Kinematic features of a bow echo in southern China observed with doppler radar

A bow echo is a type of mesoscale convective phenomenon that often induces extreme weather and appears with strong reflectivity on radar images. A strong bow echo that developed from a supercell was observed over Foshan City in southern China on 17 April 2011. The intense gusty winds and showers caused huge losses of property and severely affected human lives. This paper presents an analysis of this strong meso- n-scale convective system based on Doppler radar observations. The isolated bow echo exhibited a horizontal scale of about 80 km in terms of reflectivity above 40 dBZ, and a life span of 8 hours. The system originated from the merging of a couple of weakly organized cells in a shear line, and developed into an arch shape as it moved through the shear zone. Sufficient surface moisture supply ensured the convective instability and development of the bow echo. The low-altitude winds retrieved from single Doppler radar observations showed an obvious rear-inflow jet along the notch area. Different from the conventional definition, no book- end anticyclone was observed throughout the life cycle. Very strong slantwise updrafts and downdrafts were recognizable from the retrieved winds, even though the spatial scale of the bow echo was small. Strong winds and induced damage on the surface are considered to have been caused by the mid-level rear-inflow jet and intense convective downdrafts.     

利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构

山东齐河CINRAD/SA和滨州CINRAD/SC雷达相距125.5km,组成了双多普勒雷达观测网,利用2004年6月21—22日的一次强飑线过程的多普勒天气雷达探测资料,分析了双雷达观测资料的质量控制结果,并根据双多普勒雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构。结果表明,两部雷达探测的回波在水平位置上有2.0km的差别,回波强度滨州雷达低5.2dBz,回波结构也有一定的差别,径向速度在可比较的区域一致性很好。飑线不同位置的水平风场结构有很大不同,在飑线北端,低层是气旋性辐合风场,飑线南端是反气旋性辐合风场,而中部沿强对流窄带的前部是偏西和东南风的风场辐合。中高层云中风逐渐转为西北风,强对流回波带上空对应辐散风场;垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明:成熟阶段,强对流窄带前部的低层是入流气流,即东风气流,它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升,在中高层向前流出形成飑前砧状云。减弱阶段,低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带,导致前面的入流气流风速减弱、下边界抬高,这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致。     

2014年5月31日华东地区一次暖区飑线过程的多普勒天气雷达分析

本研究利用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的Global Forecasting System（GFS）再分析资料、气象信息综合分析处理系统（MICAPS）观测资料、自动站与逐小时融合降水资料和中国新一代多普勒天气雷达网的基数据（Level-Ⅱ）,对2014年5月31日一次发生在合肥附近的暖区飑线过程进行了分析。天气分析显示,飑线发生在暖区,整个中高层以下呈现高湿状态,以及较弱的对流不稳定和弱风切变（0~3 km风切小于10 m·s^-1）环境。雷达分析揭示,飑线呈弓状,具有明显的对流区、层云区和过渡带,线尾涡旋位于弓形回波北端。从后往前的气流自层云区后侧6 km以下进入系统,最大风速区在z=4 km处,强风速中心并未及地造成地面风灾。由于本次个案在暖区高湿环境下形成,地面冷池较弱,维持时间短;短时降水较强,最强超过40 mm·h^-1。     

一次弱弓形飑线后方入流特征的观测分析

后方入流是中尺度对流系统内中尺度环流的一部分,表现为一支从风暴后部穿过层状回波区进入风暴系统的相对气流,对增强中尺度下沉气流和地面冷池具有重要作用。利用多普勒雷达探测资料、地面加密自动站和NCEP再分析资料,结合雷达径向剖面内反演的系统相对水平速度,对2012年5月16日江苏省一次弱弓形飑线的后方入流演变特征进行了分析。结果表明,此次飑线是在东北冷涡影响下,受高、低空温度平流差动、低空急流和低层温度暖脊的共同作用生成。飑线发展阶段,后方入流最早出现在对流层中层的层状回波区中,并向前伸展到对流回波区后缘;成熟阶段,后方入流逐渐下沉并与对流区前低层辐散外流合并,形成一条从飑线后部中层延伸到对流区前缘的持续性后方入流通道;消散阶段,后方入流中心下沉到地面附近,与冷池外流共同增强,与其前侧西南入流的局地辐合,可能是触发对流单体后向新生并促使双带状回波出现的有利条件。后方入流把中层干冷空气持续输送到对流区中下方,通过加剧降水粒子的蒸发冷却作用,增强地面冷池及其出流,导致成熟阶段地面大风生成,这与以往的研究结论一致。受后方入流中心下沉到地面以及新生带状回波系统的影响,地面冷池持续增强,可能是消散阶段地面大风形成的原因。此外,后方入流与飑前地面中尺度辐合线具有很好的对应关系。      

一次弓形回波中超级单体发展造成的大风、冰雹天气分析

利用Micaps常规资料、自动站资料及灾情调查资料、雷达回波资料等,综合分析了2011年4月15日出现在安顺市的大风、冰雹天气,此次天气直接触发系统是地面辐合线。通过对加密自动站的数据分析表明此次过程是一次典型的飑线过程。对多普勒雷达资料的分析进一步表明是一次＂后续线＂发展型飑线影响,其中有超级单体风暴产生,弓形回波前最凸起部位前侧＂v＂型缺口处的强辐合入流造成镇宁站的大风,弓形回波特征减弱时后部弱回波通道中的下击暴流造成西秀区岩腊乡和紫云县猫营镇大风灾害。这两次大风灾害发生于强对流系统不同的发展阶段,产生的机制有所不同。     

一次飑线过程的多普勒雷达资料分析

利用承德多普勒雷达的反射率因子、径向速度、垂直积分液态含水量（VIL）等产品,结合环流形势和自动站资料,对2008年6月25日发生在承德境内的一次飑线天气过程进行了分析,初步探讨了承德地区飑线天气过程的多普勒雷达回波演变特征,分析结果表明：大风位于弓形飑线回波的凸起部位。负速度中心值逐渐增大到〉27m／s且逐渐靠近雷达,预示大风天气的出现。VIL值的剧减、跃增和持续高的ET与大风、冰雹等强对流天气有一定的对应关系。对利用多普勒天气雷达识别和预报强对流灾害性天气提供参考。     

VIMHEX 1972 revisited: The life cycles of two tropical convective mesosystems over land

Summary The evolutions of two slow-moving convective mesosystems observed in Venezuela during VIMHEX-II were studied using time changes in radar echo characteristics. The duration of the echo, maximum echo area, maximum echo height and mean echo velocity were about 6 hours, 5000km², 16km, and 95°/5.2m s^–1 for mesosystem A and about 11 hours, 12000km², 14km, and 90°/3.2m s^–1, for mesosystem B, respectively. The rainfall distributions associated with the mesosystems are described and correlated with the radar echo characteristics. The synoptic conditions are discussed, as well as the modification of the environment produced by the mesosystems.The relative wind profiles suggest that mesosystem A behaved more like a typical tropical squall line, with inflow at almost all levels at the front of the mesosystem, while mesosystem B behaved like a typical mid-latitude squall line, with inflow at lower levels and outflow at upper levels at the front of the mesosystem.With 12 Figures     

云南中部一次飑天气过程的雷达回波特征

利用地面资料和雷达回波，分析了2002年9月8日云南中部一次飑天气的发生、发展和演变情况，得出低纬高原飑天气出现时天气和要素变化为：雷暴最先出现，随后湿度急升，气温直线下降。在这突变过程中出现大风、大雨和冰雹，气压出现跳跃。飑线水平尺度长不到100km，宽仅10km，生消史两个小时左右。其雷达回波有前期征兆，发生演变过程，有一定特征。     

一种雷达回波飑线智能识别的方法

提出一种雷达回波图像中飑线特征自动识别的方法。以多普勒天气雷达探测资料为主要数据源,对雷达探测到的基本反射率的空间分布和强度进行分析,通过数值预处理、高通滤波、二值化降噪、图像特征提取、目标物的中轴线提取,以及飑线形态分析等一系列步骤,实现对雷达飑线特征的智能识别。克服了回波高值区域不连通、碎块化对飑线自动识别造成的困难。通过4次强对流天气个例检验,飑线自动识别的准确率达到75%左右,尤其对呈现直线或劣弧状,且边界清晰的高值回波区,具有更高的识别成功率。该方法将以往需要由气象专业人员主观分析、判读雷达回波图像的工作自动化、客观化,可提高飑线识别、强对流天气预警相关业务的准确性和时效性。      

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.     

一次强飑线天气过程的新一代天气雷达探测和临近预报

利用位于桂林的新一代天气雷达资料对2005年5月5日影响广西桂林的锋前强飑线过程进行了详细的分析。分析飑线整体演变和内部对流单体演变表明:此飑线为后续线型和断续线型的结合。由镶嵌在飑线中的小尺度超级单体造成对流性大风。对流单体并入飑线前,可发展为成熟的超级单体,有TBSS和BWER等特征,垂直累积液态水含量可达70kg·m-2,造成局地大冰雹。可根据VIL值确定大多数强风暴位置和辨别带有大冰雹的风暴,对强对流天气做临近预报。     

塔里木盆地西北部一次飑线过程的多普勒雷达回波分析

:利用喀什新一代多普勒天气雷达监测资料和常规天气图,结合2010年7月21日发生在塔里木盆地西北部的一次暴雨灾害,分析了飑线的演变过程,发现强回波进入雷达扫描区就已经呈现出较典型的飑线特征,回波强度能很好地反映飑线发展变化,中气旋的出现与强对流风暴有一定的关系,雨强和垂直累积液态含水量对定时、定点、定量预报暴雨有很好的参考价值,垂直风切变也能反映中小尺度系统的存在。本文重点分析出现在伽师县西克尔库勒镇上空的暴雨形成机制,从而说明了多普勒雷达产品对南疆西部强对流天气的预警、预报有很好的指示作用。     

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。     

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。     

华南暖区暴雨中一次飑线的中尺度分析

利用地面加密观测资料、高空观测资料、多普勒雷达观测和雷达风场反演资料等,分析造成2010年5月6—7日华南暴雨中一次飑线的演变过程及三维结构特征。结果表明:(1)此次飑线过程发生于200 hPa高空辐散区、500 hPa高空槽后、地面准静止锋锋前暖区内,850 hPa飑线北侧为切变线,东南侧存在低空急流,中低层为中等强度垂直风切变。(2)该飑线系统初始对流单体由西风受广西大瑶山脉地形阻挡而触发。发展过程中两广交界处不断生成新单体,东移发展并入对流带,单体发展及对流带的形成与地面中尺度辐合线关系密切。(3)该飑线在形成过程中存在对流带与对流单体的锢囚过程,锢囚过程中地面辐合线及中层中气旋起组织作用,至盛期对流带东段出现弓形回波结构。强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流,造成地面冷池及后部辐散出流,促进弓形回波发展。(4)成熟期飑线系统包含弓形回波、冷池及不明显的层状云区,三维结构特征与经典飑线类似,但无涡旋对,雷暴高压也不明显。     

基于多源资料的一次弓状强飑线成熟结构研究

利用局地分析和预报系统(Local Analysis and Prediction System, LAPS),结合多源资料,分析了2018年3月4日暖区强飑线成熟阶段的热动力结构和大风形成机制。结果表明：暖区内层结不稳定范围向东扩展和强的垂直风切变,驱动飑线组织化加强并向前移动和发展。成熟阶段飑线热动力结构呈现出两支强入流和冷池的典型特征,即前侧入流在低层(0～3.0 km)辐合上升,部分气流在高层翻转流向系统前侧,无后向流出;后侧中层(4.0～5.5 km)入流进入云体后部,在水凝物强烈相变降温作用下,密度增大转而下沉;下沉气流区降雨蒸发冷却增强了雷暴冷池。相比于飑线南段单一的对流线,北段弓形特点突出,后侧入流下降,加之存在尾随层状云,有更大的潜在冷却作用,促进气流加速下沉增强地面雷暴高压,最终导致更强的极端大风。     

2004年7月12日上海飑线天气过程分析

利用上海自动观测站资料、NCEP1°×1°的逐6小时分析资料、水汽云图和WSR88D多普勒雷达探测等资料,对2004年7月12日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析。结果表明上海处在上干冷、下暖湿的不稳定大气层结中,对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制。飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成,在对流单体的右侧不断新生单体,最终连接成弓状回波带,给上海带来雷雨大风。     

三维雷达反射率资料用于层状云和对流云的识别研究

基于层状云和对流云的雷达反射率分布的三维形态特征，提出了识别层状云和对流云的6个候选识别参数，它们分别是:组合反射率及其水平梯度，反射率因子等于35 dBZ的回波顶高及其水平梯度、垂直累积液态水含量及其密度。通过分析候选识别参数分布图和选取的反射率垂直剖面图，用人机交互方式挑选“真实的”层状云和对流云区，统计这6个候选识别参数分布的概率密度特征；最后确定把分布概率密度更集中的组合反射率水平梯度、35 dBZ的回波顶高的水平梯度和垂直累积液态水含量密度作为识别参数，利用模糊逻辑法进行层状云和对流云的识别。用三个个例进行了识别试验，并把用模糊逻辑法识别的结果与用改进的巅峰值法识别的结果进行了比较，结果表明:用模糊逻辑法和改进的巅峰值法都能合理地识别大部分层状云和对流云；由于改进的巅峰值法只考虑了反射率分布的二维形态特征，它容易把对流核的外围识别成层状云，把厚实的层状云识别成对流云，而考虑了反射率分布的三维形态特征的模糊逻辑法在这两个方面有很大改善。     

滇南飑线的发生环境及其多普勒雷达回波特征

通过对NCEP资料、常规气象资料和CIND3830-CC多普勒雷达观测资料的统计分析,归纳出滇南普洱市2004—2009年18次飑线发生前的天气形势及物理量场特征、飑线的时间分布特征、飑线的移动路径等。总结了飑线在多普勒雷达图上的基本结构、飑线中强对流单体的基本反射率特征、径向速度特征及天气对应关系,并分析飑线中回波单体的结构与灾害天气类型的对应关系、垂直液态水含量(VIL)的变化与飑线中冰雹的相关关系等。根据灾害类型和飑线中单体的结构将飑线分为5种类型,对飑线的短时临近预报有指导作用。     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17—19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料。在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1)这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2)200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成。在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场。而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压。文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3)在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变。此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4)飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动。这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助。