大气层结演变对持续性雹暴天气过程的影响

本文从大气层结的演变来探讨持续性雹暴天气过程的发生、发展和消亡。通过为期12年发生在甘肃、宁足和陕西省的六盘山区20多次较强的持续性雹暴天气过程的对比分析结果表明:层结的不稳定性、最大不稳定层次的高低及其湿度条件决定着这种特续性雹暴天气过程的兴衰。强、弱雹暴的差异性在300hPa的层结演变中反映得尤为明显。     

一次强烈雹暴的多普勒天气雷达资料分析

利用石家庄多普勒天气雷达资料和常规探测资料,对2008年5月17日发生在河北南部的强烈雹暴的生成环境和动力机制以及发展演变特征进行了分析。内蒙古东部冷涡后部的冷空气和低层暖湿气流在河北中南部交汇,导致这个地区上空的层结不稳定,低层的暖切变和地面的东风辐合线为触发系统。高低空急流、不稳定层结、强垂直风切变为强烈雹暴的发生提供了有利的环境条件。强烈雹暴的多普勒天气雷达观测特征表现为一个次超级单体的发展移动过程,呈现回波悬垂和弱回波区特征,强回波核区反射率因子达到73 dBz,三体散射现象明显,对应径向速度图表现为弱中气旋,旋转速度为15 m/s。次超级单体右移特征明显,沿承载层平均风方向偏右侧移动。风暴相对螺旋度(Srh)大值与强雹暴的产生密切相关,0.3～2.1 km的Srh正值出现以及2.1～6.1 km的Srh减小随后迅速增加对冰雹的预报有很好的指示意义。     

初夏冰雹天气的综合分析与预报

分析了宜宾地区产生冰雹天气的大气环流形势及其不同环流型下的能量场结构和特点，天气尺度影响系统的物理机制和相互作用。我区降雹主要产生在西风大槽和阶梯槽型下，由其性质可分为冷锋雹暴和暖气团雹暴两类，冰雹天气的产生需要气团内部具备强不稳定层结，动力扰动触发不稳定能量释放产生强烈的上升运动和有利的环境温湿条件．采用潜在性不稳定度和物理量诊断值定量反映降雹前的气团内部不稳定能量结构和影响系统的强度，能较好地客观反映降雹天气的特点，具有较高的预报准确率。     

广西雹暴和暴雨落区预报的探讨

雹暴和暴雨发生前,需要有位势不稳定层结(满足((?)θse)/((?)z)<0)。这样在对流层下部可以积蓄大量不稳定能量,一旦释放,可以转化为空气上升的动能,造成强烈的上升运动。可见位势不稳定层结的存在是产生雹暴和暴雨的前期条件。因此,研究雹暴和暴雨形成的中尺度不稳定能量系统特征,是我们制作雹暴和暴雨发生区域预报的主要环节。本文试用能量分析方法,对广西的雹暴和暴雨的中尺度不稳定能量系统特征进行探讨。寻求新的预报方法。     

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。     

毛乌素沙漠东部边缘一次雹暴三维结构的观测分析

利用新一代天气雷达和MICAPS提供的实况资料(包括用实况资料计算的其它物理量),对2006年7月27日发生在榆林市西北部部分乡镇的一次雹暴天气过程进行了连续的监测和分析。诊断分析表明:当日08:00,大气层结是稳定的,但925 hPa湿正压场上生成从东南方向伸入雹区的窄的强对流不稳定舌;雹暴发生前2 h,雹区地面邻近上游生成中β尺度能量比高值中心和反映弱冷空气活动的中β尺度能量比低值舌;雹暴的发生也伴随雹区对流层低层大气湿斜压性的增强、边界层温度出现跃升等现象;中尺度纬向次级环流圈的形成,为雹暴的发生、发展和维持提供了动力条件。雷达反射率因子分析表明,强冰雹狂风是由超级单体风暴引发的,超级单体风暴是由中β尺度小钩状回波和由干侵入引发的新生中γ尺度强对流单体在钩状区合并而形成。超级单体风暴具有独特的动力学特征:除了伴随一个持久深厚的中气旋外,对流层低层入流急流持续时间长达50 min,钩状区近地层出现未曾见过或罕见的(由强下沉气流产生)中β尺度环形辐散区和环形辐散区向外扩展的特征。在0.5°仰角速度场,雹暴区气流经历了由径向辐合、气旋性辐合、气旋性旋转、再到径向辐合的演变过程。     

2013年9月13日上海地区雷暴天气过程分析

利用卫星云图、多普勒天气雷达资料、常规地面和高空观测资料,对2013年9月13日上海全年最强雷暴天气过程进行了天气学诊断分析,简要讨论了不同尺度天气系统的发展演变以及作用。研究结果表明:(1)此次强对流天气是在变形场环流背景下发生的,较强的不稳定层结、低层充沛的水汽和高低空急流相互作用所形成的较强的大尺度辐合抬升,为其提供了有利的环境条件。(2)在此基础上,边界层辐合区触发大气释放不稳定能量,引发对流单体的初生。(3)该过程包含三个阶段的中γ或β尺度对流系统的发生、发展、移动和合并过程,雷暴云团在大气边界层辐合线中被触发,沿辐合线后向传播发展,加强边界层辐合线初生的监控对强雷暴发生的预警以及传播方向预报有着重要意义。     

2018年陕西商洛一次罕见强雹暴环境条件及雷达特征分析

利用商洛天气雷达资料和相关实况资料,对2018年5月15日午后商南地区一次强雹暴天气的环境条件和雷达回波结构演变特征进行了详细分析。结果表明：（１）雹暴发生在低层气旋暖区,中层有冷温槽发展东移,高层有急流的背景下,0 ℃层高度为43 km,-20 ℃层高度为75 km。地面中尺度辐合线触发的对流云团在不稳定层结和较强垂直风切变作用下发展为超级单体风暴。（２）强雹暴的低层反射率因子呈现出明显的钩状回波或倒“Ｖ”型入流缺口,并伴有三体散射长钉等特征。回波顶高度达11 km左右,最大VIL值达77 kg/m2。反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区、回波悬垂和回波墙。最大的回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,中心值达到65 dBz以上。相应的中低层径向速度图存在明显辐合区,有利于强上升气流发展。（３）此次强雹暴天气在西北东部较为罕见,前人总结的冰雹各项潜势预报指标具有一定局限性,垂直液态积分水含量密度（VIL密度）跃增能更好地提前指示大冰雹。因而可用VIL密度值明显跃增至55 g/m3提前24 min预警大冰雹,进一步补充和完善陕西极端突发强天气预警指标。     

桂北一次冰雹过程综合分析

利用柳州多普勒天气雷达、常规观测和地面自动站资料,对2008—03—20发生在广西北部的超级单体雹暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。主要结果如下：①即使位势不稳定较低,只要0℃层和-20℃层高度适中、有较强的垂直风切变,并且具备一定的水汽条件和触发机制,就有可能发生雹暴。②VIL值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持。③对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势。④双倒“V”字型人流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。     

喀什地区“8.11”冰雹过程雷达探测分析

利用常规气象探测资料和多普勒天气雷达产品,对 2011年 8月 11 日在喀什发生的一强冰雹天气过程,从天气形势、雷达回波演变特征等几个方面进行了综合分析。结果表明: 这次冰雹天气出现在对流不稳定层结条件下,0 ℃层和 －20 ℃层的高度适宜。多普勒雷达能很好地监测冰雹天气的发生发展演变过程,＞ 70 dBZ 强回波区和悬垂结构及逆风区的出现,垂直累积液态含水量( VIL) 增加等都对冰雹天气的出现具有指示意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

豫西地区一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等方面分析2006年8月豫西地区一次大范围冰雹天气过程的成因。结果表明:高空冷空气的侵入对不稳定能量释放起了触发作用,华北冷涡和低层切变线的相互配置为冰雹的发生提供了有利的动力抬升条件,地面冷锋的南压迫使暖湿空气抬升利于冰雹的形成;普通单体风暴或超级单体风暴都可导致冰雹发生,中气旋、逆风区、低层辐合的存在及产生冰雹前的高反射率因子、高的强冰雹概率、高垂直积分液态水含量这些典型的强回波特征,对冰雹的短时(临近)预报具有一定的指示意义。     

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率（DBZM）≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量（VIL）和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现＂POS＂报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。     

超级单体单体多单体雹云及其成雹特点的数值模拟研究

用数值模拟方法模拟了超级单体、单体和多单体雹云的流场和水凝结物场,并对其成雹规律进行了数值模拟研究。结果表明：可长成大雹的雹胚的初始出发区的位置主要由雹云的流场决定,而与雹胚的大小关系不明显;３种类型的雹云的成雹规律是相似的,超级单体之所以可以降大雹,主要是由于流型的稳定和长的生命期。     

黑龙江省6.9区域性冰雹中尺度分析

利用哈尔滨新一代天气雷达和常规观测资料,对黑龙江2011年6月9日受东北冷涡影响产生的区域性冰雹天气进行中尺度分析,结果表明：500 hPa黑龙江中西部有闭合冷中心,850hPa以下低空为暖脊,形成上冷下暖的不稳定大气层结。地面冷锋及850 hPa干线是不稳定能量释放的主要条件;冰雹落区是在低空急流出口区、高空槽前及8...     

十堰一次强对流天气雷达回波特征

利用十堰714C天气雷达回波资料,结合其它天气资料,分析了2004年7月6日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度天气形势下产生的,局地环境CAPE指数大,水平风的垂直切变较强。强降雹由多单体强风暴造成,回波强度强,高度较高,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）。雹云移动明显右偏于高空风,属右移风暴,以右后侧和右前侧传播方式发展。强降雹由后一种传播方式造成,初始回波从半空生成,云顶高度较高,强中心位于云体中上层。     

一次长生命史超级单体降雹演化机制及双偏振雷达回波分析

2019年3月21日一次长生命史超级单体导致浙江省中部多个县(市)降雹,为了研究超级单体得以长时间维持的环境背景及其云物理特征,利用常规资料以及宁波S波段双偏振雷达数据,结合粒子相态识别算法,对此次过程的演变进行了分析.结果表明:高空槽前、850 hPa切变线附近和地面冷锋为超级单体提供了合适的环流背景;风暴传播区域对...     

豫西深秋一次典型超级单体风暴的多普勒雷达分析

利用三门峡市多普勒天气雷达资料,分析了2009年10月4日发生在河南渑池县的一次产生冰雹的超级单体风暴的回波结构及演变特征,结果表明:超级单体是在上冷下暖的大尺度环流背景和不稳定层结下产生的;其演变过程经历了生成、发展、成熟、消亡四个阶段;局地生成的弱回波若发展较快,速度场中又有逆风区与之配合,则容易发展成超级单体风暴,应引起高度重视;发展阶段回波强度加速增大,诸如底层钩状回波、有界弱回波区、中气旋等超级单体的典型结构特征开始出现,是发布预警的关键时段,大约可以提前15-30 min;成熟阶段最重要的特征是持续存在的中气旋。超级单体风暴其初始回波出现在4 km左右的中空,具有向上向下迅速发展的特点;最强回波强度大,顶高伸展高;当最强回波底到达地面时意味着冰雹、降水的开始,因而可以通过分析最强回波顶高的演变趋势来确定降雹强弱和时间;VIL可用来判断对流风暴强度,持续高的VIL值可能与超级单体风暴有关。     

Design of hail measurement networks*

Abstract

Hail and rain data collected in the National Hail Research Experiment's 1976 dense precipitation network have proved useful in defining the requirements of hail measuring networks. It is shown, at least for the hailstorm of 22 June 1976, that the primary maxima and minima of the spatial distribution of hail mass are revealed by a hailpad spacing of about 4 km, and that increasing detail obtains with smaller spacings until with spacings of 0.4 to 0.8 km finer scale features with dimensions of 1–3 km become defined. Monte‐Carlo and conventional statistical analysis show that the confidence limits on the errer in estimating the true hail mass for a storm increase approximately linearly with the mean spacing of hailpads. For the hailfall of 22 June 1976, there is 90% confidence that the true hail mass is estimated within ± 10% for a hailpad spacing of 1.7 km. Estimates of hail kinetic energy and number of hailstones of this accuracy require that hailpads be approximately 10–20% closer or farther apart, respectively. There is no simple numerical relation between the densities of hailpad and wedge raingauge networks covering the same area such that, if satisfied, the networks would then provide estimates of hail mass and total precipitation of the same accuracy for any storm. There is considerable daily variation in the size of hailswaths and in the spatial distribution of hail mass within them, pointing to the need for a climatological study of these aspects of hailfall to assess properly the requirements that a hail network must meet in a given region.     

四川一次超级单体风暴的多普勒雷达观测分析

利用常规天气资料和多普勒天气雷达等资料对2015年7月27日发生在四川资阳的一次伴随冰雹大风的超级单体进行综合分析。结果表明:(1)该超级单体具有较大的CAPE值,适宜的0℃层和-20℃层高度,有利于雹粒的增长,为大暴雨和冰雹提供了不稳定能量。(2)此次风暴具有超级单体风暴的典型特征,在雷达反射率因子上,中低层有“钩状回波”、弱回波区、三体散射长钉,中高层有回波悬垂现象,速度图上是气旋式流场,后发展为中气旋,中气旋首先出现在中低层,随后向上向下发展。(3)垂直累计液态水含量(VIL)在发生冰雹前会有一个跃增变化,在30分钟内从5kg/m2跃增到75kg/m2,VIL跃增变化提前冰雹发生,对冰雹具有警示作用。(4)三体散射长钉是预示冰雹的一个重要特征,此次风暴的三体散射出现在高度5~10km,只在2个体扫时间内出现过。      

一次强雹暴系统及其阵风锋的雷达回波研究

作者介绍了在一次强雹暴系统的雷达探测中发现的阵风锋回波带。讨论了阵风锋回波带的性质、结构及其成因，分析了它对雹暴回波系统的反馈作用，指出了其和经典模式中阵风锋的不同之处。提出了这次雹暴系统维持和传播的自激机制，并且探讨了阵风锋回波带在短时预报中的应用。