江西省北部地区一次致灾冰雹天气环境条件和特征分析

利用常规气象观测资料、天气雷达资料、FY-2E卫星TBB资料和NCEP1°×1°再分析等资料,对2015年4月2日发生在江西省北部地区的冰雹强对流天气环境条件和特征进行了分析。结果表明:1)高空槽、低层切变线和地面锋面共同影响,导致此次冰雹强对流天气过程,冷锋及其附近的中尺度地面辐合线是主要触发系统。2)降雹前6—12 h,江西省北部地区对流层中低层西南风速跃增,并且500 hPa高度层存在干急流轴,干空气卷入能使雨滴脱离上升气流,减弱雨滴的拖曳作用,形成"上干冷、下暖湿"对流不稳定温湿层结。3)江西省北部地区边界层有假相当位温能量锋区维持;且处于水汽通量辐合区中心,低层维持较强水汽辐合和输送,为冰雹云内雹胚的形成和生长提供了充足的水汽条件。4)风暴单体具有有界弱回波区、高悬的强反射率因子、强回波伸展至-20℃层高度之上、高VIL密度、强中气旋等大冰雹回波特征。TBB分布反映了一个MCS的演变,降雹地点与TBB小于-52℃的冷云区及其北侧TBB大梯度区对应较好。     

基于卫星和雷达资料的FAST冰雹云特征分析及识别指标初探

利用风云2号卫星TBB资料、多普勒天气雷达和常规观测资料,分析了近10a影响中国天眼FAST的7次冰雹个例的降雹持续时间、冰雹直径、移动速度等特征,揭示了其源地和移动路径,并初步建立基于卫星和雷达的FAST冰雹识别指标。结果表明：影响FAST冰雹主要发生在春季的傍晚到夜间,冰雹云从初生到降雹平均时间为112 min,平均移动速度为45.5 km/h,降雹持续时间主要为2 min左右,冰雹直径以小于等于10 mm的小冰雹和中冰雹为主;冰雹云源地主要在安顺市,移动路径为西北和偏西路径为主。在降雹前1 h,FAST区域TBB呈西南—东北走向分布,云团中心TBB＜46 ℃,TBB梯度密集的对流区会产生降雹;降雹前30 min识别指标为Z_max≥55 dBz,VIL_max≥30 kg/m²,H_{45 dBz}≥8 km,H_45dBz- H_0℃＞4 km,H_45dBz- H_-20℃＞1 km。     

一次冰雹云演变过程的卫星遥感监测与分析

针对2003年9月21日的一次区域性冰雹云强对流天气过程,结合天气实况、环流场特征和雷达资料,利用NOAA卫星数据,从天气分析、能量转换以及云在可见光、中红外波段的反射特性,分析了冰雹云的演变及特征。结果表明,伴随着大气能量的转换,当日青海湖以北的对流冷云单体在东移过程中,结合了西南部暖舌带来的暖湿气流,午后受地面增温出现了爆发性发展。(1)17：00云团发展最旺盛,云顶温度最低值达到-44℃,并确定冰雹发生的云顶温度临界值为-39．2℃,云顶亮温为221K;(2)冰雹云温度水平梯度介于20～35℃／50km之间,表现为有雹无灾的冰雹强度特征;(3)卫星数据表明,此时雹云与其它云团不同,具有粒子有效半径较大,气溶胶光学厚度也大的特点。     

用能量分析方法识别冰雹云

用GMS ＴＢＢ遥感资料和湿-比有效能量方法分析了1998年巴盟地区9次降雹过程，认为：（1）云顶温度及其水平梯度是识别冰雹云的重要参量，云顶温度低于-25℃才可能出现有灾冰雹，预报区云顶温度水平梯度大于50℃/50km才可能出现重雹灾；（2）冰雹云生成前低层是高能舌，而中高层低能中心和负能量平流中心位于其北或西北方；（3）有雹无灾冰雹云生成前低层没有高能舌，在降雹区西北方450km以内也没有中高层低能中心。     

庆阳市一次局地冰雹天气分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征3方面分析了2006年8月2日庆阳市局地强降雹的天气过程。结果表明：此次降雹过程在500hPa高空环流形势场上呈典型的西北气流型,低层辐合、高层辐散,对流层中层正涡度区的耦合激发低层上升运动加强,有利于本地水汽向上输送;河套北部短波槽促使冷空气动力下传是这次局地强对流天气最主要的动力触发机制;从雷达回波的演变来看此次降雹并非是典型的冰雹云回波特征,而是由飑线造成的对流云相互碰并增强后产生的冰雹;同时卫星云图上云顶亮温的变化与对流云团的发展也有着很好的对应关系,单个云团的合并有利于能量的集中和加强,易于产生冰雹。     

十堰一次强对流天气雷达回波特征

利用十堰714C天气雷达回波资料,结合其它天气资料,分析了2004年7月6日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度天气形势下产生的,局地环境CAPE指数大,水平风的垂直切变较强。强降雹由多单体强风暴造成,回波强度强,高度较高,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）。雹云移动明显右偏于高空风,属右移风暴,以右后侧和右前侧传播方式发展。强降雹由后一种传播方式造成,初始回波从半空生成,云顶高度较高,强中心位于云体中上层。     

2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析

为研究雹暴结构和大冰雹的形成机制,利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测站观测和实地冰雹调查资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大冰雹形成机制进行分析。结果表明,受冷涡天气系统影响,鲁中山区、鲁东南地区低层暖湿、高层干冷,0—6 km高度风矢量差为30.3 m/s,十分有利于强雹暴的发展。雹云发展迅速,历经发生、跃增、酝酿、降雹和消亡等5个阶段,在发生阶段即观测到中气旋、有界弱回波区等结构并不断增强,长时间维持;降雹阶段的雹云具有典型的有界弱回波区—悬垂回波—回波墙和“S”型水平流场等特征,有界弱回波区与旋转上升气流和水平速度为0的“0线”结构相关联,“0线”穿过悬垂回波和有界弱回波区顶部强回波区,指向雹云对流上冲云顶,具有特定的成雹功能;强降雹时段,雹云有界弱回波区北侧回波墙及其上方强回波区的水平反射率因子大于60 dBz,对应的差分反射率因子大多为?1—0 dB,表明为大冰雹的聚集区。依据对成熟阶段雹云雷达回波形态、径向速度和三维风场的分析,给出了实例雹云内主上升气流框架和具有成雹功能的“0线”结构示意图,有助于理解“0线”结构在大雹循环增长中的可能作用机理。      

2006年6月10日浙江飑线FY-2C卫星云图特征

利用FY-2C静止气象卫星云图和中尺度加密地面气象监测资料,采用Weiss-Smith方法、云顶亮温分层、多谱组合等定量分析技术对2006年6月10日发生在浙江中北部地区的一次冰雹和雷雨大风天气的飑线过程进行连续监测和对流云识别分析。FY-2C卫星云图定量分析结果表明这次飑线过程对流最旺盛期TBB低于230K(-44℃);长波红外分裂窗双谱组合Tc≤-4的低值区与强风暴天气影响区域相对应,Tc≤-7低值中心与强雷达回波区相对应;强对流天气区域与分布在沿对流云团前进方向的TBB梯度最大区域有很好的对应关系,强风暴天气发生区的移动路径与TV正梯度最大区域的移动路径相似。     

德州市两次强对流冰雹天气过程对比分析

利用NCEP再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达和卫星云图资料对2016年6月13日和2017年6月12日德州市两次强冰雹天气过程进行了诊断分析。结果表明:两次冰雹是高空冷涡和高空西北气流环流背景下,中高层冷空气的入侵,触发不稳定能量释放造成的。低层水汽饱和度较高,中高层干冷空气入侵导致大气不稳定度逐渐增加,这种低层湿、中高层干的大气层结特点,非常有利于冰雹生成发展。德州市强对流发生时云顶温度TBB在-40～-60℃,强对流最剧烈冰雹、大风天气主要发生在雷暴云团前方亮温梯度最大区域。造成两次冰雹天气的回波是多单体风暴,0℃层和-20℃层高度比较适宜,中心强度均在55DBZ以上,风暴强盛阶段单体顶高(TOP)维持在10km以上高度,强中心高度(HT)维持在4～8km高度,低层存在非常强的垂直风切变。降雹区垂直积分液态含水量(VIL)在50kg/m~2以上,DBZ、VIL等产品与降雹相关性很好,对冰雹预报有较好的指示作用。     

新疆系统性冰雹天气过程的环流形势及卫星云图特征分析

根据1961—2003年新疆90个气象观测站的地面观测资料,统计分析了新疆局地、一般性和系统性冰雹天气过程的气候特征。普查43年历史天气图,将系统性冰雹天气过程分为三种天气类型,并对其进行了物理量合成诊断和环流形势分析。通过对1998—2001年GMS5红外云图的普查,得到新疆438个降雹云团。新疆降雹云团的尺度小、形状不规则、云顶温度较高,强对流云团是冰雹云的主体。     

南疆塔里木盆地西部一次强冰雹天气过程分析

利用常规气象资料和CINRAD／CC新一代天气雷达资料以及对流云数值模式等,对2011年6月17日发生在南疆塔里木盆地西部麦盖提垦区的一次强冰雹天气过程进行了分析。结果表明：大气不稳定层结的存在和有利的高低空环流形势配置的动力作用,是触发这次南疆西部局地强对流天气产生降雹的主要原因。在冰雹天气发展过程中,探测到了如钩状回波、弱回波区、悬挂回波和中气旋等典型的冰雹云回波特征,这对冰雹天气邻近预报具有一定指示意义。数值模拟结果显示,冰雹云具有低层辐合、中层有一对涡旋、高层辐散的结构特征,这种结构有利于冰雹云的发展和维持。     

一次强风暴三维结构的观测分析

2003年6月28日山东德州发生了一次降雹持续时间长、危害严重的强降雹天气过程。利用MICAPS、探空、NCEP资料,分析了降雹前的天气形势、能量场特征、含水量场。根据两部多普勒天气雷达资料,分析了雹云的演变过程及流场结构。研究表明,降雹前在降雹区上空西边低层存在高能舌,在中高层西边存在负能量平流或负能量平流中心。此次超级单体风暴过程由单个单体发展而来,具有强超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向右侧约20°左右,属于右移风暴。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

湖北保康两次冰雹天气过程的综合分析

利用MICAPS常规资料、TWR01雷达资料及十堰多普勒雷达观测资料,结合地面降雹的实况报告,对2009年6月6日和8月26日发生在保康县的两次冰雹天气过程的天气背景、雷达资料进行了分析。结果表明,高空冷槽、中低层切变线是主要的影响系统。6月6日冰雹由强单体雹云产生,雹云回波具有超级单体回波特点。雷达初始回波高,雹云发展速度快;强中心呈纺锤状,中低层有弱回波区,降雹前垂直液态水含量有明显的变化。8月26日过程发生在副高内部型环流形势下,由合并加强后的雹云产生降雹。     

一次冰雹天气过程的云系发展演变及云物理特征研究

利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)的数值模拟,结合NECP/FNL再分析资料、地面、探空、多普勒雷达基数据和卫星产品等观测资料,综合分析了2014年3月30日发生在贵州省西南部的一次冰雹天气过程。研究了有利于冰雹发生的环流特征和环境条件,分析了冰雹云系的发展演变特征、云微物理结构特征,初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明:此次冰雹天气是典型的低压辐合线型降雹类型,地面降雹位置位于700 hPa切变线和近地面辐合线附近及南侧;发生此次冰雹过程的对流云系经历了对流云系的初生阶段、合并加强阶段、成熟降雹阶段和东移阶段。贵州地区上空对流云系的微物理结构具有混合相云特征,高层为冰晶、雪,中层为云水、霰,低层为雨水、冰雹。霰和云水是形成雨水和冰雹的主要来源,霰撞冻过冷云水和霰的自动转化是冰雹形成的主要微物理机制。     

The Role of Initial Cloud Condensation Nuclei Concentration in Hail Using the WRF NSSL 2-moment Microphysics Scheme

The effects of the initial cloud condensation nuclei(CCN) concentrations(100–3000 mg~(-1)) on hail properties were investigated in an idealized non-severe hail storm experiment using the Weather Research and Forecasting(WRF) model, with the National Severe Storms Laboratory 2-moment microphysics scheme. The initial CCN concentration(CCNC) had obvious non-monotonic effects on the mixing ratio, number concentrations, and radius of hail, both in clouds and at the surface, with a CCNC threshold between 300 and 500 mg~(-1). An increasing CCNC is conducive(suppressive) to the amount of surface hail precipitation below(above) the CCNC threshold. The non-monotonic effects were due to both the thermodynamics and microphysics. Below the CCNC threshold, the mixing ratios of cloud droplets and ice crystals increased dramatically with the increasing CCNC, resulting in more latent heat released from condensation and frozen between 4 and 8 km and intensified updraft volume. The extent of the riming process, which is the primary process for hail production, increased dramatically. Above the CCNC threshold, the mixing ratio of cloud droplets and ice crystals increased continuously, but the maximum updraft volume was weakened because of reduced frozen latent heating at low level. The smaller ice crystals reduced the formation of hail and smaller clouds, with decreased rain water reducing riming efficiency so that graupel and hail also decreased with increasing CCNC, which is unfavorable for hail growth.     

多普勒雷达特征参数在人工防雹决策中的应用

对大连地区2003—2008年多普勒雷达观测到的37个冰雹和强雷雨个例雷达体扫资料进行PUP软件计算和处理,得到了每个个例雷达回波强度、回波顶高、30 dBz强回波中心高度、强回波顶高和垂直积分液态水含量几个主要雷达参数值、以及各参数随时间的变化特征,总结了冰雹云识别的雷达技术指标模型;根据大连地区降雹特点,将冰雹云分为强(超级单体)雹云、多单体雹云和单体雹云三类,总结了冰雹云类型判别的雷达指标(即防雹作业决策指标)。     

2013年6月喀什地区一次强冰雹天气的成因分析

利用常规气象观测资料、ECMWF细网格资料、FY-2E卫星云图、喀什新一代多普勒雷达资料和新疆区域自动站气象观测资料,对2013年6月18日发生在新疆喀什地区境内的一次罕见的强冰雹天气从天气形势、中尺度系统、水汽条件、雷达回波特征等方面进行了综合分析。分析显示,此次冰雹天气是在有利的大尺度环流背景下产生的,冰雹出现前,雹区附近低层到地面存在中尺度切变线、涌线和地面中低压等多个中尺度系统;水汽在中低层集中,并不断向冰雹区输送;雹区附近强烈的辐合上升运动为冰雹的出现提供了水汽和动力条件;探空物理量参数有利于大气不稳定能量的聚积和爆发。分析此次强冰雹天气的成因,有利于改进南疆地区冰雹短时和临近预报、预警的基本思路。