基于双偏振雷达和降水现象仪的郑州“7·20”极端强降水微物理特征分析

利用降水现象仪、双偏振雷达、常规气象观测资料和再分析数据,分析了郑州“7·20”极端强降水过程的微物理特征。此次过程受多尺度天气系统的共同影响,为复杂多变的降水微物理特征提供了有利的环境条件。结果表明,此次过程地面雨滴谱分布随时间存在明显变化,雨滴谱参数分布较广,覆盖了从大陆性对流降水至海洋性对流降水的分布区域。20日16—17时最强降水时段,小粒子数密度显著高于东亚地区普通对流性降水的统计结果和华南地区夏季平均值,且存在大量大粒子,保证了极高的降水效率。双偏振雷达参量的垂直结构反演结果显示,对流系统质心低,具有典型的暖云特征;0 ℃层以上冰相过程相对活跃,0 ℃层以下强烈的暖雨过程,大量的冰相粒子落下并融化和低层高效率的雨滴碰并增长过程,导致各尺度高浓度雨滴的生成,最终形成地面的极端强降水。     

基于双偏振雷达资料的一次强降水超级单体风暴特征分析

基于山东济宁S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2021年6月14日发生在山东单县一带的强降水超级单体双偏振参量特征和微物理特征进行了分析。结果表明：环境整层湿度较大, CAPE较强,0 ℃层高度较高,利于强降水产生,0~6 km具有中等强度垂直风切变,利于超级单体风暴产生与维持。单县超级单体风暴旺盛阶段强度在60~65 dBZ,强中心高度基本位于0 ℃层高度之下,质心偏低。KDP柱的高度与宽度明显大于ZDR柱,强盛宽阔的上升气流将一定浓度、小的液态粒子带至较高高度并持续较长时间。风暴低层左侧一直存在KDP大值区,同时也存在3 °/km以上的KDP高值区,液态粒子浓度较高,最大分钟降水量维持在3 mm以上。风暴低层右侧有明显的入流缺口,有明显的ZDR弧,表现为偏大的液态粒子。环境0?℃层高度以上较厚的厚度内含有丰富的液态粒子和冰相粒子,丰富的冰相粒子下降到0 ℃层高度之下出现明显融化,在低层强切变的“筛选”作用下,风暴右侧入流与下沉气流结合区以大的液态粒子为主,浓度小,降水强度较弱。风暴左侧低层为高浓度液态粒子,从而产生高强度降水。     

江淮梅雨期极端对流微物理特征的双偏振雷达观测研究

为研究梅雨期极端对流系统的微物理特征,利用2013—2014年江淮梅雨期间南京溧水S波段双偏振雷达探测资料和地面自动站小时降水资料,统计分析了两类极端对流降水系统的微物理特征及差异。这两类极端对流系统的定义基于地面降水强度和雷达回波顶高,分别为所有对流中降水强度最强的1%（R类:小时降水强度>46.2 mm/h）和对流发展高度最高的1%（H类:20 dBz回波顶高>14.5 km）。结果显示这两类极端对流系统仅有30%的样本重合,显示了二者之间的弱相关性。对于相同的反射率因子Z_H,R类极端对流系统的近地面差分反射率因子Z_DR通常较H类极端对流小约0.2 dB,表明R类极端对流具有较小的平均粒径。结合双偏振雷达反演的粒子大小和相态分布显示,虽然两类极端对流都表现出海洋性对流降水特征,但R类极端对流较H类极端对流的总体雨滴粒径更小而数浓度更高,导致R类极端对流系统的地面降水更强。与R类极端对流系统相比,H类极端对流系统的上升运动更强,将更多的水汽和过冷水输送到0℃层以上,有利于形成更大的冰相粒子（如霰粒子等）,并通过融化形成大雨滴。以上研究表明,梅雨期降水强度和对流发展深度并没有必然的联系,极端降水主要是中等高度的对流引起。      

两次极端强降水风暴双偏振参量特征对比分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达(CINRAD/SA-D)探测资料，并结合区域自动气象站以及常规观测资料，对2020年8月5日和6日山东两次极端强降水风暴环境条件进行对比分析，并重点分析莘县王庄集和兖州大安风暴的双偏振参量特征。结果表明：两次极端强降水天气均具有较高的K指数和较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy,CAPE)，湿层厚，垂直风切变中等偏弱，但6日强降水低层垂直风切变和相对风暴螺旋度明显偏强。风暴气流结构有明显差异：王庄集和大安风暴分别表现为倾斜上升和气旋性旋转气流结构，前者风暴顶辐散强而后者较弱，从而导致前者风暴顶高度及差分相移率(K_DP)柱高度较高。不同高度微物理结构有差异：-10℃层高度之上，两者以固态粒子为主，而王庄集风暴含有更加深厚、丰富的霰粒子，-20～-10℃层还有一定浓度较小的液态粒子；-10℃层高度以下，两者以浓度较高的液态粒子为主，而王庄集风暴含有一定数量的冰相粒子。风暴低层测站周围差分反射率(Z_DR)、K_DP和相关系数(Corre...     

强降水云物理过程的三维数值模拟研究

利用改进的三维完全弹性强对流云模式,模拟了1998年7月21日晨发生在武汉附近的特大暴雨个例,结果显示,该模式模拟得到的降雨量与实测接近,计算得到的雷达回波强度最大值也与实际观测相一致,说明该模式对实际对流性强降水具有较好的模拟能力.在此基础上,通过冷云和暖云两种不同情况的比较分析,研究了云微物理过程在强降水形成过程中的作用.模拟结果表明,详细云物理过程的考虑对深入理解武汉这次强降水的形成过程是有意义的.该个例雨水的形成主要是暖雨过程,冰相微物理过程对该对流性强降水过程的发展和演变有重要的促进作用.在形成雨水的冷相过程中,霰的融化及其在0 ℃层下碰并云水形成雨水的过程是主要的.模式云在0 ℃层附近存在明显的雷达回波亮带,亮带中间含有强回波核和及地下挂回波.分析表明,这种强回波核和下挂回波的产生主要是由于冰相粒子在0 ℃层融化形成的,融化的冰相粒子与云滴碰并又加速雨水的产生.在这些融化的冰相粒子中,贡献最大的是霰粒.文中还分析了该强降水暴雨云维持长时间强降水的云物理机制.在低层大气温暖高湿和环境风切变有利条件下,倾斜上升气流和下沉气流之间的准稳态结构可能是暴雨强降水得以长时间维持的重要原因.     

北京冬季降水粒子谱及其下落速度的分布特征

为了深入探讨北京冬季云降水的微物理特征,提高雷达反演冬季固态降水的精度和冬季降水的预报水平,利用PARSIVEL（Particle Size and Velocity）降水粒子谱仪所观测的冬季降水粒子谱,结合地面显微镜粒子图像和云雷达数据,对比分析了北京海坨山地区冬季过冷雨滴、霰粒、雪花、混合态降水的粒子谱和下落速度特征,得到主要结论如下:（1）霰粒降水过程的云顶最高,整层的含水量最大,低层的退偏振比（LDR）最小,粒子更接近于球形;降雪过程的云顶最低,云中含水量最少,低层的退偏振比较大;混合态降水过程的雷达回波强度和高度特征介于两者之间,但低层的退偏振比最大;（2）在云中上升或下沉气流及湍流的影响下,过冷雨滴、霰粒和雪的下落速度均对称分布于各自理论下落末速度曲线的两侧。因此可根据粒子浓度相对于其直径和速度分布的中轴线位置,判断出该段降水过程中的主要粒子形态;（3）冬季雪花、霰粒和混合态降水粒子下落速度分布的散度较雨滴更大,其原因是由于冷云降水过程的粒子形态复杂,且固态粒子下落过程中更容易受破碎、聚并和凇附等微物理过程影响;（4）在4种降水类型中,雪的平均直径和离散度最大,雨滴最小;混合态降水粒子的总数浓度最大,雨滴的总数浓度最低,并且4种降水类型的粒子数浓度、平均直径和离散度均随降水强度的增大而增大。      

S波段双偏振多普勒天气雷达对一次局地强雷暴过程的探测分析

为提高双偏振天气雷达雷暴监测预警能力,探究雷暴活动过程雷达偏振信息特征及雷暴内部微物理过程,利用S波段双偏振多普勒天气雷达,结合地面大气电场仪和闪电定位系统资料对2015年8月31日发生在南京地区一次局地强雷暴过程进行了分析。主要利用体扫数据获得雷暴单体内部垂直剖面(Vertical Cross Section,VCS),同时结合模糊逻辑算法进行粒子类型识别,得到多个偏振参量和雷暴云内部粒子类型的垂直分布情况,进一步分析得到各偏振参量和粒子分布随闪电活动的演变规律。结果表明:在-15℃高度层以上冰晶区域出现K_(DP)的负值区与闪电活动具有很好的相关性;雷暴云中霰粒子的分布变化同闪电活动演变同步很好,在一定高度霰粒子的出现可以用来对雷暴进行预警;雷暴云中低层存在强烈的辐合上升区,利于霰和冰晶碰撞非感应起电和闪电的发生。     

副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析

为了研究副热带高压（副高）背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:（1）这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。（2）对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升（下沉）气流的配置使得大粒子的下泻不会影响上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。（3）在弱天气尺度系统背景下,局地地形对于降水系统的影响得以凸显。地形造成的低层辐合使得差分反射率因子（Z_DR）、差分传播相移率（K_DP）等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。（4）暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主导作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。（5）强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的升高。因此,K_DP可作为判断雨强是否增大的指标。（6） Z_DR柱与K_DP柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,Z_DR（K_DP）柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。      

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明：1）两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0 ℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2）两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0 ℃层高度之下。3）风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子ZDR和比差分相位KDP,ZDR≥0.5 dB,KDP≥0.5°·km-1,相关系数CC≥0.95;反射率因子在50~54 dBZ之间,对应的KDP＞1.0°·km-1,CC≥0.97,ZDR适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4）两次强降水风暴ZDR柱和KDP柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现ZDR柱和KDP柱,高度接近-10 ℃层高度,8月10日强降水风暴ZDR柱和KDP柱略高于0 ℃层高度,ZDR柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

一次暖云强降水主导的对流单体闪电活动特征

利用中国气象局雷电野外科学试验基地(CMA_FEBLS)三维闪电观测数据,结合广州双偏振雷达观测数据,分析了2017年5月7日广东一次暖云强降水对流单体的闪电活动及其与云降水结构的关系。该单体在4 h内产生1250个闪电,地闪比例约24%。绝大多数闪电出现在4~12 km高度,对应温度层为0℃至-40℃;闪电放电活动的峰值高度出现在8.5 km,对应环境温度约-19℃。分析的强降水单体宏观上呈现上正、中负、下正的三极性电荷结构,中部负电荷核心区约为-8℃至-15℃。在闪电活动区域中,由干雪粒子主导区域占比约82%,霰粒子主导区域占比约11%,且大部分与闪电活动关联的霰粒子主要位于4~8 km高度。总闪频数与30 dBZ雷达回波顶高、-20℃温度层上大于20 dBZ的回波体积具有较好的相关性。闪电活动的平均位置高度与20 dBZ雷达回波顶高和-20℃温度层上大于30 dBZ的回波体积具有较好的相关关系。闪电活动与最大降水强度之间具有较好的时序对应关系,单个闪电表征降水量的值为107 kg/fl量级。     

江苏省区域闪电分布特征

利用2006-2010年江苏省气象部门闪电定位系统的观测资料,对南京、苏州、徐州、南通和连云港5个代表性地区闪电频数的季节、月、日变化和空间分布特征以及闪电强度分布区间进行对比研究,探讨了各地闪电分布差异和全省闪电活动特征。结果表明,5个地区四季负闪均多于正闪;闪电频数年变化显著,南京峰值出现在7月,其他地区出现在8月;闪电日变化特征明显,各地区峰值出现在14：00—17：00。全省闪电频数的空间分布不均衡,苏南大于苏北和苏中地区,南京、镇江、常州部分地区分布着多个闪电密集中心。大部分闪电强度集中在20～50kA,100kA及以上的闪电很少,各地区正闪强度均高于负闪。     

江苏省四季变化的分析

在全球气候变暖的背景下,近些年江苏省气温明显升高,使得江苏省四季的起止时间和长度发生了明显的改变.本文通过分析多种季节划分方法,根据江苏省的气温分布特点,定义了适用于江苏省的四季划分方法.通过分析四季的变化,结果显示:(1)江苏省四季分明,且南北有明显的差别,就全省常年平均而言,冬季最长,其次是夏季,秋季和春季长度很相近,秋季略短.(2)过去几十年里,江苏省各地区各季节的长度和起止时间都发生了明显的变化,特别是自21世纪以来,这种变化速度明显加快,最主要的变化特点为:春季发生的时段向前移了近10d;夏季明显变长,开始时间提前,结束时间推后;秋季的发生时段整体向后移;冬季明显缩短,特别是结束时间提前.     

江苏夏季气温异常的时空变化特征

利用中国160气象观测站1951-2005 年和江苏省59气象观测站1961-2004年的月平均气温资料, 在分析江苏气温变化的季节-年际变化特征的基础上, 重点分析了江苏夏季气温的年际、年代际变化的时间和空间特征.发现:江苏夏季气温1970s到1990s前期基本上处在一个偏凉期,1960s及1990s中后期以后基本上处在一个偏热期;江苏夏季气温异常存在显著的准6 a、准9 a的年际周期和以16 a为中心的年代际周期;江苏夏季气温趋势自西北向东南呈现正负正的位相分布特点,即江苏西北部和东南部地区夏季气温呈现升高的趋势,其它地区呈现降低的趋势.     

江苏省太阳能资源评估

采用1：25万DEM数据和常规气象站观测资料,实现了江苏省100mX100m分辨率太阳总辐射量分布式模拟,并分析了江苏省太阳总辐射量的时空分布规律。结果表明：江苏省气候平均太阳总辐射量为4749MJ／m2,呈现由西南向东北递增的特点,连云港市最高（5063MJ／m2）,无锡市最低（4514MJ／m2）。太阳总辐射量在年内变化特点为,5月最高,12月最低。结合常规气象站日照时数观测资料,从年日照时数、年日照时数i〉6h的天数以及日照时数〉16h的最多天数月份与最少天数月份的天数的比值分析了江苏省太阳能资源的稳定度特征,其总体规律依然是西南至东北走向,即江苏省东北部地区太阳能资源开发利用优势最高。     

江苏省龙卷风灾害易损性分析

在分析江苏省龙卷风气候特征的基础上,利用主成分分析方法对江苏省龙卷风灾害易损性进行了综合评估,得到了江苏省各市的龙卷风灾害易损度,并利用聚类分析对各市易损度进行了分级区划。表明徐州为龙卷风灾害极高易损区,泰州、南通、苏州为高易损区,盐城、镇江、扬州为中易损区,淮安、宿迁、南京、无锡、常州和连云港为低易损区     

义乌市降水变化特征分析

根据历史和实测资料的统计分析,得到义乌市的降水变化特征。结果表明:丰水期义乌市的涝年偏多,旱年偏少,而枯水期则旱年偏多,涝年偏少。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的降水显著偏多,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的降水则显著偏少。丰水期平均入梅日偏早,平均出梅日偏晚,平均梅雨日数偏长,平均梅雨量偏多,而在枯水期则反之。义乌市6月6—15日入梅的可能性最大,出梅日期的时间分布相对比较分散,其集中期的发生规律不如入梅集中期明显。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏晚,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏早。研究结果可为水库源区雨季的人工增雨作业提供科学依据。     

义乌市降水变化特征分析

根据历史和实测资料的统计分析,得到义乌市的降水变化特征。结果表明：丰水期义乌市的涝年偏多,旱年偏少,而枯水期则旱年偏多,涝年偏少。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的降水显著偏多,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的降水则显著偏少。丰水期平均入梅日偏早,平均出梅日偏晚,平均梅雨日数偏长,平均梅雨量偏多,而在枯水期则反之。义乌市6月6—15日入梅的可能性最大,出梅日期的时间分布相对比较分散,其集中期的发生规律不如入梅集中期明显。厄尔尼诺事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏晚,而拉尼娜事件的当年或翌年,义乌市的出梅日偏早。研究结果可为水库源区雨季的人工增雨作业提供科学依据。     

江苏南部两次暴雨-大暴雨过程分析

2011年6月10日(简称“11·06”)和2017年6月10日(简称“17·06”)在江苏南部出现了两次暴雨-大暴雨过程,本文利用常规观测资料、FNL再分析资料和雷达资料等,对两次过程进行了分析,结果表明:异常的高低纬度环流形势配合,为强降水的发生提供了有利的环流背景。两次过程代表站的物理量场差异较大:“17·06”最大散度值约为“11·06”的2倍;“17·06”最大垂直速度、最大水汽通量散度值约为“11·06”的1.8、1.3倍且大值维持时间均很长。两次过程均为暖区低质心热带海洋型强降水,但“11·06”强回波分散、伸展高度偏低、强度偏弱且无明显强回波的列车效应;“17·06”强回波排列紧密、伸展高度高、强度明显偏强且强回波列车效应明显。螺旋度变化一般提前于降水变化,具有可预报性,可作为大面积降水开始—维持—结束的一个短时(临近)预报因子。VWP产品中大风区底高的变化,有助于判断雷达站附近降水的变化趋势。     

苏南地区高温特征

常州处于长三角地区中心地带,利用常州1952—2016年最高气温,采用小波分析、功率谱分析以及气候趋势系数、气候倾向率等气候诊断方法,从高温日数、年平均最高气温、年极端最高气温等方面分析了苏南地区近65年高温的气候变化规律和周期性特征等。结果表明:高温日数呈现年代际波动特征,20世纪50—80年代下降,80年代后呈增加趋势;21世纪00年代与20世纪80年代的高温日数存在极显著性差异,与20世纪70年代的高温日数存在显著性差异;平均最高气温经历了升温、降温、缓慢升温、快速升温几个年代际变化阶段,总体呈增强趋势。高温日数年际变化大,最高值与最低值相差48d。无论是年高温日数、年平均最高气温还是年极端最高气温,气候趋势系数和气候倾向率均大于0。年平均最高气温呈现15a年代际周期变化特征。     

2011年江苏出梅日界定之我见

利用实况观测数据和NCEP/NCAR再分析资料,对2011年江苏出梅日的界定进行探讨,并将7月4 -20日的低温高湿多雨、寡照的异常气候判定为“倒黄梅”,在此基础上,对比分析了2011年和2009年的两次“倒黄梅”天气过程.结果表明:(1)2011年江苏出梅日为6月30日;(2)出梅后的7月4-20日是“倒黄梅”天气过程;(3)北上台风对梅雨和“倒黄梅”结束具有重要的指示意义;(4)“倒黄梅”和梅雨(含“二度梅”)的天气特点为:前者冷暖空气频繁交替、雨带多经向分布、中低空温湿场反位相配置,常为低温高湿的局地对流性降水;而后者冷暖空气稳定对峙、雨带多纬向分布、中低空温湿场同位相配置,常为高温高湿的大范围稳定性降水.