利用新一代多普勒雷达产品判别重庆市人工增雨作业指标

本文用统计学的方法,主要利用重庆市S波段新一代多普勒雷达产品按照层状云、对流云、积层混合云三类降水型将2009年8月-2010年8月的有效降水过程进行分类,并分析不同降水类型的雷达回波特征参数,初步得出重庆地区人工增雨雷达回波指标.结论显示,重庆地区人工增雨作业指标为:层状云回波强度≥23 dBz、回波顶高≥5 km、VIL特征值≥3 kg/m2;积层混合云在春秋两季回波强度≥30 dBz、回波顶高≥6 km、VIL特征值≥8 kg/m2,夏季回波强度≥35 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2;对流云春秋两季回波强度≥40 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2,夏季回波强度≥43 dBz、回波顶高≥11 km、VIL特征值≥23kg/m2.     

新一代天气雷达观测的福建夏季对流云特征

2001年和2002年7～9月利用福建省建阳市和龙岩市二部新一代天气雷达对福建夏季对流云进行系统的观测.通过对观测资料的统计分析和实例分析得到不同类型福建夏季对流云的生命史、尺度、强度等特征;多单体合并对流云液态水总量最大,发展-成熟阶段平均值达4.8×109 kg,是福建夏季对流云中最重要降水云型;对流云发展的不同阶段,不同高度层辐合辐散特点.这些结果为进一步研究夏季南方对流云结构、降水原理提供科学依据.     

江西两次雷击事件雷达回波特征分析

为了做好江西雷电监测预警和预报服务工作，使用天气图资料、地面气象要素、雷电数据、江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品等资料，采用天气学、统计学和雷达气象学等分析方法，对2021年3月江西两次雷击事件进行分析，结果表明：（1）两次雷击事件是由超级单体和强单体回波系统影响产生。（2）超级单体回波有四个特征：①具有≥60 dBZ回波强度，并存有≥65 dBZ回波核；②强回波面积≥10×10 km2；③强回波梯度≤8 km；④在强回波移动方向的下风方有云砧形成的“前伸”回波结构；强单体回波的回波强度（没有回波核）、强回波面积、强回波梯度和“前伸”回波结构都弱于超级单体回波。（3）超级单体CR回波强度达到65 dBZ，ET回波顶高达到11～12 km，VIL垂直累积液态水含量达到60 kg/m2；垂直反射率因子RCS向移动方向倾斜、55 dBZ强回波顶高达到8 km、65 dBZ强中心悬挂在6 km高度；垂直径向速度VCS在强回波区存在速度对、-5～19 m·s-1 速度达到弱切变的强度。（4）强单体回波CR强度达到60 dBZ，ET顶高达到9～10 km，VIL垂直累积液态水含量达到50～60 kg/m2；强单体回波垂直反射率因子RCS倾斜角度弱于超级单体，55 dBZ强回波顶高达到8 km，60 dBZ强回波高度伸展到6 km，没有65 dBZ强回波中心；垂直径向速度VCS表现为正速度区分成上下两层。研究结果为江西雷电天气的监测预警和预报服务，减轻雷击灾害提供有指导意义的范例。     

华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标

选取代表华北地区经常出现的三类飑线系统--拖曳层状型(TS)、先导层状型(LS)、平行层状型(PS)的3次强雷暴过程为研究对象,利用天津塘沽多普勒雷达资料、京津冀ADTD型地闪监测网资料和北京探空资料,在对资料进行全面质量控制的基础上,运用粗网格化分析方法,分别以飑线系统整体和飑线系统上局部的强回波块为研究对象,探讨6分钟内地闪频数与雷达回波顶高的关系,找寻雷电预警指标.结果表明:3次过程中,出现在云顶达到8～12km 对流云塔中的地闪频数分别为85.8%、78.9%和80.5%;无论是在飑线系统整体,还是飑线系统上强回波块中,6分钟内地闪频数与对流云回波顶高高于11km或12km的回波面积有正相关关系;而且在飑线系统内的地闪活跃区,回波顶高高于11km的回波面积对地闪活动激烈程度具有预警意义.     

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。     

X波段相控阵偏振雷达观测墨脱地区云降水宏观特征的统计研究

第二次青藏高原综合科学考察研究项目在墨脱布设了一部X波段相控阵偏振雷达（X-PAR）,实现了首次对河谷地区云降水的雷达连续观测。为了揭示高原东南河谷地区云降水的宏观特征,本文利用墨脱X-PAR2019年11月至2020年10月的观测数据定量分析了墨脱地区云降水回波强度、回波顶高等参数的月变化、日变化和高度变化,并与那曲地区夏季季风时期多普勒雷达观测数据进行了比较。研究发现：（1）墨脱地区回波顶高、面积、强回波所占比例以及回波分布范围在4～10月大于11～3月,4～10月降水频次高、对流性降水多,其中以6月最为显著。而进入4月后弱回波数量的大幅度增加导致了4～10月回波强度小于11～3月。降水回波月变化特征结合高原季风指数,将一年分为旱季（11～3月）与雨季（4～10月）。（2）雨季降水回波频次、顶高、面积均大于旱季,说明雨季降水频次更高、对流性活动更旺盛。降水回波频次、顶高、面积的日变化表明,旱季日降水主要发生在下午与上半夜,雨季主要发生在下半夜。（3）墨脱降水回波强度大部分小于30 dBZ,旱季在海拔高度3 km以上回波发生频次高,雨季在3 km以下高。（4）夏季季风期间墨脱回波顶高...     

安徽夏季中γ尺度对流云的雷达回波特征

探讨夏季不同类型降水系统中对流性降水云的结构、降水形成机制,旨在为人工影响天气提供技术途径。利用合肥新一代天气雷达（CINRAD）监测到的13933个中γ尺度对流云体,按5种天气类型对其生命史、基本反射率、回波顶高、回波厚度、垂直累积液态水含量进行了统计分析。结果表明：在5种天气系统中,对流云生命史在1小时之内的占统计总数的90%～95%;对流单体云的厚度一般都有2～5km,最大厚度也有超过10km的。副高外围及副高控制时,对流云单体的云顶高度70%以上都超过了0℃层;在华北低槽、沿海低槽、南支槽影响时,云顶高度大部分出现在0℃层以下或0℃层附近。这为指挥人工增雨作业提供了很好的指标。     

不同下垫面雷暴雷达回波特征与地闪的关系

利用闪电定位资料和雷达资料,研究了宁波市城区、山区和海陆三种地区增强型雷暴的闪电活动特征,结果表明：城区增强型雷暴的≥50 dBz组合反射率面积和≥9 km、≥10 km回波顶高的回波面积,以及山区增强型雷暴的≥45 dBz组合反射率面积和≥12 km的回波顶高的回波面积,这些指标与每6 min地闪次数都有很好的相关性;而海陆增强型雷暴的≥10 km回波顶高的回波面积与每6 min地闪次数的线性关系明显,相关系数高达0.916;3种增强型雷暴对地闪密度分布的影响各有不同,城区增强型雷暴会产生更多的地闪。     

夏季对流云初期回波与降水之间的关系

1979—1981年6和7月份在安徽屯溪机场,用711雷达对对流云初期回波及其发展过程进行了观测。资料分析表明:(1)对流云的初期回波绝大多数是在云的暖区形成的,因此,屯溪地区夏季对流云中暖云过程对降水形成起重要作用.(2)用回波顶升速、回波顶高和强度为35dbz回波的厚度、初期回波中心高度变化情况可以定性估计积云降水的强弱.     

冰雹云的多普勒天气雷达识别参量及其预警作用

使用宜昌多普勒天气雷达基数据资料,采用统计计算方法,分析了2004—2008年宜昌境内52块强对流云的特征。结果表明：（1）在宜昌地区,产生冰雹的对流云中其平均最大反射率因子均在50 dBz及以上;回波顶高均在9 km以上,最高达到22 km,其中80%的冰雹云的回波顶高在12～16 km之间;最大垂直液态含水量在50 kg.m-2以上的比例为76%;利用回波强度、回波顶高和垂直液态含水量均不能很好地辨别雹云和雷雨云,但可将这些参量作为冰雹发生的参考条件。（2）利用45 dBz回波顶高可较好地识别冰雹云,当强回波高度达到7.6 km时预示有冰雹出现,其临界成功指数达86%。（3）降雹前,强中心回波顶高会出现跃增现象,跃增后不久地面出现降雹,这一特殊现象有助于提前进行冰雹预警。     

基于卫星资料的大连地区强对流天气闪电活动特征

利用FY-4卫星云顶亮温（Cloud Top Temperature,CTT）资料和雷达回波资料,分析了2019年6-9月大连地区的闪电活动特征,重点分析了该地区2019年9月4日的一次强对流天气闪电活动特征与雷达回波及CTT之间的相关性。结果表明：此次过程雷暴起始于大连东南方向。在雷暴初始阶段,以云闪为主,云闪高度主要集中在7-12 km。闪电活动主要集中在雷达回波强度>30 dBz的区域,对应的云顶高度超过了8 km。闪电活动与FY-4卫星CTT之间存在较好的相关性,闪电主要发生在CTT为240-250 K左右区域。对2019年5-8月大连地区雷达与闪电活动进行量化分析,发现闪电活动主要集中于雷达组合反射率39.38 dBz附近区域,对应的云顶高度为8.21 km。     

一次东北冷涡云降水垂直结构特征分析

利用辽宁阜新国家站(121.7458°E,42.0672°N)的毫米波云雷达(8 mm)和微雨雷达(12.5 mm)对2020年8月12-13日东北冷涡影响下的一次降水过程进行了观测,分析了云降水的垂直结构特征并探讨了降水机制。结果表明：本次过程中,云水平方向发展不均匀,以层状云和层积混合云为主,云内有时还嵌有对流泡。云降水阶段性变化明显,先后出现了层状云降水、层积混合云降水和对流云降水。层状云降水和层积混合云降水均表现出明显的亮带特征,但层积混合云降水的雷达回波强度、回波顶高和降水强度明显大于层状云降水。对流云降水的雷达回波会因强降水而产生明显衰减,因此回波顶高不能表示出实际的云顶情况。层状云降水阶段,云雷达反射率随高度降低增长缓慢,雨滴在下落过程中受蒸发和碰并的共同作用,反射率降低。与层状云降水相比,层积混合云降水的碰并效应强,且由于前期降水对近地面的增湿作用,使云下蒸发弱。对流云降水阶段,反射率的增长主要发生在冰水混合层,有利于大滴的产生,拓宽了云滴谱,提高了碰并效率。     

A 9‐year summary of radar characteristics of mesocyclonic storms and of deep convection in southern Québec

Abstract

Nine summers of reflectivity and Doppler data, (1993–2001), archived by the Marshall Radar Observatory of McGill University have been processed for the purpose of identifying the location, strength and frequency of occurrence of severe weather events associated with convective activity. A mesocyclone detection and tracking algorithm has identified 329 features with a lifetime of at least 10 minutes. The distribution of their duration, path length, diameter, depth, rotational velocity and shear are provided, as well as their hourly and monthly frequency. Their geographical distribution reveals an increased relative probability of occurrence over the western area of the McGill radar coverage as well as to the north, near Mirabel, and a reduced probability of occurrence near the metropolitan area of Montréal.

The analysis of deep convection has been performed in terms of upper level Vertically Integrated Liquid water content maps (UVIL) where the vertical integration of reflectivity begins at a height of 5 km. UVIL maps are preferred among other types of reflectivity‐based radar products because they are the least affected by radar artefacts such as bright band, ground echoes, anomalous propagation and beam blocking. An inherent bias, present in the standard generation of UVIL maps, and due to an oxygen attenuation overcorrection and to the vertical profile of reflectivity of thunderstorms as sampled by a broadening beamwidth, has been identified and corrected. The geographical distribution of UVIL measurements in terms of the time that a UVIL threshold of 10 and 15 kg m^?2 is exceeded has been obtained for both the individual years and for the entire 9‐year period. Areas of preferred convection have been identified in the latter, particularly along the flatlands of the St. Lawrence River Basin. A relative minimum is quite noticeable along a broad corridor running north and south of the radar over heavily forested mountainous regions. This combination results in a non‐negligible correlation of the order of ‐0.2 between the height of the topography (m) and deep convection. Curves revealing the relative severity of the nine years in terms of a continuous UVIL threshold have also been derived. The years 1994, 1998 and 1999 emerged as the most active years while 1996 and 2000 were clearly very quiet.     

南疆阿克苏冰雹天气的判识指标研究

利用常规气象资料和CINRAD/CC雷达资料对2009~2012年34个冰雹天气个例进行了分析,统计归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标。结果表明:冰雹发生前期,当850 hPa与500 hPa温差≥30℃,地面露点温度≥10.2℃时,预示冰雹天气发生的可能性较大;对流有效位能在冰雹尺寸相对较大(≥10 mm)时指示效果较好,但对小范围局地冰雹的预报具有一定局限性;0~6 km较弱的垂直风切变也能形成冰雹天气;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹的产生。雹云雷达回波具有的特征:组合反射率因子达到50 dBZ以上;径向速度场往往伴有逆风区出现,部分还出现风暴顶辐散特征;45 dBZ强回波核高度≥9 km,垂直剖面出现前悬回波、穹窿等冰雹特征回波;回波顶高6~8月超过12 km,5月和9月超过11 km;垂直积分液态水含量阈值5月为18 kg·m-2,其它月份为30 kg·m-2;冰雹指数产品至少持续5个体扫出现实心大三角标识。     

江西干旱期间人工增雨天气条件与潜力区分析

通过对江西干旱期间的天气条件、气柱水汽量、对流云回波(云顶高、强度等)特征、作业技术方法等进行分析与研究,得出江西省人工增雨作业的基本技术数据和指标,为江西省开展人工增雨抗旱作业提供科学依据.     

通辽市一次强对流天气的环流背景和雷达回波分析

利用常规天气资料和新一代多普勒天气雷达资料产品,分析了2009年7月16日通辽市开鲁县、奈曼旗、科左中旗、科尔沁区遭受雷电、龙卷风、冰雹袭击的天气过程。结果表明:低层有较强的西南气流提供了丰富的水汽条件,中高层有弱冷平流,形成了不稳定的大气层结,为强对流的发展提供了有利的天气背景。同一条对流云带上的两个对流云团合并,在合并处有更强的对流云团,甚至龙卷发生。回波顶高度与反射率因子的强度有一定的对应关系,通常情况下回波顶高度越高,则反射率因子的强度越大,对流越强,发展越旺盛。     

Study of dynamics of the cumulonimbus anvil of large vertical extent

Results are presented of analysis of development of a cumulonimbus cloud anvil with the top height exceeding 18 km, as observed in Central India. The anvil development is studied using the measurements from Meteosat-5 and with the WR-100 radar. Minimum air temperature measured from the satellite at the cloud top level is −105°C. The rate of cloud top height growth is, on average, 0.5 m/s. Horizontal extent of the anvil in the steering flow direction reached 85 km, and rate of the anvil propagation in horizontal direction was equal to 32.4 km/h. The anvil area, after the satellite data, reached 3675 km². After the radar data, horizontal extent of the anvil reached 50 km, maximum area being 600 km². Analysis of discrepancies between the satellite and radar measurements of the anvil area shows that a significant part of the anvil cannot be detected by the WR-100 radar because its potential is not enough high; the satellite measurement data improve significantly quality of information on the Cb characteristics.     

利用新一代天气雷达资料反演云体含水量

利用多普勒天气雷达探测的反射率因子Z与含水量M的Z-M经验关系式,反演云体含水量。计算域定为以雷达站为中心、水平边长为150 km的正方形格点域,垂直高度为30 km,分辨率是1 km×1 km×1 km。通过对2006年4月11日发生在湖南长沙的一次飑线过程的分析,利用反演软件计算该飑线云体的含水量分布,构建了CAPPI和VCS及整层VIL(垂直累积液态含水量)3种显示方式。反演结果与实测的雷达基本反射率产品、雷达CAPPI反射率产品、垂直积分液态含水量产品对比分析表明,反演的含水量分布及中心位置与雷达产品结果吻合,且利用Z-M经验关系式反演的含水量M反映了含水量的三维分布,较雷达VIL产品更能显示真实的含水量状况。     

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。     

一次飞机冷云增雨作业效果检验

最近60多年,全球范围内广泛开展了人工增雨作业,但人工增雨效果检验一直是个难题。传统上,利用雨量计和目标/对比区统计数据评估人工增雨效果,结果大多不确定。对一次人工增雨作业而言,从科学上给出令人信服的效果检验更是没有好的解决方案。2017年3月19日,陕西省实施业务飞机冷云增雨作业播撒含有750 g碘化银（AgI）的催化剂,播撒线长125 km。作业后卫星、雷达观测到一条与播云线对应的清晰的云迹线,地面雨滴谱仪观测到相应的雨强、雨滴数浓度、雨滴直径增大,表明播云使云体产生了增雨响应。针对这次增雨过程,从连片雷达回波中分离增雨作用造成的回波增强带（增雨影响回波）和确定了自然降水回波强度,建立增雨影响回波强度（Z）与地面雨强（I）的拟合关系（Z-I关系）,定量研究人工增雨的时、空演变。结果表明:（1）增雨影响时间约4 h,增雨影响回波区域（增雨影响区）面积为5448 km2。该区累计降雨总量和增雨总量分别为1.518×106 m3和8.04×105 m3,增雨影响区内增雨率达53%。（2）总降雨量、增雨量、自然降雨量随时间先增后减,总降雨量与增雨量的峰值同步,两者峰值都早于自然降雨峰值;催化后146 min （04时47分,世界时,下同）,每6 min增雨量达到最大,为4.9×104 m3;催化后174 min （05时15分）,增雨雷达回波面积达到最大（1711 km2）,面积峰值滞后增雨量峰值出现。（3）增雨影响区位于播撒线下游,呈条带状;区域内总降雨量空间分布为中间大边缘小,与增雨量空间分布一致。（4）此次增雨作业改变了降雨时、空分布,促进降雨形成,增加了地面降雨量。