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。     

雹云结构分析及炮击部位初探

1覆云结构分析冰雹云是一种发展极为强烈的积雨云。一个彭云单体的水平尺度常在十多公里，大则达30～40km以上，垂直厚度均在10Km以上，顶部可达对流层顶附近，特别发展旺盛时甚至超过对流层顶3～4km。冰雹云内部含有极为充沛的水分，最大含量可达10～20g／m3或更多些。根据探测计算，一块雹云的总含水量可达万吨量级，在冰雹云移动方向前端，有一支来自低层的有组织的斜升气流，从云体冲入彭云的主体内，上升到高层，然后转向雹云移动的最前方。这斜升的有组织的暖湿气流，不断输送大量的水汽，是雹云赖以维持发展的重要条件。在雹云后部…     

夏季白天中国中东部不同类型云分布特征及其对近地表气温的影响

本文利用2001～2017年ERA5再分析资料以及CERES卫星资料,探究夏季白天中国中东部不同类型云的云量及其光学厚度的时空变化特征,并利用一维辐射对流模式定量分析不同类型云对近地表气温的影响。观测结果表明:夏季白天中国中东部总云量及其光学厚度整体呈由南向北逐渐减小的分布特征,且中高云量占主导地位。总云量整体呈?0.3% a?1显著减少趋势,其中低云的贡献（?0.27% a?1）最大;总云光学厚度为0～0.1 a?1增加趋势,其中低云光学厚度（0.06 a?1）和中低云光学厚度（0.03 a?1）呈增加趋势,而中高云光学厚度（?0.08 a?1）和高云光学厚度（?0.03 a?1）呈减少趋势。模式结果表明:四种不同类型云的温度效应（Cloud Effect Temperature, CET）均为负值,表现为降温效应。低云、中低云、中高云和高云的年均CET值分别为?2.9°C、?2.7°C、?2.2°C和?1.7°C。其中,低云在华北平原降温可达?5°C;中低云和中高云在四川盆地和云贵高原降温可达?7.8°C。不同类型云温度效应与近地表气温的年际变化具有较好的一致性,具体表现为:2004年前（后）近地表气温呈现下降（上升）趋势,不同类型云的CET在此期间呈下降（上升）趋势,表现为云的降温效应增强（减弱）与近地表气温下降（上升）相对应,体现了夏季白天中国中东部4种不同类型云温度效应与近地表气温都呈正相关关系。特别地,夏季白天中国中东部中高云量占主导地位,其CET与近地表气温的相关系数高达0.63。综上,夏季白天中国中东部不同类型云温度效应对近地表气温的影响不同,但均呈正相关关系。定量分析不同类型云对近地表气温的影响可以为定量研究云反馈对区域增暖的作用以及合理预估未来区域增暖情景提供必要的科学参考。     

用能量分析方法识别冰雹云

用GMS ＴＢＢ遥感资料和湿-比有效能量方法分析了1998年巴盟地区9次降雹过程，认为：（1）云顶温度及其水平梯度是识别冰雹云的重要参量，云顶温度低于-25℃才可能出现有灾冰雹，预报区云顶温度水平梯度大于50℃/50km才可能出现重雹灾；（2）冰雹云生成前低层是高能舌，而中高层低能中心和负能量平流中心位于其北或西北方；（3）有雹无灾冰雹云生成前低层没有高能舌，在降雹区西北方450km以内也没有中高层低能中心。     

2012年河南省中东部一次大雾成因分析

利用气象台站观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年1月10日河南中东部一次较大范围的太雾天气过程进行分析,以揭示大雾的成因。结果表明：1）高层环流平直,中低层受高压脊前弱偏北气流控制,地面均压场及弱冷空气活动,是此次大雾形成的环流背景条件。2）T—lnp图上,各项不稳定指数及状态曲线与层结曲线显示,大雾区整层大气处于稳定层结状态,且t（925hPa-地面）≥2℃、湿层（t—td≤4℃）顶部高度超过1000hPa（即海拔高度250m以上）。3）边界层暖平流的输入有利于逆温层结的建立以及大雾的加强与维持,冷暖平流间的零平流区能较好区分大雾区与非雾区。4）T639预报场中,近地层逆温区、地面风速≤3m／s区域、地面相对湿度超过90％区域与近地面微弱上升运动区的重合区即为大雾易发区域。应用数值预报可较好预报区域性大雾。     

乌鲁木齐风廓线雷达资料在暴雨天气过程中的应用

利用乌鲁木齐风廓线雷达提供的风场资料、自动站逐时降水量和NCEP/NCAR每6 h再分析资料（1°×1°）,详细分析了2012年5月19日15：00-20日04：00间乌鲁木齐暴雨天气过程。结果表明：高空急流与低空辐合区相配合产生的强垂直上升运动触发了此次暴雨天气;强降雨发生2 h前西北急流迅速下传,引发低层西北急流的加强,低层急流的加强与强降水有较好的对应关系,特别是1 500 m以下的西北急流;低层上升速度2 m/s可作为降水临界值,低层上升速度越大降水越强;强降水阶段整层大气折射率结构常数探测值在-128--120 dB之内,表明整层大气水汽充沛;风廓线雷达产品（垂直速度、折射率结构常数）清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度,可为精细化预报提供参考。     

一次冰雹天气过程分析

运用常规观测资料及济南齐河多普勒雷达探测资料,分析了2004年6月24日鲁西北、鲁中地区的冰雹天气过程,结果表明：降雹过程是华北冷涡型天气系统影响下产生的;期间鲁西北、鲁中等地区先后出现4块冰雹云,冰雹云持续时间在1.5～5.5h,最大反射率在云的主要阶段都超过50dBz,最强时超过60dBz。最大VIL值在不同的冰雹云中差别很大,强雹云最大VIL值超过了50 g.m2弱雹云VIL值最大为29g.m2。0.5km以下的近地面层主要盛行东南风、东北风和偏东风,0.5～1km是东南风,大于1km高度则主要是西南风转西北风。     

山西一次降雪云物理特征的飞机观测研究

通过飞机直接进入降雪云进行探测,并配合MICPAS（气象信息综合分析处理系统）、雷达和卫星等资料,对2011年11月29日山西一次降雪云宏、微观结构特征进行分析。研究发现:本次降雪过程的雷达回波以10～20 dBZ大片层状云回波为主,镶嵌了超过30 dBZ的块状强回波,雷达径向速度零线呈较强的“S”型弯曲,出现“牛眼”结构,从低层到高层有较强的风垂直切变。液态水含量主要位于3.2 km以下,最大值为0.0697 g m?3,N₅₀（粒子直径大于50 μm的冰雪晶数浓度）、N₂₀₀（粒子直径大于200 μm的冰雪晶数浓度）和冰水含量主要产生于层积混合降雪云的上部,极大值出现在?9.3°C附近,分别为188.4 L?1、33.5 L?1和0.121 g m?3。?14.4°C～?19.7°C冰晶图像以针状、柱状和不规则状为主,以冰晶的凝华增长为主。?9.3°C附近冰雪晶图像以辐枝状、不规则状为主,辐枝状冰晶的聚并碰撞和折裂繁生可能是造成此处冰雪晶高浓度的主要原因。利用指数形式能较好地拟合冰雪晶谱分布,谱拟合参数可以用幂函数N_os=1.021λ1.684表示（其中,N_os、λ分别表示截距和斜率,N_os越大表示小粒子数浓度越大,λ越大表示小粒子数浓度占总粒子数浓度比例越高）,相关系数R2为0.86。3.2 km以下存在三次逆温,逆温层的出现使云微物理特征量和拟合参数N_os减小,抑制了云内凇附增长和凝华增长,导致本次观测谱拟合参数N_os、λ随温度的变化规律与以往的观测不一致,逆温强度越大抑制作用越大。     

河南省冰雹天气环境参量特征分析

利用2006—2015年5—9月10a高空、地面观测资料,对河南省冰雹天气过程的500hPa环流形势进行分型,并统计分析冰雹天气环境参量特征。结果表明:河南冰雹天气的500hPa环流形势分为西北气流、华北低涡、低槽和西南气流四种类型,其中西北气流型最多,冰雹过程占总数的55.2%;冰雹天气主要环境参量阈值是对流有效位能≥1137J/kg,850hPa与500hPa温度差≥27℃,850hPa与500hPa假相当位温差≥5.5℃,抬升指数≤-4.5℃,大气整层可降水量≥2.9cm,14时地面露点温度≥16℃。     

贵州地区冰雹云微物理过程及发展机制数值模拟研究

为了进一步探究贵州地区冰雹云的形成、发展机制和冰雹增长的微物理转化条件,运用三维冰雹云模式对该地区2012—2015年12个冰雹个例进行数值模拟研究,结果发现:各种水成物有利的空间分布是雹粒增长的物质基础,且上升气流与水汽相变之间存在一个正反馈效应,冰雹粒子主要以霰粒子为胚胎进行增长,增长方式以霰自动转化成雹为主。在再生冰雹云发展过程中,雹云首次发展过程结束时,高空仍维持4 km及以下很低的0℃层高度,是再生冰雹云发展的热力环境条件。降雹区地面气流辐散,导致两侧区域形成较强的气流辐合上升,是再生冰雹云发展的动力条件。气流在辐合的同时,又使原降雹区的水汽源源不断地向两侧气流辐合区汇合,是再生冰雹云发展的水汽来源。冰雹云中冰晶和霰粒子含量的迅速增加,为冰雹的再次增长提供了有利的微物理物质转化条件。     

Intensive Radiosonde Measurements of Summertime Convection over the Inner Mongolia Grassland in 2014:Difference between Shallow Cumulus and Other Conditions

Using radiosonde measurements from 26 July to 30 July 2014 at Baiqi over the Inner Mongolia grassland of China, the vertical structure of shallow cumulus(SCu) clouds and associated environmental conditions were investigated. The cloud base height and the cloud top height of SCu was 3.4 km and 5 km, respectively. The temperature of the SCu layer was less than 0℃. The horizontal advection of specific humidity was smaller than the vertical transport in the atmosphere below 5 km.Above 5 km, the thermodynamic structure of the atmosphere remained stable. At the interface of the cloud layer and free air atmosphere, there was obvious wind shear and a temperature inversion(~2.9℃). Comparisons of environmental parameters associated with cumulus congestus, rain and clear days, showed that the formation of SCu was characterized by a higher Bowen ratio(high sensible heat flux and low latent heat flux), which indicated intensive turbulence in the boundary layer. The formation of SCu was associated with the boundary layer height exceeding the lifting condensation level. The maintenance of SCu was likely associated with the lower convective available potential energy, weak wind shear, and weak subsidence of the synoptic system, which did not favor the dramatic vertical development of SCu and thereby the transformation of SCu to cumulus congestus.     

Dynamic and thermodynamic features of low and middle clouds derived from atmospheric radiation measurement program mobile facility radiosonde data at Shouxian,China

By using the radiosonde measurements collected at Shouxian,China,we examined the dynamics and thermodynamics of single- and two-layer clouds formed at low and middle levels.The analyses indicated that the horizontal wind speed above the cloud layers was higher than those within and below cloud layers.The maximum balloon ascent speed(5.3 m s~(-1)) was located in the vicinity of the layer with the maximum cloud occurrence frequency(24.4%),indicating an upward motion(0.1-0.16 ms~(-1)).The average thickness,magnitude and gradient of the temperature inversion layer above single-layer clouds were117±94 m,1.3±1.3℃ and 1.4±1.5℃(100 m)~(-1),respectively.The average temperature inversion magnitude was the same(1.3℃) for single-low and single-middle clouds;however,a larger gradient[1.7±1.8℃(100 m)~(-1)]and smaller thickness(94±67 m) were detected above single-low clouds relative to those above single-middle clouds[0.9±0.7℃(100 m)~(-1) and157±120 m].For the two-layer cloud,the temperature inversion parameters were 106±59 m,1.0±0.9℃ and 1.0±1.0℃(100 m)~(-1) above the upper-layer cloud and 82 ± 60 m,0.6±0.9℃ and 0.7±0.6℃(100 m)~(-1) above the low-layer cloud.Absolute differences between the cloud-base height(cloud-top height) and the lifting condensation level(equilibrium level)were less than 0.5 km for 66.4%(36.8%) of the cases analyzed in summer.     

锋面北侧冷气团中连续降雹环境场特征及成因

对2009年2月24日—3月5日我国南方锋面北侧冷气团中连续冰雹天气过程的环流形势和环境场特征及形成机理进行分析。此次冰雹过程是发生在我国南方典型的连阴雨天气形势背景下,欧亚中高纬度地区为两槽一脊形势,副热带高压偏强、中南半岛为低槽区,青藏高原有5次短波槽东移,中层700 hPa暖湿气流势力强盛。中层强西南暖湿气流在强锋区 (冷垫) 上抬升,形成我国南方典型的高架雷暴。高架雷暴的发生与中低层强温度锋区、中层700 hPa不低于20 m·s-1的西南急流、强风垂直切变、对流层中层较大的温度直减率、较低的0℃层高度 (4 km以下) 有关。     

温江站夏季大气边界层垂直结构特征

利用温江观测站边界层塔和探空获取的观测资料,从地表物理量的日变化、边界层的垂直结构及逐日变化这些方面分析该站夏季边界层特征,得到以下结论:(1)地表各物理量都具有明显的日变化特征,呈现一峰一谷的演变状态,其中地表热通量、动量通量、气温以及风速的峰值皆出现在午后,谷值出现在凌晨,湿度与气温日变化是反位相的。(2)近地层低层大气气温在早晚时段,随高度的增加而上升,呈逆温状态;午间时段随高度的增加而下降。9 m以下大气在午后的比湿梯度最大。风速值随着高度的增高而增大,风切变随着高度的增高而减小。(3)探空观测的边界层垂直结构显示:夏季温江站早晚边界层大气层结稳定,而午后表现为典型的混合边界层特征。大气温/湿度差异随高度增长而降低,各个时次温/湿度的差异都主要集中边界层低层,越靠近地面大气温/湿度差异越突出。8:00的温度最低,14:00最高。14:00的大气比湿最小,2:00和20:00较大。近地层风速随高度增长较快,在离地2~300 m左右高度达到一个极值,4个时次的风速差异不大。(4)地表温度、短波辐射、感热通量对边界层的高度和降水都有一定的影响。     

南疆阿克苏冰雹天气的判识指标研究

利用常规气象资料和CINRAD/CC雷达资料对2009~2012年34个冰雹天气个例进行了分析,统计归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标。结果表明:冰雹发生前期,当850 hPa与500 hPa温差≥30℃,地面露点温度≥10.2℃时,预示冰雹天气发生的可能性较大;对流有效位能在冰雹尺寸相对较大(≥10 mm)时指示效果较好,但对小范围局地冰雹的预报具有一定局限性;0~6 km较弱的垂直风切变也能形成冰雹天气;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹的产生。雹云雷达回波具有的特征:组合反射率因子达到50 dBZ以上;径向速度场往往伴有逆风区出现,部分还出现风暴顶辐散特征;45 dBZ强回波核高度≥9 km,垂直剖面出现前悬回波、穹窿等冰雹特征回波;回波顶高6~8月超过12 km,5月和9月超过11 km;垂直积分液态水含量阈值5月为18 kg·m-2,其它月份为30 kg·m-2;冰雹指数产品至少持续5个体扫出现实心大三角标识。     

成都地区城市化对气候影响的模拟研究

为了研究成都地区城市化对当地气候的影响,利用不同时期的下垫面土地利用类型数据和耦合单层城市冠层模型(UCM)的WRF（Weather Research and Forecasting）模式对成都夏季和冬季城市化效应进行了模拟研究,得到以下主要结论:1）成都地区城市化使夏季城区上空出现增温区域。城区地表气温升高约2.8°C,边界层高度升高约150 m,冬季地表气温平均升高约0.6°C,边界层高度升高约25 m。夏冬两季气温日较差均减小。2）受城市化影响,成都地区夏季和冬季2 m相对湿度减小,感热通量增加,潜热通量减小,且夏季变化程度强于冬季。3）城市化使地表的粗糙度增加,进而使夏季和冬季风速在城区减小,减小约0.1~0.6 m s?1,但夏季风速减小区域较冬季更大。城市化还使城市上空低层散度减小,辐合作用增强,垂直速度增大,夏季水汽往高层输送明显。4）夏季,城市化作用使日平均和白天时段降水量在城区的迎风区和下风区均增加,夜间降水量在下风区域增加,对迎风区域影响不明显。     

基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5～6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5～6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。     

雷达资料快速更新四维变分同化中增加地面资料同化对强对流临近数值预报的影响

基于雷达资料快速更新四维变分同化（RR4DVar）技术和三维数值云模式发展的快速更新雷达四维变分分析系统（VDRAS）,通过在系统中加入地面自动气象站观测资料的同化方法,对发生在北京地区的10个强对流过程开展了地面资料同化的高分辨率模拟分析和检验评估,并与已经业务使用的地面资料融合方法进行对比。研究结果发现,地面观测资料同化使边界层1 km高度以下的分析场改善最为明显,风速和风向的均方根误差分别平均降低0.1 m/s和7.2°,温度的均方根误差降低0.2℃。模式最低层100 m高度的风速均方根误差降低0.5 m/s,风速的误差随高度上升逐渐增大。模式最低层风向的均方根误差降低15.5°,温度的均方根误差降低0.4℃,且1.5 km高度以下的温度偏差都减小。区域内地面10 m高风速的均方根误差平均降低0.2 m/s,风向的均方根误差降低10.8°,地面2 m气温的偏差也降低。随着预报时效的延长,地面温度和风场的误差不断增大,但地面资料同化方法在一定程度上可以提高1 h内地面气象要素的预报效果。对2019年5月17日北京地区局地强对流新生和增强过程的详细分析表明,地面自动气象站观测资料的同化方法相对于融合,可以通过更细致准确地分析低层大气的热动力特征,改善低层气象要素的预报效果。在此基础上,通过探究对流单体的局地触发机理发现,海风锋辐合线与城市的相互作用一定程度上影响了对流的局地新生和发展,该同化方法可以进一步提高北京地区局地突发强对流的临近数值预报能力。      

广东沿海地区大气稳定度的分类方法探讨

利用广东大亚湾沿海1个80 m气象铁塔2003年1月—2004年12月离地面10 m和80 m的逐时风向、风速、温度梯度资料和1.5 m 的相对湿度资料,用温度梯度、Ri数、风速比、温度梯度与风速4种不同判据把大气状态分成强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定6种不同稳定度,分析研究不同大气稳定度分类方法在沿海地区的适用性。研究表明,沿海地区以理查逊数(Ri)法对6类大气稳定度的区分能力最好,温度梯度和风速比法最差。     

一次弱对流天气降雹成灾的雷达回波特征分析

通过对新疆玛河流域一次冰雹天气雷达资料及地面实况资料的分析,研究弱对流云降雹的雷达反射率因子与径向速度场的回波特征,进一步探讨弱对流云降雹与0℃层高度较低及垂直风切变的关系：弱对流天气当日零度层高度值可作为分析弱冰雹云的依据;高低空风速的差异形成的风切变造成的动压力产生垂直加速度,使对流运动得到加强和维持,也是此次降雹的动力机制。分析此次天气,揭示了新疆玛河流域弱对流云降雹天气过程生消的一些重要特征和变化,对雹云的识别和分析具有一定的指导意义。