利用雷达和卫星资料对一次强对流天气过程的云结构特征分析

利用FY-2D静止卫星、SWAN雷达产品和湖北随州CINRAD/SA雷达资料,结合局地分析预报系统LAPS、自动气象站资料和探空资料等,对2011年7月26日湖北随州一次强天气过程的云结构特征进行了综合分析.结果表明,对流云团的生长中心与雷达反射率因子大值区、云顶黑体亮温TBB低值区和陡变的温度梯度区相对应;云体的合并有助于对流云的发展和维持.单站雷达资料适用于局部回波的形态识别和动力场分析,在两次弓形同波过程个例中,第一次弓形回波产生了降雹,在发展强盛阶段,低层有弱回波区和较明显的人流缺口,出现速度模糊、风暴体倾斜的现象;而第二次则以强降水天气为主.与第二次相比,第一次弓形回波过程有更多、更快的能量聚集和更丰沛的垂直积分液态水含量,有利于冰雹的发生.FY-2D卫星反演的云顶温度和粒子有效半径之间的关系(T-Re)垂直分布显示,降雹的对流云中具有强烈的上升气流,使得粒子有效半径增长缓慢,晶化温度低,没有明显的碰并增长带和降水(雨胚增长)带.     

利用Cloudsat卫星资料分析冻雨天气的云结构

利用Cloudsat卫星资料中的欧洲中心中期天气预报(ECMWF)温湿度廓线、雷达反射率因子等产品结合探空秒数据和地面观测资料从云物理的角度分析了2008年初发生在我国南方地区的一次典型冻雨天气的云结构特征。分析表明：此次冻雨发生时温度廓线上存在明显的逆温层,但有逆温层并不一定出现冻雨,融化层与次冻结层的相对厚度决定着最终的地面降水类型,沿Cloudsat轨迹10个纬距的范围内出现由雨向冻雨、冰粒、雪的过渡。结合湿度剖面发现,逆温层水汽充沛。ECMWF资料与轨迹上长沙站的探空秒数据对比发现,ECMWF的温度产品要比湿度产品有更高的准确性。毫米波云剖面雷达CPR的反射率因子产品显示,此次冻雨有明显的零度层亮带特征,且亮带刚好出现在0℃等温线上界以下,直观地展示出基于经典“融冰过程”的冻雨形成机理。     

多种探测资料在人工增雨作业效果物理检验中的应用

针对2007年湖北省在鄂东地区组织的4次外场试验作业,应用对流云人工增雨雷达效果分析软件选择对比云的方法,对催化目标云和对比云的多普勒天气雷达参数的变化特征进行了对比分析,并应用X波段双偏振雷达资料、FY2C卫星资料、闪电定位仪、加密雨量站等资料,对催化效果进行了初步分析.结果显示,催化后,目标云发生了比较明显的变化,回波强度、强回波面积、回波顶高、液态含水量、强回波高度等催化后均增大,约半小时内都能达到最强;而对比云增大率比目标云小,或者没有增大,目标云生命期比对比云长.双偏振因子线性退极化比极小值变小,极小值区域面积变大;较大零延迟相关系数的面积也有所增大.FY2C卫星反演云参数不能有效地检验强对流云的催化效果,而对于层状云,云顶高度上升,云顶温度降低,过冷层厚度增大,有效粒子半径维持大粒子水平,云项黑体亮温下降.闪电频数在催化后也有所增多,主要发生在催化后约半小时内.强回波中心对应的分钟雨强在催化后半小时内达到最高,降雨主要集中在从约第10分钟开始的20分钟内,与对比云相比,目标云降水时间长,降水强度大.     

利用FY-3A卫星云图对一次暴雨过程的特征云参数分析

利用FY-3A卫星MERSI资料,结合高空常规观测、地面雨量资料,对2009年6月28日湖北梅雨期暴雨过程的卫星云图和特征云参数进行综合分析。结果表明：楔状云（V型云）是强对流产生的标志,楔尖是云顶最冷、云顶温度梯度最陡之处;短时强降水通常发生在上升运动剧烈的位置,即在高分辨率的可见光图像上可清晰识别出上冲云顶、纹理及暗影等强对流云特有结构的区域;利用模糊C均值聚类方法得到的自动化云分类结果显示,此次强对流云主体被划分为“积雨云”类,其平均隶属度系数达0．81;地面小时雨量与云顶黑体亮温呈负相关,而与云光学厚度、云粒子有效半径呈正相关。     

对流云人工增雨雷达效果分析软件的应用

根据雷达回波参量自动选取对比云并进行效果分析的方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件.在此基础上,对2008年湖北省12次对流云增雨试验进行了效果检验:发现其中10个个例催化效果良好,具体表现为增雨作业催化后,目标云的物理参数发生了比较明显的变化,回波强度、回波顶高、液态含水量、强回波面积等均增大,约半小时内达到峰值,而相应的对比云回波参量增长幅度比目标云小,或者没有继续发展,大部分对比云的生命史比目标云短.最后,通过综合分析,提出基层作业站点适宜开展人工增雨的催化指标,在实际应用中取得了良好的效果.     

地基微波辐射计对咸宁一次冰雹天气过程的监测分析

利用咸宁MP-3000A地基微波辐射计探测资料对2010年4月12日发生在咸宁的一次冰雹天气过程进行了监测分析。结果表明:(1)在这次冰雹天气过程中,冰雹云中上升气流非常强盛,引起云底高度剧烈波动,同时将底层空气的感热和潜热向上输送导致等温线上抬,并伴随贝吉隆增长和过冷水滴与冰晶消耗等过程,由于这些宏观和微观过程使得整层水汽与液态水含量连续出现下降和上升过程,产生了多峰结构;(2)在4.2—8km高度过冷层的冰雹云中,08时40分—13时的固、液、气混合相态变化非常复杂,过冷水滴与冰粒子消耗过程、贝吉隆过程和过冷水滴与冰晶增长过程交替出现,产生了相对湿度在6km以下低于80%的区域,且液态水含量在4.2—8km高度处出现0.7—1.8g/m3的大值区,从而形成了冰雹生长过程中交替干、湿增长生长环境,非常有利于冰雹粒子群快速累积以及分层增长;(3)利用微波辐射计资料计算分析了MKI、KI、TT和HI四个不稳定指数,这些指数对强对流天气有很好的指示作用,并对强对流天气有一定的临近预警潜力,若选取KI≥38作为该地区强对流天气预警指标,可以提前45min预警第1次降雹强对流天气,且分别提前20、40和42min预警第2、3、4个对流单体影响该地区。     

探空、地面及卫星资料反演水汽含量的比较

利用探空、地面等常规探测资料及卫星遥感资料计算了我国中西部地区2007年6月—2008年5月间水汽含量的空间分布和时间演变,结果显示:由探空资料计算的整层大气水汽含量的空间变化,总体形势是,纬度低的地区水汽含量多,纬度高的地区水汽含量少;各探空站上空水汽分布的季节演变规律比较一致,夏季水汽含量最大,冬季最小,春秋季节基本相当。根据探空资料建立地面水汽压与大气总水汽量的经验关系,利用地面站资料确定水汽分布,与同时次探空站资料估算的水汽场相比,两者分布趋势基本一致。利用FY-2C卫星的可见光和红外分裂窗通道资料,建立反演大气水汽含量的回归关系式,与探空资料计算的结果相比,总体上变化趋势较一致。     

FY-2C/D卫星微物理特性参数产品在地面降水分析中的应用

针对2007年7月14日和2008年8月16日发生在江淮地区的两次强降水天气过程,将FY-2C静止卫星的红外、近红外和可见光通道等多光谱数据反演得到的云液水路径产品与同时段地面观测的加密雨量资料进行对比,发现:云液水路径的大值区与强降水中心的位置基本一致,云液水路径的大小与地面雨量的大小呈现正相关关系.结果显示,卫星反演的云特征参数产品在地面降水分析方面具有可用性.     

恩施山区强冰雹和短时强降水天气落区分析

利用恩施雷达资料,对湖北恩施山区强冰雹和短时强降水天气的落区进行了分析。结果发现:强冰雹的右移特征非常明显,当恩施州境内或边境临近地区有新生的中空回波,且回波移动方向上也同时有对流回波滋生时,则两回波源地之间的区域基本可以确定为此次冰雹过程的主要影响区域,新生中空回波向右偏离初始移动方向大约0~60°之间(两处回波源地之间的连线),一般在1~3h内不断加强形成强冰雹而落下;而短时强降水右移特征不明显,发生短时强降水区域不仅与回波系统的走向和移动有关,还与回波单体移动和传播有关系,其回波系统的移动是对流单体的移动和传播两者的矢量之和,同时根据回波形态及其演变趋势,即可判断短时强降水的落区。      

鄂中东部两次秸秆焚烧引发的严重灰霾天气分析

利用气象卫星监测、微波辐射计、常规气象观测、NCEP再分析资料及环境监测等资料,采用气流后向轨迹模拟,对2012年6月11日和6月15日发生在鄂中东部的两次灰霾天气,从特征和成因进行了综合分析。结果表明,这两日的污染物指数（API）分别达到233 μg/m3和139 μg/m3,11日PM2.5最高值达141 μg/m3 ;两日的能见度均在2 km以下,11日平均能见度仅565 m,最低能见度246 m。这两次灰霾天气与北方冬小麦主产区大范围秸秆集中焚烧,造成大量污染物排放有密切关系。在115°E,39°～32°N存在大范围逆温层,垂直高度950~850 hPa 厚度为一致的东北气流,使得排放的污染物在“逆温层盖”的阻挡下不能向高空扩散,而随东北气流向鄂中东部输送。同时鄂中东部近地面静风、地面“均压场”、逆温、近地层弱垂直速度、正涡度和负散度等物理量条件,及适宜的湿度条件等因素,导致污染物不能及时扩散或沉降,为灰霾在本地形成和维持提供了有利的气象条件,加剧了灰霾的严重性。