太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析

利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区获取的综合观测资料,从强对流单体出现的天气背景、降雹特征、雷达回波演变、大冰雹的形成机制及动力结构等方面对2018年5月12日下午发生于太行山东麓的一次强对流单体降雹天气过程进行了分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件,低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹过程的触发因素。通过对雹云降雹时段雷达回波具有超长“悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互衔接的0线（域）,主上升气流2次逆时针转弯增加了雹胚再入主上升气流区继续长成大雹的机会,据此勾画出了云体主上升气流框架及大冰雹的形成机制,表明冰雹在雹云中的生长有多种模式。      

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。     

冷涡背景下一次致灾超级单体雹暴过程的数值模拟

利用WRF模式,结合自动站观测资料、多普勒雷达资料和NECP再分析资料,对2018年6月13日山东中部一次冰雹天气过程的环流背景、触发和维持机制、雹云流场结构特征以及冰雹形成机制进行分析。结果表明:本次冰雹天气过程是在华北冷涡背景下,由中尺度地面辐合线触发生成的超级单体雹暴过程。降雨和下沉气流引发的地面冷池进一步增强了地面辐合;雹云顶端强辐散出流的抽吸作用是动力不稳定维持机制。WRF模式模拟的雹云具有有界弱回波、回波悬垂等超级单体特征。模拟雹云的成熟阶段0℃高度位于4km,超过40dBz的回波高度达到12km;在流场上主体为上升运动,且上升运动两侧存在上升→下沉→上升运动的转换,有利于冰雹的碰并增长。雪晶最初由过冷云水和云冰碰并生成,之后通过碰并过冷水转化为霰粒子,为冰雹生成提供了充足的雹胚。霰粒子和雹粒子在上升运动的带动下反复经过雹云中的过冷水累积带有利于自身不断增长并转化形成大冰雹。     

阿克苏地区西部冰雹天气雷达回波演变特征分析

利用2009—2020年阿克苏地区西部6县市中国气象局灾情直报、地面观测、阿克苏多普勒雷达资料，分析阿克苏雷达监测覆盖区冰雹天气时空分布及雹云雷达回波演变特征，结果表明：（1）2009—2020年共出现211站次冰雹，2011年最多，28站次；高发期为5—8月，6月冰雹频次最高；日变化峰值在16—19时。（2）雹云单体最强反射率因子均≥52 dBZ，回波顶高高于8 km，垂直累积液态水含量跃增达4.47 kg/m2及以上且垂直累积液态水含量最大值大于10.0 kg/m 2时雷暴单体发展为雹暴的可能性极大。超级单体雹暴反射率因子、回波顶高、VILmax统计指标均高于多单体和普通单体雹暴。（3）普通单体风暴多初生于乌什县、温宿县北部沿山一带；多单体雹云多初生于乌什县西部南部、温宿县北部沿山一带，乌什县境内最多；超级单体雹云多初生于温宿县。回波单体移动大多以西北-东南路径为主。（4）雹云回波发展初期往往伴随着第一次爆发式增长：反射率因子增大、回波顶升高、VIL跃增，超级单体雹暴表现更为明显，降雹时刻伴随着再一次爆发式增长。VIL急剧增大或急剧减少与降雹开始和结束关系最为密切。（5）超级单体雹暴维持时间和整体生命史均较多单体雹暴和普通单体雹暴时间长；多单体风暴需要较长的酝酿时间且影响区域较大。     

俄罗斯利用雷达检验防雹作业效果的方法介绍

1基本思路1．1通常播撒云或对流单体的发展演变趋势，可通过下列最有代表性的雷达参数随时间的演变来确定：（1）新生单体初始回波在0℃层以上的高度△Hη·p（km），发展单体较强回波区高度△H△y（km），反射率η10＝10－9cm-1的较强雹云单体的回波区高度△H9（km），以及各个发展阶段云的上界回波高度△HB（km）；（2）降雹概率Pr；（3）10cm雷达最大反射率ηmax，cm-1；（4）3．2cm雷达（双波长）最大反射率的比值η3.2／η10；（5）0℃层和一6℃层上的较强反射率区的水平面积几位m’）以及近地面降雹区面积几位m‘）；（6）云中最大…     

贵州山区强冰雹云单体演变特征分析

按冰雹云生命演变史的发生、跃增、孕育、降雹和消亡等各个阶段特点,采用2011—2012年贵州6次强冰雹天气过程所对应雷达观测的时序资料,对冰雹云单体回波的强度、高度和结构的形成发展过程进行分析,针对回波强度和高度的梯度变化提出了跃增特性的划分方法。分析结果表明:1冰雹云单体回波的强度和高度分别大于55 d Bz和11 km以上,最大强度和最大高度出现的时间比开始降雹的时间分别提前了11.1 min和8.4 min。2冰雹云回波单体的跃增特性可划分为波动型、递增型和跃增型3类,跃增阶段的回波强度和高度平均持续时间分别为24.7 min和23.7 min,回波强度和高度平均增长了9.7 d Bz和2.7 km。3冰雹云回波具有长的生命史特征,一般持续时间达2 h以上。4冰雹云形成发展总体呈现逐步扩展增强的演变特征,多单体合并更利于冰雹云迅速形成发展,冰雹云单体具有明显的强中心结构体和结构密实等特点。     

高层东风波引起的一次超级单体雹暴天气数值研究

利用WRF中尺度模式对2018年7月26日发生在浙中北的一次超级单体雹暴过程进行数值研究,结合自动站资料,天气雷达资料、NCEP再分析资料等分析冰雹天气发生的环流背景,冰雹云的雷达回波和流场结构特征,并探究冰雹形成的物理机制。结果表明:此次强对流天气是在高层东风波环流背景下,由地面辐合线触发的超级单体雹暴过程。雹暴发生在强的对流有效位能、上干下湿的层结和弱垂直风切变的环境场中。模拟试验成功地模拟出了雹暴云团的发展演变过程。0℃层位于5 km的高度,-20℃层位于8. 5 km的高度,且超过40 dBZ的强回波向上扩展至-20℃层以上,有利于冰雹的生长。雹云发展旺盛时呈现典型的低层辐合、高层辐散特征。雹云右侧出现悬垂回波和有界弱回波区。雹云中存在大量的过冷云水,冰雹粒子的核心生长区位于0℃层和-20℃层之间,主要由霰粒子转化而成,并通过不断碰并过冷云水和过冷雨水增长。     

一例长生命史雷暴云分裂过程的回波特征

在对平凉冰雹云演变规律研究中,发现一例长生命史强雷暴云分裂成两个不同移动方向的单体雹云。结合探空资料和环境风场,分析了此个例强雷暴云分裂过程的回波特征。结果表明,在强风切变环境中,u与v分量呈反相关,且随高度增强,低层1～3km为弱气旋旋转,中层3～8km为强反气旋旋转,上层8km以上是强气旋旋转。这对右移雷暴云发展中有优势引导作用,导致强雷暴云上层偏向分离发展,分裂发生在强雹暴云有强下沉气流阶段。分裂后,左、右移单体各自维持发展,并产生降雹。整个雷暴发展演变过程维持长生命期,回波特征有四个不同阶段。     

冰雹云中微物理过程研究

利用三维冰雹云模式通过实例模拟研究了云中冰相物理过程,结果表明,云中粒子产生有一源地,在雹云发展阶段早期,霰、冻滴,雹和雨水的极大产生率都位于6.0 km高度附近,这里是雹胚及冰雹形成的源区,从"利益竞争"概念出发,人工防雹的催化部位应在此高度附近;粒子产生高度与其源项发生高度及主要增长方式有关,粒子产生和增长过程在云的发展不同阶段也是不同的.在冰雹形成过程中,作为雹胚的霰和冻滴主要通过撞冻过冷水增长.撞冻增长占增长量的大部分,云中存在丰富的过冷水对冰雹胚胎和冰雹形成、增长都是十分重要的.在"冰晶-过冷水-雹胚-冰雹"这一链环中,没有过冷水参与很难形成强烈降雹.通过两例雹云的对比研究,发现若雹云云底温度降低和湿度增大,由于霰撞冻过冷水尤其是撞冻过冷云水增长量大幅度提高,霰的尺度加大,提高向冰雹的转化率,使霰胚数量大大增加.     

慕尼黑一次混合型雹暴的数值模拟与成雹机制

利用三维冰雹云模式，对发生在德国南部慕尼黑的一次混合型雹暴进行了数值模拟，模拟云的雷达回波结构、过冷雨水区特征与实际雷达观测的分析结果比较一致。模拟结果表明: 该例雹云中冰雹胚胎既有冻滴也有霰，二者在数量上相当; 虽然雹云中不存在过冷雨水累积带，但在主上升气流区周围存在过冷雨水区，过冷雨水对冰雹的形成起着重要作用; 在雹云发展的不同阶段，冰雹的形成机制也不相同。     

平凉地区强对流钩状回波特征的观测研究

最近10年平凉地区人工防雹试验期间，用雷达测到的强对流雷暴云回波上，发现雹暴云除有强度和云高作判别外，在回波形态和结构上，多数雹云在发展过程中呈气旋形回波形状，其中部分强雹云演变成明显钩状回波，少数特强雹暴云有反气旋钩状回波，并向气旋钩状演变的特点。在钩状回波形成和维持阶段，回波反射率Ze达到最强，之后不再增加，有些钩状回波的云高有时可跃增1～3 km高度，云体出现崩溃，地面有降雹。针对这些观测事实，本文用多年回波资料进行一些统计分析。     

甘肃省永登地区一次强单体冰雹过程分析

根据2003年7月8日发生在甘肃省永登县境内的一次强单体冰雹过程,从天气学背景、雷达回波的演变特征出发,分析了该过程回波高度和含水量、高度和强度的跃增变化以及强单体特殊的结构特征。分析结果表明,垂直剖面上强反射率区的范围及伸展高度对雹云的发展有重要作用。强反射率区对应着云中含水量集中区域,只有含水量累积区位于云中过冷区中时才利于冰雹的生长;一旦回波出现55 dB z并高度达到4 km以上,降雹随即产生;强单体雹暴是一种发展非常强烈,有着特殊结构的强雷暴。上述结果对冰雹预警有重要意义。     

雹云弧状回波的结构及其形成机制的探讨

本文利用三度空间的711测雨雷达回波资料和其他气象资料,对1978年4月26日发生在贵州省修文县的一次强雹云作了较细致的分析。由于修文雹云在其整个生命史中距雷达站较近(30—50km),并偏向测站方向移动,因此3cm波长的雷达仍能较好地揭示雹云回波的结构。分析表明,修文雹云具有弧状回波的状态特征(即在平显回波前沿有一弧形缺口),这种回波状态与国外超级单体雹云模式十分相似,但修文雹云却是多单体雹云。文中对不同观测角度的弧状回波作了比较分析,对雹云的内部气流结构及弧状回波的形成机制进行了探讨,提出了雹云弧状回波模式,并指出在雹云的右后方还存在另一个悬挂回波区,这可能是更重要的冰雹生长区。     

旬邑冰雹云的数值模拟及累积带特征

在中国科学院大气物理研究所三维完全弹性冰雹云模式的基础上,把雨滴冻结过程作了进一步改进,增加了雨滴冻结成霰的过程.并利用改进后的模式模拟了陕西省旬邑县1999年7月17日的冰雹云个例,发现该例雹云中冰雹胚胎主要是冻滴,在雹云发展的初期阶段雹云中存在过冷雨水累积带,并且该处是雹胚产生的主要区域,雹块的增长主要通过雹与云水的碰并过程增长.对旬邑县1997～1999年14例冰雹云过程的模拟结果表明,旬邑冰雹云中冰雹胚胎以冻滴为主,绝大多数冰雹云都存在过冷雨水累积带,累积带维持时间约6 min,厚度4 km左右.     

关于冰雹抑制的一些问题

人类企图抑制冰雹活动的历史是很悠久的。很早人们就采取打炮的办法来抑制冰雹,打炮防雹的方法从十九世纪末到二十世纪初在中欧各国非常盛行,当时也有试验使用火箭的。那时,欧美气象部门的负责人曾经开了几次关于爆炸防雹的国际会议,但没有多久,这项工作就停顿了下来。1950年以来,由于受人工降水工作的影响,抑制冰雹的研究工作又逐渐多起来,使用的方法与过去没有多大差别,主要是在云中爆炸TNT炸药。爆炸防雹方法到1970年已经不用了。现在主要是用往云中播撒催化剂的方法抑制冰雹。往云里播撒催化剂抑制冰雹是云物理过程的人工变换。成功与否取决于对雹云结构的认识。雹云种类很多,雹云中的风场很复杂,而且风的垂直分量很大。对每种雹云必须掌握好播撒催化剂的时间和部位。因此对雹云进行分类是很必要的。雹云大体上可以分成两大类:超单体雹云和多单体雹云。     

多单体冰雹云降雹过程特征

１９９５年６月１４日辽宁省中南部一次多单体冰雹云降雹形成于冷锋系统，先后在４个地区降雹。当冰雹云在ＰＰＩ上回波强度大于６０ｄＢｚ，回波顶部出现Ｖ形并且在ＲＨＩ上回波宽度大于２０ｋｍ时，将出现降雹。     

一次超级单体雹暴观测分析和成雹区识别研究

利用多普勒雷达资料,结合探空和常规资料,对2011 年4 月17 日一次超级单体雹暴的流场和回波结构演变特征进行了详细研究,主要结果:该雹暴是在条件性不稳定和垂直风切变较大的环境条件下产生的右移风暴。雹云初生发展阶段,垂直剖面显示逐渐形成有组织化的斜上升气流促进雹云发展。成熟降雹阶段,雹云内形成一支强的斜上升气流和深厚的中气旋,主上升气流对应雹云的弱回波区。雹云维持典型的弱回波区—悬挂回波—回波墙特征结构。根据雷达径向速度和雹云移速订正得出的“零线”演变发现,随着雹云的发展,“零线”逐渐向悬挂回波靠近,并穿过悬挂回波,“零线”的走向为上翘式,附近“穴道”的汇集力较强,有利于降雹。通过对“零线”位置的判断可分析有利成雹的区域。根据高低空两层强回波的水平错位,利用两高度强中心连线所作剖面能快速准确得出特征剖面,并将0℃ 层以上6 km 高度处降雹潜势达到100%的45 dBZ 的区域识别为成雹区,与降雹实况对比发现识别效果良好。     

三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

昭苏雹块的微结构研究

冰雹云的微结构,对于研究冰雹增长的机制是十分重要的.但是由于直接进入雹云内部进行观测非常困难,所以目前主要通过遥感技术和冰雹样品的切片分析,推断雹云内部的微观结构和成雹机制. 众所周知,冰雹是从冰雹云中降落下来的固态降水物.不同的冰雹云类型,不同的增长过程,具有不同的微观结构.因此研究冰雹样品,有助于我们认识冰雹在云中的形成和增长过程,这对于人工防雹研究和作业设计具有实际意义.     

黑龙江绥棱县一次超级单体强冰雹成因分析

利用常规天气资料、卫星及其反演云参数、雷达等综合观测资料,对2016年6月3日发生在黑龙江省绥棱县一次超级单体风暴进行不同尺度分析,研究降雹成因及降雹特点,并对人工防雹进行分析。研究表明:此次过程是高空冷涡和地面低压共同作用造成的,冷暖空气交汇、上干下湿不稳定层结配置及地面风速的辐合是这次过程的触发机制;冰雹云团在午后迅速发展,水平尺度迅速增长,云顶快速抬升,云高9 km的云团直径增加到90 km,形成明显的卷云砧;分析雷达回波可知,此次超级单体风暴过程出现了中气旋、有界弱回波区及悬垂回波等典型特征,垂直累积液态含水量(VIL)在降雹前出现了跃增,且跃增时间提前10～15 min,对于冰雹短时预报具有一定指示意义。作业时机应选择在单体或多单体的初始阶段就提前作业,作业成功率较大,作业部位可在有界弱回波区(BWER)及悬垂回波区域进行多站点联合作业,可取得较好的防雹效果。