一次风雹过程的711雷达回波分析

对乐山市2001年8月7日出现的风雹天气,利用711数字化雷达资料进行雷达回波分析,为短时预报和服务提供依据,发挥雷达在短时预报服务中的效益,为使用数字化雷达资料提供一些帮助.     

一次风雹过程的7ll雷达回波分析

对乐山市2001年8月7日出现的风雹天气，利用7ll数字化雷达资料进行雷达回波分析，为短时预报和服务提供依据，发挥雷达在短时预报服务中的效益，为使用数字化雷达资料提供一些帮助。     

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异.结果表明:(1)大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子...     

三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

榆林新一代天气雷达冰雹云识别指标分析

利用2005-2007年5—9月榆林雷达站观测资料和同期的常规高空、地面观测资料及榆林市境内的冰雹灾情资料,对其中的14次冰雹天气过程分析,重点考察冰雹产生过程中冰雹云在新一代天气雷达图上的演变特征。通过对地面降雹资料和相应的雷达产品资料分析,结果表明：榆林新一代天气雷达对责任区内的冰雹预报预警具有较好的指示作用。冰雹云识别指标为：强反射率因子区（回波强度≥50dBz）在-20℃层高度附近及以上,且强回波强度越强,高度越高,愈有利于大冰雹的产生;反射率因子剖面图上出现有界弱回波区（BWER）或弱回波区（WER）,区域的大小影响降雹的持续时间和冰雹的大小;垂直累积液态水含量VIL的大值区（≥40kg／m^2）代表降冰雹的潜势,VIL值越大。降大冰雹的潜势越大。三体散射现象可作为冰雹的预报指标。     

Estimation of physical efficiency of hail protection accounting for changes in hail climatology

Results are considered of study of climate global warming effects on hail climatology and on technique of estimation of physical efficiency of hail protection taking account of the region hail danger trend. It is found that during last 30 years, occurrence frequency of hail and the number of heavy hailstorms in the mountainous areas of the Northern Caucasus decreased, on average, by a factor of 1.5–2, and in the foothill areas increased by 15–20%. It is shown that efficiency of hail protection works should be estimated taking into account the hail danger trend for each region.     

基于雷达组合反射率拼图和深度学习的中尺度对流系统识别、追踪与分类方法

中尺度对流系统（Mesoscale Convective System,MCS）是很多对流性天气的主要致灾体,可导致严重的气象和水文灾害,如雷暴大风、冰雹、龙卷风和山洪。对MCS进行准确的识别和追踪,并根据追踪轨迹及获得的MCS特征实现MCS的分类,对灾害天气的分析和预报有重要意义。基于京津冀地区2010—2019年的雷达组合反射率拼图资料,分别使用支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、极度梯度提升决策树（XGBoost）和深度神经网络（DNN）4种机器学习方法,研发了京津冀地区MCS的自动识别算法。使用时、空重叠追踪法对识别的MCS进行追踪匹配,得到包含强度、时间和空间信息的MCS追踪数据资料。在区分线状对流系统和非线状对流系统的基础上,进一步从经典的尾随层云（Trailing Stratiform,TS）、前导层云（Leading Stratiform,LS）和平行层云（Parallel Stratiform,PS）三类准线性MCS的概念模型和结构特征出发,根据追踪轨迹计算MCS的运动方向和MCS近似长轴两侧层状云和强对流云的面积占比,建立准线性MCS的分类算法。MCS的识别属于二分分类问题,以命中率（POD）、虚警率（FAR）、临界成功指数（CSI）和准确率（ACC）为评价指标,综合对比各项指标发现DNN模型较SVM、RF和XGBoost模型对MCS的识别效果更好。使用时、空重叠追踪法对DNN模型识别的MCS进行追踪,结合对两个追踪实例的分析,发现本研究所用的算法取得了很好的追踪结果,也进一步说明了深度学习方法识别MCS的准确性和优势。根据追踪轨迹计算某时刻MCS的运动方向,结合识别的层状云和强对流云的分布位置,准确实现了TS、LS和PS型准线性MCS的分类,为准线性MCS的生命史预测及其致灾天气特别是短时强降水的强度、位置和持续时间的客观预报提供了一种技术思路。      

多普勒雷达产品对南宁冰雹天气的应用分析

利用南宁多普勒天气雷达产品结合天气图资料,对2013年3月13日凌晨和夜间发生在南宁冰雹过程的天气背景、多普勒雷达产品进行分析,找出了相应的天气气候特征,为日后冰雹天气的临近预报提供一定的指导依据。     

多源观测资料在冰雹监测预警中的应用

利用常规探空观测资料、气象卫星资料、双偏振雷达资料、风廓线雷达资料、地基GPS水汽等多源观测资料对2020年6月25日河北中部一次由超级单体引起的强对流天气过程进行分析,探讨多源观测资料在冰雹天气预警中的综合应用。结果表明,在华北冷涡的影响下,上冷下暖的不稳定层结为强对流的发生提供了有利的环流背景。在强有力的热力不稳定与对流不稳定的条件下,受到地面辐合线的触发作用,强对流迅速生成并发展。造成本次大面积降雹的系统为超长生命史的超级单体,冰雹粒子与其他相态的粒子的双偏振特征具有明显的区别。定量化的观测资料能对冰雹天气的预警提供更加精确的数据信息。     

基于雷达回波拼图资料的风暴单体和中尺度对流系统识别、跟踪及预报技术

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的区域雷达组网三维数字产品作为数据输入,在雷达基数据的SCIT(The Strom Cell Identification and Tracking)算法基础上,完成了三维格点风暴单体识别、追踪和预报,用Davis发展的客观诊断评估方法识别雷达拼图资料中的中尺度对流系统,实现了雷达数据的中尺度对流系统识别、跟踪和预报,并利用这两种方法对多个强天气过程进行风暴和中尺度对流系统识别、跟踪及预报.在单雷达区域内用原SCIT和修改后的SCIT算法做了风暴单体定量识别检验.结果表明,(1)修改后的SCIT算法能够实现三维风暴的自动识别、跟踪和预报,在单雷达区域内与原算法识别风暴数量大体相当,中尺度对流系统识别方法能够实现中尺度对流系统的自动识别,并完成跟踪和预报;(2)SCIT算法预报误差较小,中尺度对流系统算法预报误差相对较大,它们的预报误差随时间延长而增大.     

2006-05-21冰雹天气雷达回波及成因分析

利用渭南711雷达资料、西安多普勒雷达产品资料、高空和地面观测资料对渭南2006-05-21冰雹天气的雷达回波和天气成因进行了分析。分析得出:西北气流冷平流是主要影响系统,过程前的增温、增湿及上干冷下暖湿的温湿配置,垂直风切变及高空强冷平流为冰雹天气的发生提供了有利的环境条件。0oC层高度低,云中负温区深厚,是此次冰雹天气过程云顶高度和强中心高度不高,但仍造成地面降雹及回波顶高度(h)与45 dB z顶高(h45)差值(h-h45)小的主要原因。     

Raindrop size distribution parameters estimated from polarimetric radar variables in convective cells around Okinawa Island during the Baiu period

Convective cells with low echo-top heights are commonly observed in the humid environments typical of the Baiu season around Okinawa Island. Representative convective cells with low echotop heights include convective cells in the stratiform and convective rain zones accompanying a precipitation system, as well as isolated convective cells. Raindrop size distribution (DSD) parameters (the median volume diameter D ₀ and the normalized intercept parameter N _w) for the three types of convective cells were clarified by estimation from polarimetric radar measurements. The estimated D ₀ values in the mature stages of a convective cell in a stratiform rain zone were approximately 1.2 mm, with radar reflectivity (Z _h) of 40–45 dBZ, and the estimated N _w ranged from 32000–100000 mm^?1 m^?3. In contrast, for a convective cell in a convective rain zone, and also for an isolated convective cell, the estimated D ₀ was approximately 2 mm with Z _h of 40–45 dBZ, and the estimated N _w values were in the range 1000–10000 mm^?1 m^?3. The variations in the estimated D ₀ and N _w within the lifetimes of the convective cells suggest the following microphysics: for the convective cell in the stratiform rain zone, a high number-concentration of small raindrops contributed to the increase in Z _h, whereas for the convective cell in the convective rain zone and the isolated convective cell, large raindrops contributed to the increase in Z _h, and raindrop coalescence processes were predominant at altitudes below 2 km ASL. This study characterized precipitation particle distributions for three convective cells, with low echo-top heights, representing the humid environment of Okinawa Island during the Baiu period. In particular, the precipitation particle distribution for the convective cell in the stratiform rain zone, which differs markedly from those of the convective cell in the convective rain zone and the isolated convective cell, was characterized.     

利用多普勒天气雷达估算对流云火箭增雨防雹用弹量的方案

利用新一代多普勒天气雷达产品资料,结合人工影响天气原理,引用人工影响天气数值实验的人工冰核浓度等有关参数,将垂直累积液态含水量(VIL)及回波顶高度(ET)等导出产品合理地应用于火箭增雨防雹作业用弹量计算公式中,解决了以前人为或间接估计对流云作业区体积及其含水量的难题,提出客观定量计算人工增雨防雹作业用弹量的初步方案,并以其计算的用弹量为主要参数设计火箭作业参数指挥界面.经2005年一次增雨作业应用检验,证明结果切实可行,对节约人工影响天气成本,有效指导对流云火箭增雨防雹作业具有一定的意义.     

一次冰雹云雷达回波演变分析及人工防雹作业

2003年7月5日曲靖境内出现一次强冰雹云天气过程.对711B数字化雷达回波演变、防雹作业进行综合分析表明,这是一次强单体对流云合并形成"带"状强冰雹云系的天气过程.在此次过程中雷达监测、防雹作业时机、用弹量把握的好坏,直接影响作业效果.     

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及 ERA5 再分析资料,对 2019 年海上卫星发射气象保障过程中 6 月 1 日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明：1）辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2）潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3）聊城风暴进入烟台后传播方向与 850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4）在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

Radar studies of formation and development of hail cores in severe convective clouds

The results of analysis of long-term radar observations of hailstorms are presented. The dynamic characteristics of formation and development of hail cores in severe convective clouds are studied. The statistical sample of radar data included 314 hail cells; for each cell the temporal distributions of measured and computed major radar parameters were constructed using the automated system of acquisition, processing, and presentation of radar data. The most informative time characteristics of hail cores’ development and the interrelation between them were identified. The natural variability of hail core volume is demonstrated. The empirical dependence of the maximum hail core volume on the maximum radar reflectivity of a hailstorm was obtained.     

中国及其邻近地区中尺度对流系统的普查和时空分布特征

利用常规观测资料以及河南省中尺度自动站资料、多普勒雷达产品、FY系列卫星云图和NECP 1°×1°再分析资料,对比研究河南“7.14”极端强降水和“8.02”雷暴大风过程中β中尺度对流系统(M_βCS)的结构和成因。结果表明：“7.14”和“8.02”过程中卫星监测的M_βCS具有相似形态,但因其动力、水汽和热力不稳定条件差异造成二者具有不同强天气特征,极端降水型M_βCS在雷达图上表现为混合性降水区内形成的南北向带状对流系统,对流云合并导致强降水,而雷暴大风型M_βCS在雷达图上表现为晴空少云区内发展的东西向弓形回波,γ中尺度大风速扰动导致雷暴大风。两个M_βCS均形成于低空高能量区内,垂直相对涡度(散度)自下向上呈现“正负(负正)”交替特征,中低层辐合区宽约100 km左右,狭窄的垂直上升运动区两侧为下沉运动,形成次级环流。“7.14”过程中,中低空辐合层、准饱和湿区及垂直上升运动区相对深厚,整层可降水量较大,对流初期低层暖平流较强,边界层弱冷入流起对流触发作用;“8.02”过程中,条件不稳定明显偏强,0—2 km垂直风切变偏大,边界层辐合线起重要的对流触发作用。

     

雷暴单体合并进行中雷达回波参数演变及闪电活动的特征分析

雷暴单体合并是促使对流系统成长、增强、持久的重要因素,合并与灾害性天气有着密切的关系。针对23次合并样本（其中有闪电活动的样本10例）,利用多普勒雷达和Safir3000闪电定位系统的探测数据,基于雷达回波参数的构建与计算,分别以一次冰雹暴雨过程和一次强降水过程为例,对合并及雷暴系统的演变进行了物理过程分析,对所有样本特征进行了统计归纳。最后发现并验证了雷达回波参数F_V40up-6（即6 km以上对流单体大于40 dBz体积的变率）常常在合并进行中出现突然减小现象,简称为"突降";同时揭示了合并进行中闪电活动的特征。具体结论如下:（1）就合并最初开始位置而言,高度在5 km之下的样本最多,比例达86%。从合并用时看（即RHI图中30 dBz回波开始衔接至最强回波合为一体为止）,全都在6-36 min,其中用时在12 min以内的占56.5%;达到30 min的仅占16%。合并开始后,在97%的样本中,回波参数V₄₀（即大于40 dBz的总体积）、V_40up-6（即6 km以上大于40 dBz的总体积）出现增大;V₄₀增幅为7%-590%,V_40up-6增幅为3%-638%;V_40up-6最大值出现时刻距合并开始时刻12-18 min的,占总样本的60.1%;24-36 min的,占总样本的34.8%。（2）在雷暴单体合并进行中有"突降"现象的,占总样本的87%;其中又有77%的"突降"出现在距合并开始后的6-18 min内。（3）在10个闪电活动样本中,有9个样本在合并开始后,闪电频数出现了"跃增",甚至出现峰值;全部样本中参与放电的主正电荷区高度随着"突降"均有下降,降幅在1-4 km,而此时的闪电频数几乎没有变化。      

一次冰雹过程的对流单体识别与防雹效果分析

利用2018年6月12—13日山东鲁西北地区一次冰雹过程的常规气象资料,分析了冰雹形成的天气形势和物理量指标条件以及防雹效果。结果表明：人工防雹作业前后雷达回波指标呈明显的下降趋势,其中VIL值、回波顶高指标变化分别平均下降49.9%、37.4%,冰雹概率由作业前99.3%下降到作业后的28.7%,回波强度、回波顶高、VIL值下降最大值分别为10 dBz、7 km、48 kg·m^-2。通过对比分析两个相似对流单体的发展演变,实施防雹作业的对流单体回波强度下降7 dBz、回波顶高下降3 km、VIL值下降11 kg·m^-2、冰雹概率出现剧烈波动,防雹作业后较作业前回波强度、回波顶高、冰雹概率下降速度明显加快,而没有实施防雹作业的对流单体雷达回波综合指标在编号期间变化幅度小,进一步证实了人工防雹作业有效。