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。     

华北地区一次积层混合云降水的数值模拟研究

利用WRF ARW中尺度数值模式对2009年4月18日华北地区的一次积层混合云系降水进行模拟。首先,对实况的天气形势和雷达反射率及垂直剖面进行分析;并通过垂直剖面对其流场结构概念图进行分析;然后,通过对比,模拟的自然降水分布与实测结果基本一致,模拟的雷达组合反射率和雷达反射率的垂直剖面与实测结果也基本一致;通过分析云中各要素的分布,了解了积层混合云系的微物理特征和动力特征;最后对积层混合云降水机制进行探讨。结果表明：积层混合云水凝物含水量分布不均匀,对流云和层状云相互粘连跨接,水平方向充分混合,雨水的大值中心、云水的大值中心及冰晶的大值区相互对应,存在播撒-供给机制。从动力场来看,在低层对流云区域垂直上升速度较大,高层对流云区域的旁侧有较明显的下沉气流,云区低层存在辐合,高层存在辐散,此种配置有利于维持云系的发展。积层混合云不仅在层状云区有层状云的简单的＂播撒-供给＂机制,或在积状云区有粒子群的循环增长机制,而且可以发生层云—积云间的粒子群交换。     

冷锋云系降水中尺度结构的一次TRMM卫星观测和特征分析

利用TRMM（the tropical rainfall measuring mission）卫星资料,对一次低槽冷锋云系和江淮气旋共同影响下的冷锋积层混合云系中雨带和雨核的特征进行了分析,研究表明,冷锋的不同部位云系结构很不均匀,可分为典型的积层混合云系、均匀的层状云系和弱的积层混合云系3种类型,南部典型的积层混合性云系中存在明显的短回波带结构,短回波带的平均长度63.0 km,宽度19.4 km,平均降雨率14.54 mm/h,同时短回波带中还有明显的雨核特征;北部均匀的层状云系中,大范围的降水在1～2 mm/h之间,其中嵌有2～7 mm/h大小不等的较强降雨带,并且存在冷锋雨带结构;中部较弱的积层混合云系中以冷锋雨带和冷锋前的暖区雨带为主,冷锋雨带上有多个雨核的结构;同时,不同性质的云系结构如短回波带、雨核以及均匀的层状云的降水的垂直廓线表现为不同的特点。     

春季两次东移型西南涡云系的发展演变特征

采用FY-2E和Cloud Sat卫星资料、雷达资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析2013年春季2次西南涡云型、云系结构和雷达回波演变、环境场特征。结果表明:(1)2次西南涡形成都伴随有高原槽东移和高原东侧偏南低空急流增强,偏南低空急流增强对低涡形成和东移起重要作用;(2)西南涡云系结构与低涡环流密切相关,西南涡形成和东移初期,低涡环流结构呈椭圆形,西南涡云系表现为叶状云系或逗点云系,随着低涡后部冷空气入侵加剧,低涡云系形成典型的"S"型后边界。低涡云系的结构形式和边界形状,对低涡形成和东移、急流发展有指示作用;(3)低涡降水分布与低涡云系结构有一定关系,低涡水平云系分布为叶状云系时,降水中心位于其东南部,低涡云系水平分布为逗点云系时,降水中心位于其逗点云内;(4)受低涡云系结构影响,低涡云系降水可分为2个阶段,第1阶段为低涡暖区降水,回波带呈反气旋弯曲,向东移动并向东北方向旋转;第2阶段中层干冷空气下沉加剧,干冷和暖湿气团交汇形成西南—东北向带状回波,雷达回波上"人"字形回波形成。     

河南春季一次层状云降水云物理结构分析

河南2000年4月14日的降水由冷锋和西南涡产生,降水云系分布不均匀,云图上云区间有带状云隙,雷达回波图上出现两条带状回波,云带内部分布也不均匀,垂直方向上降水云系有分层现象。分析了降水云系的微物理特征,根据可播度的PMS指标确定了航线上过冷水丰富的区域,结合卫星、雷达资料讨论了过冷水丰富区域的分布特征,还讨论了降水云系内部存在的对流不稳定。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

北京一次积层混合云系结构和水分收支的数值模拟分析

本文利用中国气象科学研究院(CAMS)中尺度云分辨模式对2007年10月的一次积层混合云降水过程进行了数值模拟。利用模拟结果结合实测资料, 研究了积层混合云系的宏微观结构和降水特征, 并分析了云系的水分收支及降水效率。结果表明:积层混合云是导致此次北京降水的主要云型;积层混合云降水分布不均匀, 云系中微物理量的水平和垂直分布都不均匀, 具有混合相云的云物理结构。冷云降水过程占主导地位, 雪的融化对雨水的形成贡献最大。北京区域降水过程的主要水汽源地为黄海海面及蒙古国, 两支气流在陕西北部汇合后的西南气流将水汽输送到华北地区, 北京区域以外, 水汽和水凝物主要从西边界和南边界输送到域内。北京区域降水主要时段内, 水物质通量在水平方向上为净流入。对北京区域水汽、水凝物和总水物质的水分收支各项的估算表明, 水物质基本达到平衡。北京区域从2007年10月5日20时至6日14时, 总水成物降水效率、凝结率、凝华率及总水凝物降水效率分别为5.6%、4.77%、4.19%、44.9%。     

江西中西部地区一次暴雨过程的地形敏感性试验

利用常规气象观测资料、区域自动站资料、卫星云图和雷达产品及NCEP再分析资料,对2016年7月9日新乡暖区特大暴雨过程成因进行了综合分析。结果表明:该过程强降水持续时间长、强度大、分布不均匀、致灾严重,属暖区极端强降水,500 hPa低涡和700 hPa切变线是其主要影响系统;台风外围东南暖湿气流在太行山迎风坡(新乡西部)辐合抬升使特大暴雨区上空长时间维持深厚湿层,500 hPa低涡南压所携带的弱冷平流与低层暖平流在新乡上空叠加进一步增加了大气层结不稳定,为暴雨发生提供了水汽和位势不稳定条件;200 hPa显著分流区“抽吸作用”、太行山地形抬升和中低层低涡和切变线使新乡上空出现深厚垂直上升运动是暴雨形成的动力机制;华北中南部大范围高湿环境、深厚暖云层和湿层以及异常偏低的自由对流高度和抬升凝结高度与中等偏强的对流有效位能,是导致新乡高降水效率的有利条件;新乡强降水中心由2个孤立的β中尺度对流系统(M_βCS)合并造成,其系统内部若干低质心对流单体则由太行山东侧山前长时间维持的中尺度辐合系统产生;雷达反射率因子反映出低质心暖云降水回波特征,强回波列车效应明显,新乡特大暴雨由积云(对流)为主的积层混合降水回波长时间滞留造成。

     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.     

一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24-25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析。结果表明:影响降水过程的是低槽—切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强。强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定。这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好。最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽—切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽—切变云系上云顶温度较高的部位符合“播云窗”概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,“播撒—供应”机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱。     

湖南秋季积层混合云系飞机人工增雨作业方法

统计分析2007—2016年秋季湖南省长沙市地面气象观测资料、湖南省飞机人工增雨作业资料, 得到湖南省秋季积层混合云系的降水分布情况、一般结构特征和相应的飞机增雨作业方法。使用多普勒天气雷达、GRAPES_CAMS数值模式和中小尺度气象站网等资料对典型作业天气过程进行云降水物理和数值模拟分析, 采用成对对流云和基于TREC算法的回波跟踪等方法进行作业效果评估。归纳得到湖南省秋季积层混合云系人工增雨作业条件判别的12个宏微观指标, 探讨在使用运7飞机、碘化银烟条作业装备条件下, 开展飞机增雨作业的最佳催化时机、部位和剂量。针对积层混合云系中的降水性层状云系、积云对流泡, 飞机增雨适宜作业的区域、播撒高度和催化剂量:在过冷高层云的-15~-5℃层, 播撒达到30 L-1的人工冰晶浓度; 在过冷积云的-15~-7℃层, 静力催化使冰晶浓度达到30 L-1或动力催化达到100 L-1。这些方法在实践中取得了较好的人工增雨作业效果。     

闽西北地区降水回波特征和人工增雨作业条件分析

利用新一代天气雷达回波资料、850 hPa天气图和地面降水资料对闽西北地区的云雨资源、有利人工增雨作业的天气系统、降水回波特征及人工增雨作业指标进行分析.结果表明:福建闽西北地区有利于开展人工增雨作业的主要天气系统可分为9类:大陆高压、副高外围、暖区辐合、热带辐合带、低槽、台风(低压)、低涡、低涡切变和其他类.积层混合...     

不同发展阶段对流云合并过程的数值模拟

使用MM5 (Mesoscale Model 5, 简称MM5) 中尺度模式和雷达组网产品,对2008年7月22日发生在安徽等地的一次强对流天气过程中对流云合并现象进行观测和数值模拟分析.观测结果表明,30 dBZ以上回波水平尺度约10 km,回波中心相距近20 km的小单体通过合并形成了水平尺度几十公里的大单体.首先是外围较弱的回波相连接,其次是中低层的强回波中心发生合并,合并后有雷达回波中的强回波面积增加等现象出现.对模拟结果和观测资料进行的对比验证的结果表明,模拟结果和实况特征基本一致.基于雷达观测结果和第三层细网格模拟结果,对两类不同发展阶段的对流单体之间的合并过程分析结果表明,当两个单体都处于相近的发展阶段,合并后单体发展增强;当一个单体强度大于另一个单体时,合并后一个单体得到增强,另一个单体减弱消亡.合并时,两云间下部的低压辐合区会有新的云水中心产生,前一类合并过程中,新产生的云水中心代替了原有的两个云水中心,而后者在合并时,新产生的云水和其中一个原有的云水发生了合并,而另一个云水中心减弱消散了.模拟分析结果还表明,对流云合并过程可引起回波增强、云顶抬高、云水、冰相物质含量增加、地面降水增加现象.     

An analysis of heavy precipitation caused by a retracing plateau vortex based on TRMM data

In this paper, we study a persistent heavy precipitation process caused by a special retracing plateau vortex in the eastern Tibetan Plateau during 21–26 July 2010 using tropical rainfall measuring mission (TRMM) data. Results show that during the whole heavy rainfall process, the precipitation rate of convective cloud is steady for all four phases of the plateau vortex movement. Compared with the convective precipitation clouds, the stratiform precipitation clouds have a higher fraction of area, a comparable ratio of contribution to the total precipitation, and a much lower precipitation rate. Precipitation increases substantially after the vortex moves out of the Tibetan Plateau, and Sichuan Province has the most extensive precipitation, which occurs when the vortex turns back westward. A number of strong convective precipitation cloud centers appear at 3–5 km. With strong upward motion, the highest rain top can reach up to 15 km. In various phases of the vortex evolution, there is always more precipitable ice than precipitable water, cloud ice water and cloud liquid water. The precipitating cloud particles increase significantly in the middle and lower troposphere when the vortex moves eastward, and cloud ice particles increase quickly at 6–8 km when the vortex retraces westward. The center of the latent heat release is always prior to the center of the vortex, and the vortex moves along the latent heat release areas. Moreover, high latent heat is released at 5–8 km with maximum at 7 km. Also, the latent heat release is more significant when the vortex moves out of the Tibetan Plateau than over the Tibetan Plateau.     

一次东北冷涡云降水垂直结构特征分析

利用辽宁阜新国家站(121.7458°E,42.0672°N)的毫米波云雷达(8 mm)和微雨雷达(12.5 mm)对2020年8月12—13日东北冷涡影响下的一次降水过程进行了观测,分析了云降水的垂直结构特征并探讨了降水机制.结果表明:本次过程中,云水平方向发展不均匀,以层状云和层积混合云为主,云内有时还嵌有对流泡....     

L波段探空判别云区方法的研究

利用Ka波段毫米波云雷达联合雨滴谱仪、L波段探空和地面常规气象台站等观测资料对四川盆地秋季一次层状云弱降水过程进行观测,分析研究了其宏、微观结构特征及雨滴谱分布特征,并对云中融化层(零度层亮带)进行详细的分析和对比。结果表明：(1)云系内有对流泡,雨强大部分集中在2 mm·h^-1以下,降水峰值与对流泡具有较好的对应关系。(2)降水发生前主要为层状云,云顶高度约为3 km,云底高度约为1.5 km,云中主要以粒径小、相态单一的液相粒子为主; 降水发展期的云系以层状云为主,伴随对流泡发生,层状云顶高度约为4 km,云系内的对流泡云顶最高可达10 km,雷达回波及地形成地面降水,云中有明显的零度层亮带(融化层)现象; 降水消散期的云系变为双层云,下层以层积云为主,云顶高度在4 km以下,以粒径小、相态单一的液相粒子为主,上层云以高积云为主,云底高度约在5 km,云顶高度延伸到8 km以上,以粒径小、相态单一的冰相粒子为主。(3)降水发生前和降水发展期云滴谱呈单峰结构,谱较窄,谱宽在0.312~2.375 mm之间,峰值位于0.437 mm,以小粒子为主,降水消散期为双峰型,峰值位于0.437 mm和1.375 mm之间。降水发展期雨滴谱和数浓度相对更大。(4)层状降水云零度层亮带厚度为200~600 m,不同雷达参量上亮带厚度不同; 退偏振比对零度层亮带最为敏感,最早在垂直廓线上出现亮带信息,是粒子相态变化的重要指标; 亮带厚度与径向速度、谱宽、退偏振比差值相关度很高,但与回波强度差值关系不大。

     

2001-2018年北京地区暴雪天气雷达回波特征分析

利用2001—2018年北京市20个国家级气象站冬季降水资料、常规气象观测资料和北京新一代天气雷达资料,在统计分析北京地区暴雪天气过程的气候和环流特征的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明:北京地区出现暴雪的天气形势主要有四种,分别是低涡低槽型,地面倒槽型,横槽型和回流型,其中低涡低槽型最多。按照雷达回波类型划分,北京暴雪一般可以分为混合型和层状云型,混合型占多数,回波形态呈片絮状,最强反射率因子可达35dBz以上,回波顶高在4km以上。速度场上,大部分个例出现较为明显的“牛眼”结构,且全部是边界层低空急流,该低空急流的存在对暴雪的产生和维持至关重要。该研究结果可为冬季暴雪天气过程的业务预报服务提供参考。     

TRMM多卫星降水分析资料揭示的青藏高原及其周边地区夏季降水日变化

针对青藏高原东南坡降水云内大气温湿结构缺乏认知的情况,利用TRMM PR资料、ERA5再分析资料和IGRA等资料,分析了青藏高原东南坡三个降水个例水平分布特征、垂直结构特征及天气背景特征。结果表明：(1) 高原东南坡以冰云及混合云降水为主,近地表降水率及回波顶高度分布不均;地表雨强越大,回波顶高度越高,云顶温度越低。虽然对流降水样本数较少,但其降水强度集中在10~50 mm·h^-1,对总降水量的贡献较大。(2) 从降水垂直结构来看,降水率自高空至6 km高度较为均匀的增大,体现了粒子的碰并增长过程,在4—6 km高度,降水释放潜热最大,粒子尺寸也更大,大于40 dBz的反射率因子多分布在此高度范围内。(3) 雷达反射率因子的垂直变率在5 km附近有一狭长大值区,反映了融化层的存在,融化层会随着回波顶高度的变化表现出轻微的抬升或下降。(4) 三个降水个例均发生在低层辐合高层辐散的流场中,降水落区水汽充沛,且云体对流有效位能较大,有利于降水系统的产生和发展。

     

Macro- and Micro-physical Characteristics of Different Parts of Mixed Convective-stratiform Clouds and Differences in Their Responses to Seeding

This study investigates the cloud macro- and micro-physical characteristics in the convective and stratiform regions and their different responses to the seeding for mixed convective-stratiform clouds that occurred in Shandong province on 21 May 2018, based on the observations from the aircraft, the Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP) satellite, and the high-resolution Himawari-8 (H8) satellite. The aircraft observations show that convection was deeper and radar echoes were significantly enhanced with higher tops in response to seeding in the convective region. This is linked with the conversion of supercooled liquid droplets to ice crystals with released latent heat, resulting in strengthened updrafts, enhanced radar echoes, higher cloud tops, and more and larger precipitation particles. In contrast, in the stratiform cloud region, after the Silver Iodide (AgI) seeding, the radar echoes become significantly weaker at heights close to the seeding layer, with the echo tops lowered by 1.4–1.7 km. In addition, a hollow structure appears at the height of 6.2–7.8 km with a depth of about 1.6 km and a diameter of about 5.5 km, and features such as icing seeding tracks appear. These suggest that the transformation between droplets and ice particles was accelerated by the seeding in the stratiform part. The NPP and H8 satellites also show that convective activity was stronger in the convective region after seeding; while in the stratiform region, a cloud seeding track with a width of 1–3 km appears 10 km downstream of the seeding layer 15 minutes after the AgI seeding, which moves along the wind direction as width increases.