C波段双偏振雷达在正安碧峰极端短时强降水中的初步应用

2020年6月12日凌晨,贵州遵义出现一次局地特大暴雨过程。局地强降水出现在正安碧峰镇,24 h过程雨量266.4 mm,2 h累计雨量达225.8 mm,最大小时雨强达163.3 mm·h^-1 ,其中03时10—40分30 min雨量达到115.3 mm。利用常规高空和地面观测资料、地面加密观测资料、NCEP再分析资料、新一代C波段双偏振多普勒天气雷达资料等,结合特殊地形因素,初探碧峰极端短时强降水的形成原因。结果表明：①此次过程是在西太平洋副热带高压西进北抬,同时巴尔喀什湖—贝加尔湖横槽东移南下,西北地区—四川盆地低槽活跃的背景下产生的,强降雨主要出现在低层低涡切变附近及切变右前侧南风辐合区内,属暖区性质暴雨,偏南气流明显风速辐合和地面辐合线是正安碧峰特大暴雨的重要影响因子,深厚暖云层高效率降水增加了降水的极端性。②正安附近低层水汽辐合明显,高层处于南亚高压中心控制的强辐散区,高层辐散抽吸对强降水维持和加强有利;③雷达回波显示,回波呈后向传播,“列车效应”特征明显,且回波强度强、顶高高,垂直累积液态水含量极高,各种参数均能说明强降水时段水汽充沛、对流旺盛。双偏振雷达参数表明,可能存在大雨滴或一些融化的小冰粒,差分反射率和差分传播相移率同时较大,表明大雨滴数量多,大量大雨滴易产生强降水,暖云层厚,“低质心”高效率降水,因此总体降雨强度很强。④碧峰处在“喇叭口”地形内,东南气流进入“喇叭口”使降水更大、雨强更强。     

弱天气尺度背景下太行山极端短时强降水预报失败案例剖析

2015年7月31日夜间,太行山区出现极端短时强降水天气,石家庄和邢台的西部山区有5个雨量站雨量超过100mm,其中石家庄市赞皇县院头镇和邢台市临城县南中皋村最大雨强都超过50mm·h~(-1),3h雨量超过100mm,属极端短时强降水。数值预报、上级指导预报以及各级台站预报对暴雨均为漏报。本文利用常规高空地面观测资料、加密自动站观测资料、石家庄新一代天气雷达资料以及数值预报检验,反思该极端短时强降水预报思路和预报失败原因。此次极端短时强降水是发生在青藏高压东北侧高空西北气流的弱天气尺度背景下,预报的关键在于把握太行山东侧边界层偏东风与地形的作用、青藏高压加强使中层西北气流加强使垂直风切变加大、低层切变线东移影响、西南暖湿气流增强使水汽输送增加、中空干层与加厚的低空湿层叠加使对流不稳定性加强的特征。预报失误的主要原因是没有分析最大不稳定能量(订正CAPE值)导致对山西不稳定条件的低估,致使对山西雷暴在夜间的再次发展估计不足,同时预报员没能有效地使用非常规资料用于实时检验和订正数值预报结果,导致没能预见到雷暴下山增强的可能。目前对弱天气背景下强降水产生条件缺乏有效的概念模型,数值模式可预报性较差,未来需要提高预报员对观测资料的全面分析能力和对数值预报产品的释用能力,通过大量个例的研究发展有效的预报(概念)模型。     

双偏振相控阵雷达与业务雷达的定量对比及观测精度研究

相控阵天气雷达突破了全机械驱动天线天气雷达的时空分辨率瓶颈,能够提供更加快速、精细的观测资料.但阵列天线存在性能参数随扫描角偏离法向而恶化的情况,使相控阵雷达定量测量存在困难.本文针对中国华南地区最新布网的双偏振相控阵天气雷达,通过与当地S波段业务雷达在相同区域内的定量对比,评估了反射率因子差分反射率因子的误差量级及其...     

重庆一次弱天气系统强迫下的极端短时强降水事件分析

利用常规观测、多普勒雷达、FY-2F卫星、加密自动站等数据和ERA-Interim0.125°× 0.125。再分析资料,对2019年4月19日重庆极端短时强降水事件的环境条件和发展机制进行了分析。结果表明:在天气尺度垂直运动较弱的背景下,此事件由准静止的β中尺度对流系统(MβCS)形成。对流发展前本地水汽充足,"上干下湿"的层结不稳定特征显著。对流发生发展于云贵高原向四川盆地过渡的綦江河谷附近,河谷三面环山,地势由西南向东北倾斜。γ中尺度对流从河谷南侧下山增强,导致河谷内的局地强降水和冷池。冷池与河谷东坡上暖湿气团间的强中尺度水平温度梯度,有利于近地面西南风加速向东侧山体辐合,促使已移至河谷内的γ中尺度对流向东坡移动并加强为一个孤立的MβCS。受冷池的持续增强、东侧地形的阻挡、两个γ中尺度对流的并入和弱环境气流引导的共同影响,MβCS得以较长时间维持并影响同一局地区域,导致綦江、万盛局地发生极端短时强降水。     

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

宜昌一次致灾极端短时强降水成因分析

利用常规气象观测资料、地面加密自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星及风廓线雷达和多普勒雷达资料,对2016年7月7日夜间湖北宜昌地区一次致灾极端短时强降水过程,从大尺度环流背景、中尺度特征以及地形等方面进行分析。结果表明:这次局地强降水产生于副热带高压边缘的西南暖湿气流中,表现出中低层中尺度动力抬升强、降水效率高、地形作用明显等特点。峡谷入口处地面中尺度涡旋与强垂直风切变相互作用造成强上升运动为强降水提供了充足的动力条件,较弱的引导气流和山体阻挡作用使得局地降水维持时间长,共同造成了此次极端短时强降水的发生。回波的低质心结构提高了降水效率,降水过程中单体的后向传播也使局地累计雨量增大。     

两次极端强降水风暴双偏振参量特征对比分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达(CINRAD/SA-D)探测资料,并结合区域自动气象站以及常规观测资料,对2020年8月5日和6日山东两次极端强降水风暴环境条件进行对比分析,并重点分析莘县王庄集和兖州大安风暴的双偏振参量特征。结果表明：两次极端强降水天气均具有较高的K指数和较大的对流有效位能(Convective Available Potential Energy,CAPE),湿层厚,垂直风切变中等偏弱,但6日强降水低层垂直风切变和相对风暴螺旋度明显偏强。风暴气流结构有明显差异：王庄集和大安风暴分别表现为倾斜上升和气旋性旋转气流结构,前者风暴顶辐散强而后者较弱,从而导致前者风暴顶高度及差分相移率(K_DP)柱高度较高。不同高度微物理结构有差异：-10℃层高度之上,两者以固态粒子为主,而王庄集风暴含有更加深厚、丰富的霰粒子,-20～-10℃层还有一定浓度较小的液态粒子;-10℃层高度以下,两者以浓度较高的液态粒子为主,而王庄集风暴含有一定数量的冰相粒子。风暴低层测站周围差分反射率(Z_DR)、K_DP和相关系数(Corre...     

云南省副热带高压外围类短时强降水的雷达回波特征

统计分析了2014-2016年5-10月国家站共出现的219站次有效短时强降水及云南省7部多普勒天气雷达资料,将云南省副热带高压(以下简称副高)外围的短时强降水进一步细分为两高(青藏高压和西太平洋副高)辐合类、单纯副高外围类及副高西侧配合西风槽类.初步得出以下结论:8月为云南省副高外围类短时强降水的高发期且降水时段集中...     

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。     

Kinematic structure of a heavy rain event from dual-Doppler radar observations

The detailed kinematic structure of a heavy rain event that occurred in the middle reaches oi the Yangtze River was investigated using dual-Doppler radar observation. A variational analysis method was developed to obtain the three-dimensional wind fields. Before the analysis, a data preprocessing procedure was carried out, in which the temporal variation with the scanning time interval and the effect of the earth curvature on the data position were taken into account. The analysis shows that a shear line in the lower and middle levels played an important role in the rainfall event. The precipitation fell mainly on the south end of the shear line where southerly flow prevailed and convergence and updraft were obvious. With the movement and decay of the shear line, the precipitation moved and decayed correspondingly.     

江西一次冰雹过程的S波段双偏振雷达回波特征分析

2020年3月21—23日江西省出现一次冰雹伴随短时强降水过程,3月21日夜间出现的冰雹天气是在西南气流暖湿强迫背景下产生的,22日中午前后的降雹属于显著冷暖平流导致的斜压锋生类强对流天气。利用常规气象观测资料以及南昌双偏振雷达资料,重点对此次过程强对流云系中水凝物相态演变进行了分析。结果表明：冰雹特征（反射率因子<Z_H>60 dBz,差分反射率Z_DR<0 dB）首先出现在0℃层高度区域,后向上向下发展,由于22日当天干球、湿球0℃层高度均在3.8 km左右,融化层厚度小、高度低,且地面温度>20℃,冰雹在下降过程中Z_DR和差分相位率K_DP由负值逐渐转为正值,零阶滞后相关系数C_C逐渐加大至0.9以上,但某些时刻仍具有大冰雹特征（Z_DR<0,C_C<0.9）,表明冰雹在下落过程中出现融化形成外包水膜的小冰雹或大雨滴,但仍有部分大冰雹落地。三体散射现象持续时间长,对应Z_DR具有较大坡度,显示其正值到负值突变,C_C呈现非气象回波特征。冰雹粒子特征主要为Z_H>60 dBz、Z_DR<0dB、C_C<0及K_DP趋近于零,当存在大冰雹时Z_DR<0、C_C<0.9;对比短时强降水时发现Z_DR≥1 dB、K_DP≥1°·km^-1并呈现出随Z_H增大而增大的特征,C_C主要在0.95～1之间,表明强降水主要由大雨滴造成,因此通过双偏振特征变化可判断冰雹向强降水过程的转换。     

一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析

为分析强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力和云物理结构,利用厦门海沧双偏振雷达数据及常规观测资料,采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等技术,对2018年5月7日发生在闽南地区的一次导致特大暴雨的强降水超级单体风暴进行了分析,研究表明:(1)相关系数小值区出现在有界弱回波区和钩状回波之前,可指示低层上升气流的位置。(2)在前侧下沉气流南侧的反射率因子梯度大值区附近,存在一个浅薄的差分反射率因子大值区(差分反射率因子弧),其形态与超级单体的发展程度有关。在本次过程中差分反射率因子弧先于钩状回波和中气旋出现,对超级单体的发展具有较好的指示性。(3)在中层的融化层上,差分反射率因子大值区和相关系数小值区呈环形围绕在上升气流周围。差分反射率因子环和相关系数环对确定中层上升气流的位置具有指示意义。(4)差分反射率因子柱位于有界弱回波区的上方,并位于主上升气流附近,在仅有单部雷达进行观测时,差分反射率因子柱可用于识别主上升气流的位置。(5)差分相位常数柱主要由大量混合相态水凝物造成,其位置与地面雨强中心存在较好的对应关系。     

江淮地区一次冰雹过程的双线偏振雷达观测分析

为了进一步认识冰雹和三体散射的双线偏振雷达观测特征,提高业务预警能力和奠定基于双线偏振雷达的地面降雹识别基础,利用南京双线偏振雷达观测资料,统计分析了2019年3月20日冰雹过程发展、成熟和降雹阶段的观测特征及微物理过程。结果表明:(1)雹暴在成熟阶段具有高悬的强回波中心和较高的顶高,强回波中心差分反射率Z_DR<-0.5 dB,相关系数(ρ_hv)约为0.9,由于冰雹后向散射相位的影响,该区域比差分相位(KDP)呈现负值,指示了该区域有冰雹存在,并被相态分类算法(HCA)正确识别;(2)降雹阶段,高层反射率因子减小,强回波中心下降到地面附近,融化层以下ρ_hv增大,指示高层下落的冰相粒子整体尺寸减小;HCA识别到冰雹开始减少时,地面观测到冰雹;(3)三体散射的反射率因子(Z_H)、ρ_hv和反射率因子标准差(SD(Z_H))概率密度分布与北美三体散射比较接近;Z_DR分布更偏向于负值区域,差分相位标准差(SD(φDP))分布范围大约是北美结...     

华南暖区暴雨研究进展

2016年4月22日06时中央气象台对中国南方地区发布24 h大暴雨、暴雨预报,但实况却以小雨天气为主。本文利用常规探空和地面观测站资料、ERA-Interim再分析资料和ECMWF预报资料,对这次个例空报的原因进行了探讨,同时用同一地区另一出现了暴雨的个例作对比分析。结果表明:高空低槽东移加深,槽前西南急流发展是我国南方暴雨常见的一种天气形势,但22日08时—23日08时西南急流中低层存在辐散,且比湿值小、湿度层浅薄,没有上下一致的上升运动,水汽通量辐合高度偏低,动力和水汽条件均不利于出现较强降水;21日20时—22日08时华南地区出现一次短历时强对流天气后,K指数、对流有效位能(CAPE)和Si指数持续偏低,假相当位温(θ_se)等值线密集区(锋区)偏北,不稳定能量弱,能量条件不利于继续出现较强降水。数值模式对这次过程存在较大预报误差,但700 hPa以上较低相对湿度不利于出现大暴雨天气,一定程度上能对降水落区进行订正。分析对照个例表明,如果中低层存在弱辐散场,但水汽条件较好,也能出现较强降水;因此,从华南槽前类暖区暴雨环境场看,中低层较高比湿(高于平均值2~3 g·kg^-1)、较好的边界层触发条件、较深厚的上升气流与更强对流不稳定都可能是我国南方春季暖区暴雨重要的预报思路。

     

一次副热带高压控制龙卷雷达回波特征分析

利用江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品、常规天气、自动站和探空等资料,采用雷达气象学、天气学和中尺度分析等方法,对2020年8月21日江西省九江市都昌县出现的一次龙卷过程进行分析,结果表明：(1)龙卷发生在江西副热带高压(简称“副高”)控制下,地面温度锋区和湿度锋区为对流发生提供动力、热力和湿度梯度条件。(1)龙卷发生前,回波合并排列成短带;龙卷发生时,短带回波南端转为向南延伸发展,强回波边缘陡直,呈狭窄短带形态;60 dBZ强回波中心位于狭窄短带回波后部,都昌县龙卷产生在强回波之中。(3)龙卷回波速度场正负速度对明显,辐合较强,正负速度差值可达20 m·s^-1;低仰角正速度区面积较大,高仰角正速度面积减小。(4)反射率因子垂直剖面RCS(Reflectivity Cross Section)图上,强回波顶高在7 km以下;径向速度垂直剖面VCS(Velocity Cross Section)图上,具有速度辐合结构,达到弱切变标准。     

副高异常偏西背景下西北一次漏报的雷暴大风中尺度分析*

摘要：利用西安多普勒天气雷达、L波段风廓线雷达和加密自动站探测资料,结合天气实况,对2018年7月26日发生在陕西一次副热带高压影响下的的强风暴过程进行了中尺度分析。结果表明：（1）本次强风暴伴随的阵风锋共维持了4h,其中有3h出现7级以上的大风,且最大风力10级。（2）在副热带高压影响下,陕西处于高温、高湿气团中,大气层结极不稳定。（3）此次强风暴在高的对流有效位能环境下（CAPE）下,抬升触发的关键因子是关中地区中尺度辐合线,当初生的对流云团下山后,中尺度辐合线触发的对流风暴形成小范围冷池出流与环境风场形成新的辐合线,加强对流风暴发展。（4）当阵风锋移动过程中遇到前方的对流云团时,将低层暖湿空气抬升,并随着上升气流输送到主体对流风暴中,迅速补充了主体风暴的能量,使得主体风暴再次强烈发展,延长了阵风锋的生命史。     

基于X波段双线偏振天气雷达的雷暴云粒子识别

为了进一步认识雷暴云中影响起电的主要水成物类型,联合714XDP 天气雷达观测到的偏振参量（Z H 、Z DR 、K DP 和ρHV ）,在利用模糊逻辑方法的基础上引入温度（T）,对中国西北地区夏季雷暴云中的水成物类型进行识别,将水成物分为11种。参考 S 和 C 波段及少量的 X 波段偏振雷达的粒子识别研究,得到11种粒子对应的各偏振参量阈值。分析了2007年7月24日的一次观测过程几个时刻的偏振参量、地面电场、放电频数及识别结果,并与利用三维雷暴云动力电耦合数值模式模拟出来的粒子分布结果做了对比。结果表明,选取的偏振参量阈值基本合理,采用的模糊逻辑方法能有效、合理地识别出雷暴云内水成物的相态和分布,而且利用 K DP 可以大致判断云内电荷区。     

多部多普勒天气雷达资料同化对暴雨个例模拟的影响分析

利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其资料同化系统3DVAR,将国内多普勒天气雷达(CINRAD)反射率因子及径向风资料直接用于中尺度数值模拟;对安徽梅雨期一次暴雨过程进行模拟试验,经过质量控制后,分析同时同化安徽省内六部多普勒天气雷达观测资料对模拟结果的影响。结果表明:(1)经过质量控制后,同化雷达径向风和反射率因子对初始场的风场和湿度场均有较为明显的改善,说明用该雷达资料质量控制方案同化雷达资料是可行的;(2)同化多部雷达径向速度资料能使风场气旋性增强,同化反射率资料能调整初始水汽场,使对流层中下层水汽含量增加;(3)同化多部雷达径向风和反射率因子资料,能提前模拟出强降水回波结构,且其中尺度特征更清晰,降水落区和强度预报更接近实况,同化雷达资料对降水预报能持续影响到12 h,并提高了12 h降水预报准确率。