北方降雪与南方降雪的雷达回波特征对比分析

选取北京2012年11月3-4日暴雪和2008年1月28-29日江西南昌降雪进行雷达回波特征对比分析,结果显示:所选的南北降雪过程反射率因子和回波顶高特征差异不大,降雪的反射率因子都小于降水反射率因子,冷暖锋降雪锋前多为雨夹雪,锋后为降雪,反射率因子上有时能看到明显分界;回波顶高都在6 km以下,比较平整连续,南方降雪回波顶较北方降雪稍高;速度场上,一般高层和低层有风的切变,在降雪系统发展成熟阶段有明显的"牛眼"特征,当这一速度场结构破坏,降雪过程结束;雨夹雪过程在雷达组合反射率产品中容易观测到"零度层亮带",南方降雪出现"零度层亮带"的概率比北方降雪高,且出现的高度高一些。     

粤西北一次冬季暴雨和雨转雨夹雪天气的分析

利用常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料和连州双偏振雷达资料,对2018年1月8日粤西北暴雨和雨转雨夹雪天气过程进行分析。结果表明:副高增强、南支槽东移和切变线南压是该次暴雨形成的主要机制,西南急流提供动力条件和水汽条件,东北气流加大了风的垂直切变。强冷空气锋面形成低层冷垫,配合850～700 hPa逆温层,上暖下冷的层结有利于雨转雨夹雪。雨夹雪时零速度线呈反S型,并有零度层亮带和"牛眼"型结构特征。双偏振雷达参量Z_(DR)、K_(DP)能够判别出强回波的降水粒子形态,但不能识别雨转雨夹雪的粒子相态的变化。协相关系数能对融化层进行识别,HCL有助于快速定位降水粒子的相态。     

2018年辽宁两次雨转暴雪过程对比分析

应用常规观测、风廓线雷达、多普勒雷达及NCEP再分析资料,从影响系统、水汽、热动力演变等方面对辽宁2次雨转暴雪成因及降雪量可预报性进行对比分析。结果表明:过程Ⅰ回暖时间长,锋生时间短,近地面锋区影响期间降水增强,925～850 hPa锋区垂直分布,850 hPa锋区过境后强降雪结束;过程Ⅱ短暂强回暖,冷空气楔入低层早,暖湿空气沿冷垫上滑,锋生时间长,近地面锋区影响期间无降水,中层锋区与低层东北回流叠加时出现强降雪,850 hPa锋区过境缓慢,强降雪持续时间长,700 hPa锋区过境后强降雪结束。雷达回波特征显示,0℃层亮带高度在降水相态转变为雨夹雪前明显降低,雨夹雪阶段基本维持,降雪后0℃层亮带消失。对数值预报降雪量订正,首先关注前期回暖、气温日变化与系统性降温叠加作用,再根据不同类型降雪影响系统动力、水汽辐合等条件判断降水时段,综合订正降雪量。     

两次不同类型暴雪的雷达回波特征分析

利用常规天气资料和雷达资料对辽宁省2次不同影响系统暴雪过程的雷达回波特征及成因进行分析。结果表明:倒槽暴雪和蒙古气旋暴雪的雷达回波特征存在明显差异。倒槽暴雪时速度零线总体呈直线经过测站,风廓线上偏北风冷垫厚(1.5 km),强冷空气南下形成的强动力和持续降温作用触发降雪,虽然低层强冷空气下沉不利于降雪维持,但中层西南风增强和南北风径向辐合造成的辐合上升运动使得降雪维持并产生暴雪;在倒槽暴雪中,冷垫最厚、中低层西南风速最大提前于强降雪5 h,对暴雪预报预警有先兆意义。蒙古气旋暴雪降雪时速度零线由明显的"S"型迅速转为反"S"型,虽然风廓线上东北风冷垫浅薄,但由于降雪过程中总体维持偏南气流,有利于气旋暴雪产生;暖空气沿边界层冷垫的爬升增强了边界层动力作用;基本速度的旋转特征,表明冷暖空气交汇,辐合上升运动加强,当基本速度总体呈现偏北气流特征时降雪接近结束,这和倒槽暴雪明显不同,倒槽暴雪降雪时基本速度始终维持偏北气流特征。     

沙颍河流域一次基于高分辨资料的降水相态分析

利用常规气象资料、NCEP 0. 25°×0. 25°分析资料以及微波辐射计、风廓线雷达等高分辨率资料,采用诊断和统计方法,对2017年2月21日沙颍河流域一次雨雪过程中降水相态进行分析。结果表明:在高空低槽与东路冷空气共同作用造成雨雪天气的背景下,925 h Pa及以下冷高压底部的偏北冷空气造成低层持续降温,导致降水相态变化。过程前期700 h Pa以下为强暖平流,冷平流在900 h Pa以下且较为浅薄,温度层结为冷层-暖层-冷层-暖层,冰晶粒子下落融化形成雨滴。降水中后期冷平流发展强烈导致温度迅速下降,整层温度变为冷层,导致相态为雪;即使下游局部地区仍有暖层,但暖层浅薄、低层冷层深厚,相态也为雪。雨雪转换时0℃层高度下降明显,降雨阶段0℃层在抬升凝结高度以上,降雪阶段0℃层降到抬升凝结高度以下; 0℃层亮带回波在相态转换时出现明显变化,其亮带高度逐渐降低。微波辐射计的温湿廓线、云底高度以及液态水等在雨雪转换中均有显著变化,液态水含量在雨雪转变时迅速增大。风廓线风场定性反映了冷空气持续南下,低层冷垫增厚,导致相态转变以及降水强度增加;风廓线速度定量反映出降雨和降雪之间的差异,降雨速度范围为1. 5～7. 0 m·s-1,降雪速度范围在0. 25～1. 5 m·s-1;雨雪转换时下落速度明显减小,可用于相态转变的监测和预报。     

2015年11月22日内蒙古中部地区回流暴雪天气过程分析

利用气象常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图及呼和浩特多普勒天气雷达资料,对2015年11月22日内蒙古中部地区暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:在中高纬"两槽一脊"的环流形势下,500和700 h Pa短波槽、700h Pa西西南急流和地面倒槽是这次暴雪的主要影响系统,属于回流暴雪天气过程。700 h Pa西西南急流对暖湿空气的输送和水汽的强烈辐合为暴雪提供了充足的水汽条件,低层水汽辐合出现时刻降雪开始且辐合最强时出现最强降雪;高低空急流耦合加强了系统性上升运动,700 h Pa西西南暖湿空气在850 h Pa偏东气流上爬升,冷暖空气交汇及其垂直切变导致强烈的上升运动;"冷垫"与"暖盖"相配合是产生暴雪的热力条件,强降雪出现在锋区最强至减弱期间且低空急流建立后。中尺度系统云团是造成暴雪天气的直接系统,最强降雪中心与TBB≤220 K移动区域一致。片状回波中30~35 d Bz的强带状回波造成此次暴雪过程中局部强降雪,零速度线呈现"S"结构,当冷锋过境,低层转为偏北风后降雪趋于结束。     

南方两次降雪过程的降水相态模拟研究

利用常规地面观测资料、NCEP GFS分析资料、卫星及多普勒雷达资料和中尺度数值模式WRF,通过对比分析寒潮型暴雪和冷暖空气对峙型(下称对峙型)雨雪两类天气过程的大气环流形势、温湿廓线和对流层中低层风场特征,发现温度平流的强度和高度层次是两类雨雪天气过程的最大差异.东部沿海地区的低层风向可以用来判定冷空气的强度和爆发时间.从热量的收支来看,温度垂直廓线的主要影响因子是温度的水平平流和非绝热过程.逆温层的出现主要是温度水平平流项的贡献;强降水期间,非绝热加热与温度水平平流的增温效果相当.对峙型降雪的平流降温明显小于寒潮型降雪,对峙型降雪的中低层更多的是暖平流.950 hPa混合降水凝结比可作为降水相态的预报因子,混合降水凝结比接近100％,雪混合比＞0.2 g·kg-1,地面降雪;凝结比在95％～100％之间为降水类型过渡区,结合非绝热降温幅度和地面温度,可以用来判定过渡区的降水类型;凝结比＜90％,地面温度在0℃以上,类型为降雨.     

一次雨雪天气过程的风廓线雷达特征

利用3部风廓线雷达资料对2016年2月12—13日鲁中地区出现的一次雨雪天气过程进行分析。结果表明:(1)此次雨雪天气是由低涡和地面气旋共同作用造成的一次回流降水过程,强降水出现在气旋中心的北侧冷区中,925 h Pa和近地面气温下降到0℃以下是雨转雪的重要标志。(2) 1 km以下超低空风场变化是降水开始的信号,低层冷垫强度的变化决定降水相态的转变,降雪时雷达最大探测高度比降雨时有明显下降;低空切变指数在降水开始和结束时会出现较大幅度增大,降雨持续阶段低空切变指数的小幅增加与雨强增强相对应。(3)风廓线雷达垂直速度不仅能体现降水强度的变化,同时也能反映降水相态的变化,降雨转雨夹雪转降雪过程中近地面的垂直速度逐渐变小。(4)大气折射率结构常数和信噪比随高度均呈现逐渐减小趋势,两者的变化能够反映降水强度的变化,均具有零度层亮带特征,亮带的消失对应降雪的开始。     

济南春季一次罕见降雪过程成因分析

利用高空和地面观测资料、温度廓线仪资料、L波段雷达资料、NCEP资料对济南春季一次罕见的降雪过程进行了分析。结果表明：降雪过程的水汽输送主要来自于中层,由700hPa 西南急流提供;低层冷空气垫的维持,有利于中高层西南气流的爬升;强降雪发生在850hPa冷平流开始减弱,700hPa暖平流增强的时段内,是典型的回流降雪形势;925～1000hPa的温度和降水相态的转变相关性更好,温度廓线仪资料可信度比较高,可以很好地反应降水相态转变时边界层温度的垂直分布;未出现降水时,市区和郊区边界层内的温差大;出现降雪后,市区和郊区边界层内的温差比较小。     

雨雪冰冻天气多普勒雷达产品特征

2008年1月下旬至2月上旬福建省西部北部出现了历史罕见的雨雪冰冻灾害。利用多普勒雷达反射率、回波顶高、径向速度、垂直风廓线等产品对此次雨雪冰冻天气进行特征分析,通过分析发现:①冰晶和雪的回波强度通常比连续性降水回波弱,在反射率图上,回波表现为边缘毛松,丝缕状纹理结构明显,边缘模糊不清,没有确定的边界;②回波顶高和零度层较低,因为垂直方向大气相对较稳定,不利于对流发展,降水粒子没有发展到高空;③在径向速度图上存在牛眼,说明在低空有急流存在。在低层有环形的零速度线,中高层的零速度线为倒"S"形,表明低层有风切变存在,中高层有冷平流;④风廓线图上高层为西南风,中层为西北风,低层为西南风,近地层为东北风。说明从近地层到高层为"冷-暖-冷-暖"的层结结构,有利于冻雨天气形成。     

基于多源观测资料对湖南怀化一次雨雪天气降水相态特征的分析

【目的】为了解湖南怀化雨雪天气降水相态演变特征。【方法】选取ERA5资料、微波辐射计和SA双偏振多普勒雷达等多源观测资料作为基础数据,采用常规统计、环流背景、相关分析等方法,对2022年12月27—28日湖南怀化地区一次雨雪天气的降水相态演变特征进行分析。【结果】（1）中高纬地区在中层槽的引导下冷空气南下,中低纬地区在南支槽的引导下西南气流东移,致使冷空气与暖湿气流交汇,降水相态发生变化。过程前低层切变线南压、低空西南急流发展,低层系统处于暖平流中,且地面温度较高,降水相态为雨。28日20时后冷平流快速发展,地面迅速降温,形成“冷垫”,致使降水相态转为雨夹雪。后期受南下强冷空气影响,导致降水相态转为雪。（2）散度和垂直速度的分布说明,降雪阶段的动力条件来源于低层,降雨时段的动力条件来源于高层。（3）SA双偏振多普勒雷达的偏振量分析结果表明,在较大的水平反射率(20~35 dBz)区域,其差分反射率相对较小（约0.8~1.6 dBz之间）,差分位移率也相对较小（约-1.2~0.6之间）,相关系数＞0.88。微波辐射计反演的0 ℃线可以作为降雪的重要判据,其液态水含量在降雨时含量较高,水汽浓度在降雪时显著下降,可以准确判断降雪的具体时间。【结论】 微波辐射计和双偏振雷达的组合应用可以作为怀化地区对降水相态转换临界预报的重要地基观测设备。     

基于构成要素的一次切变线暴雪天气分析

2013年1月20-21日山东出现了一次暴雪过程,此次过程具有冷空气弱、东西雨雪共存及存在两个强降水中心等特点,济南至淄博(鲁中的北部地区)的次暴雪中心为预报难点。为了探讨此类暴雪过程降水落区、强度和相态变化的物理机制,根据常规观测、NCEP/NCAR再分析逐6 h及多普勒天气雷达资料,采用基于构成要素的预报方法(Ingredients-based Methodology,IM),从动力抬升、水汽、降雪效率和相态等四个方面进行了分析。结果表明:(1)高层两个短波槽、低层切变线、地面华北锢囚锋和倒槽等天气系统相继共同作用造成了此次暴雪过程,其中500 hPa短波槽对降雪的阶段性表现最明显。(2)四个有利构成要素相叠加导致鲁中地区产生暴雪:中低层有西南和东南两支气流输送了充足的水汽;低层经向切变线和暖切变线造成了强上升运动;云中温度在-15~-14℃之间达到最佳降雪效率;低层温度低。(3)低层经向切变线对次降水中心的暴雪形成有重要作用,暴雪发生在经向切变线的右侧东南风减小的区域。(4)最强降雪发生在对流层中高层西南风和低层东南风强盛的时段。(5)对流层低层冷暖平流导致边界层内温度垂直变化出现差异,从而产生不同降水相态,其中1000 hPa至近地面的温度最为关键,尤其2 m气温在1℃左右时,更需综合分析925 hPa以下各层的温度;同时复杂下垫面对降水相态的影响也不容忽视。     

回流与倒槽作用引发的内蒙古自治区两次暴雪天气过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料(1°×1°)、FY-2C卫星云图及呼和浩特多普勒天气雷达资料,从环流形势、物理量场及红外云图和雷达回波特征方面,对2015年11月5—6日和21—22日内蒙古自治区两次回流与倒槽作用引发的暴雪过程进行分析。结果表明:500 h Pa西风槽、700 h Pa急流和切变线及地面倒槽是内蒙古自治区两次暴雪过程的主要影响系统,中尺度云团是造成两次暴雪过程的直接原因。700 h Pa急流对暖湿空气的输送及强烈的水汽辐合为暴雪产生提供了充足的水汽,700 h Pa急流越强且持续时间越长,降雪持续时间越长,降雪量也越大;系统性抬升为暴雪产生提供了动力条件,高低空急流耦合有利于上升运动加强,冷空气"楔入"构成低层冷垫,温度差异及其垂直切变导致动力锋生,锋面次级环流产生强烈的上升运动;暖湿气流在"冷空气楔"上爬升,"冷垫"与"暖盖"是暴雪产生的热力条件;最强降雪出现在锋区最强且开始减弱期间,暴雪区对应相当黑体温度低值中心(TBB≤220 K)、850 h Pa水汽辐合中心及最大上升运动中心;基本反射率因子达30—35 d Bz,可导致局部强降雪;径向速度图上零速度线呈"S"型结构,"牛眼"结构长时间存在可使降雪持续或加强。     

我国中东部平原地区临界气温条件下降水相态判别分析

基于2001—2013年地面观测和探空资料,对地面气温位于0～2℃(以下称临界气温)我国降雪的时空分布及其与降雨的垂直热力特征进行了研究,引入了决策树判别方法对上述条件下雪和雨进行了判别分析,结果表明:临界气温下降雪出现频率总体高于降雨、雨夹雪出现频率,且在我国华北南部至江南北部的中东部地区分布较多,年均可达7.69～15.38站次;临界气温下,降水相态为雨或雪对应的平均温度廓线最大差异位于650 hPa附近,且地面气温较低时,平均温度差异更明显,平均湿度廓线差异则主要位于低层,且在地面气温较高时,平均湿度差异更明显;临界气温下,降水相态为雨时,地面上空存在暖层样本占比,较降水相态为雪时更高,且降雨时暖层主要位于中层,降雪时暖层则主要位于低层,降雨时其暖层强度显著大于降雪时暖层强度;在临界气温下雨雪判别分析中,地面气温能显著提升判别准确率,湿球温度能在一定程度上提升判别准确率,基于云顶温度、中层融化参数、低层湿球温度构建的决策树判别模型,判别准确率达到91.86%,能较好地解决临界气温下雨和雪的判别问题。     

2009年华北大范围暴雪成因及雷达回波特征分析

利用石家庄、济南和濮阳多普勒雷达资料,结合天气形势和实况,对2009年11月9—12日华北大范围暴雪天气过程的分析表明:(1)低层冷、中层暖、高层冷的"冷-暖-冷"层结造成了中层以上大气不稳定;中层急流将南方暖湿空气输送到北方,同时低层东北回流将东部海区的水汽向内陆输送,从而为持续性降雪提供了源源不断的水汽;700hPa切变线及低空急流为降水形成提供了触发条件,低空辐合、高空辐散的配置为降水持续提供了动力条件。(2)雷达回波呈现出大范围层状云结构,分布均匀连续,反射率因子一般在15～29dBZ之间;雷达径向速度图上低层零速度线呈"S"型结构,风向随高度顺转,有暖平流存在;2km左右高度存在切变层,低层东北回流把暖湿空气抬升,中层西南气流把暖湿气流源源不断地向华北地区输送。③降水区域与700hPa散度和水汽通量散度中心的叠加区域有较好的对应关系,低空急流和高空急流的加强使回波强度局部加强,达到30～35dBZ,导致局部强降雪的产生。     

多普勒天气雷达在人工增雪中的应用

通过对2007年3月2～5日发生在河北省的一次大范围暴雪过程的多普勒天气雷达PPI径向速度和强度特征分析,发现强降雪形成、发展、加强、维持与消散的各个阶段在径向速度和强度上有明显的体现.低层辐合和暖平流、"牛眼"形结构的出现.预示着降雪加强;暖平流从低层到高层逐渐消失,预示着降水的减弱;一定范围的30dBz强回波中心持续一定的时间,就有可能产生强降雪.人工增雪应在降雪加强阶段进行;可参考"零度层亮带"所在的高度确定火箭发射仰角.     

石家庄地区反射率因子垂直廓线特征分析

利用自动雨量计数据整理成的10 min一次的雨量资料和s波段多普勒天气雷达体积扫描强度数据,对石家庄地区2004～2007年4次天气过程的实时雷达反射率因子垂直廓线的特征进行了分析.结果表明:层状云和混合性降水反射率因子垂直廓线有明显的零度层亮带;短时强降水过程的反射率因子垂直廓线不存在零度层亮带.冰雹过程中反射率凼子垂直廓线变化较大,降雹前反射率因子的极大值在中上层,降雹发生时反射率因子的极大值高度下降,降雹后反射率因子的极大值减弱.降雪过程的反射率因子垂直廓线零度层亮带不明显.在石家庄西部山区,由于零度层亮带的影响.对层状云和混合性降水回波强度和降水量估计偏高.对短时强降水过程的地面降水估计用反射率因子垂直廓线的方法比最低仰角法更加准确,在均匀性降水中可较好地改善地面雨量估算结果,有利于在山区和无雨量计的地区判断强对流天气的发生、发展和估算降水量的大小.     

乌鲁木齐机场一次寒潮多相态降水过程分析

利用常规观测资料及新疆区域自动站、乌鲁木齐风廓线雷达、多普勒雷达资料,针对2015年2月13日发生在乌鲁木齐地区的一次雨雪天气过程,从大气背景环境、风温垂直结构、冷暖平流及雨、雪相态转换成因等方面进行分析。结果表明:此次寒潮降水天气的大尺度环流背景是中亚地区高空脊向极区发展,脊顶北风引导极地冷空气南下,在西西伯利亚地区发展成大槽。大槽东移进入新疆地区后,槽后冷空气与北上的西南暖湿气流在天山山区汇合造成此次寒潮降水天气。乌鲁木齐机场出现雪转雨再转雪等相态转换,是由于先受冷平流控制,随着地面冷锋前部暖平流临近,低空暖层厚度加大,降雪粒子在降落过程中融化为雨滴,地面降水相态转为雨夹雪和雨,冷锋系统进入后,再次处于冷平流控制下,降水相态再由雨转为雪。风廓线雷达风场资料的分析结果表明,空中冷暖平流的性质和转换与降水相态变化有较好的对应关系;风廓线垂直速度显示,降雪粒子与雨滴粒子相比,垂直速度较小且雨滴粒子主要集中在1000 m以下。利用多普勒雷达产品分析地面冷锋的移动、空中冷暖平流的变化,有助于对降水相态变化的预报。     

2011年2月喀什冬季一次暴雪天气过程分析

应用常规观测资料,NCEP1??1?资料,静止卫星FY—2C红外云图和多普勒雷达资料,分析了2011年2月25—28日喀什地区暴雪天气的成因。结果表明: 此次暴雪是在冬季显著变暖的背景,中亚低槽、萨彦岭低涡共同影响下造成的喀什地区范围广、强度大的大降雪过程。中亚低槽先加深、后减弱北收持续影响是喀什长时间降雪的主要原因。海平面气压场上中亚、塔里木盆地存在强的气压梯度,利于暴雪出现。暴雪过程中有明显的低层辐合、高层辐散及低空偏东急流;高空西南气流、底层持久的偏东急流为大降水提供了充足的水汽。多普勒雷达的反射率因子回波图上表现为强的东西入流辐合区,平均径向速度图上也有明显的呈“S” 形零速度线,表明雷达上空风随高度顺转有暖平流存在。     

风廓线雷达和雨滴谱仪资料在北京一次弱雨雪天气中的特征分析

利用北京市海淀区风廓线雷达、OTT Parsivel 2多功能激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料,对2016年11月20日北京一次雨雪天气过程的演变特征进行了初步分析。结果表明:(1)风廓线(低模式)雷达反射率因子与雨滴谱仪反射率因子序列的变化趋势一致。当风廓线雷达反射率因子亮带消失后,雨滴谱反射率因子序列出现先降后升的小幅波动,降水相态转为降雪。(2)降水相态发生雨雪转换时,风廓线雷达谱宽600 m高度分散的大值区减弱并随高度降低后,雨滴谱仪数浓度出现先降后升的小幅度波动。(3)本次弱降水相态转换发生时,风廓线雷达所探测的垂直径向速度变化不明显,而雨滴谱仪降雨强度变化却有明显减弱特征,其雨强由5 mm·h^-1下降至1 mm·h^-1左右,这对临近降水相态变化的监测预报有一定指示意义。