基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

双偏振雷达在江苏“7.6”降雹过程中的应用分析

针对2019年7月6日发生在江苏徐州、宿迁、淮安、南京以及常州一线的一次大范围冰雹天气过程,利用再分析资料分析天气背景、不稳定机制和抬升条件。通过徐州和南京S波段双偏振雷达偏振参量及宿迁和淮安的双多普勒天气雷达风场反演技术对冰雹云的热动力结构和微物理特征开展了详细的分析。结果表明:此次大范围冰雹天气发生在高空冷涡南落、横槽南摆,低层暖湿气流北抬,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面低压缓慢东移南压,提供了辐合抬升条件。此次降雹天气过程中,雷达回波图上显示有典型的冰雹云特征——三体散射长钉、回波穹隆结构、强度超过50 dBZ,中层径向辐合,风暴顶辐散等特征。双偏振雷达各偏振参量也表现出冰雹云的特点,出现冰雹的地区展现水平反射率因子ZH大、差分反射率因子ZDR小、相关系数CC小的特征,ZDR值为-1.0～0.5 dB,CC值小于0.85;超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷、ZDR柱、差分相移率KDP柱等特征。ZDR柱、KDP柱和CC谷等双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。双雷达风场反演表明此次过程降雹集中时段,冰雹云的穹隆空间结构,降雹时刻存在的明显下沉气流。     

不同强度云系的双偏振雷达特征

利用S波段双偏振雷达观测到的层状云、非降雹对流云以及冰雹云三种不同强度云系的雷达数据,对其双偏振参量的特征差异进行分析.结果表明,层状云的差分反射率ZDR、差分相移率KDP接近0值,差分相移ΦDP随径向距离廓线变化小,与初始相位保持一致;在非降雹对流云中,CC值基本稳定在0.95以上,回波强度大于35dBZ时,ZDR、...     

一次长生命史超级单体风暴的雷达观测特征

利用地面观测资料、探空资料以及石家庄多普勒天气雷达和饶阳双偏振雷达资料等,对2018年6月13日影响河北中南地区的一个长生命史超级单体风暴的环流背景、雷达观测特征等进行了分析。结果表明:(1)此超级单体发生在涡后横槽转竖的环流背景下。(2)风暴生命史长204 min,其中超级单体维持时间长达138 min,其间雷达最大反射率因子基本上维持在65 dBz以上。(3)中气旋深厚并强烈发展是超级单体发展和维持的重要动力机制。中气旋底高最低可达风暴底部,顶高变化幅度较小,低质心中气旋和高质心中气旋的形成和发展都可能引起地面降雹,降雹期间对应超级单体短暂减弱。(4)超级单体维持期间一直伴有气旋、反气旋涡旋对特征。超级单体的钩状回波特征明显,表现为典型的回波墙-弱回波区-悬挂回波的垂直结构;低层辐合、高层辐散,高空辐散大于低层辐合,有利于超级单体内部强烈的旋转上升运动;有明显的三体散射和旁瓣回波,三体散射最长超过60 km,持续时间长达150 min。(5)双偏振雷达探测的超级单体反射率因子≥55 dBz,对应位置差分反射率-0.5~0.5 dB,差分传播相移率仅1.5~2.0°/km,相关系数在0.75~0.92之间,表明超级单体内同时存在液滴和较大冰雹。     

我国两级阶梯地势的冰雹天气环境物理量特征

利用地面观测资料、探空资料以及石家庄多普勒天气雷达和饶阳双偏振雷达资料等,对2018年6月13日影响河北中南地区的一个长生命史超级单体风暴的环流背景、雷达观测特征等进行了分析。结果表明：(1)此超级单体发生在涡后横槽转竖的环流背景下。(2)风暴生命史长204 min,其中超级单体维持时间长达138 min,其间雷达最大反射率因子基本上维持在65 dBz以上。(3)中气旋深厚并强烈发展是超级单体发展和维持的重要动力机制。中气旋底高最低可达风暴底部,顶高变化幅度较小,低质心中气旋和高质心中气旋的形成和发展都可能引起地面降雹,降雹期间对应超级单体短暂减弱。(4)超级单体维持期间一直伴有气旋、反气旋涡旋对特征。超级单体的钩状回波特征明显,表现为典型的回波墙-弱回波区-悬挂回波的垂直结构;低层辐合、高层辐散,高空辐散大于低层辐合,有利于超级单体内部强烈的旋转上升运动;有明显的三体散射和旁瓣回波,三体散射最长超过60 km,持续时间长达150 min。(5)双偏振雷达探测的超级单体反射率因子≥55 dBz,对应位置差分反射率-0.5~0.5 dB,差分传播相移率仅1.5~2.0°/km,相关系数在0.75~0.92之间,表明超级单体内同时存在液滴和较大冰雹。

     

湘东北一次降雹超级单体过程的双偏振雷达回波特征

利用S波段双偏振雷达资料和多种观测资料,对2021年5月10日湖南长沙的大冰雹超级单体风暴过程进行分析,结果表明：(1)此次过程发生在低层暖平流主导下,高能量、有利的对流不稳定条件以及湿球0℃(WBZ)高度明显低于0℃层高度为大冰雹超级单体风暴的形成和维持提供了有利条件。(2)强中心(水平反射率因子Z_h≥60 dBz)面积和最大水平反射率因子明显增大、垂直累积液态水含量跃增和质心高度发展到冰雹有效增长层,可作为大冰雹形成发展的依据。(3)差分反射率因子(Z_dr)柱、相关系数(CC)、差分相移率(K_dp)演变可为冰雹的云物理特征变化提供重要参考。Z_dr柱(≥1 dB)的出现对应上升气流区,扩展至WBZ以上,Z_dr柱的发展和维持表明其携带的过冷雨滴为冰雹发展和维持提供了雹胚;Z_dr洞(<0 dB)对应下沉气流区扩展至近地面,结合小CC和Kdp“空洞”对应干的大冰雹。(4)构建的超级单体风暴降雹阶段不同仰角的双偏振监测识别模型显示,强雹暴回波离开雷达一侧存...     

贵州山区强冰雹云单体演变特征分析

按冰雹云生命演变史的发生、跃增、孕育、降雹和消亡等各个阶段特点,采用2011—2012年贵州6次强冰雹天气过程所对应雷达观测的时序资料,对冰雹云单体回波的强度、高度和结构的形成发展过程进行分析,针对回波强度和高度的梯度变化提出了跃增特性的划分方法。分析结果表明:1冰雹云单体回波的强度和高度分别大于55 d Bz和11 km以上,最大强度和最大高度出现的时间比开始降雹的时间分别提前了11.1 min和8.4 min。2冰雹云回波单体的跃增特性可划分为波动型、递增型和跃增型3类,跃增阶段的回波强度和高度平均持续时间分别为24.7 min和23.7 min,回波强度和高度平均增长了9.7 d Bz和2.7 km。3冰雹云回波具有长的生命史特征,一般持续时间达2 h以上。4冰雹云形成发展总体呈现逐步扩展增强的演变特征,多单体合并更利于冰雹云迅速形成发展,冰雹云单体具有明显的强中心结构体和结构密实等特点。     

温州“4·24”一次冰雹天气特征分析

采用NCEP分析资料、常规高空地面观测资料、温州双偏振雷达资料等,分析了2019年4月24日(简称“4·24”)发生在温州地区的一次冰雹天气过程。结果表明：在高空槽东移过程中,弱冷空气影响配合低层切变线和低空急流,造成了此次强对流天气过程的发生;午后对流条件良好,冰雹发生前,低层有高能舌伸向温州地区,中层有北方干冷空气南下,二者叠加造成强烈的不稳定层结,同时低层辐合、高层辐散,上升运动强烈,为冰雹的产生提供了良好的动力条件;中β尺度的强对流单体内部形成-60℃的对流核,冷中心位于整个云团TBB梯度最大的地方,位置与短时强降水、雷雨大风、局地冰雹等强对流天气的发生区域有较好的对应;利用VIL、Z、ZDR和KDP可以综合分析冰雹,其回波特征为：降雹前VIL值均有明显的跃增现象;>60 dBZ的强回波区对应的ZDR有明显的负值区,ZDR一般为-4～0 dB;对于较大的冰雹,>60 dBZ的强回波区对应KDP出现“空洞”区。     

2020 年 6 月 1 日山东强雹暴过程双偏振雷达观测分析

利用济南S波段双偏振多普勒雷达探测数据,结合探空、地面气象站观测和实地冰雹调查资料,对2020年6月1日影响山东中西部的一次强雹暴过程进行分析。结果表明：1）此次雹暴过程受高空槽影响,于当日中午在河北邢台市初生,移入山东境内后持续降雹近5 h,其中17:00后雹暴明显加强,冰雹灾害严重。2）典型降雹时次具有明显的三体散射特征;1.5～5.5 km高度冰雹区对应的反射率因子（ZH）均大于65 dBZ,差分反射率因子（ZDR）介于-2.6～1.5 dB,相关系数介于0.80～0.96;大冰雹多集中在低层前侧入流的左侧和前侧。3）多个单体于17:00前后演变成超级单体风暴,具有明显的有界弱回波区和中气旋结构,ZDR柱可指示雹暴主上升气流区的位置。4）水凝物相态分类产品给出的冰雹分布反映了空中冰雹的分布和演变,可从冰雹色标面积大小、连续性程度预估冰雹强弱,根据低仰角的冰雹色标预判冰雹落区。     

一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析

针对2021年9月20日浙江中部出现的一次冰雹天气过程,利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25°×0.25°再分析资料分析了环流背景、不稳定性和触发条件,通过金华S波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明:（1）降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下,大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结,近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件,是一次准正压类强对流天气。（2）超级单体风暴具备典型的冰雹云特征,回波强度超过55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。（3）超级单体成熟阶段基本反射率因子≥55 dBZ区域的差分反射率因子ZDR为负（极值达-2.12 dB）、差分相移率KDP出现“空洞”现象、相关系数CC低于0.9指示出现了大的干冰雹。（4）ZDR柱（>1 dB）伸展的高度与上升气流存在正相关,ZDR柱伸展到-20 ℃层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长,可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一,ZDR柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。     

甘肃省永登地区一次强单体冰雹过程分析

根据2003年7月8日发生在甘肃省永登县境内的一次强单体冰雹过程,从天气学背景、雷达回波的演变特征出发,分析了该过程回波高度和含水量、高度和强度的跃增变化以及强单体特殊的结构特征。分析结果表明,垂直剖面上强反射率区的范围及伸展高度对雹云的发展有重要作用。强反射率区对应着云中含水量集中区域,只有含水量累积区位于云中过冷区中时才利于冰雹的生长;一旦回波出现55 dB z并高度达到4 km以上,降雹随即产生;强单体雹暴是一种发展非常强烈,有着特殊结构的强雷暴。上述结果对冰雹预警有重要意义。     

一次高炮防雹的相控阵双偏振雷达观测特征北大核心CSCD

选取2021年6月28日山西省临汾市隰县一次高炮防雹作业过程,利用隰县X波段相控阵双偏振雷达数据分析作业前后强对流云变化的现象和机理。高炮防雹作业后冰雹云单体的宏观特征、动力和微物理的垂直结构均出现短时间明显变化。高炮防雹作业后1 min 55 dBZ顶高急剧下降约2 km至0℃层以下,水平反射率因子ZH的强回波垂直结构在0℃层断裂,径向速度散度显示单体前部和后部的辐合带减弱、消失,差分反射率ZDR在近地面增大,ZDR柱消失,差分相移率KDP在中低层增大,共极化相关系数ρ_(hv)从0℃层到近地面表现为0.94~0.96的柱状区,单体核心上部的过冷水小范围中心消失,0℃层以下由雨夹雹、霰、湿雪及各种雨的混合柱状分布转为低层大雨。这些短时间的明显变化现象支持爆炸防雹理论。     

广东一次冰雹过程中X波段双偏振雷达的特征分析

对2016年3月19日广东的一次对流单体冰雹过程进行了天气形势分析与双偏振多普勒天气雷达的特征分析。结果表明:该次冰雹天气发生在200 h Pa西风急流、850 h Pa西南急流、500h Pa冷平流和地面中尺度辐合相配合的天气背景下,大气层结具有强不稳定度,0℃层高度以及-20℃层高度均十分有利于冰雹在雷暴单体中的维持和增长;S波段雷达和X波段雷达的基本反射率以及径向速度均表现出十分典型的超级单体雷暴回波特征,但两部雷达的回波特征有所差别;X波段双偏振雷达的差分反射率因子ZDR、自相关系数ρhv、差分传播相移率KDP等参量能提供更多的冰雹识别特征,ZDR为负值、ρhv较小、KDP接近0(°)/km能判定有冰雹生成。     

贵州遵义连续两次冰雹天气过程的诊断分析

该文利用2016年4月2日(简称"4.02"过程)和5日(简称"4.05"过程)的地面自动气象站观测资料、NCEP再分析资料以及多普勒天气雷达等资料,从环流背景、物理量、雷达回波等方面综合分析了两次冰雹过程的环境场以及雷达回波特征。结果表明:两次过程主要受高空槽和低层辐合切变的影响,没有地面冷锋作用;2016年"4.02"过程的大气层结相对"4.05"过程更加不稳定,不稳定能量和垂直风切变更强,因此冰雹直径与降雹范围更大;"4.05"过程的低空急流强度和水汽的辐合强度比"4.02"强,更利于水汽的输送和聚集,因此降雨量和降雨强度更大;两次冰雹过程的降雹云团都有低层强辐合、低层弱回波区、低层反射率因子高梯度区和中层强回波悬垂等降雹回波的典型特征;冰雹指数对静锥区和绥阳县以外的大部分降雹云团都成功识别显示,对强冰雹的指示性尤其明显;VIL值越大、跃增越明显,出现大冰雹或者大范围冰雹的可能性越大。     

贵州一次强冰雹过程降雹单体的特征分析

利用遵义CINRAD-CD天气雷达回波资料及其生成产品,结合灾情实况对2005年贵州中西部一次强冰雹过程进行了诊断分析。分析表明这次过程具有超级单体风暴的降雹特征,其中持续15min以上的弱回波区、长丁状回波、＞50dBz的回波主体形成钩状回波、主体回波具有前侧或后侧V形槽口中1个以上特征就可以发布降大雹的预警。2个体扫以上连续出现深厚的中气旋特征,即可判定对流风暴是超级单体风暴,因此利用风暴相对速度图能快速分析风暴单体是否是超级单体;HI产品对冰雹的预警具有指示作用,但算法参数值的本地化还需要做相关工作。     

阿克苏地区西部冰雹天气雷达回波演变特征分析

利用2009—2020年阿克苏地区西部6县市中国气象局灾情直报、地面观测、阿克苏多普勒雷达资料,分析阿克苏雷达监测覆盖区冰雹天气时空分布及雹云雷达回波演变特征,结果表明：（1）2009—2020年共出现211站次冰雹,2011年最多,28站次;高发期为5—8月,6月冰雹频次最高;日变化峰值在16—19时。（2）雹云单体最强反射率因子均≥52 dBZ,回波顶高高于8 km,垂直累积液态水含量跃增达4.47 kg/m2及以上且垂直累积液态水含量最大值大于10.0 kg/m 2时雷暴单体发展为雹暴的可能性极大。超级单体雹暴反射率因子、回波顶高、VILmax统计指标均高于多单体和普通单体雹暴。（3）普通单体风暴多初生于乌什县、温宿县北部沿山一带;多单体雹云多初生于乌什县西部南部、温宿县北部沿山一带,乌什县境内最多;超级单体雹云多初生于温宿县。回波单体移动大多以西北-东南路径为主。（4）雹云回波发展初期往往伴随着第一次爆发式增长：反射率因子增大、回波顶升高、VIL跃增,超级单体雹暴表现更为明显,降雹时刻伴随着再一次爆发式增长。VIL急剧增大或急剧减少与降雹开始和结束关系最为密切。（5）超级单体雹暴维持时间和整体生命史均较多单体雹暴和普通单体雹暴时间长;多单体风暴需要较长的酝酿时间且影响区域较大。     

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。     

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明：X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。     

基于雷达特征参数的贵州中西部雹云单体跃增特征分析

利用2016-2019年贵州省人工影响天气作业站点上报信息、市（州）的灾情快报,以及毕节、贵阳、兴义3部新一代多普勒天气雷达资料等,分析贵州中西部7个具有多阶跃增特征的雹云单体的雷达参数演变特征,研究发现：（1）二阶跃增冰雹云演变呈发展-跃增-降雹-减弱-再发展-跃增-降雹的趋势;（2）降雹时刻,雹云的最大反射率因子（MaxREF）、45dBz回波高度（H45dBz）、回波顶高（H0dBz）、垂直累积液态水含量（VIL）平均值分别为63.4 dBz、7.55km、12.01km、39.08 kg/m2;大冰雹对应的MaxREF和VIL较小冰雹更大,大冰雹、小冰雹的H45dBz差别不大,大冰雹对应的H0dBz反而小于小冰雹;（3）冰雹发生前,MaxREF、H45dBz、H0dBz和VIL两个体扫间平均最大跃变分别为：5.89 dBz、2.19km、2.82km、17.5 kg/m2,跃变现象的出现比冰雹发生时刻平均提前21.4、22.2、28、28.8min,可以作为冰雹发生前的重要判断依据。