关于冰雹的融化层高度

冰雹尤其是强冰雹预报的重要参数之一是冰雹融化层到地面的高度。长期以来国外英文文献上一直都将湿球温度0℃层(Wet Blub Zero,WBZ)作为冰雹融化层的近似高度,但这一事实一直没有引起国内预报人员和部分研究人员(包括作者在内)的足够注意。以至于一直到现在,国内绝大多数预报人员仍然将干球温度0℃层(Dry Blub Zero,DBZ)作为冰雹融化层的近似高度,这是一个错误。在WBZ和DBZ之间和上下一定范围内存在明显干空气(即温度露点差较大)时,二者高度会有明显的差距。本文主要阐明冰雹融化层的高度应该采用湿球温度0℃层(WBZ)高度而不是干球温度0℃层(DBZ)高度,说明了当对流层尤其对流层中层存在明显干层时,由于蒸发冷却引起的水膜再冻结会有利于大冰雹落地,而此时的冰雹融化层也就是湿球温度0℃层(WBZ)的高度明显低于干球温度0℃层(DBZ)的高度。文中给出了如何根据探空资料的T-logp图确定湿球温度垂直廓线进而确定湿球温度0℃层(WBZ)高度的方法。最后给出两个对比鲜明的例子,进一步说明对流层中层明显干层存在与否对冰雹融化层高度的影响,以及冰雹融化层高度的高低是决定冰雹大小甚至降雹与否的主要因子之一。     

南方不同类型冰冻天气的大气层结和云物理特征研究

利用观测资料和CAMS中尺度云分辨模式,对南方3次不同类型冻雨天气过程进行模拟,重点研究了冰冻天气中冻雨区云系宏、微观结构及大气层结特征,初步分析了冻雨形成的云物理机制.结果表明:(1)逆温层的存在是冻雨发生的必要条件,低层湿度较大的逆温常与冻雨天气有关.3次冻雨过程的冻雨区都存在逆温层,其中第一、二次过程属于锋面逆温,而第三次过程属于平流逆温.可见,逆温层结有利于冻雨的发生,但逆温层的存在仅是形成冻雨的条件之一.冻雨的发生还与水汽(湿度)、风向风速、地面特征有关.低层有水汽输入到冻雨区、地面温度等于或低于0℃,有利于冻雨形成和过冷雨水的冻结.(2)冻雨的形成需要满足3个主要条件:在对流层中高层存在冻结层,冻结层下要有暖层和逆温层,近地层有一个温度＜0℃的冷却层,并且低层的冷却层相对湿度较高.中高层冻结层主要产生冰相降水粒子,中层的暖层可以确保上层降落下来的固态降水粒子(雪或霰)融化成雨滴或在融化层中直接产生液态降水.这样,雨滴下降到低空冷却层后会逐渐变成过冷雨滴,当过冷却雨滴接触到＜0℃的地面或者其他物体表面时,迅速冻结形成冻雨.(3)不同冻雨区上空存在2种不同类型的云,对应云中有2种明显不同的温度层结:混合相云中的“冷-暖-冷”层结和水云中的“暖-冷”层结.具有2种不同层结特征的不同冻雨区云系,对应2种不同的微物理结构,具有2种不同的冻雨形成的云物理机制.(4)同一类型天气系统中的冻雨区,可以存在不同的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的机制;不同类型天气系统也可以存在特征相同的冻雨区,即冻雨形成的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的物理机制都相同.     

利用温度层结做冰雹单站预报

冰雹是一种中小尺度受地域条件影响的强雷暴天气,其冰水转化过程对大气的温度层结有一定的要求,通过对冰雹天气大气温度层结的研究,寻找其特征,预报冰雹的发生。利用延安市的气象探空资料,结合洛川县的降雹实况,得到洛川冰雹预报方法和指标。在冰雹预报试验中没有出现冰雹漏报,空报率在10％左右,其中只有〈2%的情况没有出现强对流云。     

保定地区冰雹的气候及物理量参数特征

利用保定地区1974~2010年4~10月19个县市气象站冰雹资料,对保定地区近37 a的冰雹气候特征进行了详细统计与研究,在此基础上筛选出典型个例,并基于北京和邢台探空站2000~2010年探空资料,细致分析了典型冰雹日常用物理量参数的阈值。结果表明:保定地区年均冰雹日数的地区差异较大,年均最大降雹日数中心位于西北部山区的涞源,铁路线以西年均降雹日总体多于铁路线以东各市县;冰雹日数与海拔高度呈显著正相关,相关系数达0.924;冰雹日数夏季最多、春季次之、秋季最少,其中6月冰雹出现几率最大;近37 a来,保定地区年冰雹日数均呈不同程度的减少趋势,其中西部山区减少趋势及波动最明显,说明降雹频繁的地区降雹年际波动也大;各物理量参数的阈值可作为预报本市冰雹的参考。     

河北廊坊冰雹天气特征统计分析

利用1964 2015年气象观测资料对河北廊坊冰雹天气的时空分布特征进行分析,并利用MICAPS资料、北京探空资料及多普勒雷达资料研究了廊坊冰雹日的天气形势、物理量特性及雷达回波特征。结果表明:廊坊冰雹日数整体呈下降趋势,20世纪80年代末至90年代初降雹达到高峰期。冰雹天气主要发生在15 19时,多持续1~5 min。廊坊冰雹有明显的地域特征,西北部较多。降雹日500 h Pa环流形势有4类,并对应3种地面形势。对预报冰雹天气有指导意义的物理量参数阈值为:冰雹开始前对流层中下层存在逆温层或等温层;对流参数SI指数或LI指数0,中低层假相当位温随高度减小;0℃层高度多为3050~4702 gpm,-20℃层高度多为5996~8332 gpm,850 h Pa与500 h Pa温差为27~32℃,低层有大的垂直风切变,近地面925 h Pa垂直风切变为5.5~15.0 m·s-1·km-1。此外,廊坊冰雹云回波有块状单体和飑线两种结构,回波中心强度普遍大于60 d Bz,垂直结构上均有悬垂回波,速度场为逆风区或旋转速度12 m·s-1的弱切变,VIL普遍大于35 kg·m-2,ET普遍大于11 km。     

阿克苏地区冰雹云特征的研究

通过普查阿克苏地区8县1市、10个气象站和120个防雹作业点1991～2000年4～9月在地区人工防雹作业阶段的降水、降雹情况及对应的雷达回波生消演变情况,对地区冰雹云天气发生背景、雹云路径及雷达回波、降雹情况等进行分析,摸清阿克苏地区冰雹云的活动规律和结构特征,改进地区人工防雹的作业模式,提高全地区人工防雹作业效益.     

不同尺寸冰雹S波段双偏振雷达偏振量特征统计

冰雹大小影响天气灾害的程度,为发展基于双偏振参量识别冰雹大小的算法,筛选了2019年、2020年山东省发生的33例冰雹事件,依据我国冰雹等级划分标准将其划分为小冰雹、大冰雹、特大冰雹,基于湿球0℃及冰雹融化特性确定了7个高度层,探讨了3类冰雹在不同高度层的双偏振参量分布特征,并获得了冰雹的偏振参量阈值。研究表明：在相同高度,冰雹越大雷达水平反射率因子Z_h中位数越大、差分反射率因子Z_dr中位数越小且基本为正值,但在-10～-20℃层,大冰雹的Z_dr中位数易呈现负值;相关系数CC中位数随冰雹增大或高度降低而减小,但特大冰雹在0℃层到H_0℃-1 km (0℃层下1 km)之间由于融化比例较小CC反而会稍大;冰雹差分相移率K_DP中位数在0℃层以上为0°/km左右,在0℃层以下随高度降低冰雹融化而增加;大冰雹或特大冰雹基本特征是Z_h大、CC小、Z_dr小,CC可低至0.7以下,所有冰雹的Z_dr、K_DP可...     

山西高原大冰雹与小冰雹的环境参量对比分析

本文利用1956-2017年山西省109个气象站的逐日冰雹观测资料研究了山西冰雹的空间分布特征,发现全省冰雹日数由东北向西南依次减少,与海拔有很好的对应关系,山地冰雹发生日数高于盆地,冰雹频发区主要集中在北部和东部山区。以冰雹直径2 cm为阈值,将冰雹分为大冰雹与小冰雹两类,统计了2008-2019年山西两类冰雹站的比例,结果表明山西高原以小冰雹为主,大冰雹仅占3.9%,盆地大冰雹比山区多,大冰雹容易发生在陡峭山地与盆地或河谷的交界处。为了进一步研究大冰雹与小冰雹产生环境条件的差异,选了2008-2019年山西的23个大冰雹日和44个小冰雹日,基于订正的观测探空对表征冰雹天气的动力、热力和水汽等环境条件的多个环境参量进行了统计分析,以箱须图的形式给出了环境参量的分布。结果表明：大、小冰雹日的水汽差异最为显著,大冰雹日对流层低层水汽含量相对丰富,中层则比小冰雹更干,二者地面露点中位数分别是16℃和14℃,700～400 hPa之间的平均温度露点差中位数分别是14.8℃和12.7℃,整层可降水量中位数分别为26.7 mm和23.7 mm;二者的垂直温度直减率差异不明显,但850 hPa与5...     

大冰雹指标TBSS在江西的应用研究

利用江西省2002-2007年的地面观测和雷达资料进行统计分析,研究地面降雹与TBSS之间的对应关系,并且对TBSS在大冰雹预警方面的应用进行了探讨。结果表明,TBSS作为≥19 mm的大冰雹的预警指标具有很好的应用效果。其准确警报率(POD)为0.818,错误警报率(FAR)为0.182,而临界成功指数(CSI)达0.692。在多普勒天气雷达产品中,TBSS是一个沿着雷达径向从强风暴核区向外延伸的、具有低的反射率因子值,零或朝向雷达的低速度值和高速度谱宽值的区域。它一般首先出现在中高层(4～9 km),然后逐渐降低,最低可达1.0 km。利用TBSS预报大冰雹的时间提前量最大达到77分钟。实际观测到的TBSS特征存在各种不同的形态,而且不同距离处观测TBSS特征的最佳仰角存在很大差异。总之TBSS特征可以作为大冰雹的有效判据。     

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动 (SAFIR3000三维闪电定位系统观测) 和对流降水 (雷达反演) 的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×107 kg·fl-1。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。     

西藏冰雹的时空分布特征及危险性区划

冰雹对西藏农牧业的影响仅次于干旱和霜冻,每年因雹灾造成的农业减产,是影响西藏粮食生产稳步发展的重要因素。利用西藏30年有关冰雹资料,对西藏地区的冰雹天气和灾情进行了详尽分析和研究。结果表明:西藏的藏北、藏南各有1个多雹区;各地冰雹具有季节性强、随季节变化迅速、雹日高度集中、以小冰雹(D<0.5cm)为主和降雹持续时间短(<10min)等特点;冰雹造成的危害中部大于东、西部,农区大于牧区。以冰雹的大小和持续时间为主要致灾因子,将西藏高原降雹分为3个灾变等级,并结合冰雹灾情和地表覆被类型,将西藏冰雹的危险性划分为4个等级区域。     

河南省冰雹时空分布及天气形势特征

利用河南省121个气象台站1971—2010年共40a的冰雹资料,应用统计学方法,分析了河南省冰雹日的年际、月际和日变化特征,以及降雹的落区和范围等空间分布特征等,结果表明:河南省冰雹的年际变化较不稳定,20世纪80年代到90年代中期冰雹日出现较多,到21世纪初又出现一个小高峰,2006年之后则保持较低值;每年4—8月为河南省冰雹多发期,而冰雹在一天之内绝大部分发生在午后到傍晚,这是由形成冰雹的热力条件决定的。40a间冰雹主要发生在河南省中北部、西部和西南部山区,而在东部和东南部的平原地区冰雹发生次数较少。通过对1999—2010年45个冰雹日天气形势的分析发现,河南省易产生冰雹的4种主要天气形势分别为西北气流型、东北冷涡型、华北冷涡型和低槽型,西北气流型造成的冰雹日为最多,低槽型冰雹日最少,不同天气形势背景下的降雹落区有较大差异。     

黑龙江省产生冰雹的卫星云图特征

为对区域性降雹过程的卫星云图特征进行分析，选取了1995-1998年产生冰雹的卫星云图共20例，进行了逐例分型、分类。对冰雹云的空间尺度、时间尺度、云顶、云体形状、温度梯度等进行了详细的分析和探讨，提出一个黑龙江地区产生冰雹的云图概念模型和冰雹的预报程序。     

黑龙江省冰雹天气气候特征及防雹预警指标

以统计的近40年冰雹资料为基础，分析了黑龙江省冰雹天气分布规律及近年冰雹气候特征的变化。利用天气系统背景、卫星云图、不稳定因子以及雷达回波等指标，为人工防雹天气时机选择和作业方案设计提供了综合预警指标，为省级防雹预警系统提供了新的更接近实况的科学预警依据。     

风廓线和冰雹指数本地化调整及实例分析

通过对风廓线斜距,0℃、-20℃层高度及冰雹百分比阈值的修改,观察20km、30km风廓线及订正前后冰雹指数的输出,得到了一些具有韶关本地特点的观测现象：斜距调节前后风廓线输出结果差异不大;冰雹指数产品在订正前后有比较明显的不同,对比分析表明用缺省参数比较符合冰雹发生时的实际情况,这种情况可能与广东地处低纬度地区有关。     

云南省冰雹的时空分布特征

利用近40年的云南省冰雹资料，统计分析了云南省冰雹的时空分布特征，进一步揭示了其活动规律及主要影响因素。研究结果表明：冰雹的季节分布比较复杂，呈现出春季和夏季两个峰值的特点；冰雹的季节分布还与海拔高度有关，低海拔地区为春季多雹型，高海拔地区为夏季多雹型；滇西地区冰雹日数的年际变化特征较滇东地区显著而年代际变化特征没有东部地区站点明显；滇东地区表现出了明显的年代际变化特征，目前处于冰雹相对较少时期。从区域来看，年冰雹日数山区较坝区高，高海拔地区较低海拔地区高。     

安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征分析

分析安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征,对人工影响天气防雹作业有重要意义。根据2002—2013年间安徽省地面降雹资料,结合合肥新一代天气雷达(CINRAD)探测资料,使用Storm Cell Identification and Tracking (SCIT)算法设计风暴识别、追踪程序,得到3—8月59站次的降雹过程。统计分析冰雹云回波强度、回波高度、单体VIL等特征信息,结果表明：6—7月安徽地区降雹概率最大,1日中15—18时降雹概率最大。安徽地区春夏季冰雹云回波强度至少为55 dBz,大多数为60~70 dBz,单体VIL至少为30 kg·m-2,大多数为40~80 kg·m-2。单体VIL与最大反射率的变化趋势比较一致,最大值往往出现在降雹时间附近。安徽地区春夏季冰雹云回波顶高平均13.6 km,30 dBz风暴顶高平均12.1 km,最大回波顶高达17 km以上。