太行山东麓一次低槽冷锋降水云系云物理结构和作业条件的飞机观测研究

2017年5月22日河北省出现一次低槽冷锋降水过程,河北省人工影响天气办公室利用机载粒子测量系统在太行山东麓区域对积层混合云进行了5次垂直探测。依据这些飞机探测资料结合石家庄天气雷达和邢台皇寺观测站的Ka波段云雷达资料分析了积层混合云的微物理结构和增雨作业条件。结果表明,降水云系出现在低槽槽前西南气流中,积层混合云由冷、暖云组成,云厚大于5 km,暖云厚度大于2 km,冷云厚度大于3 km,0℃层高度位于3577～4004 m,云底温度为15. 4℃,云顶温度为-17℃。云内出现最强雷达回波达45 d BZ的对流雨核,人工增雨作业应在雷达回波强度不超过40d BZ,且4000 m以上雷达回波强度不超过30 d BZ积层混合云区实施增雨作业。嵌入对流核的积层混合云中,5000 m以上冷云中上层过冷水含量达0. 2 g·m-3,比稳定的层状云中过冷水含量提高2～4倍;丰富的过冷水从雨核发展初期维持到雨核发展盛期,且该高度层是冰晶重要增长区,温度在-15～-5℃之间,适合催化作业。     

基于C-FMCW雷达的高原夏季对流云垂直结构分析研究

第三次青藏高原观测试验中C波段垂直探测雷达于2014年7-8月在西藏那曲地区进行了连续探测,对获取的降水云廓线数据进行处理分析得到37个对流云体,提取包括对流强度CI(大气上升运动与下沉运动差)、云顶高度Hctop、35 d BZ回波区顶高Hz35、最大回波强度Zmax等13个特征参数。运用模糊聚类分析方法对对流降水云体特征参数进行深厚和浅薄对流云分类,其中Hctop和Hz35分类清晰,与CI分类的相似度超过0.8,使用一致性较好的三个特征参数CI、Hctop、Hz35对37个对流降水云进行聚类分析,得到9个深厚对流降水云体和28个浅薄对流降水云体。深厚对流云体中CI最大达到33 m·s-1、Hctop最深为12 km、Hz35高于5 km(距地高度AGL,下同);浅薄对流云中CI平均仅14 m·s-1、Hctop平均为2.5 km。在深厚对流云中0.8~1.5 km高度处常出现类似零度层亮带的回波强度和径向速度加强层,浅薄对流云体此特征不明显。结合天气雷达回波分析,深厚对流云体的水平分布多表现为对流单体嵌入到降水系统中,而浅薄对流云体则表现为孤立的爆米花分布。9次深厚对流累积地面降水量82.7 mm,占7-8月总降水量的28%,多伴有冰雹出现;28次浅薄对流累积地面降水量28.7 mm,降水贡献远小于深厚对流云。     

闽东北地区夏季对流云特征的初步分析

利用新一代天气雷达资料分析闽东北地区夏季对流云的回波特征。分析表明:多单体合并对流云在生命史、回波高度、强度、尺度等方面都超过了单体对流云,其液态水总量也更大,自然降水条件和人工影响潜力都优于单体对流云,是夏季降水和人工催化的重要云系。分析得到对流云发展的不同阶段、不同高度层辐合辐散特点,为进一步研究夏季对流云结构和降水原理提供科学依据。通过对两个个例的天气形势分析,指出冷空气对对流发展有一定的激发作用。     

2009年天津地区首场降雪过程分析

基于NCEP再分析资料、多普勒天气雷达产品与风云卫星云参数反演产品,对天津地区2009年的首场降雪过程进行了分析,研究表明:①造成此次降雪的主要天气系统是东移高空槽和地面倒槽;②降雪回波具备典型层云稳定性降水回波的特点,最强回波不超过35 dBz,伴随着降雪结束,回波顶高有所下降;③降雪过程云粒子有效半径数值维持在20μm,云体过冷层厚度、云顶高度较大,云顶温度在-30℃左右.随着降雪结束,云粒子有效半径、云体过冷层厚度和云顶高度数值逐渐减小,云顶温度则有所升高;④地面降水量和云粒子有效半径、云顶高度、云体过冷层厚度呈现正相关,与云顶温度呈现负相关.     

2017年夏季六盘山地区一次强对流天气过程 云降水宏微观特征分析

利用常规气象观测资料、Grapes_CAMS模式产品以及卫星雷达遥感资料,对2017年8月11日宁夏六盘山地区强对流天气过程成因、云降水宏微观特征进行综合分析,结果表明:此次局地小尺度强对流天气过程出现在高纬"两槽一脊"环流背景下,主要影响系统为蒙古冷涡、低层切变线、地面风场辐合线;云反演产品与降水云团的发展演变一致性较好,短时强降水初期云顶高度在5-7 km之间,云顶温度低于-30℃,过冷层厚度在4 km左右,黑体亮温低于-30℃;雷达回波表现为典型的强对流回波特征,强对流天气期间各地组合反射率均50 dBz,最强达61 dBz,回波顶高普遍在8 km左右,强对流鼎盛时期45 dBz以上的强回波高度达到7 km左右,4 km高度附近有55dBz以上的强回波中心。当雷达回波朝六盘山山体移动时,回波有明显的加强趋势;Grapes_CAMS模式较好地模拟了此次强对流过程,模式产品显示此次降水云系为冷暖混合云,0℃-(-5)℃层之间有一定的过冷水存在,在-5℃-(-20)℃之间,冰晶数浓度1个/L,含量较少。     

河北省一次降水云系云物理结构的飞机探测研究

利用机载粒子测量系统资料、天气雷达和Ka波段云雷达资料,分析了2017年5月22日河北省一次低槽冷锋降水过程积层混合云的微物理结构。结果表明:降水云系出现在低槽槽前西南气流中,积层混合云为大范围的层状云系中镶嵌大量对流云核结构,0℃层高度位于3577—4004m,随降水过程发展0℃层高度降低,嵌入的对流加强将抬升云顶高度。云内粒子浓度随云内对流的发生和加强而提高,云粒子浓度从1.8×10^5L^-1上升至5.0×10^5L^-1;云内过冷水含量大幅提高,从0.05g·m^-3上升至0.60g·m^-3,冷云中上层过冷水含量可长时间维持在0.20g·m^-3,中上层过冷水占比达60%。对流发生和加强可提高冰晶粒子增长速度,弱对流区冷云低层出现冰晶粒子浓度爆发增长区,强对流区冷云中上层成为冰晶粒子浓度快速增长区;最大降水粒子直径从8000μm增长至10000μm以上,直径在10000μm以上降水粒子谱分布区域从云底向中上层拓展。     

青藏高原一次冰雹强对流天气过程的诊断及雷达回波特征分析

利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达（C-POL）的观测资料、ERA-Interim 0.125°（纬度）×0.125°（经度）气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊断及雷达回波特征分析。结果表明:1）此次冰雹强对流过程发生在有切变线伴随的高原低涡东移过程中,低涡尾部前倾的切变线为这次冰雹的发生提供了动力、水汽条件。2）强对流天气的水汽输送主要来自从孟加拉湾、印度及尼泊尔翻越喜马拉雅山脉的水汽,强对流发生前水汽输送显著增加,低层水汽集中在400 hPa以下,有明显的辐合及垂直输送。3）那曲400 hPa以下为假相当位温随高度递减区,也是水平辐合及垂直上升运动的重合区,有明显的对流不稳定能量集聚及动力抬升条件。4）雷达回波图上可看到,此次强对流天气主要由局地新生的多个中γ尺度孤立对流单体造成,其移动路径与切变线前西南气流一致。大部分单体水平尺度不大,生命史短,但仍有部分单体强度大,生命史较长。局地气流辐合扰动会导致新的单体产生,单体的发生、发展及维持离不开低层气流辐合提供的动力条件。5）在距离高度显示图上表现出了弱单体雹云特征,雹云云顶伸展至16 km,高于夏季平原地区普遍对流云高度,但未突破对流层顶,0℃层远低于平原地区,为深厚强对流降水;强降水中心位于云团下部,即有降雹也有降水,降雹以霰粒为主;垂直方向存在强烈的入流和上升气流,悬挂回波出现在入流上升气流之上,中层辐合区的气流下沉区对应降雹区;中层辐合区与上层的高空辐散区配合导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。     

鄂西北夏季对流降水回波特征的研究

该文通过对鄂西北1995～1999年6～9月273个对流回波个例进行统计分析，得出生成对流云的主要天气背景为西风低槽过境和副高外围的影响。对流云回波出现频率6、9月较少，7～8月较多。当地地形对对流云活动具有促进生成、约束移动、抬升加强等作用。对流云可分为单体、多单体、超级单体和混合云中对流等种类。6、9月对流云平均的生命时间较短，回波强度、顶高和强回波区顶高较低。相反，7～8月对流云回波特征值较高     

陕西省中北部人工增雨适宜时段及层状云特征

统计分析了陕西中北部1991～2001年4个711雷达站附近15个气候观测站日降雨量大于等于5mm降水过程的时空分布及雷达回波特征。陕西中部适宜人工增雨的时段为2月10日至11月15日，北部为2月25日至11月10日。陕西降雨性层状云0℃层高度变化范围为3．63～5．03km，平均高度为4．65km，融化层强回波区厚度为0．4～1．0km。冷云、暖云降雪(雨)量级较小，不适宜大范围开展人工增雪(雨)作业。适宜人工增雨的稳定性层状云雷达回波特征为：PPI回波结构密实，范围大于30km，雷达回波强度大于等于30dBz，RHI显示云顶高度大于等于5．8km或者融化层明显，强度达30dBz以上。适宜人工增雨的混合性层状云雷达回波特征为：PPI有明显强回波中心，强度大于等于30dBz，15dB回波宽度大于等于25km，回波最大高度大于等于5km；或者融化层明显，雷达观测融化层下挂回波明显倾斜或呈锯齿型排列。     

北京一次强飑线过程的闪电辐射源演变特征及其与对流区域和地面热力条件的关系

利用2015年夏季北京闪电综合探测（BLNET）总闪辐射源定位、多普勒天气雷达、地面自动气象站和探空资料等多种协同观测资料,详细分析了2015年8月7日北京一次强飑线过程不同阶段的闪电特征,并探讨了闪电与对流区域和地面热力条件之间的关系。飑线过程整体上以云闪为主,根据雷达回波和闪电频数可以将飑线过程分为发展、增强及减弱三个阶段。发展阶段表现为多个孤立的γ中尺度对流降水单体,随着北京城区降水单体的迅速发展,强回波顶高延伸到-20℃温度层高度,闪电辐射源高度也逐步增加,闪电明显增多,但总闪电频数整体低于80次/min。增强阶段单体合并,闪电频数快速增长,0℃层以上及以下的强回波（＞40 dBZ）体积明显增大,飑线形成后,总闪和地闪均达到峰值,分别约248次/min和18次/min,负地闪占总地闪比例为90%,辐射源主要分布在线状对流降水区内,辐射源数量峰值出现在5～9 km高度层。减弱阶段飑线主体下降到0℃以下并迅速衰减,辐射源分布明显向后部层云降水区倾斜。95%的闪电发生在对流线附近10 km范围内,即对流云区和过渡区。在系统发展和增强阶段,对流云区与层云区辐射源的活跃时段基本一致;系统减弱阶段,对流降水云区辐射源数量迅速减少。在系统的不同发展阶段,闪电活跃区域对应于冷池出流同平原暖湿气流在近地面形成的相当位温强梯度带内。     

琼岛北部地区春夏季热带对流云降水的雷达回波特征

利用2005年4-7月海口雷达站观测的713数字化天气雷达资料,对海南省北部地区境内的对流云降水回波进行了统计分析。统计结果发现:该地区4-7月对流云初始回波多在午后12-18时出现,其中自西南向东北移动的回波占主导地位,移动速度一般在10～30Km/h;平显上块状回波占主导地位,所占比例为47.6%,其次是带状、涡旋状,对流云的生命史多在60～120min左右。高显上没有观测到回波顶高在0℃层以下的降水回波,回波最大顶高平均为14.3Km,平均冷暖区厚度之比为2.3,说明琼岛北部地区春夏季热带对流云中暖云的降水机率很小,大部分为发展旺盛、负温度区比较深厚的对流云,这种云非常适合冷云催化。     

云特征参数与降水相关性的研究

利用FY2C卫星和探空反演得到的云结构特征参数,结合地面降水,研究了云顶高度、光学厚度、云粒子有效半径和云厚度等云结构参数与降水的关系,并分类研究了层状云和对流云在不同降水强度情况下,云参数的频数分布规律及其与降水的关系。结果表明：通常云厚大于5km、云底较低、云粒子有效半径较大时,地面易出现降水,若云顶高于10km、云光学厚度大于20且云中无夹层或夹层稀薄时,地面雨强多大于1mm/h;对于层状云降水,当云光学厚度大于17时,地面出现降水的概率较大,随光学厚度值增加,地面雨强呈增大趋势;对于对流云降水,云顶高度和光学厚度相关性较好,云光学厚度大于17且云顶高于7km时,地面出现降水的概率较大,当光学厚度大于20时,地面雨强明显增大;层状云和对流云的降水概率均随云顶高度和光学厚度的增加而增大,降水概率与云光学厚度的相关性更为密切,光学厚度小于10的云很难产生降水,而云光学厚度大于20时,层状云和对流云的降水概率都会显著增加;综合云体的高度、厚度和云光学厚度等云参量的组合特征,对分析判断地面降水落区和降水强度更加有效。     

2018年青海人工增雨天气环流形势及作业条件统计分析

对2018年飞机人工增雨作业时的77个天气样本进行分析，以大气环流形势配合冷空气入侵青海的不同路径将人工增雨降水过程分为4种环流型：两槽一脊型、东高西低型、纬向环流型、横槽转竖型。作业云系以层状云和积层混合云为主；主要作业层风速在16 m·s^-1左右；作业层主导风向在230°~280°。雷达回波强度和雷达回波顶高在4种环流型中没有明显区别。卫星反演云顶高度中东高西低型云系平均发展较深厚，纬向环流型和横槽转竖型中云系发展较高但并不深厚；云顶温度最低在-40℃；最大光学厚度在13左右；过冷层厚度在2.7 km左右。云内微观条件中：有效粒子半径在13 μm左右；液水路径在东高西低型中较高在209 μm左右。     

咸阳市一次强对流暴雨天气分析

通过对 2 0 0 4- 0 8- 1 0咸阳地区强对流暴雨天气产生的大尺度形势场、能量场、卫星云图以及多普勒天气雷达产品等分析 ,表明 :这次强对流暴雨发生在副高摆动西伸北抬、中高纬度低槽东移南压的大尺度背景下 ,暴雨发生前期对流层中下层呈强烈的对流不稳定 ,地面冷锋抬升是触发不稳定能量释放的主要因素。多普勒雷达观测表明强暴雨中心回波强度均在 5 0 d Bz以上 ,云顶高度均在 1 0 km左右。其中 0 6— 0 7时南部乾县、武功的暴雨是由典型的 β中尺度系统直接影响造成的 ,此β中尺度对流云团内部存在明显的中尺度气流辐合。强回波出现时 1 h积累降水量图显示的数值与实测降水量相吻合     

昆仑山北坡短时强降水天气分型及雷达回波特征分析

应用昆仑山北坡小时、分钟降水资料以及和田C波段多普勒天气雷达资料,分析近8年该区域短时强降水天气分型,对比分析对流云与混合云2型5类短时强降水的回波强度、顶高、垂直液态含水量等回波特征量值以及持续时间的差异.得出昆仑山北坡短时强降水中,中亚低涡(槽)型环流形势和块状多单体回波最多,昆仑山北坡无超级单体回波.需高度关注3...     

南京周边地区夏季对流云降水的雷达回波特征与人工增雨

本文利用1998～2002年南京713数字化天气雷达资料，对南京周边地区(距南京150km范围内)7、8、9三个月所有有高显的对流云降水回波进行了统计分析。统计结果发现：南京及其周边地区夏季对流云降水回波在平显上以带状为主，所占比例超过为58．2％，其次是孤立的对流云降水回波，所占比例达到22．6％。在高显上，回波顶高在0℃层以下的降水回波较少，不到10％，回波顶高在0℃～-10℃之间的占11．7％，在-10℃～-20℃之间的占15．3％，-20℃以上的达到63％以上，说明南京及其周边地区夏季对流云中暖云的降水几率很小，大部分为发展旺盛、负温区比较深厚的对流云，这种云是人工增雨作业最理想的云。本文的研究为正确把握作业的时机、催化的部位及用弹量，以便有效地作业，提供了依据。     

沿海地区一次中尺度对流系统闪电活动及降水结构

利用TRMM卫星的测雨雷达,微波成像仪,闪电成像仪等探测数据,研究了2010年8月5日发生在江苏北部一次中尺度对流系统(MCS)的降水结构和闪电活动之间的关系.结果表明:MCS在发展阶段,对流云降水面积与层状云降水区相当;在减弱阶段,层状云降水区面积远大于对流云降水区.MCS的生命史中,大部分闪电发生在对流云区,仅有少数闪电发生在层状云区,在减弱阶段闪电多发生在对流云和层云的过渡区中.发生闪电的层云和对流云降水垂直廓线表明:在MCS的发展成熟和减弱中在4 km高度,层云降水率都达到最大值;在对流云降水区中发生闪电主要与对流云上空含丰富的冰相粒子和对流云发展厚度(顶高达17 km)有关.研究还表明闪电数目最大值一般回波强度在35～45 dBz之间,并非回波越强闪电越多.闪电主要发生在40～50 dBz之间,且明显向强回波区趋近,这对我们利用雷达回波预警闪电落区具有一定的参考意义.     

武汉一次对流云火箭人工增雨作业的综合观测分析

为了收集整理对流云人工增雨效果的相关证据,利用雨滴谱、GPS/MET水汽、多普勒雷达和地面分钟雨量观测资料,对2014年9月28~29日武汉一次对流云火箭人工增雨作业过程进行效果分析检验。结果表明:(1)对流层中低层上干下湿结构有利于对流发生,作业前水汽向武汉附近集中,雷达回波顶高为10 km左右,且作业目标云处于新生或发展阶段,具有较好的作业条件;(2)通过催化目标云与对比云的对比分析发现,催化后对流单体的最大反射率因子、回波顶高、垂直液态水含量和强回波面积等物理参量均出现不同程度增长,整个生命史延长30 min以上,其中F1对流单体经催化后在00:33~00:51经过武汉观测站,形成的降水粒子在1.85 mm粒径处出现峰值,且粒径和数浓度快速增长至最大;(3)3个目标云此次催化后的增雨率均超过36%。     

关中、延安地区适宜人工增雨的时段及层状云雷达回波模型

分析了关中、延安地区1991—2001年4个雷达站附近15个气候观测站≥5mm降水过程的时空分布及降雨性层状云雷达回波特征。关中适宜人工增雨的时段为2月10日至11月15日,陕北为2月25日至11月10日。陕西降雨性层状云0℃层高度变化范围为3．63～5．03km,平均高度为4．65km,降雨性层状云融化层强回波区厚度为0．4～1．0km之间。总结出适宜人工增雨的稳定性层状云和混合性层状云雷达回波模型。     

初夏孟湾风暴造成云南连续性强降水的中尺度分析

利用常规气象资料、物理量场、卫星云图和多普勒雷达资料对孟湾风暴影响下云南初夏出现的4次连续性强降水天气过程的中尺度特征及其环流背景条件进行了分析。结果表明：孟湾风暴在孟加拉湾海域生成后，生命史一般为2～3天，风暴云团云顶亮温低于-65℃；孟湾风暴以分裂中尺度对流云团、外围云系以及登陆减弱的本身沿孟湾槽前和副高外围的西南气流北上影响云南；高原低涡切变、辐合通道和西南风速的辐合为孟湾风暴东北上云南提供了有利的环流背景和动力条件；孟湾风暴影响云南在多普勒雷达回波上存在许多共同的特征，往往是絮状回波产生连续性降水，强度为35～45dBZ，整体回波偏东移，西南急流、“牛眼”结构和风随高度顺转等中尺度特征的存在，既有利于孟湾风暴带来暖湿气流向北输送，又有利于北上云系中对流回波的发展。