基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法,探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响,最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率,可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究,相较于15min和30min,1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑,更有利于直观分析和业务化;螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合,螺旋度变化一般提前于降水变化,有1—2h的提前预报量,可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。     

应用雷达产品计算风暴相对螺旋度

风暴相对螺旋度（SRH）反映了一定气层厚度内环境风场的旋转程度和输入到对流体内环境涡度的多少，对雷暴、龙卷和大范围暴雨的分析与预报有一定的实用价值。首先探讨了由多普勒天气雷达提供的垂直风廓线（VWP）产品计算SRH的方法和步骤。根据此方法，分别计算、分析了暴雨、冰雹、大风三个天气个例的SRH。结果表明：SRH与大面积降水过程的暴雨雨强有很好的对应关系，降水强度的变化滞后SRH强度的变化约半小时左右，可以由SRH大致估计降水加强及消亡的时间；SRH对尺度非常小的冰雹、大风等强对流天气有提前10～20分钟的预报作用。应用VWP产品计算出的SRH，可以作为实际业务工作中暴雨、冰雹、大风等强对流天气的预报因子，给预测人员预报强对流天气提供宝贵时间。     

牡丹江大风天气相对螺旋度特征分析

本文利用多普勒雷达资料垂直风廓线(VWP)产品提供发生在牡丹江一次大风天气过程资料及暴雨天气过程,计算并分析这次大风天气的风暴相对螺旋度(SRH)特征,利用垂直风廓线产品计算风暴相对螺旋度(SRH),并分析牡丹江这次大风天气过程的SRH特征。结果表明:风暴相对螺旋度(SRH)对尺度非常小的强对流大风和暴雨天气有提前10-20 min的预报作用。应用VWP产品计算出的SRH,可以作为实际业务工作中预报大风和暴雨等天气的因子。     

郑州一次暴雨过程的多普勒雷达风廓线产品特征分析

对2008年7月13~14日郑州市出现的一次暴雨过程中的雷达风廓线产品(VWP)特征和基于风廓线产品计算的风暴相对螺旋度特征进行分析,结果发现:(1)边界层辐合线的存在利于风暴云的生成;超低空急流的产生加强了水汽输送,为风暴云的发展提供有利条件,而底层东风气流的加强为对流的触发提供了抬升条件;(2)多部雷达的VWP产品综合分析可捕捉到直接导致对流性天气的中小尺度系统;(3)风暴相对螺旋度(SRH)的迅速增大、稳定、减弱的变化趋势与雨强的增强、维持和减弱相对应,但SRH值的大小与雨强并无一致的线性关系;(4)个例的分析应用表明新一代雷达的VWP产品提供了高时间分辨率的风场信息,为强降水的短时临近预报提供了更加丰富的参考信息。      

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年 11月9-10日发生在大同地区的大到暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点;利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有很好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪的风场的垂直结构及其变化特点,直观地反映出降水过程中的风场变化特征。     

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年11月9—10日发生在大同地区的暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点。利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有较好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理的雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪风场的垂直结构及其变化,直观地反映降水过程中的风场变化特征。     

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。     

2011年6月7—8日平顶山地区高温天气过程的诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析风场资料、多普勒雷达风廓线（VWP）和速度场产品、L波段雷达单测风资料,对发生在2007年7月29日和2010年7月23日的豫西山区两次致洪暴雨进行了分析。结果表明：在2007-07-29过程和2010-07-23过程的第二阶段中,风场垂直分布具有低层强西南风或南风辐合、高层辐散的特征;VWP产品中西南气流稳定深厚,有利于风暴的持久维持;平均径向速度产品上逆风区对暴雨落区和强度的变化有指示意义。卢氏雷达单测风资料可以弥补多普勒雷达对卢氏降水观测中因山体阻挡带来的缺陷,多种风资料在豫西山区致洪暴雨预报中可互为补充。     

多普勒天气雷达径向速度产品在预报中的应用

对江苏南京雷达站四年内降水前多普勒天气雷达径向速度回波及其VWP产品的特征进行了具体的研究。速度回波图的统计结果表明,非降水回波的辐合特征和降水的发生是相关的,对降水过程的发生具有一定的提前量,该预报提前量存在地域差异和季节差异。对VWP产品的统计分析表明,风向随高度顺转且风速随高度增大时,有利于降水系统的维持和发展;同时“ND”厚度和相对湿度在大面积层状云或混合云降水过程中呈反相关,在一定程度上反映了相对湿度的变化,且“ND”厚度的变化对降水的产生也有一定的提前量,对短时预报有指导意义。     

基于Ｔ／２分数间隔的ＳＥＩ双模式盲均衡算法

采用NCEP/NCAR 1°×1°最后分析资料（final analysis,FNL）计算“圣帕”台风螺旋度,探讨各垂直层上水平螺旋度与强降水时间演变的关系、水平螺旋度与强降水落区的关系以及垂直螺旋度时间演变与强降水发生、发展的关系。结果表明,700 hPa螺旋度最能反映强降水时间演变,正螺旋度大值中心附近与暴雨落区一致,同区域内螺旋度中心值的强弱与该区域内降水的强弱关系密切;若垂直方向上高低层的螺旋度同时由负值转为正值,则强降水发生,反之降水减弱、停止;对于预报台风强降水时效,水平螺旋度远比垂直螺旋度、散度、垂直速度具有更多有效预报时间;对于预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势,若能利用垂直螺旋度对水平螺旋度预报强降水作出订正可能将有助于提高台风强降水预报准确率。     

降水过程中多普勒天气雷达风廓线产品特征

利用南京多普勒天气雷达资料,在对VWP风廓线产品可靠性研究和表征"湿度"变化能力研究基础上,对南京地区春季大面积积层混合云降水过程中风廓线产品的特征进行了细致研究.研究表明,在降水前夕、维持增强和降水消亡的不同时段风廓线产品都呈现出相应的图像特征:在图像上ND区域呈现一楔形,快速减少,预示着降水在2个小时内发生;暖平流、切变层和大风区的存在有利于降水的维持和加强;VWP最高位置风向标的突降和中层ND区域的出现预示着降水即将结束.     

切变风螺旋度和热成风螺旋度在东北冷涡暴雨中的应用

引入切变风螺旋度和热成风螺旋度, 并将其应用于东北冷涡暴雨的诊断分析。理论上, 切变风螺旋度定义为风速垂直切变与绝对涡度矢量的点积, 表示风速垂直方向的分布不均匀对涡管的扭转效应, 由扭转项和垂直涡度的辐合辐散项两部分组成。热成风螺旋度是在切变风螺旋度的基础上利用地转关系和热成风关系得出的简化形式, 其强度和符号取决于上升气流和暖湿空气的配置。相对于切变风螺旋度, 热成风螺旋度的计算只需要单平面层的资料即可, 避免了垂直差分计算, 这大大弥补了台站观测中垂直层密度稀疏或者边界层的处理等问题的不足, 使得计算大大简化, 便于业务应用。在以上定义和理论分析的基础上, 选取一次东北冷涡降水过程进行数值模拟, 利用模式输出的中尺度资料, 诊断分析这次降水过程中的切变风螺旋度和热成风螺旋度。分析表明, 降水中心位于切变风螺旋度的正值和负值区的边界, 与降水的强度变化一致; 而作了热成风近似后的切变风螺旋度中的扭转项 (即热成风螺旋度), 与切变风螺旋度相似, 也能较好地诊断降水和对流 (尤其是强降水和强对流) 的发展, 而且其对暴雨的诊断优于传统的螺旋度。     

基于风暴相对螺旋度的降雨预报方法研究

风暴相对螺旋度是一个衡量对流风暴发展强度的物理量,所以对强对流天气的预报具有实际意义。通过提取2008-2010年3年天津地区153个降雨过程的多普勒天气雷达风场数据来计算了风暴相对螺旋度,然后将风暴相对螺旋度与从雷达反射率因子图中提取的风暴信息相融合,得到基于风暴相对螺旋度的降雨预报模型。经过2014年4月到8月天津地区59个降雨过程对本文所提出的降雨预报模型进行验证,结果表明本文提出的降雨预报模型的准确率达到61%,其中提前2小时预测降雨占41%,在2小时间以内预测降雨占59%。上述结果说明,风暴相对螺旋度在结合其他降雨特征后对降雨具有良好的预报效果。     

雷暴天气的多普勒雷达VWP资料特征分析

通过对西峰冰雹和强降水的2次强雷暴典型个例的分析,揭示了冰雹和强降水的多普勒雷达VWP资料的前兆特征.结果表明:强对流天气一般在干区(无云区,VWP图中表现为"ND")基本消失后发生,2次强对流天气过程的环境低层风切变明显,但冰雹的产生一般出现在风向随高度逆转有冷平流的环境中,而强降水出现在风向随高度顺转暖平流的环境中,并且这种风场的垂直变化特征维持时间长.强对流冰雹暴云西北气流从高层向下扩展到2.7 km,强降水西南水汽输送达到5.5 km高度以上,并且伴有低空急流存在.对2006年西峰发生的强对流雷暴天气进行分析,基本都存在风场的这种垂直分布特征,这一特征对短时临近预报有较好的指示意义.     

风廓线雷达与天气雷达风廓线数据的融合及应用

风廓线雷达与多普勒天气雷达风廓线产品均可以获取高时间分辨率的高空风信息,但两种遥感测风的探测原理及时空代表性不同。在对风廓线雷达进行质量控制处理、剔除降水粒子空间不均匀分布对数据可信度影响之后,根据风廓线雷达与天气雷达风廓线数据探测原理差异,进行不同时间代表性的风廓线数据的空间匹配试验,确定与天气雷达风廓线数据进行融合的风廓线雷达数据最优时间分辨率,结果为1 h。利用2015年7月北京南郊观象台的探空、风廓线雷达、天气雷达测风数据进行三种高空风的一致性比对,结果表明三种测风数据具有较好的一致性,均方根误差分别为2.3和2.5 m·s~(-1);60、30以及6 min不同时间代表性风廓线雷达数据与天气雷达风廓线数据之间的均方根误差分别为2.6、2.8及3.1 m·s~(-1),60 min数据的融合效果最佳,低空尤其明显。利用广东省2014年5月的风廓线雷达观测网以及天气雷达网风廓线数据进行了高空风场的融合分析试验,融合分析场提供了更为丰富的高空中尺度水平风场信息,低空的涡旋更加明显。     

第二类热成风螺旋度对登陆台风降水的诊断能力分析台风泰利个例研究

文中利用中尺度数值模式MM5模拟了台风泰利的登陆过程,模拟的台风路径、天气形势和降水都与观测基本一致,能够很好地反映出真实的天气过程.再利用数值模拟结果,研究了第二类热成风螺旋度(H_2)对登陆台风泰利降水的诊断能力,结果表明它对深入内陆的台风强降水具有较好的诊断能力,而对刚登陆前后的台风降水诊断能力不如经典螺旋度.特别地,H_2在提前1 h时与泰利降水达到最高相关系数,且在提前1-5 h时,它与降水的相关性比经典螺旋度的高,表现出十分显著的预示降水增幅的能力.进一步分析表明,在刚登陆前后,泰利台风中心850-200 hPa的风场垂直切变较小(约5 m/s),其最强降水出现在路径右侧300 km半径范围以内,与低空的正温度平流、低空辐合、高空辐散等无明显的关系,而低空相对涡度能够很好地反映降水的变化,这是经典螺旋度与降水在这一阶段相关性优于H_2的主要原因.而在深入内陆后,台风泰利本体环流减弱,受北部西风槽的影响逐渐增强,环境风场垂直切变迅速增大,发生强降水的庐山和大别山区处于顺垂直风切变方向左侧.在东北向的垂直风切变情况下,庐山和大别山强降水区上空有向东的高空急流出流,强高空辐散诱发垂直次级环流,从而激发对流,形成强上升运动区,因此H_2的诊断优势在这一阶段表现得最清楚.     

用雷达风廓线产品分析一次暴雨与高低空急流的关系

利用2004年7月16日临沂市暴雨过程的新一代天气雷达风廓线资料和每小时的雨量资料,对比分析发现：暴雨过程具有明显的中小尺度系统影响特征,雷达风廓线资料可以很直观地显示西南气流风场的垂直结构和持久存在;高、低空急流及其向下的脉动与降水强度的增强有着紧密的联系;由低空急流向下脉动和加强引起的降水加强幅度要比单纯的高空急流向下脉动和加强引起的降水加强大得多,暴雨的产生主要由低空急流的下传和加强引起的;并利用表征高、低空急流下传程度的指数清楚地表示出降水强度与高、低空急流之间存在的密切关系.