可能降雹多普勒雷达产品特征指标分析

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达产品,分析了河北中南部地区2D04年的8次冰雹过程,总结了一些冰雹天气的多普勒天气雷达回波特征指标.当回波强度大于等于50 dBz,回波顶高大于等于10 km,垂直累积液态含水量大于等于35 kg/m2时容易降雹,垂直累积液态含水量越大,冰雹直径越大.回波发展初期2～3体扫内,垂直累积液态含水量迅速增大,一般每个体扫增加10～30 kg/m2,这是冰雹独特的特征.冰雹指数为实心正三角时,大多有降雹.     

分层垂直累积液态含水量的算法及其在人工影响天气中的应用

应用VIL产品的生成原理,变换VIL产品的理论表达式为实测体扫回波强度不同仰角之间高度层的计算公式,利用与雷达资料时间对应的当天的探空资料,取得当天0℃层的高度,并以0℃层高度为界,将垂直累积液态含水量分为上下两部分,分别计算每一个底面积的垂直柱体中的垂直累积液态含水量以及分层的垂直累积液态含水量,从而得到整个探测区域的VIL分布.通过雷达组网,得到全省的上层VIL的分布,结合雷达资料分析出的回波的移向和移速,科学的选择飞机增雨的作业区域以及作业的时间,从而得到更好的飞机人工增雨效果.利用分层垂直累计液态含水量及其0℃上下层比值,更好的指挥地面高炮火箭人工增雨和消雹作业.     

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。     

呼和浩特地区一次对流天气过程分析

利用多普勒雷达资料的强度场、速度场、垂直累积液态水含量等资料,对2009年7月29日呼和浩特市及以西地区的1次中到大雨天气过程进行了分析。结果表明：由不同仰角的PPI图和多普勒雷达径向速度场的变化来判断未来雷达回波的强度及移动方向,对临近预报有重要作用;观测垂直累积液态含水量VIL值的变化可以预报对流天气形成的可能性。     

一次超级单体的多普勒雷达特征分析

运用长沙多普勒天气雷达的基本反射率因子(R)、径向速度(V)、垂直积分液态含水量(VIL)、垂直剖面等产品,分析了2008年4月8日发生在湘东地区的一次超级单体强对流天气过程。分析表明:这次过程是一次典型的超级单体过程,在反射率因子上出现了钩状回波、三体散射回波、弱回波、高悬垂回波,相应的径向速度图上出现了持久的中气旋,风暴顶表现为强烈的辐散,降雹前相应的液态垂直累积含水量有一个跃增,这些多普勒雷达特征均为超级单体风暴预警提供了有利的临近预报因子。     

雷达资料在湖南降水与降水效率特征分析中的应用

根据湖南怀化历史雷达资料,统计分析了垂直液态含水量、最大反射率等降水特征因子以及云内凝结液态水,并结合全省区域观测站同步雨量资料,采用"按行政区域划分到县"方法,计算出怀化地区实时地面降水量与降水效率。分析结果表明:选取的2015年怀化地区层积混合云降水个例具有一定的代表性,怀化地区上空垂直液态含水量充沛,最大反射率为57dBz,最大垂直液态含水量为2.40*107m~3,6min平均垂直液态含水量为2.16*107m~3,6min平均地面降雨量为4.81*106m~3,降水效率为18.21%。研究结论对湖南省人影工作的开展起到了一定的技术指导作用。     

一次强雹暴过程多普勒雷达产品特征分析

分析延安市2006年8月1日至2日出现的一次大冰雹过程的多普勒雷达产品,得出大冰雹形成过程中形成的三体散射长钉和相应的反射率因子、径向速度、组合反射率、垂直累积液态含水量、回波顶高等变化特征,三体散射现象是大冰雹预警的一个指标。指出强风暴顶辐散是与风暴中强上升气流密切相关的小尺度特征,它提供了上升气流强度的度量,可以与最大冰雹尺寸相关连,并且是风暴强度变化的早期指标。回波强度最大值及所在高度,有界弱回波区区域大小,垂直累积液态含水量的大值区都是判别强降雹潜势的指标。通过对各项产品数据特征变化研究。为今后大冰雹早期预报提供参考。     

凉山地区防雹作业雷达回波判据指标分析

本文利用四川凉山地区三类雹云降雹过程的雷达回波资料,对各类冰雹个例的回波强度、回波顶高、强回波中心高度以及垂直积分液态含水量等主要特征参数及随时间变化进行了分析。结果表明,雹云回波强度、回波云顶高和垂直积分液态含水量等参数的跃增、骤降是人工防雹作业预警的重要参考指标,回波强度和垂直积分液态含水量出现减小趋势维持时间一般为2个体扫后(约12分钟),地面将发生降雹,这一分析结果为本地区人工防雹可能的最佳作业时机和雷达回波判据指标的选择有了初步认识。     

强台风黑格比的路径和降水诊断分析

利用1°×1°的NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站、地面加密探测和多普勒雷达等资料,综合分析环流背景对强台风黑格比的路径和降水变化的影响,并对黑格比影响过程的物理量特征进行诊断分析.结果表明:(1)台风路径稳定西北偏西行的主要原因是500hPa副高为带状分布,副高南侧边缘偏东和东南引导气流加强,台风北侧最大东风风速与南侧的最大西风风速之差增大;(2)多普勒雷达基本反射率分析发现对流单体回波在雨带的上游(海上)发展,移动到下游(陆地)迅速减弱;空中垂直液态含水量对于台风降水的演变趋势、降水量估测和降水落区有较好的指示意义.在台风暴雨系统中垂直累积液态含水量产品,由于液态含水量的密实程度不同,降水效率差异极大,有时可使降水量的差异达到2.5倍甚至更大:多普勒雷达产品1小时降水量与实际降水落区和降水量有较好的一致性,而降水落区的表现最好.1小时降水量产品与雷达反射率以及空中垂直液态含水量产品有着很好的对应关系.(3)"黑格比"在西北偏西移动过程中其垂直运动、涡度、水汽通量散度等各物理量场均表现出有利于降水加大的特征.     

天山北坡中部一次强对流风暴的雷达回波特征分析

利用Doppler雷达产品、结合常规观测资料,对2008年7月25日发生在石河子垦区中部、南部强对流天气的雷达回波特征进行了详细分析。结果表明:石河子垦区2008年7月25日强对流风暴发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限的对流不稳定层结中,近低层至地面有中尺度辐合切变线。该强风暴呈现出超级单体螺旋状回波,相应的径向速度图上出现中气旋和中尺度辐合带;冰雹的强回波中心强度达65dBz,60dBz回波顶高达5km、65dBz回波顶高达3km,垂直累积液态含水量由10kg.m-2跃增到75 kg.m-2,暴雨的强回波中心强度为55dBz,55dBz顶高达3.5km,垂直累积液态含水量由15kg.m-2增加到55 kg.m-2;Doppler雷达产品特征对冰雹、暴雨等强对流天气监测预警具有重要的指示意义。     

降水性层云含水量跃变对应的微结构观测研究

利用长春2007年5月16日的一次层状云降水过程的飞机观测资料,并结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了此次降水过程中粒子浓度、粒子谱、雷达垂直累积液态水（vertical integrated liquidwater,VIL）、微波辐射计积分液态水（liquid water content,LWC）以及地面雨强特征。研究表明,层状云微结构在水平方向上的起伏较大,出现两次典型的含水量跃变：第1次液态水跃变主要是因为粒子浓度增加;第2次液态水跃变是因为粒子浓度和粒子谱共同作用的结果;雷达VIL值和地面雨强两者呈正相关。     

中小尺度天气系统的多普勒统计特征

利用广州新一代天气雷达资料，将多普勒速度和反射率因子及其导出产品特征进行分型，详细描述了各种类型多普勒速度特征的特点和分类方法。按不同类型中小尺度天气系统，对多普勒速度和反射率因子形状的各项特征以及反射率因子大小、回波移速及垂直累积液态含水量分别进行归纳统计，重点分析了多普勒速度的统计特征。结果表明：80％左右的雷雨大风包括下击暴流在多普勒速度图上表现为大风区型和近地层辐散型，产生强降水的速度场50％以上为辐合流场，24％为逆风区型。中气旋特征和弓形、钩状等特殊形状回波出现的几率虽然不高，但却是短时暴雨或大暴雨、冰雹、灾害性大风等强烈天气的重要标志。综合运用多普勒特征和环流背景，有可能改善强对流识别的准确率。     

广东春季降水特征和人工增雨作业条件分析中多普勒雷达产品应用

利用广东省新一代天气雷达径向速度和基本反射率及其衍生产品,对具有人工增雨潜力的降水过程径向速度特征进行了分型,对各种类型径向速度和对应的反射率及衍生产品参数进行了统计分析,提出了广东中北部春季不同的径向速度特征对应不同的降水云系,应采用不同的人工增雨作业方式。通过对回波顶高度和温度的分析,归纳出广东中北部春季人工增雨的作业高度。还分析了春季广东中北部有利于降水的有效对流位能以及影响系统、水汽等天气条件,举例说明新一代天气雷达各种产品在人工增雨作业中的综合应用。     

Inverse modeling of energy transports and budgets of the atmosphere

The vertically integrated horizontal energy transports and the vertically integrated vertical energy flux divergence from ERA-40 and ISCCP are not in balance assuming a stationary climate as a time mean over several years. The reasons are the inherent uncertainties in each of the respective data sets. We therefore modify them using a variational approach with a discretization in spherical harmonics to obtain consistent values. The variational approach only modifies the smaller yet more uncertain divergent part of the flow, leaving the large rotational part untouched. From these consistent fields we can calculate posterior covariance matrices of the vertically integrated horizontal energy transport and the vertically integrated vertical energy flux divergence, providing a measure of the uncertainty of the previous calculation. We are able to use these posterior covariance matrices to give an estimate of the uncertainty of the zonally and vertically integrated meridional energy transport, which is about 0.25 PW in the tropics and 0.04 PW in high latitudes, as well as for the vertical energy flux divergence of the atmosphere, which ranges from 2.5 to 5 W/m² in the tropics to 15–17 W/m² in high latitudes.     

An evaluation of Arctic cloud and radiation processes during the SHEBA year: simulation results from eight Arctic regional climate models

Eight atmospheric regional climate models (RCMs) were run for the period September 1997 to October 1998 over the western Arctic Ocean. This period was coincident with the observational campaign of the Surface Heat Budget of the Arctic Ocean (SHEBA) project. The RCMs shared common domains, centred on the SHEBA observation camp, along with a common model horizontal resolution, but differed in their vertical structure and physical parameterizations. All RCMs used the same lateral and surface boundary conditions. Surface downwelling solar and terrestrial radiation, surface albedo, vertically integrated water vapour, liquid water path and cloud cover from each model are evaluated against the SHEBA observation data. Downwelling surface radiation, vertically integrated water vapour and liquid water path are reasonably well simulated at monthly and daily timescales in the model ensemble mean, but with considerable differences among individual models. Simulated surface albedos are relatively accurate in the winter season, but become increasingly inaccurate and variable in the melt season, thereby compromising the net surface radiation budget. Simulated cloud cover is more or less uncorrelated with observed values at the daily timescale. Even for monthly averages, many models do not reproduce the annual cycle correctly. The inter-model spread of simulated cloud-cover is very large, with no model appearing systematically superior. Analysis of the co-variability of terms controlling the surface radiation budget reveal some of the key processes requiring improved treatment in Arctic RCMs. Improvements in the parameterization of cloud amounts and surface albedo are most urgently needed to improve the overall performance of RCMs in the Arctic.     

雷达VIL在局地强对流天气应用中应注意的几个问题

结合兰州新一代天气雷达的使用情况,介绍了其物理量产品中垂直积分液态含水量(Verti-cally Integrated L iqu id W ater Content,)的理论计算模式,从雷达观测距离对VIL计算的影响、VIL理论模式中的反射率强度和探测高度对VIL计算的影响及VIL在强对流天气识别中受季节变化的影响3方面提出了思考,以期为今后应用VIL识别强对流天气提供参考。     

青藏高原东北侧局地冰雹统计特征及对特殊雹云单体的讨论

以3D-Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,用垂直累积液态含水量(Vertically Integrated Liquid Water Content,简称:VIL)的理论模式计算单体的VIL,用VIL与单体顶高度之比计算单体的VIL密度(Vertically Integrated Liquid Water Content Density,简称:VILD),采用统计方法对青藏高原东北侧局地冰雹的日变化和大小分布特征以及地面最大冰雹直径(简称:Rmax)与单体在降雹过程中的最大VIL(简称:VILmax)和最大VILD(简称:VILDmax)之间的关系进行了统计。结果表明:(1)青藏高原东北侧局地降雹主要以中冰雹为主(直径在5~20 mm之间),其次是小冰雹(直径<5 mm,现称为霰),出现大冰雹(直径≥20 mm)的概率很小;(2)从冰雹的日变化特征看,青藏高原东北侧局地降雹主要出现在下午到傍晚,期间存在2个降雹高峰时段。第一个主要集中在13:00~18:00,其中以15:00~16:00出现的概率最高,另一个主要集中在20:00~21:00,日内其余时间降雹概率很小,此结论与陈乾[1]等研究区域性冰雹发现的午后傍晚双峰型特征基本吻合,但在出现时段上稍有偏早;(3)VILmax和VILDmax从总体趋势上看与Rmax之间均存在正相关关系,但VILD-max比VILmax与Rmax之间的相关性更好;相同大小的冰雹所对应的雹云单体的VILDmax虽然存在一定的差异,但差异不大,一般维持在0.1 g.m-3以内;(4)雷达观测静锥区和单体强回波区倾斜或悬垂回波等是影响VILmax和VILDmax与Rmax之间出现负相关的2个主要因素。     

基于CNOP方法的台风目标观测中三种敏感区 确定方案的比较研究

在目标观测中,敏感区的确定是个关键性的问题。本文详细研究了如何用条件非线性最优扰动（CNOP）方法确定敏感区。提出了三种确定敏感区的方案:水平投影方案、单点能量投影方案以及垂直积分能量方案。比较了三种方案确定的敏感区的差异,分析了它们所阐释的物理意义,讨论了它们的优缺点,并通过理想回报试验考查了不同方案确定的敏感区的有效性。对六个台风个例的应用结果显示,单点能量投影方案与垂直积分能量方案下识别的敏感区较为相似,二者与水平投影方案确定的敏感区则有较大的区别。两种能量方案确定的敏感区更多地反映了环境场对台风的影响,而水平投影方案则反映了台风自身对流不对称性结构对台风发展变化的影响。理想回报试验结果表明,由两种能量方案确定的敏感区对预报误差能量的减小程度以及路径预报的改善程度都要大于水平投影方案确定的敏感区的效果,且垂直积分能量方案确定的敏感区的有效性最高。而在强度预报方面,三种方案对预报效果的改善程度相当。因此,总的说在台风目标观测研究中,利用CNOP方法确定敏感区时,垂直积分能量方案是较佳的方案。     

多普勒雷达产品在人工增雨效果检验中的应用

利用多普勒天气雷达提供的垂直积分液态水含量、回波顶高、风暴体积、体积含水量、反射率因子产品,以及回波面积和降水通量等,对2004年6月28日的一次人工防雹作业前后的有关参数变化进行了分析,对作业效果进行了检验。结果表明,云体的相关参数在作业后发生了显著变化,对流发展趋势得到减弱。选取合适的多普勒雷达产品进行综合分析,可以对人工影响天气作业效果进行检验,为建立以新一代天气雷达为基础的人工影响天气效果检验系统提供参考。     

多普勒天气雷达产品在人工增雨效果检验中的应用

利用湖南省境内的多普勒天气雷达探测资料,结合湖南省中小尺度地面降雨量资料,对催化作业前后日标云与对比云的多普勒天气雷达参数(回波顶高、最大反射率因子、垂直积分液态水含量、回波面积等)的变化特征进行对比分析.结果表明,催化后,目标云体雷达回波参数值均增大,约20～30 min后都能达到最强,而对比云增大率比目标云要小;作...