多普勒天气雷达短时预报技术研究进展

简要介绍了短时预报技术的一些概念和基本内容,并就国内外基于多普勒天气雷达的短时预报技术开发进展情况,从临近外推预报和短时数值预报两方面详细叙述了包括雷达资料控制、灾害性天气预警预测、雷达资料同化等技术研究的最新动态。     

一次连续性大暴雨成因及雷达回波特征分析

对１９９８年６月中旬发生在福建省北部地区的连续性大暴雨过程环流特征、影响系统、特殊地形条件作用,中尺度回波系统活动及小尺度强核回波对降水强度的贡献进行了综合分析,力求从雷达回波演变特征找出规律,以提高其短时预报能力。     

一次区域大暴雨过程的雷达回波特征分析

针对2007年8月10—12日烟台市区域性大暴雨天气资料的综合分析表明,热带系统的水汽条件、西风带弱冷空气的抬升力条件和副热带高压边缘的不稳定层结条件,共同构成了区域性暴雨天气过程。对新一代多普勒天气雷达资料的分析表明:数条强对流回波单体在移动的过程中合并,形成MCS,稳定少动是暴雨产生的直接原因,低空急流输送大量水汽,低层冷空气入侵导致对流上升运动强烈。     

一次大暴雨天气过程的短时预报分析

利用毕节周边探空资料和毕节多普勒雷达资料,对2006年6月28日的大暴雨天气过程进行了分析,发现探空资料在本次强降水的短期、短时预报中具有一定的指示作用,时间越近指示性越强。雷达资料在短时预报中作用明显,但是灾害天气过程来临时提前做出预警的时间有限。     

榆林市两次局地短时大暴雨过程的特征分析

2018年8月7日和8月10日,陕西省榆林市先后出现了两次局地短时大暴雨过程(以下分别简称过程I和过程II),过程累积降水量分别为103.4mm和142.5mm。本文利用NCEP再分析资料、常规地面观测数据、卫星云图数据和多普勒雷达数据,对这两次短时大暴雨的环流背景及中尺度特征进行了对比分析。结果表明：(1)过程I是典型的副热带高压外围短波扰动引起的强对流天气,过程II是冷涡南下冷空气触发的强对流天气; (2)过程I对流发展剧烈,产生了雷暴,雷暴高压造成了地面冷池堆积,使地面气温和气压呈明显反比,过程II对流相对较弱,无雷暴,地面气温和气压呈正比;(3)过程I的短时强降水发生在TBB低值区,过程II则发生在TBB梯度大值区;(4)过程I是由地面辐合线、阵风锋触发的多个小对流单体发展及合并的过程,强对流云团不断经过榆林城区上空产生“列车效应”,造成了较强的短时强降水和局地的短时大暴雨;过程II由上游地区较强的对流云团东移,在不断经过神木县境内加强而造成“列车效应”,且持续时间更长,从而造成局地的短时大暴雨。     

"05.8"湖北房县台风暴雨过程的雷达回波特征

利用十堰714C常规天气雷达和自动气象站(雨量站)资料,分析了2005年8月14日16时至15日7时房县大木、城关及丹江官山等地短时强降水天气过程。结果表明:中小尺度对流活动频繁,强度强,且维持时间长,直接造成了此次强降水的发生;此过程对流单体回波强度达42dBz,云顶高度16km,强回波区高度9km,中心高度4.8～6.7km;山区复杂地形有利于触发出较强对流和阻挡降水移动;受西移台风影响的大范围混合性降水回波具有高降水效率。此外,临近预报水平有待进一步提高。     

“05.8”湖北房县台风暴雨过程的雷达回波特征

利用十堰714C常规天气雷达和自动气象站(雨量站)资料,分析了2005年8月14日16时至15日7时房县大木、城关及丹江官山等地短时强降水天气过程。结果表明:中小尺度对流活动频繁,强度强,且维持时间长,直接造成了此次强降水的发生;此过程     

一次秋季对流性暴雨的双偏振雷达回波特征分析

本文利用黔东南榕江C波段双偏振多普勒天气雷达资料、常规观测资料及地面加密自动站观测资料等,对2021年9月6日傍晚到夜间贵州东部地区出现的对流性暴雨天气过程的环流背景、影响系统和雷达回波特征进行总结分析。得出：（1）此次天气过程是在副高西伸北抬形成高压坝的背景条件下,中高纬冷涡低槽与高原东移的短波槽在四川东部同位相合并加强东移,引导冷空气从西北路径和东北路径两面夹击影响贵州东部地区,配合长时间稳定维持的南北向低空切变线,共同触发不稳定能量强烈释放,产生对流性暴雨天气。（2）带状对流回波东段东移至铜仁、黔东南州境内后逐渐转为片状积层混合降水回波,并长时间稳定维持少动,暴雨发生期间,回波具有明显的低质心高效率的热带暖云降水回波特征;VIL值在10～30 kg·m-2之间,局地出现明显的跃增现象;低仰角径向速度图上长时间维持明显的风场辐合。（3）此次过程雷达偏振参量具有产生强降水的特征,最大ZH在40～60dBz之间,ZDR在0.2～5dB之间,KDP范围为0.5～7.0°·km-1,CC在0.9～0.98之间,最大时≥0.98。     

昆仑山北坡短时强降水天气分型及雷达回波特征分析

应用昆仑山北坡小时、分钟降水资料以及和田C波段多普勒天气雷达资料,分析近8年该区域短时强降水天气分型,对比分析对流云与混合云2型5类短时强降水的回波强度、顶高、垂直液态含水量等回波特征量值以及持续时间的差异.得出昆仑山北坡短时强降水中,中亚低涡(槽)型环流形势和块状多单体回波最多,昆仑山北坡无超级单体回波.需高度关注3...     

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。     

江西两次雷击事件雷达回波特征分析

为了做好江西雷电监测预警和预报服务工作,使用天气图资料、地面气象要素、雷电数据、江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品等资料,采用天气学、统计学和雷达气象学等分析方法,对2021年3月江西两次雷击事件进行分析,结果表明：（1）两次雷击事件是由超级单体和强单体回波系统影响产生。（2）超级单体回波有四个特征：①具有≥60 dBZ回波强度,并存有≥65 dBZ回波核;②强回波面积≥10×10 km2;③强回波梯度≤8 km;④在强回波移动方向的下风方有云砧形成的“前伸”回波结构;强单体回波的回波强度（没有回波核）、强回波面积、强回波梯度和“前伸”回波结构都弱于超级单体回波。（3）超级单体CR回波强度达到65 dBZ,ET回波顶高达到11～12 km,VIL垂直累积液态水含量达到60 kg/m2;垂直反射率因子RCS向移动方向倾斜、55 dBZ强回波顶高达到8 km、65 dBZ强中心悬挂在6 km高度;垂直径向速度VCS在强回波区存在速度对、-5～19 m·s-1 速度达到弱切变的强度。（4）强单体回波CR强度达到60 dBZ,ET顶高达到9～10 km,VIL垂直累积液态水含量达到50～60 kg/m2;强单体回波垂直反射率因子RCS倾斜角度弱于超级单体,55 dBZ强回波顶高达到8 km,60 dBZ强回波高度伸展到6 km,没有65 dBZ强回波中心;垂直径向速度VCS表现为正速度区分成上下两层。研究结果为江西雷电天气的监测预警和预报服务,减轻雷击灾害提供有指导意义的范例。     

玉山雷暴大风雷达回波特征分析北大核心

利用气象信息综合分析处理系统、江西WebGIS雷达拼图、江西自动气象站、上饶SA雷达等资料,综合分析了2004—2020年玉山县15次雷暴大风过程特征。结果表明:玉山雷暴大风集中出现在5—9月,其中7月最多;雷暴大风有明显日变化特征,午后增温是高发期,导致玉山雷暴大风天气主要有三类中尺度系统,分别为冷锋倒槽类、副高控制类、热带系统类;按雷达拼图回波特征分为飑线回波带上超级单体、飑线(弓状)回波带上强单体、副高边缘强回波短带和局地热雷雨强回波三类。飑线回波带上超级单体中心回波强度超过60 dBZ,回波带有明显的“弓”状结构,移动速度可达80~100 km·h^(-1);副高边缘的雷暴大风天气发生在局地热雷雨强回波发展合并时,局地性强,移动缓慢,移速仅30 km·h^(-1)左右。雷达PUP产品上超级单体冰雹和雷暴大风主要区别为:组合反射率CR产品60 dBZ强回波面积冰雹较大,雷暴大风较小;垂直累积液态水(Vertically Integrated Liquid,VIL)冰雹可达到60 kg·m^(-2),雷暴大风VIL≤35 kg·m^(-2);反射率因子垂直剖面(Reflectivity Cross Section,RCS)冰雹有超过65 dBZ强回波核,雷暴大风则没有;径向速度垂直剖面(Velocity Cross Section,VCS)冰雹出现中气旋结构,雷暴大风则出现“逆风区”或弱切变结构。     

1971—2020年江西暴雨预警信号等级时空分布特征

利用1971—2020年江西省83站国家气象观测站逐时降水资料,采用EOF分析、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验、Morlet小波变换等方法,对江西暴雨预警信号等级的时空分布特征进行了分析。结果表明：1)江西暴雨蓝色、黄色和橙色预警信号年平均发布频次均呈“东北多、西南少”的地域分布,暴雨红色预警主要在鄱阳湖南侧存在多发区;上饶市和景德镇市是暴雨蓝色和黄色预警信号发布频次异常的敏感区,且在江西北部与中部表现出较明显的反位相变化特征。2)暴雨蓝色预警信号发布时间表现为单峰型,主要出现在13—16时,其他三种级别暴雨预警信号发布时间均表现为双峰型,主要有上午和傍晚两个易发时段。3)暴雨红色预警信号发布主要在6—8月,其他等级暴雨预警主要在5—8月,各等级暴雨预警信号均在6月发布最多。4)各等级暴雨预警信号发布频次均存在6—8 a的年际周期振荡,目前江西暴雨蓝色和黄色预警信号发布频次进入偏少期,而暴雨橙色和红色预警信号发布进入偏多期。5)暴雨红色预警信号发布频次呈0.70次/(10 a)的线性增加趋势,且在1992年发生明显由偏少转为偏多的突变,大部地区暴雨红色预警信号发布时降水极...     

2001—2010年大连地区暴雪天气与雷达回波特征分析

利用2001—2010年大连市7个市区县观测站冬季降水资料、常规观测资料和大连新一代天气雷达（CINRAD/SC型）回波资料,对发生在此期间8次暴雪过程环流形势分析的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明：造成大连地区暴雪天气的环流形势,在500 hPa高空上多与东亚大槽建立前自中国华北伸向黄淮地区的高空槽有关,在地面上则与经华北南部和江（黄）淮地区东移或北上气旋（倒槽）与北方南下冷高压在大连附近交绥有关。雷达回波速度场以＂暖式切变＂型最多;该类型的降水强度,随南北气流的增强、风切变的增大和切变层在边界层和对流层低层的抬升与暖平流的匹配而加强;随西南气流在边界层和对流层低层减弱与冷平流的出现而减弱。研究结果可为预报冬季暴雪天气提供参考。     

辽宁省短时暴雨和大暴雨时空分布与变化特征

采用中国气象局发布的“暴雨橙色、红色预警信号”定义,分别定义短时暴雨和短时大暴雨。利用辽宁2010—2018年5—10月1587个自动站逐时降水资料,统计分析短时暴雨、大暴雨空间分布特征和多尺度时间特征,从而得到短时暴雨、大暴雨的高发区、易发时段,并做简单天气学判断。结果表明：短时大暴雨高发区域位于辽宁东南沿海地区,可能是东北冷涡与北上气旋、西太平洋副热带高压等相互配合,导致辽宁省沿海地区易出现强度大、范围广和持续时间长的暴雨天气过程有重要关系;短时暴雨、大暴雨旬变化呈现“凸”字形结构,短时暴雨从5月上旬至10月上旬都可能发生,呈现单峰型特征。短时大暴雨显著增强从7月上旬开始,8月下旬后短时大暴雨急剧减少。短时暴雨、大暴雨日变化均呈现“两峰一谷”特征。短时暴雨以夜雨居多,可能与夜间西南急流加强有关。短时暴雨00—08时高发区域最为密集,活跃地区为阜新—朝阳、抚顺—盘锦—葫芦岛和辽宁东南部。短时大暴雨00—08时高发地区为辽宁西部、东部和东南部。     

南京地区一次冬季雷暴过程的雷达回波特征分析

为研究雷暴发展过程中的雷达回波特征,利用S波段双偏振多普勒天气雷达对南京地区的雷暴进行了观测研究,利用雷达回波资料、地面大气电场数据、闪电定位数据及探空资料对比分析了2014年一次冬季雷暴过程与夏季雷暴的雷暴回波特征差异。分析结果表明:冬季雷暴的对流发展高度明显低于夏季雷暴,持续时间短,水平尺度小,有较大比例的正闪;影响冬季雷暴与夏季雷暴的成雷对流高度差异的主要因素是环境温度差异,冬季雷暴在较低的高度上,具有较低的环境温度,更有利于雷暴起电;对流单体中,霰粒子的存在是雷暴的一项重要特征。     

一次长寿命超级单体风暴雷达回波特征分析

利用常规气象观测资料、章丘站探空资料及滨州、济南新一代SA天气雷达探测资料,对2016年6月14日发生在山东中部地区一次强降雹天气过程进行分析。结果表明：雷暴发生前大气不稳定能量的明显增加,较强垂直风切变是有利于强对流天气发生的环境条件;长寿命超级单体沿两山之间的谷地运动,地形对雹体发生、发展起到了抬升和维持作用,对单体的移动起到了导向作用;雷暴发生前的垂直累积液态水含量（VIL）跃增对冰雹粒子的形成和增长十分有利;超长的三体散射（TBSS）、深厚而持久的中气旋、高悬的强反射率中心、有界弱回波区以及风暴顶强烈辐散都是大冰雹发生的显著特征。