一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气，使用常规天气图、TBB云图、自动气象站、雷达拼图、雷达PUP产品等资料，对2021年5月10日江西雷暴回波群冰雹天气过程，采用中尺度气象学和雷达气象学等方法进行分析，结果表明：雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气，没有出现短时强降水；超单往往造成较大冰雹，强单出现较小冰雹；樟树、丰城的对流云系发展成为中尺度对流系统MCS。湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时，就能够触发产生对流运动而形成新的对流回波；当原有对流回波移到锋区附近时，回波会快速发展加强，强回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息STI能较好地指示超级单体和强单体回波的移动方向和移动速度，多条STI指向一致时可信度更高。超单CR在65 dBZ以上，强回波面积较大，VIL在60 kg/m2，V0.5有正负速度对，RCS有冰雹回波特殊结构特征；VCS有正负速度切变；强单CR在60～65 dBZ之间，强回波面积较小，VIL在45～50 kg/m2之间，V0.5不一定有速度切变，RCS冰雹回波特殊结构特征不明显，VCS表现在负值区中出现大值区。     

一次多种强对流天气过程的雷达回波特征分析

利用桂林的CINRAD-SB雷达资料和NCEP资料对2004年11月9—11日桂林市中北部连续性暴雨、大暴雨,南部连续局地冰雹龙卷过程进行了分析。结果表明:一强降水超级单体演变成弓形回波导致了10日桂林市短时暴洪;一系列线型波动(LEWP)的列车效应造成了9—11日桂林北部的暴雨。弓形回波和线形波动前侧都有V型缺口,表明有强的西南气流进入上升气流,同时都有后侧V型缺口,表明具有强的下沉气流和后侧偏北气流。可用弓形回波提前20～33分钟预警短时暴洪。而造成南部恭城附近连续两日的冰雹和龙卷风天气都是由孤立的右移型γ尺度超级单体造成,有三体散射长钉(TBSS)回波特征,可用于提前15～22分钟预警大冰雹。对流单体发展成为龙卷单体伴随有下击暴流的气旋性辐散特征,非常临近地面大风出现时间。     

一次中-β尺度局地大暴雨对流系统的雷达回波特征

利用新一代天气雷达产品对2006年6月18日永定一次中-β尺度大暴雨对流系统的雷达回波特征进行分析,探讨短时大暴雨的回波特征.结果表明:有利的大尺度环流、充足的水汽条件和较强的上升运动是产生强降水有利的天气背景.新一代天气雷达资料分析表明,强降水是由局地发展的对流回波加强合并产生的;中低层冷平流的入侵触发了强对流的产生,对流单体有明显的典型的液态强降水系统特征;逆风区及良好的垂直运动使对流单体发展加强,强降水区域尺度较大,与回波移向一致产生"列车效应",同时系统移动较慢,导致了强降水的持续.     

河南区域暴雨的若干雷达回波特征

利用新一代多普勒天气雷达资料及国家、区域自动站和常规高空地面资料,分析了2008-2013年河南省9次区域暴雨回波系统的形态、结构特征、移动特点和降水强度等,分析了区域暴雨过程中中γ尺度对流系统的降水特征。结果表明:1)河南区域暴雨落区主要位于高空槽前和副高西北侧、中低层切变线之间、低涡东南侧、低空急流左前侧,以及地面倒槽或气旋顶部偏北到偏东气流中。2)从新一代雷达监测产品来看,河南省区域暴雨主要有积云降水、积层混合降水和层状云降水三种回波类型,其中混合降水包括以积云为主的混合降水和以层云为主的混合降水,是河南省区域暴雨的主要回波类型。3)降水强度与回波类型、结构特征、移动特点等均有关系,特别是≥50 mm/h的短时强降水与γ中尺度对流系统密切相关,强降水超级单体可造成局地50 mm/h以上的强降水,并多伴有雷暴大风、龙卷等剧烈对流天气。一般情况下,积云降水强度最大,混合降水次之,层云降水强度最小。综合分析来看,雨强与回波强度比与回波性质有更好的相关性。≥50 mm/h的强降水多由强降水超级单体和因辐合、气旋、后向传播等使回波加强、合并、发展旺盛的准静止状态的50~60 d Bz的强积云降水回波产生;≥20 mm/h强降水多由积层混合降水中≥45 d Bz的积云回波产生。10 mm/h以上的降水落区和≥40 d Bz的较强回波有很好的对应关系;40 d Bz的层云回波降水强度通常在10 mm/h以下。     

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.     

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。     

滇西北高原冰雹、短时强降水的多普勒雷达回波特征比较

选取位于滇西北高原丽江市2006-2009年出现的4次冰雹天气过程和4次短时强降水过程,分析冰雹和短时强降水两类强对流天气的多普勒雷达回波特征.结果表明:冰雹云回波强中心值、强回波核(45～65 dBz回波)高度均高于短时强降水回波,强冰雹过程有时会出现三体散射现象;冰雹云回波基本径向速度场上出现了辐合、逆风区及弱中气...     

宜昌极端短时强降水中尺度对流系统特征分析

利用多普勒天气雷达和区域自动气象站资料以及常规观测资料,分析了2016—2017年宜昌极端短时强降水的环境条件和中尺度对流系统(MCS)的演变与活动特征。结果表明,极端短时强降水发生的形势背景共有三种:斜压锋生、准正压和低层暖平流强迫。在斜压锋生环境中,冷锋南下在宜昌中西部速度变缓,与暖倒槽中暖湿气流多次合并形成锋生,其造成的强烈抬升使MCS中单体质心较高,强回波厚达5～6 km,强的垂直切变导致单体出现悬垂结构,这些环境条件使气流合并时瞬时雨强较大;在气流合并、地形阻挡时对流持续时间较长,造成间歇性、分散性极端短时强降水。准正压Ⅰ型极端短时强降水发生在副热带高压边缘,地面鞍型场中南风气流发展,在地形作用下形成的辐合中心触发并增强对流单体,低质心、塔状、厚度高达7 km的强回波造成的瞬时雨强极大,引导气流较弱及下游山前减弱单体的后向传播效应导致山前的河谷地区对流再次加强,造成时间较短、范围极小而雨强极大的极端短时强降水;准正压Ⅱ型极端短时强降水发生在东风波西移过程中,暖湿的东风气流与边界层偏北气流合并时,导致超低质心的深厚塔状强降水回波,山体东侧过渡带地形使偏北风、偏东风多次合并,因而在过渡带地区造成雨强相对较小而范围较大、持续几个时次的极端短时强降水。在暖平流强迫环境中,西南急流加强时地面发展出辐合线,在辐合线上有向下游倾斜的深厚强回波单体沿着辐合线间隔排列,切变线、辐合线和雨带走向一致,使对流线上单体出现"列车效应",对流单体在对流线的上游新生、加强,向下游移动,在对流线上连续几个时次出现间隔分布的线状极端短时强降水。     

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。     

青岛地区短时强降水雷达回波特征与中小尺度系统分析

利用青岛地区2011—2015年间32次短时强降水个例的雷达反射率因子、地面雨量站数据和FNL再分析资料对产生短时强降水的中小尺度系统和雷达回波特征进行分析,结果表明:造成短时强降水的中小尺度系统主要为与低空切变(槽)、台风倒槽或在偏南(北)气流中局地发展的对流相联系的辐合区或中小尺度辐合线;雷达回波多表现为中尺度强回波带,其移向与回波带长轴的夹角较小,或为局地发展少动的强对流单体;雷达回波剖面显示回波按质心高度可分为大陆强对流型和热带海洋型,大陆强对流型强降水的平均反射率因子垂直廓线强度总体明显强于热带海洋型,对流发展更加旺盛,热带海洋型强回波集中在低层,在近地面最强,而大陆强对流型回波悬垂明显,最强回波位于2km左右;针对大陆强对流型和热带海洋型两种不同类型的短时强降水,采用分型Z-I关系法进行定量降水估测能够较好地反映强降水的落区和极值,相比于固定Z-I关系法,20mm·h~(-1)以上雨强的相对误差由70%左右下降到30%左右。     

江西不同类型强对流天气的地闪统计特征及与雷达回波特征对比分析

选取2004—2014年江西省11个ADTD雷电探测定位组网系统所得云地闪探测数据、省内多普勒雷达、探空和自动站资料,并结合重要天气报,将此11年的强对流天气分成短时强降水、有短时强降水伴随的雷雹大风和冰雹(以下简称风雹)和无短时强降水伴随的风雹这三种主要类型,分析它们发生前后的地闪活动特征及其与雷达回波的关系,结果发现,(1)江西省短时强降水、雷暴大风和冰雹分别主要发生在5—8、7—8月和3月;仅发生短时强降水时的站次远多于发生风雹天气时;除早春和盛夏无短时强降水伴随的雷暴大风发生站次较多外,风雹天气常与短时强降水相伴发生。(2)仅有短时强降水天气发生时,其站点地理位置越偏北、小时雨量越大,对应的地闪活动就越剧烈。不同小时雨量对应的地闪数存在较明显的季节性差异,表现为3、4月地闪数以小时雨量为50~55mm时最多;5—7月地闪数随着小时雨量增大总体呈增多趋势,尤以小时雨量为55~60mm时最多;8—9月则以小时雨量为40~45mm时最多。(3)就无短时强降水伴随的风雹天气而言,在3—5月雷暴大风和冰雹发生前30min内的地闪数差异不大,但平均电流强度后者大于前者;在6—9月雷暴大风发生前30min内的地闪数则为冰雹发生前的2~4倍,平均电流强度前者大于后者;该类风雹发生前的地闪数多于仅有短时强降水发生前,正地闪的平均电流强度前者也略强。(4)有短时强降水伴随的风雹发生前的平均正地闪数以8月为最多,而负地闪数则在6月最多;冰雹发生前1h内的地闪数随季节变化不大,而雷暴大风发生前的地闪数存在季节差异,夏季多于春季;另外冰雹的地闪数与冰雹直径存在较好的正相关性。(5)3—8月,有短时强降水伴随的风雹地闪数远多于无短时强降水伴随时;其平均电流强度前者大于后者;该类风雹天气发生前,地闪平均电流强度随季节呈先增大后减小的趋势,而无短时强降水伴随的风雹天气则无此特点。(6)强对流天气发生前,较强回波出现前的负地闪活动远比正地闪活跃,但其电流强度弱于正地闪;45dBz以上回波伸展高度越高,伴随的地闪数也越多,但其平均电流强度变化不明显。     

2010年8月丹东连续两次副热带高压暴雨多普勒雷达回波对比分析

利用丹东多普勒雷达的基本反射率、基本径向速度和风廓线资料,对2010年8月19日和20日丹东地区大暴雨天气过程进行分析,探讨丹东短时强降水天气形势和多普勒雷达回波特征。结果表明：在丹东处于副热带高压内部或边缘时,南下的冷空气与副热带高压后部暖湿空气势力相当时,形成丹东地区较典型的暴雨模式。风廓线产品在强降水前期,会产生一个水汽累积的过程,两次过程中出现短时强降雨时段均表现为高空急流出现和高空动量下传。这种高空动量的下传使低空急流得到加强,低层进一步辐合,使雨强明显增大。两次过程中降水回波区均形成一条40 dBz以上的回波带,回波移动方向与回波带轴向一致,导致沿途站降水时间偏长,降水总量偏多。逆风区出现时间与强降雨时段有较好的配合,其位置与强回波区的对应关系揭示出逆风区厚度越大、对应的反射率因子强度越强,产生的降水强度也越大。     

石河子地区一次强对流天气综合分析

针对2008年主汛期期间7月25—26日在新疆石河子地区出现的冰雹、雷暴、短时强降水等强对流天气过程,对大尺度的天气形势、卫星云图和新一代天气雷达产品进行分析,剖析了石河子地区出现强对流天气的环流背景以及雷达产品的特征。结果表明：此次过程中高空有明显的低槽不断向该地区分裂干冷空气,并与槽前西南气流和中低层的辐合系统相配合,使得对流有效位能不断积累,不稳定指数不断增大,为这次强对流天气过程提供了有力的动力、热力条件。局地出现的冰雹、雷暴、短时强降水与大于50dBz的回波强度、9km以上的云顶高度和45—50kg／m^2的VIL回波特征,在雷达图上均有较好的对应,且发生地与回波的移动方向相一致。     

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。     

基于SWAN产品的短时强降水雷达特征及预警分析

利用SWAN产品和自动站雨量资料,详细对比分析了2010~2012年区域性暴雨中的短时强降水雷达特征,结果表明:(1)短时强降水具有反射率因子大,液态水含量高、回波顶高,强回波厚度大等特征,在每隔6min的SWAN拼图产品中,短时强降水通常满足:3km高度处CAPPI回波≥30dBZ,组合反射率CR中心强度≥40dBZ,VIL>5kg/m2,45dBZ以上的回波中心厚度(H)≥3km,这些参数的变化可以作为短时强降水的预警临近指标。(2)现有SWAN产品中的QPE/QPF产品对未来逐小时的雨量和落区具有一定的预报能力,但QPE产品估测1h累计降水量更接近于实况雨量,在监测到有上述强回波发展时,可通过分析QPE产品和回波特征及预警指标对短时强降水过程进行预报。      

重庆地区强对流天气雷达回波统计特征

对过去22年(1982～2003)间重庆市发生的中尺度强对流天气雷达资料进行分类统计，研究中尺度强对流天气过程及其天气雷达回波特征，寻找重庆市中尺度强对流天气的运动规律。建立天气雷达回波资料库，将中尺度强对流天气过程雷达回波资料，按天气类型分类研究，结果表明：①重庆市中尺度强对流系统在时空分布上具有明显的不均匀性；②涡旋状回波是暴雨的显著特征；③冰雹回波以块状为主；④强雷雨大风回波的特征具有带状或弓型。     

VIL产品在高山雷达中的应用研究

利用2006—2009年丽江市气象台的冰雹观测记录、短时强降水、民政部门提供的冰雹灾情资料和丽江CINRAD/CC雷达观测资料,对垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid Water Con-tent,VIL)进行了统计分析。结果表明,当VIL值>5kg·m-2时将会出现强对流天气,当VIL≥21kg·m-2时预示着发生冰雹的可能性极大,是人工防雹作业启动的关键值,冰雹云中的VIL值远远大于带来短时强降水的普通对流云;在降雹前VIL值都有明显的跃增;距离雷达站较近或较远区域的VIL值会被低估,在37kg·m-2以下也会降雹,通常降雹的VIL值大都在37kg·m-2以上。     

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和吉林省白山观测站多普勒雷达等资料,对2010 年7月31日吉林省东南部的短时强降水天气过程进行初步分析。结果表明：500hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化;强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一;小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程;多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的强度和零线形状、以及逆风区对预报短时强降水具有很好的指示意义。     

黄淮地区两次低涡暴雨的中尺度特征分析

利用自动站资料、卫星云图、新一代天气雷达资料与NCEP再分析资料,分析了2010年7月17—19日黄淮地区低涡暴雨过程中两次强降水过程（分别简称“7．17”过程和“7．18”过程）的环境条件及其中尺度系统发生、发展演变过程。结果表明：（1）两次强降水均发生在充足的水汽输送、大的不稳定能量和较强的辐合上升运动等有利环境条件下,“7．17”过程热力条件更好,降水强度大,但降水范同小;“7．18”过程动力条件更好、强降水落区范围大,但雨强比“7．17”过程小。（2）“7．17”过程累积暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约30—80km范围内,“7．18”过程累积暴雨、大暴雨带落区位于气旋中心移动路径两侧约70～100km范同内。（3）中尺度雨团（带）和短时强降水主要出现在地面中尺度气旋周围附近,地面中尺度气旋活动的不同阶段强降水落区不同。（4）卫星云图上,两次过程强降水均由发展旺盛的对流云团自西南向东北移动而产生,对流云顶亮温低至210～220K。（5）雷达回波图上,“7．17”过程涡旋特征更明显,“7．18”过程冷暖切变回波带特征更明显。两次过程中尺度雨带与大于等于43dBz的螺旋回波带对应关系较好,短时强降水和螺旋雨带上大于等于48dBz的强回波有较好的对应关系。     

用CINRAD-SA雷达产品识别冰雹、大风和强降水

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达（回波强度、回波顶高、速度回波、垂直积分液态含水量、组合反射率、冰雹指数、中气旋、风廓线等）产品，对发生在河北省中南部地区的冰雹、强风、大型降水天气过程进行了统计分析。从中得到了不同天气类型的多普勒雷达指标，为今后利用多普勒雷达识别各类天气提供参考依据。