武汉一次下击暴流天气的成因分析

对流性大风是强风暴最常产生的天气现象,致灾严重,预报难度大。2021年5月10日和14日,湖北武汉先后发生了雷暴大风和龙卷天气过程(以下简称“5.10”大风和“5.14”龙卷)。本文利用常规探空和武汉多普勒天气雷达资料,对这2次过程的环境条件、多普勒雷达回波特征和雷达衍生参量进行了对比分析,结果表明：(1) 两次过程都发生在具有高不稳定能量、强垂直风切变和低抬升凝结高度的环境中,地面都有多支气流形成的辐合区,但下沉对流有效位能、能量螺旋度、强天气指数等强对流物理参量值有显著差异;(2) 两次对流性大风的产生机制和雷达回波特征不同,“5.10”大风主要由中层干冷空气和降水粒子相变发动强下沉气流产生雷暴大风,并在地面形成冷性雷暴高压。由多个对流单体合并的对流带产生的强下沉气流在径向速度场上表现为低层大风核,而对流带前侧相对孤立的单体产生的强下沉气流表现为低层径向辐散特征;“5.14”龙卷由超级单体产生,具有钩状回波、强中气旋和龙卷涡旋特征等特征;(3) 两次过程发生前垂直风速差和风暴相对螺旋度的变化差异显著,表明了两次过程环境气流的变化不同,这样的变化是否适用两种天气的识别还需要对大量个例进行统计分析。

     

云南对流性大风天气的潜势预报及雷达回波特征

为提高云南省对流性大风短时临近预报水平,使用历年大风日数和上百个对流性大风个例的探空、雷达资料,分析了T lnp图、对流参数和雷达回波特征,总结提炼云南省对流性大风的预报预警指标。结果表明,非对流性大风和对流性大风具有不同的时空分布特征。非对流性大风受大尺度系统影响,主要出现在冬春季节,滇东、滇中和滇西北影响最重。对流性大风多受中小尺度系统影响,主要出现于夏季,呈现局地性特征。对流参数、T lnp图在对流性大风的潜势预报中有一定指示意义。雷达产品在对流性大风的临近预报中有较好的反映。回波顶高和垂直累积液态水含量在对流性大风发生前和发生时的跃变特征是预警对流性大风发生的关键因子,可提供6~12 min的提前预警时间。     

基于雷达三维组网数据的对流性地面大风自动识别

应用雷达三维组网数据和地面加密自动站风场资料,统计分析了对流性地面大风的6个主要雷达识别指标：风暴最大反射率因子、风暴最大垂直积分液态水含量、垂直积分液态水含量随时间变率、风暴最大反射率因子下降高度、风暴体移动速度和垂直积分液态水含量密度等参数。根据雷达识别指标和地面大风的相关程度,给出了识别指标的隶属函数和权重系数;采用不等权重法,建立了具有模糊逻辑的对流性地面大风识别方法。并将对流性地面大风的出现概率分为3级：当识别风暴单体的判据小于0.3时,出现对流性地面大风的概率小;当判据在0.3—0.5时,产生对流性地面大风的概率较大;当判据大于0.5时,出现对流性地面大风的概率很大。通过对河北省2012年6月21日线状风暴和2009年7月23日孤立单体风暴引发的灾害大风典型个例的识别效果检验,证明这种方法识别到的风暴单体跟踪效果良好,识别出的大风范围与实况风场基本吻合,命中率、虚警率和临界成功指数分别达81.8%、25.0%和64.3%,利用模糊逻辑原理建立对流性大风的识别算法是切实可行的。     

一次对流性强降雨过程的雷达特征分析

采用新一代多普勒雷达探测资料和自动站雨量资料,针对2008年9月22~23日夜间四川省北川附近的强降雨天气过程,基于反射率因子、液态水含量、体扫雨量等资料,对四川盆地内对流性强降雨天气的雷达回波特征进行了深入分析,分析表明,①四川盆地内对流性强降雨天气的强风暴单体具有前倾、低质心、悬垂结构等特征,且引起强降雨的强对流风暴移动缓慢。②低仰角反射率因子强度与雨强有较好对应关系,2.4~6.0度仰角的回波强度越强,降雨强度也就越强,当2.4度仰角的回波强度超过50dbz时,将出现雨强>1mm/分钟的短时强降雨。③四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴在其生消过程中有一个回波强度质心下移的过程,而当6.0度仰角的回波强度下降迅速时,降雨强度也相应地趋于减弱。④四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴雷达回波特征有较明显的跃增现象,当低仰角的回波强度增率≥14dbz/体扫,垂直液态水含量增率≥10 kg/m²时,20~30分钟后强降雨产生,可作为短时强降雨预警指标。     

粤西北对流性大风的物理参数及雷达回波特征

为了解粤西北对流天气的特点,对2015—2020年粤西北发生的60个大风和冰雹天气个例的物理参数、雷达产品的特征进行分析,结果表明:粤西北对流性大风的物理参数有明显的季节性和地域性,其中在春季K指数为27~40℃,出现冰雹时普遍≥32℃,TT为30~55℃,t₇₀₀-t₅₀₀>14℃、t₈₅₀-t₅₀₀>22℃,IQ为2800~5000 g·hPa·kg^-1;夏季K指数为35~42℃,TT为42~46℃,IQ为4200~6600 g·hPa·kg^-1。沙氏指数、垂直风切变、特殊高度层等物理参数在对流性大风、冰雹的潜势预报指示意义有一定的局限性。对流性大风的雷达回波春季多为带状和块状,夏季以点状、块状发展为主,径向速度>12 m/s、ET为10~13 km、VIL值30 kg/㎡以上并有急增或急降现象;出现冰雹时多为超级单体,有三体散射现象、V形缺口等特征,回波强度>60 dBz、径向速度>18 m/s、Z_DR>2.4、K_DP>2.8 dBz。     

长沙黄花机场两次对流风暴特征的对比分析

利用新一代多普勒天气雷达资料、机场自动观测系统资料结合其它有关资料,对2012年9月1日和2013年7月1日发生在长沙黄花机场的两次对流风暴的特征进行了对比分析,结果表明：2012年9月1日的对流风暴属于普通单体风暴,具有尺度小、持续时间短、降水量大的特点;2013年7月1日的对流风暴属于多单体风暴,具有尺度较小、生命史较短,产生了雷暴、降水量小的特点。两次对流风暴的共同点：在很短时间内产生了大于20 m/s的地面大风（〉17 m/s）,出现了风向突变、风速骤增、气压上升、气温骤降等类似于飑线的气象要素剧烈变化过程;两次对流风暴的触发机制都是副高外围的东风波扰动。     

X波段相控阵天气雷达对流过程观测 外场试验及初步结果分析

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室与安徽四创电子股份有限公司联合研发了专门用于快速观测对流过程、具有多波束观测能力的X波段相控阵天气雷达(XPAR),并利用该雷达与C波段双线偏振雷达(CPOL)于2013年4~6月在广东省江门市鹤山站进行了对比观测试验,以检验该雷达观测模式及其对快速变化的对流云演变过程的观测能力,为进一步改进雷达观测模式提供依据。本文首先介绍了XPAR的主要技术指标和观测模式,利用实测数据对比分析了三种观测模式观测的回波结构、灵敏度,并与C波段双线偏振雷达数据进行了对比,详细分析了2013年5月30日一次中尺度线状对流系统后部的单体的发展和消亡过程,讨论了XPAR分钟级数据在分析对流过程演变中的作用。结果表明:(1)XPAR三种观测模式获取的降水回波结构合理,实现了在1 min内完成一个高空间分辨率的体扫的探测功能,数据的时空分辨率远远高于现有的机械扫描雷达;(2)XPAR的精细观测模式数据揭示了单体触发、发展和演变过程,清晰给出了两次径向辐合发展过程及其与回波发展的关系,给出了新一代天气雷达和C波段双线偏振雷达不能提供的新的事实;(3)XPAR分钟级数据对进一步认识对流单体内部γ中尺度及其更小尺度系统的发展和演变有非常大的帮助。     

天津地区雷暴大风天气雷达产品特征分析

应用2002-2007年天津共46次雷暴大风天气过程的新一代天气雷达资料,并结合灾情报告和地面自动气象站资料,根据雷达基本反射率回波特征,影响渤海西部雷暴大风的雷达回波形态有以下四种类型:弓状回波、阵风锋、带状回波和零散椭圆状回波,其中弓状回波对应的雷暴大风天气最为强烈,特别是弓状回波的前部和顶端突起部分;同时弓状回波主体维持时间与雷暴大风维持时间基本一致.另外,应用垂直积分液态水含量产品(VIL)进行了统计分析.结果表明:当VIL值达到或超过40 kg·m~(-2)时,随后VIL值的快速减小对于预警雷暴大风天气有指示意义,这种信息一般能够提前10分钟出现.此外,分析了雷暴大风的路径来源有四类:分别是北方路径有9次,西北路径占19次,西方路径14次和其他路径4次,其中北方路径带来的灾害相对严重.这些特征对预警渤海西部雷暴大风天气提供使用价值,同时也可提供其他地区参考使用.     

黄土高原一次强对流天气的多普勒雷达回波特征分析

利用榆林多普勒雷达、FY-2卫星云图和地面观测资料对2006年9月20-21日发生在黄土高原一次强对流天气进行分析。结果表明：多普勒雷达反射率因子图上，低涡发展表现为3个阶段即发展、强盛和减弱消亡阶段；回波螺旋特征明显，强回波带呈螺旋状排列；最大反射率因子位于螺旋回波带的后部下方；螺旋状强回波带反射率因子整体自后向前减小，回波带中从外围到螺旋中心强回波由位于回波带移动方向的后侧边缘逐渐过渡到回波带前侧；冰雹和强降水天气时段对应着低层偏南急流；强回波带位于高层5．6km以上西北气流风速≥18m／s的前缘。     

我国飑线发生条件的研究

采用加密探空资料、Himawari-8气象卫星云图、雷达资料及地面加密观测资料,对2016年6月四川北部一次造成大风灾害的飑线过程进行综合观测分析,着重分析该飑线成熟阶段地面灾害性大风的落区特征;结合中尺度数值模式模拟的高分辨率产品数据,分析此次飑线大风落区与飑线系统后部入流急流的关系,并深入探讨了飑线系统后部入流急流的形成、维持机制。结果表明:该飑线成熟阶段,地面大风中心位于后部入流急流的中心轴顶端的强对流云团附近区域;成熟飑线前侧存在一地面中尺度辐合线,该辐合线对飑线演变具有一定的指示意义,指示时间约提前1 h;由于成熟飑线系统自身的扰动温度分布不均衡,在对流单体后边界产生的水平涡度对飑线中层后部入流的加速作用下,形成了后部入流急流;在飑线的中层,后部入流急流与水平扰动温度梯度之间存在正反馈效应,它是成熟飑线产生地面大风的一种重要物理机制,也是弓形回波形成的物理机制;飑线地面大风极值的主要预报着眼点为环境对流有效位能(CAPE)和中高层干冷平流强度;中低层水汽条件对飑线维持发展起重要作用。

     

两次长寿命非超级单体孤立强风暴多普勒天气雷达观测对比分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空和天气实况资料,对2次历时超过4 h的孤立非超级单体风暴强度结构、流场结构和环境物理量及其差异性进行了分析。结果表明,0611和0915风暴均产生于东北冷涡底部西北气流和低层切变线环境形势下,上干冷下暖湿,0~6 km具有强垂直风切变,600 hPa为起点的下沉对流有效位能（DCAPE）具有较大值。旺盛阶段,0915风暴的最大反射率因子（DBZM）、基于单体的垂直累积液态含水量（C-VIL）和强中心高度（HT）参数平均值明显大于0611风暴,差值分别是6.7 dBZ、11 kg·m-2和2.4 km。0915风暴成熟阶段的前期表现为明显中层径向辐合（MARC）特征,中期风暴中层表现为强气旋性旋转气流结构,后期又演变为MARC特征,同时辐合强度更加显著。0611风暴旺盛阶段中层具有双涡结构,但前期气旋性旋转强度明显大于反气旋性旋转强度,后期情况相反,反气旋性旋转强度明显大于气旋性旋转强度。两次过程中环境物理量差别明显的是对流有效位能（CAPE）和低层比湿,0915风暴CAPE和低层比湿明显大于0611风暴过程。在相似的形势背景下,低层湿度大,具有大的CAPE值,风暴内部上升气流的最大上升速度较大,利于强反射率核的悬垂和维持。     

一次多普勒天气雷达故障排除实例分析

根据雷达工作原理、故障现象和故障原因,对桂林市新一代多普勒天气雷达天线动态故障问题的维修工作的总结分析,找出故障原因,维护注意事项和维修方法.     

对流天气预报中的环境场条件分析

中尺度对流天气的分析包括以天气型识别和中尺度过程分析为主的主观分析,以及以动力热力物理参数诊断为主的客观分析。利用"配料法"预报的思路,通过诊断有组织的深厚中尺度对流系统发生、发展的4个条件(水汽、不稳定、抬升和垂直风切变),开发了中尺度对流天气的环境场条件分析技术(对流天气图分析和客观物理量诊断技术),并应用于中国国家气象中心的强对流天气预报。以中尺度对流天气的天气图分析方法为例,介绍如何利用高低空观测资料,分析对流天气发生发展的环境场条件;并以数值模式释用为主的强对流特征物理量诊断分析为例,介绍如何动态诊断对流天气的动力热力条件演变。     

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气中的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料,对贵阳机场的对流天气进行分析.指出在用常规天气图进行外推预报的同时,结合T213 数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化,利用多普勒雷达连续探测的特点,弥补时间和空间密度的不足,并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气系统,密切监测对流天气的发生、发展,提高了短时预报的精度.     

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气在的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料，对贵阳机场的对流天气进行分析。指出在用常规天气图进行外推预报的同时，结合T213数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化，利用多普勒雷达连续探测的特点，弥补时间和空间密度的不足，并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气统，密切监测对流天气的发生、发展、提高了短时预报的精度。     

多普勒天气雷达及其应用

简单介绍了多普勒天气雷达探测原理及测速能力,并介绍了多普勒天气雷达速度资料的应用。     

中尺度天气的高空地面综合图分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料、区域加密站资料、卫星云图和雷达资料,对2015年5月6日(简称“05.06”)和8月30日(简称“08.30”)河南两次东北冷涡型强对流天气过程的系统配置、环境条件、中尺度特征等进行了详细分析。结果表明：(1)两次过程均发生在东北冷涡稳定维持下的环流背景下,“05.06”过程是在高层西北气流下由干冷平流强迫引起的大风冰雹伴随短时强降水的混合对流,“08.30”过程则由横槽南下及暖湿气流引起以短时强降水为主伴有大风的湿对流。(2)“05.06”过程中高层有较强的干冷平流,叠加在低层暖湿平流上,形成了强对流不稳定层结,强的垂直风切变位于中低层,配合较强的动力抬升条件,有利于冰雹发生发展;“08.30”过程则类似准正压类强对流,弱暖平流抬升配合上层冷平流形成不稳定,垂直风切变小,湿层较厚,有利于短时强降水的发生。(3)两次过程均发生在地面温度、露点大值区及高梯度区,高温高湿为其提供了能量和水汽条件,地面辐合线是其触发抬升机制。“05.06”过程冷暖交汇明显,干湿对比显著,是在冷暖交汇和干湿交汇共同有利环境下产生大风冰雹天气;“08.30”过程则是在高湿区中由冷暖交汇产生对流不稳定,以短时强降水为主。(4)两次过程均由发展旺盛的中β尺度对流云团自北向南移动产生,云顶TBB较低,中尺度雨团与TBB高梯度区对应较好。(5)雷达回波上,强对流过程中对流单体出现明显的回波悬垂、弱回波区以及有界弱回波等特征,径向速度场上有低层辐合和高层辐散、中层径向辐合、逆风区、中气旋等特征。