱阶段,并产生了冰雹、雷雨大风、短时强降水等灾害性天气。利用常规天气观测、南汇双线偏振多普勒雷达、双雷达反演风场等资料分析发现,超级单体在发展成熟阶段呈现出回波悬垂、低层入流缺口、中气旋以及三体散射等经典特征,以及表示雷暴处于发展加强阶段的差分反射率因子柱。差分反射率因子柱通常意味着雷暴中上升气流的加强,同时说明大量的水滴可以被强上升气流托举到0℃层以上,形成过冷水滴,从而有利于冰雹的形成。超级单体经过的区域0～6 km垂直风切变达到了22～26 m·s~(-1),强垂直风切变环境有利于水平涡度发展,南汇雷达观测范围内中气旋维持了100 min左右,有利于雷暴的发展维持。此外,基于模糊逻辑法对此次降雹强对流天气过程开展了相态识别,结果表明,模糊逻辑法对此次强对流天气过程中的冰雹、降水等不同性质的降水能够进行有效的识别,有助于对雷暴降水相态本质的认识。     

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m~(-3),这也是大冰雹的预报指标。     

伊犁河谷冰雹分布及其雷达回波特征分析

利用2010—2021年中国气象局灾情直报、地面观测、多普勒雷达资料，分析了伊犁河谷冰雹时空分布及雹云雷达回波：（1）5—8月是冰雹高发期，其中6月出现冰雹次数最多且雹暴发展最为旺盛；其日变化峰值在16—19时，19时出现最多。（2）冰雹易出现在河谷喇叭口地形的南北两侧，昭苏县的冰雹占伊犁河谷冰雹总数的一半以上且多为普通单体和多单体风暴，线风暴和超级单体风暴多发在霍城县。（3）统计32个雹云雷达回波初步凝练出预警指标：当反射率因子大于50 dBZ，回波顶高大于8 km，VIL出现跃增时，应警惕冰雹的发生；当回波顶高发展到11 km以上，出现冰雹的概率较大；（4）4类雹暴分别具有如下特征：普通单体多为高悬的质心；多单体风暴生命史较长，会反复影响同一地区；线风暴组织性较差，结构松散，低层常出现钩状回波；超级单体风暴基本具备所有典型回波特征，但有些个例中气旋不明显。     

阿克苏地区西部冰雹天气雷达回波演变特征分析

利用2009—2020年阿克苏地区西部6县市中国气象局灾情直报、地面观测、阿克苏多普勒雷达资料，分析阿克苏雷达监测覆盖区冰雹天气时空分布及雹云雷达回波演变特征，结果表明：（1）2009—2020年共出现211站次冰雹，2011年最多，28站次；高发期为5—8月，6月冰雹频次最高；日变化峰值在16—19时。（2）雹云单体最强反射率因子均≥52 dBZ，回波顶高高于8 km，垂直累积液态水含量跃增达4.47 kg/m2及以上且垂直累积液态水含量最大值大于10.0 kg/m 2时雷暴单体发展为雹暴的可能性极大。超级单体雹暴反射率因子、回波顶高、VILmax统计指标均高于多单体和普通单体雹暴。（3）普通单体风暴多初生于乌什县、温宿县北部沿山一带；多单体雹云多初生于乌什县西部南部、温宿县北部沿山一带，乌什县境内最多；超级单体雹云多初生于温宿县。回波单体移动大多以西北-东南路径为主。（4）雹云回波发展初期往往伴随着第一次爆发式增长：反射率因子增大、回波顶升高、VIL跃增，超级单体雹暴表现更为明显，降雹时刻伴随着再一次爆发式增长。VIL急剧增大或急剧减少与降雹开始和结束关系最为密切。（5）超级单体雹暴维持时间和整体生命史均较多单体雹暴和普通单体雹暴时间长；多单体风暴需要较长的酝酿时间且影响区域较大。     

不同地貌上风速风向逐秒变化的观测

风力在速度与方向上的不稳定性可引发结构的振动并可导致结构损坏。由于气象资料取值周期较长而结构自振周期一般在钞的数量级，因此现有描述风不稳定性的数据常不符合结构动力分析的需要。对滨海、高山及城郊等不同地貌测点其风速、风向同时逐秒的变化进行了观测和记录。数据分析显示，滨海测点风不稳定性较小，高山测点在不同风向下所测风皆有一定程度的不稳定性，而城郊测点风不稳定性较大，表明自然风在风速、风向方面的不稳定主要与地貌及地形条件有关。认为在不利地形条件下工作的结构应进行必要的风动力分析。     

一种新的台风海面风场的拟合方法

基于台风风场的经验风公式和修正的梯度风方程并考虑了台风气压场的非对称性,提出了一种新型的台风风场合成模式。经过对10多个不同类型热带气旋(台风)的检验,结果表明,新的模式可以模拟出各种强度及不同眼半径台风的海面风场,比以往常用模式能更真实地反映实际台风风场。     

包头地区风和风能资源

风能是地球表面空气流动所产生的动能,也是提供给人类的一种可利用的重要能源.文在第三次气候区划的基础上,对包头地区近40a(1971-2010)风及风能资源做了统计分析.结果表明,包头地区风能资源丰富,开发利用风能资源有着巨大的发展潜力.     

ASCAT近岸风在山东沿海的适用性分析

利用2013年1月—2014年12月山东近海的8个浮标站、海岛站和自动站资料与ASCAT近岸风速和风向进行对比,以分析ASCAT反演风场在山东沿海的适用性。研究发现：总体上看,ASCAT近岸风速与代表站实况风速正相关,ASCAT近岸风速在山东沿海误差较小,风向有明显的偏离。ASCAT近岸风在渤海、渤海海峡和黄海北部的适用性优于黄海中部。风力不同时,ASCAT近岸风速与实况偏差有明显差别,表现为当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风速小于实况;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风速大于实况。就ASCAT风速偏差而言,6级以下的风速偏差小于6级及以上风。ASCAT近岸风向与实况偏差也有明显差别,当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变小;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变大。因此,ASCAT近岸风速在山东沿海有较好的适用性,6级以下风更优;ASCAT近岸风向也有一定的适用性,6级及以上风向可用性比6级以下强。     

2006年4月11—13日湖北省大风致灾分析

2006年4月11—13日湖北省各地出现大风天气,给农业、供电、城市公共设施造成极大破坏。根据《建筑结构荷载规范》,利用各站逐时风速资料,对该过程所产生的基本风压和结构风压进行了详细计算并与历史个例进行对比。结果表明,该次过程产生的在离地10m高度造成的最大风压(瞬时)为0.53kN.m-2,30m铁塔最大结构风压(瞬时)高达2.60kN.m-2,其破坏力比基本风压放大了5倍,足以对铁塔、房屋、广告牌等构筑物产生严重破坏。     

A Comparative Study of Stationary and Non-stationary Wind Models Using Field Measurements

We present a comparative study of the conventional stationary wind speed model and a newly proposed non-stationary wind speed model using field measurements. The concept of, and the differences between, the two wind models are briefly reviewed. Wind data recorded by a field measurement system for wind turbulence parameters (FMS-WTP) of 1-year duration are analyzed using the two wind models. Comparisons were made between the wind characteristics obtained from the two models, including hourly mean wind speed, turbulence intensity, the wind spectrum, integral length scale, root coherence function and probability density function. The effects of wind types (monsoon or typhoon), statistical properties (stationary or non-stationary), and surface roughness (open-sea fetch or overland fetch) on wind characteristics are discussed. The comparative study demonstrates that the non-stationary wind model appears to be more appropriate than the conventional stationary wind speed model for characterizing turbulent winds of one-hour duration over complex terrain.     

基于风速高相关分区的风电场风速预报订正

为了提高风电场风速预报和功率预测的精度和准确率,并考虑风机测风数据的不稳定因素,以多年服务的内蒙古中部某风力发电场A为研究区,在勘察风电场地形及风机布局后,按照季节、风向进行风机间风速时空相关性分析,划分出风机轮毂高度风速高相关为典型特征的风机网格分类片区,采用卡尔曼滤波方法,通过直接和间接两种订正方案,分别进行风机片区风速订正。结果表明:风速高相关风机片区的划分,对于提高风电场风速预报及功率预测精度和准确率具有一定作用,利用风电场区测风塔梯度观测风速,对风机片区进行间接订正,可有效改善数值模式预报风速,15个片区类型下相关系数由0.18~0.72提高至0.67~0.91,误差绝对值由1.6~2.9 m·s-1降低至1.0~1.5 m·s-1。     

山东即墨风电场风力资源分析

以即墨气象站风速风向为参考,利用其30年风速资料确定风电场代表年,根据铁塔气象观测资料分析即墨风电场的风力资源状况;依据“风能资源评价技术规定”对即墨风电场的风速风向进行了检验修正。分析了测风塔各高度风速日、年变化,风向频率年月变化。计算分析了测风塔不同高度平均风速、风功率密度、有效小时数等风能参数。计算了不同风电机型60~70 m轮毂高度年发电量及其随高度变化规律;估算了风电场年发电量。得出即墨风电场达到3级风场标准,具有开发价值。     

呼和浩特市不同观测频次风资料对比及对应污染风频分析

文章对呼和浩特市每日24观测频次和每日4观测频次的平均风速、最大风速、风向频率及对应污染风频进行了对比分析,结果表明:两者在平均风速、风向频率及主导风向污染风频方面具有比较一致的变化特征;而在最大风速、最大污染风频、静风污染风频上相差较大,差值分别达2.1 m﹒s-1、1.4%、3.0%。说明两者在定性判断上具有较好的一致性,而在专项研究和定量分析上,每日24观测频次较每日4观测频次风资料更具客观性。     

风预报的数值产品释用研究

根据地转风和偏差风原理，建立了风预报的数值产品释用方案。通过一年试验预报和３年业务预报检验，证明此方案是一个有效的实用的方案。