南京及周边地区雷达气候学分析

为了研究南京及周边地区暖季（6-9月）对流风暴的活动分布规律,利用2009-2013年6-9月长时间序列的南京多普勒天气雷达数据识别对流回波并格点化,统计并分析了南京及周边地区对流风暴的气候学分布特征,结果表明:（1）在暖季,南京及周边地区对流风暴具有明显的区域分布特征,其中7与8月为对流风暴活动高峰期,对流风暴频数分布大值中心位于南京东部沿江地区;（2）不同尺度和伸展高度对流风暴的分布特征各不相同,较大较深对流的分布大值中心更加明显;（3）对流风暴的垂直结构因月份不同而有所差异,7与8月对流风暴强度最大;（4）不同尺度和伸展高度对流风暴频数存在明显的日变化特征,呈多峰分布,主峰值区位于午后,同样,各月份对流风暴频数的日变化特征也非常明显,呈单峰或者多峰分布。      

山东半岛一次强飑线过程地闪与雷达回波关系的研究

利用山东省气象局地闪定位资料和青岛多普勒雷达资料,分析了2007年7月31日发生在山东半岛一次强飑线过程的地闪活动演变特征以及地闪活动与雷达回波特征的关系.结果表明,此次过程中地闪异常活跃,最大频数达到1 212 fl· (10 min)-1,但正地闪仅有15次.在飑线系统快速发展阶段,地闪频数出现了两次“跃增”现象,地闪频数随时间的增加呈“阶梯状”发展特征.地闪主要集中发生在6 km高度上雷达回波≥35 dBZ的区域,地闪频数与45 dBZ以上强回波面积的相关系数达到0.89,但也有少量地闪零星分布在弱回波区域.地闪频数与45 dBZ回波顶高的相关性要好于与35dBZ和50 dBZ回波顶高的关系,二者之间的相关系数为0.71.为了定量分析对流强度与地闪频数之间的关系,定义了8个对流强度指数,其中0℃层以上所有强回波的反射率因子值之和与0℃层以上所有强回波的反射率因子值与所在高度的乘积之和以及地闪频数的关系非常稳定.对比分析不同强度的对流系统,发现不同雷暴天气过程中的对流强度与地闪频数的关系明显不同,即对流越强,相应的对流强度与地闪频数的相关关系也越好.另外,在飑线系统的发展演变过程中,地闪频数与0℃层以上和7～11 km高度的冰相降水含量也存在着非常密切的关系,相关系数均在0.8以上.     

基于TRMM PR探测资料的青藏高原东坡降水结构特征分析

利用热带测雨卫星(TRMM)探测资料和ERA5再分析资料,研究了2006年7月6日发生在青藏高原东坡的一次强降水过程,并在此基础上分析了青藏高原东坡夏季(6—8月)的降水结构特征。研究结果表明：青藏高原东坡较强降水个例发生在低层辐合、高层辐散的降水环境背景场中,雨带呈东北-西南分布,最大降水强度超过20 mm·h-1。对流降水回波顶高超过17 km,层状降水回波顶高低于15 km,6.5 km高度存在亮带,且外形也似非高原地区的层状降水垂直结构。统计分析表明在高原东部偏南区、高原东部与四川盆地交界区南部的夏季降水频次高,而在高原东部偏北及四川盆地的降水频次、对流和层状降水频次均比上述地区小;多年夏季的日均降水量分布大体与降水频次分布类似。降水反射率因子的垂直结构具有地域性特点,高原东部偏南和偏北区的回波垂直结构相似,因受到地形高度的压缩,其降水垂直结构与非高原地区的不同;而高原东部与四川盆地交接区的降水垂直结构外形,介于高原与非高原之间;四川盆地的对流降水和层状降水垂直结构与中国东部平原及热带副热带洋面的相近,但层状降水的亮带高度高出1 km。     

北京地区一次飑线过程的闪电特征及其与水汽条件的关系

利用北京闪电综合探测网（BLNet）的总闪定位和雷达回波资料,分析了2017年8月8日北京地区飑线过程的闪电活动特征,并利用变分多普勒雷达分析系统（VDRAS）反演结果,分析了闪电分布与水汽通量散度的关系。结果表明：1） 此次飑线过程的闪电以云闪为主,地闪以负地闪为主,后期正地闪占地闪的比例升高。2） 闪电辐射源主要分布在对流区,沿对流线向后部层云区倾斜分布,层云区亮带附近并无辐射源。3） 辐射源主要集中在5—10 km高度,其峰值主要出现在6—7 km高度,并且随着对流系统发展、合并辐射源峰值所在高度有所升高,但在对流系统合并后高度有所下降。闪电频数均在每次对流单体开始合并后的18 min达到峰值。4） 闪电主要集中在水汽通量辐合区,且辐合强度值越大,闪电越集中。     

基于回波遮挡订正的西安对流天气雷达气候特征分析

基于2014—2019年4—9月西安多普勒雷达数据,在对因地形或高大建筑所造成的反射率遮挡区域进行修订的基础上,研究西安地区对流天气的雷达气候学特征。结果表明：（1）西安雷达在低仰角受到地形和高大建筑的严重遮挡,即在雷达05°仰角的西安东部、西南部及西北部方位与15°仰角的西安偏南部方位存在因地形因素遮挡造成的大范围反射率缺失现象,和因雷达站周边高大建筑等非地形因素导致的个别方位角上反射率因子缺失现象。本文通过交叉方位角插值法和高仰角反射率因子填补方法对遮挡区域进行修订并形成完整反射率因子数据,然后利用对流回波识别方法识别出对流回波。（2）西安雷达对流回波气候统计结果显示,2015年对流天气发生频次最多;2017年对流天气持续时间更长、强度更强,多发区主要为陕北南部至关中北部及关中南部至秦岭北麓;7—8月为对流天气高峰时段,其中7月下旬和8月上旬出现频次最多;日变化特征显示14—23时对流天气活动频繁,23时后活动频次迅速减少。     

深对流系统对污染气体CO垂直动力输送作用的数值模拟研究

本文采用高分辨率WRF-Chem模式模拟了2014年7月27日和8月24日发生于长三角地区的两次强度不同的深对流系统对污染气体CO的再分布作用,对比分析了模拟的两次深对流系统在CO垂直输送过程中的差异。通过与实际雷达回波的比较发现,两次模拟的深对流发生时间、回波强度等都与实际观测接近。8月24日深对流过程发生前的对流有效位能和0～6 km垂直风切变强度均高于7月27日个例,因此 8月24日深对流系统更不稳定,发展高度更高。从CO浓度垂直剖面、质量通量随高度的变化特征发现,7月27日的深对流系统最高可以将CO输送到14 km高度处,8月24日的深对流系统最高可以将CO输送到16 km高度处。对CO浓度的垂直通量散度平均垂直廓线分析看出,7月27的深对流系统主要将CO输送到12 km附近,导致7月27日个例对流层中层的CO浓度更高,8月24日的深对流系统主要将CO输送到15 km附近,导致8月24日个例对流层上层的CO浓度更高。对垂直通量求和的分析表明,8月24日的深对流系统每小时垂直输送的CO浓度是7月27的1.3倍,而考虑到8月24日的深对流系统持续时间更长,8月24日的深对流系统对CO的垂直输送作用远远大于7月24日的深对流系统的垂直输送作用。     

秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究

通过对地形敏感性试验的数值分析,认为大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小;使秦岭东南坡和渭河河谷下游强降水增加,大巴山本身降水增加幅度最大;大巴山峡口地形将大量暖湿气流向北输送,在秦岭南侧和东侧的迎风坡上产生强降水,而峡口两侧由于地形阻挡气流通过,使其下游地区降水减少。秦岭使大巴山和汉江河谷、陕北降水增加,使山脉本身降水减少,秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的;秦岭的地形高度变化与山脊降水量具有反相关关系,与山谷降水量关系不明显。     

河北省霾时空分布特征分析

利用河北省142个气象台站的霾资料,对1971—2007年河北霾的时空分布特征进行了统计分析,发现河北霾出现频数具有明显的地域性和月际分布特征。山麓地区霾平均出现频数最高,明显高于其两侧的平原和山地,山地霾频数最小。霾频数的月际分布特征是12月或1月最多,8月或9月最少。利用2004—2007年500 hPa高度和海平面气压实况资料,通过分析对比,统计归纳出河北地区霾日500 hPa的环流形势有纬向型、两槽一脊型、均值场型、一脊一槽型和两脊一槽型5种。分析结果表明,霾的出现与天气形势有关,霾频数大小与空气污染程度和地形联系密切。这些结果对于了解河北霾的生成机制和预报具有重要意义。     

TRMM卫星观测到的华南地区的闪电时空分布特征

利用TRMM卫星上携带的闪电探测仪(LIS)所获取的9年闪电资料(1998—2006年)对华南地区闪电活动的时空分布特征进行了分析。该地区闪电次数的年差异较大,最多年份是最少年份的2倍多,闪电活动季节性特征非常明显,闪电主要集中发生在春末仲夏,呈现双峰值特征,4—8月是闪电高发期(约占全年总闪电活动的81.91%)。闪电活动的日变化表明,8月份闪电活动绝大多数发生在午后至傍晚时分,这也与对流活动相对应,5月份闪电活动除在午后有一个峰值区外,在凌晨也有一个不小的峰值区。华南地区的闪电密度高值区主要有：清远-广州一带、廉江市附近、海南岛中部,闪电密度低值区主要位于南海水面上。分析表明：华南地区闪电时空分布除与大尺度的天气系统背景有关外,还与太阳辐射、地形抬升、下垫面的性质等有关。太阳辐射的季节变化和日变化等是造成闪电时间分布的重要原因;地形的抬升作用和下垫面的性质及其差异是造成气候意义上中小尺度闪电空间分布差异的重要原因。     

"05.8"湖北房县台风暴雨过程的雷达回波特征

利用十堰714C常规天气雷达和自动气象站(雨量站)资料,分析了2005年8月14日16时至15日7时房县大木、城关及丹江官山等地短时强降水天气过程。结果表明:中小尺度对流活动频繁,强度强,且维持时间长,直接造成了此次强降水的发生;此过程对流单体回波强度达42dBz,云顶高度16km,强回波区高度9km,中心高度4.8～6.7km;山区复杂地形有利于触发出较强对流和阻挡降水移动;受西移台风影响的大范围混合性降水回波具有高降水效率。此外,临近预报水平有待进一步提高。     

地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

甘肃东南部暖季对流活动的雷达气候学特征

基于天水多普勒天气雷达资料,通过“最大值法”筛选出对流回波样本,利用TITAN(雷暴识别跟踪分析和临近预报)算法对对流风暴属性特征追踪统计,分析了甘肃东南部暖季(6-8月)对流活动的雷达气候学特征。结果表明：(1)对流活动频次多集中在高海拔山区附近,大值中心位于六盘山西侧山脉的迎风坡或西秦岭山脉起伏较大的区域,其中8月为对流活动高峰期。(2)对流风暴以西北向东南方向传播为主,不同月份传播特征存在一定差异;6月传播速度最快、 8月最慢。(3)对流活动发生频率日变化特征呈单峰分布,主峰区位于16:00-17:00(北京时);不同地形对流发生、发展具有不同的日变化特征,午后高海拔区域是热力对流发生的高频区,夜间对流活动在山区、河谷、盆地、平原等地形均有发生。(4)不同月份对流风暴的日变化存在明显差异,6月午后太阳加热、地形强迫对对流风暴的影响最为显著,而7、 8月夜发对流对高原边坡复杂地形响应更高。午后组织性较好的风暴传播方向与山脉走向及坡向关系密切,夜间时段与500 hPa盛行风关系密切。(5)超过90%的对流风暴持续时间在36 min以内,仅有1%的风暴持续时间大于1 h。     

青藏高原雷暴天气层结特征分析

青藏高原那曲地区夏季雷暴活动相当频繁,这种雷暴主要是受地形的影响,在地形的热力和动力作用下形成雷暴,但强度不大,最大反射率一般不超过4 0 dBz,相对云顶高度可伸展到1 0.0~13.0 km,强弱雷暴差别不大。雷暴持续时间大约为30 min左右,主要发生在13:00~19:00(北京时,下同)之间,峰值出现在16:00左右。此外,在晚上也有弱对流,最大反射率约为20 dBz。高原雷暴天气层结具有与平原雷暴完全不同的特征,一般为整层弱不稳定,高度可以伸展到100 hPa,整层不稳定能量不大,强雷暴CAPE值平均为782 J.kg-1,弱雷暴约为406 J.kg-1,分布较均匀,不出现能量特别大的不稳定层次。近地层相对湿度有“逆湿”现象,厚度约1~2 km,平均为60%~80%(雨季后)。无论是强雷暴天气还是弱雷暴天气都具有上述相似层结。这种层结可触发对流,发展高度很高,但强度不大,能量较小。这种特殊层结揭示了高原雷暴的特殊结构。雷暴的闪电频数可以表征雷暴发展强度,通常可以建立闪电频数与雷暴单一参量(云顶高度)之间的统计关系式,从而可以利用测量闪电频数来预报雷暴的强弱,但上述关系对于高原雷暴并不适用,必须建立闪电频数与多参量之间的综合关系。     

条件不稳定大气中二维小尺度双脊地形上空对流及降水特征

在条件不稳定大气条件下,二维小尺度双脊钟形地形上空对流触发、传播和降水分布特征主要决定于地形上游基流强度、双脊地形配置形式、地形高度及其山谷宽度。双脊地形在沿基流方向上有两种配置:高脊地形位于上游和低脊地形位于上游。对于高脊地形位于上游的双脊地形,上游高地形将起主导作用,山地上空对流及降水特征与单脊地形类似。对于低脊地形位于上游的双脊地形,上游低地形可明显地改变下游高地形的前方来流,同时,下游高地形也能够对上游低地形背风侧流动产生影响,从而导致出现地形上空复杂的对流传播、降水分布特征。对于低脊地形位于上游的双脊地形,其山谷宽度主要决定了双脊地形与单脊地形之间在对流、降水分布等的差异;当山谷宽度较小时,双脊地形可以近似为一个包络地形,此时地形上空的对流、降水特征与单脊地形类似;当山谷宽度较大时,双脊上空流动相互影响较小,此时双脊地形可以分成两个单脊地形;当山谷宽度在一定范围内,其上空的对流及其降水分布与单脊地形有明显差异。对于低脊地形位于上游、中等山谷宽度的双脊地形上空降水主要呈现4种类型:(1)山谷与低脊迎风坡降水;(2)高脊迎风坡降水;(3)低脊山峰与高脊迎风坡降水;(4)低脊背风侧、双脊山峰准静止降水。     

东北暖季干线统计分析

基于常规地面观测、高空观测和卫星、雷达资料,对2003—2017年中国东北地区暖季（5—8月）干线时空分布、气象要素等进行了统计分析。研究发现,东北地区干线主要出现在东北平原和辽宁西部,干线发生频率呈现南多北少的趋势。干线大多呈西南—东北向,宽度为90—120 km,长度在100—800 km。东北区域暖季年均干线发生频率为15.5%。干线发生频率年际变化不明显,年均逐旬变化显著且呈正弦曲线状,其中5月中下旬—6月下旬和8月中、下旬为波峰,干线发生频率在20%以上,7月低于10%,为波谷。干线湿侧气压相比干侧略高1 hPa,两侧温度大多在24℃以上,温差一般为1—4℃,露点梯度和比湿梯度范围分别为9.6—15℃/（100 km）和4.5—8.3 g/（kg·100 km）,相当位温梯度在9.6—19 K/（100 km）。干线两侧要素及其梯度值逐旬变化显著,其中两侧湿度、温度和湿度梯度值8月呈增大趋势,而温度梯度绝对值呈减小趋势。在共计286例干线中有40%的干线触发了对流,6月上、中旬干线触发对流比率最高（超过60%）。干线是否触发对流与其所在位置关系不大。对流干线湿度梯度略大于无对流干线。无对流干线和对流干线探空要素的最显著区别是湿侧对流有效位能值,前者在1200 J/kg以下,后者基本在1200 J/kg以上,最高甚至能达到3000 J/kg。      

1978年夏秋合肥地区雷阵雨雷达回波的统计分析

对流回波的频率分布特征 我们对合肥周围100km内7—9月共39天(另有4天因回波照片不清无法统计),每天08时、10时30分、12时、14时、15时30分、17时30分、19时30分7个时次的雷阵雨回波的覆盖面积,采用正方形网格进行统计,格距为10×10km~2,统计结果如图1。从图中可以看到对流回波分布相当不均匀,大致在合肥的东北60—80km处和西南80—100km处为高值区,次高值区分别在西略偏南50km处和东略偏南70mk处,西北和东南方是低值区。从图上还可以清楚地看到,回波频率的分布特点与地形有密切关系,西南最高频率区正是大别山延伸过来的丘陵地区,东北高频率区正好对应一片高度为100—200m的丘陵地带,两个次高值区也是丘陵地区,西北和东南方低值     

青藏高原和四川盆地夏季对流性降水特征的对比分析

本文利用TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,针对青藏高原和四川盆地各两次对流性降水天气进行了对比分析,结果表明:(1)高原降水系统以对流云降水为主,弱降水样本数量高,由孤立零散的块状降水云团组成,对流中心离散,降水范围小,雨区极不均匀,垂直发展厚度浅薄,降水粒子数量少,雨滴小,潜热释放以地面以上2~5 km高度层为主,夏季近地面层冰晶粒子含量高,降水过程中云顶亮温与地表雨强之间的相关性差,云顶亮温越高的对流云团其闪电频数越高。(2)盆地降水系统强降水样本数量高,由一个主降水系统和周边零散的降水云团组成,降水范围大,对流中心相对集中,雨区较均匀,垂直发展厚度高,对流系统深厚,雨滴大并集中,潜热释放呈一致的双峰型结构,峰值分别出现在7和16km高度上,冰雹粒子在对流层较高层含量高,云顶亮温与地表雨强之间呈显著的负相关,盆地的闪电频数显著高于高原地区,且闪电活动主要集中在亮温偏低的降水云体中。     

环北京地区八月风暴云的气候分布特征

基于2006—2008年8月北京新一代天气多普勒雷达资料,在TITAN(Thunderstorm Identifi-cation Tracking Analysis and Nowcasting)三维风暴识别、跟踪、分析算法的基础上,客观分析了北京地区8月的风暴气候特征。结果表明:(1)风暴初生的日变化特征表现为典型的双峰型,峰值分别在凌晨06~08时和傍晚18~20时;西南—东北走向的山脉附近风暴云初生频次明显高于其它地区,且迎风坡大于背风坡,表明地形对风暴触发的重要作用,同时地形对风暴移速、降水的分布等产生重要影响;(2)环北京地区8月50%的对流风暴云持续时间30 min,绝大部分风暴云体积400 km3,平均风暴云顶高度为6.9 km;(3)反射率因子阈值为35 dBz的风暴体积、面积、高度的频率近似呈对数正态分布;(4)通过尺度分析发现8月主要为D尺度风暴云,其平均组合面积较低纬度偏大,平均回波顶高比低纬偏高。     

安徽暖季对流活动的雷达气候学特征及影响因素

为了解安徽地区暖季对流活动的雷达气候学特征,利用多普勒天气雷达拼图资料和ERA5再分析资料,统计分析了2015—2020年安徽省暖季(5—9月)对流活动雷达回波的气候学特征及影响因素。结果表明：(1)安徽暖季对流活动存在显著月际变化和区域差异。对流在江淮梅雨期的6—7月活动最频繁,5、8月次之,9月最少。6、7月对流数量大值区分布呈西南—东北走向。(2)安徽夏季(6—8月)对流数量日变化呈午后主峰和清晨次峰的双峰特征。其中6月对流活动峰值出现于清晨,与夜间到清晨上游地区低空西南气流加强导致安徽地区水汽通量辐合增强有关。7月对流活动主峰出现于午后,清晨为次峰,其中主峰对流活动持续时间更长,这与7月安徽午后对流有效位能明显增强有关,清晨出现次峰的原因同6月类似,但强度弱于6月。8月对流活动特征为午后单一峰值,日变化幅度最显著,为典型的午后热对流型。     

近6年陕甘宁三省5—9月短时强降水统计特征

利用2005—2010年5—9月加密自动气象站1 h降水资料对陕甘宁三省不同强度短时强降水时空分布特征、天气学概念模型以及物理量特征进行研究,结果表明:短时强降水在陕甘宁三省存在4个活跃区和3个不活跃区;7—8月是短时强降水的多发期,两大峰值出现在7月下旬和8月中旬,日变化呈双峰分布,1 h降水量≥30 mm的短时强降水具有夜间多发性;通过典型个例的综合分析,建立了低槽-副高型、低涡-远距离台风型、两高切变型3类短时强降水概念模型;从物理量场来看,3类短时强降水均具有丰富的水汽和不稳定层结 (能量)、高于发生冰雹的0℃层高度、较厚的暖云厚度,且均发生在弱风切变环境中;低槽-副高型最为典型,其抬升凝结高度最高,500 hPa与850 hPa假相当位温差Δθ_se、抬升指数,K指数,对流有效位能量值最低,短时强降水发生频次高,1 h降水量大多在25 mm以内。低涡-远距离台风型水汽条件最好,深厚湿区、次天气尺度Ω系统和较低的抬升凝结高度使短时强降水发生范围最广,强度更强。两高切变型降水强度最大、持续时间最短并具有突发性, 其Δθ_se、抬升指数、K指数、对流有效位能最高,0～3 km垂直风切变最强,对流性特征明显,特别是强天气威胁指数接近300,强降水发生的同时往往伴有雷暴。