一次强飑线内强降水超级单体风暴的单多普勒雷达分析

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07-09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析.天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601 J/kg)和强风切变(0-5 km,22 m/s)环境,总理查逊数为16,同典型的强降水超级单体生成环境相当接近.雷达回波分析揭示,风暴发生在一强飑线系统的前沿,初期为一普通单体,随后逐渐发展成为弓状并发生分裂,分裂后风暴移动方向左侧单体逐渐减弱.而右侧的单体发展成为超级单体,持续时间约为1 h.在强降水超级单体成熟期,其移动前侧的低层反射率因子出现明显的钩状回波,中层反射率则显示在宽广的反射率高值区(>60 dBz)内存在有界弱回波区,强度大于40 dBz.沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子也呈现典型的回波悬垂和有界弱回波区.相应的中低层径向速度场显示在钩状回刎波附近的强降水区中存在一个强烈的中气旋,其起源于中层3.5-5 km,随后向上、下发展,最大旋转速度达到24 m/s,持续时间达1 h.由GBVTD方法分析,中气旋成熟时(08:33 UTC)轴对称环流结构显示,轴对称切向风分布在中层接近兰金涡旋模型,最大轴对称切线风位于高度4-5 km,离气旋中心约3 km,强度约20 m/s.4 km高度以下为气旋式辐合,气旋中心为上升运动.至4-7 km以旋转为主,在最大切向风半径以内为外流,以外为内流,相应的在最大风速半径处伴随较强的辐合和上升运动,7 km以上则为辐散对应的出流.此结构同经典超级单体内的中气旋结构相当一致.此外.风暴结构同Moller(1994)提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似.但演变过程却明显不同,是由普通单体形成弓状回波,弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体.     

用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征

飑线是中国春、夏季常见的一种天气现象.2007年4月23-24日华南地区的一次强飑线过程,因强度强、持续时间长,给广东部分县市造成巨大的经济损失.利用广州和深圳的新一代多普勒天气雷达的探测资料,采用双多普勒雷达风场反演方法和热力动力反演方法,研究此次飑线内部的三维风场、动力和热力结构.在此基础上,通过质量、动量诊断探讨其维持机制.同时,结合地面、高空常规观测及自动站资料分析系统伴随的环境和地面中尺度特征.结果表明,系统发生于中等强度垂直风切变(0-3 km,18 m/s)和中等强度对流不稳定度的环境中,其移动速度最快达17 m/s,属快速移动的飑线.飑线过境时,地面测站呈现风向突变、风速骤增、气压上升、温度与露点骤降等现象.其成熟期的雷达回波和风场结构与过去观测的热带、副热带快速移动飑线系统特征相似.由前(前方指系统移动方向)向后,降水结构依次为对流区、过渡带和层云区.其中,对流区由多个对流单体组成,对应强回波和上升运动,而单体之间为弱下沉运动.气流特征呈准二维结构,包括系统前方深厚的从前向后气流和系统后部低层的从后向前气流.这两支气流在系统前缘低层辐合形成动力高压,触发新对流单体,是系统长时间维持的主要机制.在对流区倾斜上升气流的下方,存在一凝结潜热释放增暖引起的低压区.另外,在对流系统西侧不断有新对流单体形成,并被平流至系统中,促进对流维持.进一步对对流区的质量和动量通量诊断揭示,垂直于飑线系统的水平动量的垂直输送有逆梯度输送的特性,将增加垂直飑线方向的环境垂直风切变,有利于系统维持.相对的,平行飑线方向的水平动量具有顺梯度输送特征,使该方向上风切变分量有被均滑趋势.     

Single-Doppler Radar Observations of a High Precipitation Supercell Accompanying the 12 April 2003 Severe Squall Line in Fujian Province

In this study,single Doppler radar data were used to examine the structure and evolution of a high precipitation(HP) supercell embedded in a cold front near Jianyang,Fujian Province on 12 April 2003.The synoptic environment was characterized by high humidity at low levels,moderate CAPE(convective available potential energy;1601 J kg~(-1)),moderate wind shear(22 m s~(-1) in 0-5 km),and veering of the horizontal winds with height,similar to those HP supercells previously observed in midlatitudes.In additio...     

《NCL数据处理与绘图基础教程》

正该书详细介绍了NCL在各操作系统中的安装步骤、基本语法、文件读写、数据运算和绘图等基础功能。同时,还介绍了NCL与第三方软件的联动(如Fortran、文本编辑器、Python、CDO、VAPOR等)。本书中部分示例脚本可在气象出版社官网下载,以便实操练习。本书适合大气科学专业及其他地学专业本科及研究生学习使用,也可供相关科研业务人员参考使用。     

雷达径向速度资料同化中不同坐标转换方案的对比试验

利用江苏省气象局与美国强风暴实验室联合开发的高精度数值分析及预报系统(Precision Weather Analysis and Forecast System,PWAFS)对雷达资料同化中径向速度资料的两种坐标转换方案进行对比分析。Grid方案将雷达径向速度资料通过最小二乘法从极坐标映射到模式三维网格;Tilt方案将雷达径向速度资料通过双线性插值在水平方向插值至标量水平网格,但在垂直方向不进行插值,保留在雷达仰角对应的高度上。两种方案对反射率资料的处理均是插值到模式三维网格点。Grid方案在近雷达处进行平滑,在远雷达处进行插值,会导致低层数据平滑,Tilt方案减少了雷达径向风观测垂直插值引发的误差,更多的保留了雷达观测的特性。本研究分别通过龙卷、大风及梅雨锋暴雨个例对这两种方案的同化结果进行对比分析。龙卷个例中Grid方案得到了部分虚假的较大的同化风场,Tilt方案结果清楚展示了龙卷发生位置的回波及流场的精细结构。大风个例中两种方案得到的最大风速值差3 m·s^-1,Tilt方案的结果更接近观测最大风速值,且得到的大风速区分布更符合观测。梅雨锋暴雨个例中Grid方案对东北及西南两个区域的大风速区均未能很好的反映,Tilt方案得到的水平风速大值区范围明显优于Grid方案。在靠近雷达中心的低层,观测资料密集,Tilt方案能够更好的反应实际大气状态。但是因为缺乏其他观测资料进行验证,两种方案的效果还需要利用数值预报或其他方法进行对比。     

单多普勒雷达对一次龙卷过程的观测和分析

本文利用泰州S波段多普勒雷达观测资料和探空、地面资料对2013年7月7日发生在江苏高邮的一次龙卷过程进行分析讨论。此次龙卷过程由超级单体风暴引发,环境分析显示高邮地区低层位于急流辐合区,高层位于急流辐散区,有利于对流发展。龙卷发生前具有强对流不稳定度和中等风切变。雷达回波资料分析显示超级单体在成熟阶段出现明显的钩状回波,有界回波区以及悬垂回波的特征。旋转速度最强时,有龙卷产生,之后超级单体进入消亡过程。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

一种控制变量循环扰动和多参数化方案的混合同化方法

敏感性试验表明集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)方法在混合(Hybrid)同化过程中易受观测资料数量变化的影响而产生较大程度的协方差震荡,从而可能导致系统不稳定。为设计一种简便、稳定的Hybrid同化系统,构建了一种基于物理控制变量扰动及多物理参数化方案的Hybrid同化及预报系统。本系统随着循环的进行,不断对Hybrid同化分析场进行控制变量扰动得到集合成员初始场,并且对各集合成员采用不同物理参数化方案以更合理地表征背景场的误差特征。连续10 d的循环同化及预报试验表明,本文同化方案效果明显优于三维变分方案,动力场的整体同化和预报效果与ETKF方案基本相当。本方案相比于ETKF方法不受观测波动影响,在没有经任何参数调试情况下,取得了良好同化和预报效果,为Hybrid同化的便捷运行提供了一种稳定可靠的手段。     

华东地区夏季中尺度对流系统的活动特征及成因研究

采用FY-2E卫星云图TBB(Black Body Temperature)资料,统计分析2010-2014年夏季(6-8月)华东地区的α中尺度对流系统(MαCS)和β中尺度对流系统(MβCS),发现两类MCS(Mesoscale Convective System)均具有夜发性,且发生主要集中于安徽、江苏、江西和浙江地区,形成后自西向东移动。进一步利用NCEP-CFSR和NCEP-CFSV2每6 h的再分析数据,通过主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和K-means聚类分析对两种尺度MCS成因进行分析,结果显示:850 hPa切变线和低空急流、500 hPa副高和中纬度短波槽以及200 hPa的高空急流是影响MCS形成主要的天气系统,对流层中层以下的水汽供应、低层大气不稳定性和低层辐合、高层辐散的动力结构是MCS形成的必要条件。MαCS发生前的天气形势可以分为两类:①生成位置位于850 hPa低空急流的西侧、气旋性环流的南侧,500 hPa、200 hPa分别受槽前西南气流、反气旋性环流的影响;②850 hPa切变线南部的偏西气流、500 hPa的偏西气流和200 hPa的高空急流配合。MβCS发生前的两类环流形势中,850 hPa切变线南部的偏西气流控制的为第一类,切变线南部的西南气流和生成位置东部的低空急流影响的为第二类,500 hPa生成位置位于短波槽东部,200 hPa均有西风急流与中低层配合。     

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。     

An Improved Velocity Volume Processing Method

Velocity volume processing （VVP） retrieval of single Doppler radar is an effective method which can be used to obtain many wind parameters. However, due to the problem of an ill-conditioned matrix arising from the coefficients of equations not being easily resolved, the VVP method has not been applied adequately and effectively in operation. In this paper, an improved scheme, SVVP （step velocity volume processing）, based on the original method, is proposed. The improved algorithm retrieves each group of components of the wind field through a stepwise procedure, which overcomes the problem of an ill-conditioned matrix, which currently limits the application of the VVP method. Variables in a six-parameter model can be retrieved even if the analysis volume is very small. In addition, the source and order of errors which exist in the traditional method are analyzed. The improved method is applied to real cases, which show that it is robust and has the capability to obtain the wind field structure of the local convective system. It is very helpful for studying severe storms.