浙北梅雨季低空急流特征及其与暴雨的关系

应用2004-2011年常规探空资料、浙江北部雨量资料和2011年NCEP/NCAR再分析资料,对梅雨季影响浙北的西南低空急流进行统计,并在此基础上对急流活动与浙北暴雨的关系进行了分析,为浙江北部梅雨期暴雨的预报提供实际参考价值.结果表明:西南风低空急流在700 hPa层上出现次数最多,自上而下减少,其活动有明显的日变化特征,早晨增强,傍晚减弱;在不同类型的低空急流中,以SJ型、DJU型和TJ型居多,而DJL型急流偏少.浙北梅雨季暴雨发生前近90％伴有急流活动,其中DJU型急流较多;夜间暴雨比白天暴雨更依赖于低空急流,夜间暴雨发生前12h即有低空急流建立.2011年6月中旬的暴雨集中期对应着两次西南风低空急流的增强过程,低空急流最大风速出现在600 hPa附近并向低层伸展.     

低空急流与贺兰山东麓暴雨过程的相关性研究北大核心CSCD

利用2006—2021年逐时降水、常规气象探测、银川CA雷达和ERA5高分辨率再分析资料,研究了低空急流与贺兰山东麓暴雨过程的时间和空间的相关性,并初步探讨了低空急流影响暴雨过程发生发展的可能机制。结果表明:影响贺兰山东麓暴雨过程的低空急流有三个关键区,分别为河套南部、宁夏东南部和山西西南部,对应700 hPa南风急流、775 hPa偏南急流和850 hPa东南急流;宁夏东南部作为三支低空急流汇合后继续北上西进的关键区域,对贺兰山东麓暴雨过程的发生发展有着更为重要的影响。依据低空急流核所在高度,将影响贺兰山东麓暴雨过程的低空急流分为七类,其中三层急流型出现频率最高,占总过程的54.5%,其次是700和775 hPa急流同时出现的过程,占36.5%。暴雨过程与低空急流在时间上存在一致性:700、775、850 hPa急流建立较暴雨开始平均提前了18、10、7 h,700、775 hPa急流最大风速较暴雨过程最大雨强平均提前了54、18 min,而850 hPa急流最大风速较暴雨最大雨强平均滞后了12 min;850 hPa的1级急流与775 hPa的2级急流频率分别对20~40、40~60 mm·h~(-1)的短时暴雨频率指示性更强,而河套南部关键区的700 hPa平均风速对暴雨过程的最大雨强量级指示性更强。暴雨过程与低空急流在空间上也存在一致性:随着低空急流建立、加强北抬或西进、减弱东退或南压,贺兰山东麓暴雨开始、增强、减弱;暴雨落区位于急流轴的左前方。低空急流北上西进与贺兰山地形结合,在东坡山前触发多个对流单体、合并加强形成移动缓慢、发展强盛、组织化程度高、列车效应明显的带状线性回波,易在贺兰山区形成局地性强对流暴雨。     

利用风廓线雷达研究郑州机场低空急流特征及其对飞行的影响

利用2016、2017年郑州机场高分辨率边界层风廓线雷达半小时平均观测资料, 对机场上空低空急流时空分布特征进行统计研究, 结果表明:夏末、秋季低空急流出现次数相对较少, 春季、夏初是高发时期, 冬季易出现较强的超低空急流, 只有春季风速从低层到高层呈现先增大后减小、再增大的变化过程, 8月末可能是急流的时空转换期; 夜间和凌晨是高发时段, 白天降低30%~40%, 一般情况下, 00—12时(世界时, 下同)急流较弱, 12时后明显增强向上发展, 19时开始减弱, 持续至21时; 急流中心最大风速一半以上在12~18 m/s, 高度集中在60~180 m和300~900 m, 超低空急流占大部分, 夜间出现最大风速的概率远高于白天; 低空急流发生高度大部分在飞机起飞或着陆的范围内, 使飞机复飞概率增加, 对夜间航班影响更大。      

塔克拉玛干低空急流特征分析

利用2000~2013年ERA-Interim再分析资料对塔克拉玛干地区风速廓线进行分析,发现在多年平均状态下边界层内存在风速极大值中心,表明该地区可能长时间、广泛存在低空急流。为进一步判定、分析可能存在的低空急流及其季节变化特征,本文从最大风速发生高度、逆温以及风切变3个方面考虑,给出了低空急流的具体判定条件。通过客观判定表明,塔克拉玛干地区常年存在偏东方向低空急流,具有较高的发生频率,最大频率出现在8月份达68.4%,最小频率在12月份,为54.5%。急流中心高度和最大风速均存在显著的季节变化:夏季低空急流发展最高,平均高度位于地面以上339.6 m,冬季高度最低,平均高度237.7 m,春、秋季高度相近约为290 m左右;急流最大风速春、夏季最强,平均值高于7.5 m/s,秋季风速减弱为6.3 m/s,冬季达到最小值5.0 m/s。此外,分析还发现急流最大风速先随高度上升而增加,达到地面以上某一高度范围后,又随高度增加而减小。     

一次冷锋大暴雨过程的多普勒雷达观测分析

2003年6月22—23日受冷锋和低空急流影响, 湖北省东部地区出现了一次区域性大暴雨过程。用每6 min一次的武汉多普勒雷达资料, 详细分析了冷锋和低空急流天气系统在多普勒雷达径向速度PPI、速度垂直剖面VCS和速度谱宽产品上的主要特征和演变特点。结果表明:PPI上冷锋对应一条径向速度辐合线, 由于多普勒雷达所测的是径向速度, 辐合线在向雷达站移动过程中出现逐渐“变短”的现象。因在冷锋附近低层的风垂直切变相对较大, 多普勒雷达所测的速度谱宽很大, 这一特征对确定冷锋的位置很有帮助。中尺度低空急流在PPI速度图上表现为有较大径向速度切向梯度的大风核, 且距离雷达站越远这一特征越明显。在上述分析基础上, 还结合地面逐时雨量资料等分析讨论了产生暴雨中尺度对流系统的传播与冷锋和低空急流的关系。     

苏州城区大气边界层低空急流特征分析

利用2012年苏州城区风廓线雷达的观测资料,从低空急流个例分析入手,选取1、4、7、10月四个典型月份,分析该地区边界层低空急流的时空分布及强度变化特征。结果表明:冬春两季低空急流发生频率最高,夏季出现频率最低。在4个典型月份里低空急流均表现出日落后出现频率升高,夜间保持稳定,日出后出现频率降低的特征。全年有80%的低空急流分布在900 m以下高度上,冬、夏季平均高度最低。全年低空急流风速70%以上集中在4~12 m·s~(-1),小于4 m·s~(-1)和大于20 m·s~(-1)的低空急流出现频率较低。     

北极低空急流和低层逆温特征观测分析

利用北冰洋冰表面热量平衡计划1997年10月中旬至1998年10月上旬的探空气球探测结果,分析了北极地区近地层逆温和低空急流特征.结果表明,96％的观测时次(11:15和23:15,协调世界时)出现近地层逆温,其中22％的逆温为贴地逆温,70％的逆温厚度在250～850 m之间,冬半年贴地逆温发生频率、逆温层厚度和逆温层内的温度变化都明显要大于夏半年.全年间低空急流出现频率为41％,平均高度为520 m,最大频率出现在150 m附近,70％的急流出现在600m高度以下.急流平均风速为10.6m·s-1,风速在4～13 m·s-1范围内的急流约占总数的75％,东和东南方向为全年急流的主导风向.根据对急流核和地面风速之间转换角分布的分析,惯性震荡可能是北极低空急流的主要成因.     

基于多普勒测风激光雷达的低空急流观测研究

基于相干多普勒测风激光雷达于2018年8月在山东德州获取的为期一个月的风廓线观测数据,进行了低空急流的判定、识别与统计分析。参考BONNER对低空急流的判定标准,对1 500 m高度以下的每10 min平均风廓线数据进行低空急流识别与统计,急流发生频率仅为3.6%。参考张世丰对低空急流的判定标准,统计了350 m高度以下10 min平均风廓线的低空急流风速、高度、风向及风切变等结构特征。急流发生频率为24.9%,急流速度主要介于6～10 m·s-1之间,急流高度出现3个峰值,分别位于110 m、160 m和220 m左右,急流风向主要为偏东风和偏南风。结果表明,多普勒激光雷达可以获取高时空分辨率的风廓线数据,进而可以有效检测低空急流结构的存在及其特征。     

利用风廓线雷达资料对南京地区低空急流的统计分析

为了解南京地区低空急流的活动特点,对两部风廓线雷达在2005—2008年收集的风廓线数据,分别从低空急流的月变化、日变化、急流中心特征以及伴随的天气情况等几方面开展了统计分析和对比研究。结果表明,低空急流存在明显的月变化及日变化规律,春、夏季出现低空急流次数多于秋、冬季;凌晨和夜间是低空急流活动的活跃期,且午夜出现极大风速的概率最大;低空急流中心主要出现在1 400 m高度以下,且低空急流中心速度的增强有利于降水的发生。夏季低空急流的出现有利于暴雨的发生。边界层风廓线雷达和对流层风廓线雷达的统计结果具有较好的一致性,两部雷达都能够较好地连续监测低空急流的发生发展。      

江苏一次大暴雨高低空急流的数值研究

本文运用我国新一代中尺度数值模式(GRAPES)对2004年6月23—25日长江中下游地区大暴雨过程进行了数值模拟研究,数值模拟和诊断分析结果表明,暴雨的落区和强度与高低空急流的位置及强度密切相关,低空急流位置北(南)移,垂直上升运动中心的位置也随之北(南)移,对应暴雨的落区也随之移动,暴雨中心强度与垂直上升运动的强度变化趋势一致,上升运动中心强,对应暴雨中心的雨量大。因此,改变高低空急流位置及强度,实际上是改变高空辐散和低空辐合区的位置及强度,改变了高低空急流耦合的位置,主要是影响了垂直上升运动的位置和强度,进而影响了暴雨的落区和强度。高低空急流耦合及上升运动加强,是暴雨发生和雨量增幅的一种重要物理机制。     

风廓线雷达探测降水过程的初步研究

为利用风廓线雷达 (WPR) 开展降水研究, 分析了2006年8月25-26日北京延庆WPR探测降水个例。降水前高空出现持续时间长达10h以上的水平风垂直切变; 在信噪比 (SNR) 时间序列资料中出现比较清晰的SNR极值层, SNR极值层所处高度与水平风垂直切变高度相吻合。降水期间及前后, 水平风探测高度明显增高2km以上。随地面降水的临近, 下降速度所处高度逐渐降低, 从高空一直延伸到低空, 持续时间长达10h。资料分析表明:国产WPR可以在降水天气工作, 其探测资料能及时反映大尺度流场的变化。通过WPR提供的功率谱密度、SNR、水平速度、垂直速度等多种资料, 可从多种角度了解降水过程; 特别是WPR可以同时探测垂直气流速度、粒子落速及其高度分布, 进而可以估计降水粒子尺度谱及其高度分布, 便于开展更深层次的降水物理过程研究。     

广东地闪时空特征及与降水关系分析

利用2016-2020年粤港澳闪电定位数据和广东86个国家地面观测站逐小时降水资料,分析了广东地闪频次和地闪强度的时空分布特征,以及地闪与降水量、强降水频次之间的相关关系.结果表明:(1)广东逐月地闪频次与降水变化均呈双峰型分布,峰值在6和8月,两者相关系数达到0.95.日变化中,地闪频次高值集中在12:00-20:0...     

基于TRMM资料的高原涡与西南涡引发强降水的对比研究

利用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星探测结果结合NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析资料, 对2007年7月17日四川、重庆地区的一次西南涡强降水系统和2008年7月21日四川东部的东移高原涡强降水系统的三维结构特征、雨顶高度以及降水廓线特征进行对比分析研究。结果表明:(1)两次降水过程均是发生在西南—东北向的水汽辐合带中, 且降水云群均位于低涡的东南方。(2)两次强降水在水平结构上均表现为由一个主降水雨带和多个零散降水云团组成, 高原涡强降水过程比西南涡强降水的降水强度和范围都要大。降水雷达探测到的两个中尺度降水系统均以降水范围大、强度弱的层云降水为主, 但对流性降水对总降水量的贡献较大, 其中西南涡降水中对流降水所占比例比高原涡的大, 对总降水率的贡献也大。(3)垂直结构上:两次强降水的雨顶高度均是随地表雨强的增加而增加, 且最大雨顶高度接近16 km, 但西南涡强降水中的雨顶高度比高原涡更高, 说明西南涡降水过程中对流旺盛程度强于高原涡。(4)两次强降水中雨滴碰并增长过程以及凝结潜热的释放主要集中在8 km以下, 但8 km以上西南涡降水变化大于高原涡, 且前者在8~12 km高度层的降水量对总降水量贡献百分比大于后者。     

结合风廓线雷达的毫米波衰减特性初步研究

使用中国气象局大气探测综合试验基地35 GHz毫米波云雷达和L波段风廓线雷达2016年5月1日-7月31日在降水条件下的观测数据,根据不同观测模式下两部雷达得到的数据,计算在一定高度区间内不同下落速度的降水粒子反射率因子变化量,初步分析不同下落速度的降水粒子对毫米波衰减的影响。结果表明:在持续时间较长的层状云降水且降水粒子在雷达观测范围内均匀分布条件下,毫米波衰减与降水粒子下落速度呈近似线性关系,且毫米波经过的路径长度越长,衰减越大;毫米波在经过1110~2430 m,1110~3510 m的高度区间时,下落速度处于3.5~7.5 m·s-1之间的降水粒子对毫米波的衰减作用导致毫米波云雷达所测的等效反射率因子分别减小约1~7 dB和2~11 dB。     

一次降雨过程风廓线雷达回波特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据与自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450—950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气监测提供参考。     

一次降雨过程风廓线雷达特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据和自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究了降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450-950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气的监测。     

基于径向功率谱的风廓线雷达错误风数据处理

选取上海市世博园区站、金山站和嘉定F1赛车场站3个风廓线雷达站2012年3月7日凌晨一次降水过程生成的错误水平风场数据,通过对比该时段高、低模式扫描实时径向功率谱数据,指出在降水初期风廓线雷达软件质量控制出现错误的原因,并重新识别错误时段的功率谱,反演水平风场数据。分析表明:在降水初期由于风廓线雷达各波束探测的数据在空间上不一致,易导致雷达软件采用的质量控制算法并不能全部识别和消除降水对数据的干扰,从而出现偏差。基于风廓线雷达高时空分辨率径向功率谱数据的分析处理方法可有效验证雷达软件质量控制算法,且经过该方法反演后的水平风场更为合理。     

不同天气条件下脉冲激光风廓线仪测风性能

将2012年5月21日-8月16日广东省湛江市东海岛气象观测站内脉冲激光风廓线仪WINDCUBE V2与气象站内的100 m测风塔进行同步观测试验,在经过观测数据同步性调整、有效性检验和代表性样本筛选基础上,分大小风和有无降雨天气过程,对杯式测风仪、超声风速仪与激光风廓线仪的同步测风数据进行比较,结果显示:脉冲激光风廓线仪与杯式测风仪测量水平风参数的相关性较好,10 min平均风速、风向的线性拟合度均大于0.99,3 s阵风风速的拟合度大于0.96,湍流强度的拟合度大于0.67,风速标准差的拟合度大于0.79;大风情况下,激光风廓线仪对风参数的测量效果更佳。无降雨情况下,激光风廓线仪的测量效果较降雨时略好,10 min降水量小于15 mm的降雨对这款激光风廓线仪的风速、风向、湍流强度、3 s阵风风速的测量没有显著影响,对风速标准差有一定影响。当水平风速增大和有降雨时,激光风廓线仪对垂直速度的测量效果欠佳。该对比分析可为激光风廓线仪观测数据的可靠性提供参考。     

Analysis of the Microphysical Properties of a Stratiform Rain Event Using an L-Band Profiler Radar

This paper investigates spatial and temporal distributions of the microphysical properties of precipitating stratiform clouds based on Doppler spectra of rain particles observed by an L-band profiler radar.The retrieval of raindrop size distributions（RSDs） is accomplished through eliminating vertical air motion and isolating the terminal fall velocity of raindrops in the observed Doppler velocity spectrum.The microphysical properties of raindrops in a broad stratiform region with weak convective cells are studied using data collected from a 1320-MHz wind profiler radar in Huayin,Shaanxi Province on 14 May 2009.RSDs and gamma function parameters are retrieved at altitudes between 700 and 3000 m above the surface,below a melting layer.It is found that the altitude of the maximum number of raindrops was closely related to the surface rain rate.The maximum number of large drops was observed at lower altitudes earlier in the precipitation event but at higher altitudes in later periods,suggesting decreases in the numbers of large and medium size raindrops.These decreases may have been caused by the breakup of larger drops and evaporation of smaller drops as they fell.The number of medium size drops decreased with increasing altitude.The relationship between reflectivity and liquid water content during this precipitation event was Z = 1.69×10~4M~（1.5）,and the relationship between reflectivity and rain intensity was Z = 256I~（1.4）.     

不同天气条件下沈阳城市热岛特征

利用1992—2008年沈阳站和新城子站逐日4个时次的平均气温、平均风速、降水量、云量和能见度资料,对不同天气条件下沈阳的城市热岛效应进行研究。结果表明：除雾和浓雾天气条件下,沈阳城市热岛强度在08时最弱外,其他天气条件下均表现为20时最强,14时最弱;不同天气条件下,夜间城市热岛强度均高于白天;晴朗无风条件下昼夜城市热岛强度差最大,为0.73℃。四季相比,除雾条件下秋季城市热岛强度最强外,其他天气条件下均为冬季最强;除大雨条件下春季城市热岛强度最弱外,其他条件下均为夏季最弱。沈阳城市热岛强度随降水量的增加而减弱,随能见度的降低而减弱,随着风速的增加而减弱。白天和夜间两个时次的差值表现为,1～3级风夜间变化幅度大于白天,0级和4～5级风速有相反规律,其他天气条件下无明显规律。