宜丰短时强降水雷达回波特征分析

使用江西自动站数据、MICAPS天气图资料、雷达拼图CR产品和单部雷达基数据等资料,采用统计分析、形态对比、特征提取等方法,对2017—2019年宜丰4次暴雨和大暴雨过程中的短时强降水天气的演变与回波特征进行分析,结果表明:(1)宜丰暴雨或大暴雨过程都出现了≥30 mm·h^-1的短时强降水。(2)200 hPa赣北处辐散分流区中,500 hPa 588 dagpm线稳定维持在江西南部,赣北处于850 hPa西南急流的左侧及前端,形成上干下暖湿的不稳定层结;地面辐合线是短时强降水的主要触发系统。(3)在短时强降水期间,雷暴回波群中超级单体回波强度为60~65 dBZ,短带回波强度为50~55 dBZ,复合体回波强度为55~60 dBZ,絮状回波带回波强度为40~45 d BZ。(4)在单部雷达回波产品上,雷暴回波群、回波短带、复合单体回波和絮带状回波,组合反射率CR为40~65 d BZ,回波顶高ET为8~15 km,垂直液态水含量VIL为10~60 kg/m²,50 dBZ强回波顶高为5~12 km。     

福建省古田试验区云系回波特征与人工增雨作业条件分析

利用2008—2012年4—6月古田试验区的新一代天气雷达、探空及地面雨量观测等资料,结合天气形势分析,研究古田试验区云系的回波特征与人工增雨作业条件,结果表明:影响古田试验区的主要天气系统分别为低涡切变、暖区辐合、高空槽和大陆高压。降水云系以积层混合云为主,其次为积状云。天气系统所对应的云系回波类型及降水情况有明显差异,积层混合云的结构有利降水;积层混合云大于25 d Bz的回波面积明显比积状云大,且平均回波顶高和最大回波顶高均比积状云低;积状云的垂直积分液态水含量明显比积层混合云大;积状云和积层混合云的负温层厚度超2 km;积层混合云的最大回波强度、大于25 d Bz的回波面积和负温层厚度与区域平均日雨量有着明显的对应关系。古田试验区积层混合云的作业指标为回波强度大于25 d Bz,大于25d Bz的回波面积S25 d Bz要大于400 km~2,回波顶高大于5.5 km,负温层厚度大于1.5km,垂直积分液态水含量大于1 kg/m~2。     

基于多元线性回归的滇西南短时强降水预报模型研究

利用云南省普洱市2015—2017年多普勒天气雷达资料、探空资料和气象观测站5 min雨量观测资料,分析了普洱地区研究期间41次短时强降水的环境场和雷达回波演变特征。结果表明:中尺度辐合线、中气旋、逆风区是强降水触发和维持的重要成因。短时强降水发生前,整层大气水汽充沛,静力不稳定层结,大气可降水量(PW)≥35 mm、SI≤-0. 23、K> 35,可作为环境场对流潜势的判定因子;短时强降水发生时,雷达回波最强反射率因子≥40 d Bz,35 d Bz回波顶高> 5 km,径向速度的辐合切变量> 5 m·s^-1。通过多元线性回归分析,选取4个相关性显著的影响因子,建立普洱市短时强降水预报模型。所选预报因子包括:35 d Bz回波顶高、30 d Bz垂直剖面中心高度、30 d Bz以上雷达回波面积和SI。预报模型的回报检验表明,普洱短时强降水平均雨强相对均方根误差为17. 0%,局地降水持续时间相对均方根误差为33. 9%,局地过程降水相对均方根误差为25. 6%,回报效果较好。4次短时强降水预报检验中,平均雨强的预报误差每5 min小于1. 2 mm,局地强降水持续时间的预报误差小于10 min,局地过程降水的预报误差小于4 mm,模型均预报出局地连续性降水超过50 mm。预报模型有较好的预报能力,可应用于普洱短时强降水的临近预报预警。     

基于SWAN产品的短时强降水雷达特征及预警分析

利用SWAN产品和自动站雨量资料,详细对比分析了2010~2012年区域性暴雨中的短时强降水雷达特征,结果表明:(1)短时强降水具有反射率因子大,液态水含量高、回波顶高,强回波厚度大等特征,在每隔6min的SWAN拼图产品中,短时强降水通常满足:3km高度处CAPPI回波≥30dBZ,组合反射率CR中心强度≥40dBZ,VIL>5kg/m2,45dBZ以上的回波中心厚度(H)≥3km,这些参数的变化可以作为短时强降水的预警临近指标。(2)现有SWAN产品中的QPE/QPF产品对未来逐小时的雨量和落区具有一定的预报能力,但QPE产品估测1h累计降水量更接近于实况雨量,在监测到有上述强回波发展时,可通过分析QPE产品和回波特征及预警指标对短时强降水过程进行预报。      

基于雷达资料的雷电特征分析及预警

利用2009年6-8月南京Doppler雷达资料和江苏闪电定位资料,通过对雷电活动过程与雷达回波强度、回波顶高及垂直累积液态水含量的特征关系的分析,得出适合于江苏地区夏季（6-8月）雷暴预警的因子：40dBz回波强度发展到7 km高度及以上,垂直液态水含量（VIL）值达到25 kg/m2,风场在雷电发生前多表现为强烈的...     

2013-2018年天山北坡短时强降水中小尺度特征

利用常规观测、自动站逐时雨量、新一代多普勒天气雷达和ERA-interim再分析等资料， 对2013-2018年6-8月天山北坡73次短时强降水过程的中尺度影响系统、对流风暴特征进行分析研究。结果表明：天山北坡短时强降水过程主要中尺度系统为低空急流、低空切变线或辐合线及地面中尺度高压前的辐合线；雷达回波形态分为合并加强型（占33.9%）、列车效应型（占39.0%）及孤立对流型（占27.1%）3类，其垂直剖面有“低质心”和“高质心”2种结构，且前者占多数；径向速度图上有81%的过程有逆风区。以集合箱线图25%百分位作为最低阈值，天山北坡短时强降水阈值为最大反射率因子强度≥46.5 dBZ、强回波中心（40 dBZ）顶高≥4.0 km、回波顶高ET≥8.6 km及垂直累积液态水含量VIL≥7.0 kg?m-2，并以典型个例进行分析。     

雷达资料在黔东北雷电预警中的应用研究

利用贵州省铜仁市新一代多普勒天气雷达资料和贵州省气象局闪电定位仪资料,对黔东北2013-2015年5-8月对流性降雨过程中的雷电活动与雷达回波单体之间的相关性进行统计分析,提取出反映雷电活动的雷达产品特征量,得出该区域雷电预警阈值。结果表明:35.0 d Bz回波顶高(ET)突破-10℃层高度和25.0 d Bz回波顶高突破-20℃层高度这两个指标预警效果较好,成功预警率POD为0.99和0.96,预警提前时间Tw分别为23和17 min;回波顶高大于9.0 km预警雷电发生,预警提前时间为11 min;垂直液态水含量可以作为雷电预警的必要条件,其值介于5.0~15.0 kg·m-3。     

2011-06-11豫北强对流天气过程分析

利用常规观测资料、加密地面资料、卫星云图和多普勒雷达回波等资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年6月11日午后发生在豫北地区的强对流天气进行分析发现:高空冷平流和24 h显著降温区叠加在低层暖区之上,形成上干冷下暖湿的位势不稳定层结,为强对流的产生提供了层结条件;地面暖低压发展和辐合中心、辐合线是这次强对流天气的触发机制;0-6 km较大的垂直风切变有利于强对流天气的发展和维持。卫星云图和雷达产品显示:对流云团的发展和移动与地面切变线、雷达回波一致,并可预测强天气落区。当回波中心强度≥50 d Bz、回波顶高≥12 km、垂直累积液态含水量≥45 kg/m2时,极易造成短时强降水和冰雹天气。三体散射特征和中气旋的出现对确定发布冰雹预警有指示意义,17:50第一次观测到三体散射特征发布冰雹预警,时效在20~90 min。垂直液态含水量在强降水发生前20 min开始剧增,为判别短时强降水等强对流天气提供有效依据。     

武汉地区雷电预警阈值研究

利用湖北新一代多普勒雷达、闪电定位仪、电场仪等探测设备获取的大气探测资料,采取概率统计方法,就武汉市2012年1月至2014年7月184次雷暴过程中的1067次闪电和预警指标的相关性进行统计分析,初步确定武汉地区雷电预警指标阈值。结果表明：雷电发生与大气电场强度、雷达回波反射率因子、回波顶高、垂直累积液态水含量等指标关系密切;大气电场强度阈值为2 kV/m左右;-10 ℃高度上回波强度大于等于40 dBz且回波顶高为6 km左右、垂直累积液态水含量大于等于10 kg/m2可以作为武汉地区雷电预警阈值,且不同的月份阈值有所变化。     

一次强雷电天气特征分析

研究旨在探讨雷电发生前各探测资料的变化特征,以期为雷电的预报提供指标。利用湖北闪电定位资料、多普勒天气雷达以及气象卫星的观测资料,从环流背景、系统形成机理、雷达反射率、回波顶高、垂直液态水含量和云图特征等方面,对湖北2014年8月30—31日的一次强雷雨天气过程进行分析。分析表明,在中尺度对流云团的影响下产生雷雨天气,雷雨天气过程发生时间及区域与雷达回波强反射率、高云顶高度区域的位置相吻合。当区域回波强度大部分达到40 dBz,最大达到45 dBz,回波顶高大部分在9 km以上,最大达到17 km,K指数≥36和垂直液态水含量大部分在6 kg/m^2以上,最大达到20 kg/m^2时,对强对流天气的雷电预报有明确的指示作用。     

甘南高原“4.15”冰雹天气的多普勒雷达特征分析

利用甘南多普勒雷达资料分析了2014年4月15日甘肃省合作市强对流天气过程,结果表明:此次冰雹天气的雹云特征与甘肃中东部地区存在一定的差异,虽然出现了弱回波区、回波悬垂、50 d Bz以上强回波伸展到-20℃以上等甘肃中东部地区大冰雹的降雹特征,但没有出现大冰雹。垂直液态水含量突增时,可以预示降雹开始,但此次冰雹天气过程开始时,垂直液态水含量仅为5 kg/m~2,远远小于东部地区;随着对流云增强,垂直液态水含量达到15 kg/m~2。强对流附近出现的低空大风速区不一定是低空急流,也可能是对流云的出流。     

2012年江西宜春四类短时强降水特征分析

用宜春气象站常规气象资料,雷达回波和风廓线雷达等资料,采用数理统计、样本对比和特征分析等方法,对2012年3—9月宜春单站短时强降水天气进行分析和研究。结果表明:(1)≥10 mm·10min-1的超短时强降水是构成≥30 mm·h-1和≥50 mm·(2h)-1短时强降水的重要组成部分。(2)宜春短时强降水主要有带状回波、块状回波、絮状回波和短带回波4种类型,是由平均50 d Bz的强回波单体所致。(3)短时强降水回波系统过境时,平均回波宽度43 km,气象要素表现为:出现超短时强降水、温度下降、湿度饱和、气压上升、前导风迅速加大、Cb云急增。(4)短时强降水发生时,宜春风廓线雷达最大探测高度由3 000 m逐步增高到6 000 m,风速加大;850 h Pa西南急流≥12 m·s-1。(5)降水期间由于强降水粒子拖曳作用,风廓线雷达垂直波束上径向速度出现朝向雷达方向的正速度,垂直风速明显加大,噪声系数在40~60 d B之间。     

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。     

冷涡背景下呼和浩特市冰雹特征分析

利用呼和浩特多普勒天气雷达、卫星云图及NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料,对2015年7月29日呼和浩特市的一次冷涡后部环境条件下发生的冰雹天气过程进行分析,结果表明:在冷涡后部,高层冷平流和低层暖平流有利于对流不稳定度加大,较大的对流有效位能(CAPE)和假相当位温(θse)高能区反映了不稳定能量在冰雹区积聚;中低层水汽输送、0~6 km风场强烈顺时针旋转和中等强度的垂直风切变,为冰雹发生提供可能;地面辐合线、冷空气侵入及干线是冰雹的主要触发条件,冰雹主要发生在低层高能区和干线附近靠近湿区一侧。组合反射率因子图上呈现"钩状回波"和"弓形回波",最强反射率因子大于等于60 d Bz,反射率垂直剖面图上可识别低层弱回波区和中高层回波悬垂,回波顶高14~15km,大于等于45 d Bz的回波达到8 km,扩展到-20℃高度层;径向速度图上具有气旋式旋转辐合和"逆风区";垂直累积液态水含量VIL达到64 kg·m~(-2),且降雹前有明显的跃增现象。     

准噶尔盆地南缘一次强对流风暴雷达回波演变特征

利用Doppler雷达产品,结合常规观测资料对2008年7月25日中国准噶尔盆地南缘冰雹、强降水的雷达回波结构演变特征进行分析。结果表明：此次冰雹、强降水天气过程发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限的对流不稳定层结中,近低层至地面有中尺度辐合切变线。强风暴的演变可归为＂逗点—‘人’字形—螺旋形＂3个回波阶段,相应径向速度图上出现＂逆风区＂、中气旋和辐合区。冰雹的雷达回波强度中心值超过65 dBz6,0 dBz回波顶高为5.5 km,65 dBz回波顶高为3.0 km。垂直累积液态含水量由10 kg·m^-2增至70 kg·m^-2。强降水的雷达回波强度中心值达60 dBz,55 dBz回波顶高为3.7 km6,0 dBz回波顶高为2.2 km。垂直累积液态含水量由15 kg·m^-2增加至55kg·m^-2。Doppler雷达产品对冰雹、强降水天气监测预警具有指示意义。     

铜仁市夏季人工增雨作业条件指标研究

为了提高铜仁市的抗旱能力和人工增雨作业效率,该文通过统计、对比分析2013年铜仁市夏季人工增雨作业78次记录(样本)和多普勒天气雷达常用产品作业前后其特征变化,得出适合铜仁市人工增雨条件的雷达回波特征:反射率因子(0.5°仰角)≥25 d Bz,回波顶高≥6 km,垂直液态水含量≥10 kg/m2,径向速度场有辐合特征,回波移动缓慢或者稳定少动时,人工作业增雨作业效果较好,同时综合应用各种雷达产品建立人工增雨作业判别指标。     

苏北地区超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用江苏3个探空站、5部CINRAD/SA型多普勒天气雷达、地面常规与加密自动站等观测资料,分析2005—2009年苏北地区72个超级单体风暴发生的环境条件和多普勒天气雷达回波特征。探空和地面资料分析表明,苏北地区超级单体风暴可以产生在差别相当大的环境条件下:强降水超级单体通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变中等的环境下,经典超级单体更多地产生在对流有效位能较高和垂直风切变较强环境下;产生大冰雹和(或)雷暴大风的超级单体,无论是经典还是强降水型超级单体,其环境特征均为0℃层、-20℃等温线高度较低,850—500 hPa温差较大,低层露点不高;产生龙卷特别是F2级以上强龙卷超级单体环境特征常常表现为低层(0—1 km)垂直风切变大、850—500 hPa温差相对较小、抬升凝结高度低、低层露点高,这类超级单体在产生龙卷的同时也常常伴有短时强降水甚至极端短时强降水。多普勒天气雷达资料分析表明,苏北地区超级单体具有持久的中气旋、回波墙和有界弱回波区或弱回波区结构,可以产生大冰雹、龙卷、短时强降水和下击暴流等强对流天气;超级单体的类型主要有经典超级单体、强降水超级单体以及强降水超级单体组成的复合风暴。经典超级单体一般为孤立风暴,中气旋多数情况下位于其右后侧(相对于风暴移动方向),低层有明显的钩状回波和入流缺口,入流缺口之上存在宽大的有界弱回波区,其上有强反射率因子组成的风暴核,最强的反射率因子可达75 dBz;强降水超级单体前侧有入流缺口和旁边粗胖的凸起部分与中气旋相伴,与经典超级单体的钩状回波在形态上区别明显,同样存在有界弱回波区或弱回波区,中气旋环流中有明显的降水回波;强降水超级单体组成的复合风暴内中气旋一般位于其前侧,主要结构与强降水超级单体相似,生命史较长。超级单体结构属性分析表明,绝大多数情况下,苏北地区超级单体风暴的最大反射率因子为55—76 dBz,基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)为35—90 kg/m~2,垂直累积液态水含量超过60 kg/m~2时风暴有可能产生大冰雹,特别是在4—6月,冰雹直径随着垂直累积液态水含量的增大而增大,因此,垂直累积液态水含量季节性高值可以用来辨别产生大冰雹的超级单体;绝大多数情况下,中气旋旋转速度大于15 m/s,直径在3—10 km,持续时间超过40 min;中气旋的底越低,直径越小,产生龙卷的可能性越大。     

强冰雹和短时强降水天气雷达特征及临近预警

利用恩施多普勒雷达和常规分析资料,详细对比分析了2007-2008年发生在恩施山区强冰雹和短时强降水天气过程中的雷达产品特征.在此基础上,找出了适合恩施山区强冰雹和短时强降水天气的雷达临近预警指标:选取负温区回波厚度≥7 km、CR强中心回波强度≥55 dBz、强回波梯度≥15 dBz·km-1、45 dBz强回波伸展高度≥7.5 km、累积液态含水量(VIL)密度≥3.2 g·m-3和雷达风廓线1.8～6.1 km风垂直切变均值≥2.3×10-3s-1作为强冰雹临近预警指标;当满足组合反射率(CR)强中心回波强度、VIL密度、40 dBz强回波伸展高度和雷达风廓线(VWP)上1.8～6.1 km风垂直切变值达43.0 dBz,1.1 g·m-3,7.0 km和1.9×10-3s-1,可以考虑该站点及附近地区进入短时强降水临近预警状态,并利用2009年发生的强冰雹和短时强降水天气过程检验了这些临近预警指标性能.     

短时强降水特征统计及临近预警

利用多普勒天气雷达、探空和逐小时降水量资料,对2010 2012年,滇西南普洱、西双版纳537次短时强降水天气过程进行统计分析,建立三种短时强降水概念模型,分别是:低质心弱辐合型短时强降水、低质心辐合型短时强降水、高质心短时强降水。对比分析了不同类型短时强降水的强度特征、移速特征、生命期特征、垂直风切变特征等,探讨了辐合作用与强降水维持时间的关系、辐合切变量与雨强的关系、D_(VIL)与降水量的关系。并得出预警方法:满足如下条件时,出现短时强降水的可能较大:(1)低质心强降水中,回波无倾斜特征,强度以40~45 dBz为主,强度从低层到高层维持或缓慢减弱,大部分回波的H_((40dBz))≥H_0,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.67 h(辐合切变量≥2.2 m·s~(-1)时,累计长度/回波移速≥0.50 h),预报提前时间30~40 min。(2)高质心强降水中,强回波边缘存在宽≥3 km、强度为40~45 dBz的回波,且0℃层高度上40 dBz的回波的累计长度/回波移速≥0.47 h,预报提前时间28 min左右。此外,对短时强降水成因进行了探讨。     

川西南山地冰雹雷达预警指标

基于西昌多普勒天气雷达观测资料,分析2006—2013年凉山州境内24块冰雹云特征。结果表明:冰雹云的雷达特征均满足回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2。上述4项雷达参数特征在判别冰雹云的时效性上存在差异,回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度等3项判别指标对冰雹云提前判别预警时间为4~40min,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2则对冰雹云提前判别预警的时效性效果不佳。与25例短时强降水个例对比发现,45dBz回波顶高超过-10℃层高度作为冰雹雷达预警判别指标有较好的指示作用。