利用多普勒雷达资料识别低空风切变和辐合线方法研究

该文研究了利用多普勒雷达径向速度资料识别低空风切变和辐合线的方法, 讨论了不同的计算“窗口”大小对资料预处理效果和梯度计算的影响, 并对几次强对流天气进行识别、分析。结果表明:预处理采取先中值滤波后滑动平均, 选择合适的“窗口”能在有效去除库间脉动的同时保持中尺度信息; 经过资料预处理后, 从径向速度计算的切变结果与径向速度中反映的中尺度结构比较一致, 能够从这些资料中自动提取辐合和切变的中尺度信息; 强降水回波与风切变高值区位置、变化趋势一致; 垂直切变能够提供径向风场的高低层配置信息; 利用径向速度资料可以实现对风切变和辐合线的自动识别, 为灾害性天气预警、预报提供重要的客观依据。     

单多普勒天气雷达反演降水粒子垂直速度Ⅱ：实例分析

垂直速度的反演一直是多普勒雷达风场反演的关键问题和难点,在对单多普勒雷达体积速度处理(VVP)法反演垂直速度进行敏感性分析和改进求解方程的基础上,对其反演三维风场和适用的风速条件做了模拟检验,并在强对流天气和台风实例中反演与验证。分析结果表明,改进的反演算法对径向风速的误差并不敏感,在高低仰角上的精度相同,观测误差越小或风速越大时,反演精度越高。对广州一次强对流过程的反演结果表明,改进的反演算法可以反演出对流单体中降水粒子垂直运动的变化。在中尺度气旋中,粒子垂直速度大值区的分布与气旋外围风切变的位置相符;在气旋的消散阶段下落速度增大,因而可通过粒子的垂直速度变化判断雨强的变化。对2006年超强台风"桑美"的反演结果显示,能够反演出台风中心的下沉气流以及外围交替出现的上升与下沉气流,在台风中心处下沉速度的大值区位于7-8 km高度,低层与高层的值相对较小。反演效果表明,改进后的反演方法较准确地反映了降水粒子的垂直运动,使多普勒雷达资料可揭示更多的三维风场细节,有助于改进强对流天气过程的风场结构分析和降雨落区的预测。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

新一代天气雷达超级单体风暴中气旋特征分析

超级单体风暴常伴随着冰雹、雷雨大风等强对流天气,最本质的特征是有一持久深厚的几千米尺度的涡旋——中气旋。利用2003--2009年福建龙岩新一代天气雷达观测到的32次超级单体风暴,分析了超级单体风暴中气旋的时空分布、结构特征以及旋转速度大小、中气旋顶和底的高度、伸长厚度以及切变值等特征量。结果表明：90％以上的超级单体中尺度气旋是与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气相联系的。统计8次有详细灾情的雷雨大风或冰雹天气过程发现,中气旋强度不断加强,中气旋厚度加大,最强切变中心突降时将产生大风或冰雹等强对流天气。     

双线偏振多普勒雷达对一次降雹超级单体发展减弱阶段的演变分析

2015年4月28日,在高空冷涡的天气背景下,一个伴有较长生命史中气旋的超级单体在上海南汇双线偏振多普勒雷达观测范围内经历了发展减弱阶段,并产生了冰雹、雷雨大风、短时强降水等灾害性天气。利用常规天气观测、南汇双线偏振多普勒雷达、双雷达反演风场等资料分析发现,超级单体在发展成熟阶段呈现出回波悬垂、低层入流缺口、中气旋以及三体散射等经典特征,以及表示雷暴处于发展加强阶段的差分反射率因子柱。差分反射率因子柱通常意味着雷暴中上升气流的加强,同时说明大量的水滴可以被强上升气流托举到0℃层以上,形成过冷水滴,从而有利于冰雹的形成。超级单体经过的区域0～6 km垂直风切变达到了22～26 m·s~(-1),强垂直风切变环境有利于水平涡度发展,南汇雷达观测范围内中气旋维持了100 min左右,有利于雷暴的发展维持。此外,基于模糊逻辑法对此次降雹强对流天气过程开展了相态识别,结果表明,模糊逻辑法对此次强对流天气过程中的冰雹、降水等不同性质的降水能够进行有效的识别,有助于对雷暴降水相态本质的认识。     

2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下：（1）龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。（2）造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征：CAPE达到1 680.3 J/kg,0～3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0～1 km垂直风切变为7.1 m/s,0～6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。（3）SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。（4）X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙...     

2017年早春濮阳市一次冰雹过程诊断分析

利用常规地面、高空气象资料,郑州站探空订正资料,濮阳气象站实况资料,濮阳和郑州新一代多普勒雷达资料等,对2017年4月13日下午发生在濮阳市的雷暴大风、冰雹等强对流天气过程进行了综合分析。结果表明:(1)本次强对流天气是在中低层低槽东移,地面辐合线南压等大尺度系统影响下产生的;冰雹发生在低空西南暖湿气流大风速带左侧边缘、高空80m/s偏西风急流核出口区左侧、地面辐合线附近。(2)强对流发生前,华北地区850hPa为暖温度脊,500hPa为冷温度槽,形成有利于强对流天气发生的不稳定层结;850、700hPa干湿区错位叠加及露点锋的存在,说明低层在水平和垂直方向上干湿分布极不均匀。(3)郑州站探空订正资料显示,中等以上强度的垂直风切变,有利于强对流风暴的组织发展,深层的垂直风切变构成了冰雹产生的有利环境条件。(4)多普勒雷达组合反射率因子图上对流单体中心强度达65dBz,有超级单体生成;剖面图上有弱回波区、回波悬垂出现;速度图上有低空和超低空急流、27m/s的风速大值区及低层径向辐合、弱中气旋等;垂直积分液态含水量达63kg/m^2,最大回波顶高13km以上。     

华南暴雨试验IOP-6期间6月9日长乐地区强降水风场结构的初步分析

华南暴雨第六次加强观测期间 (IOP-6), 1998年6月9日在福建长乐地区出现了一次局地性的强降水过程.该文应用单多普勒天气雷达资料及其风场反演结果对此次过程进行了初步分析, 从多普勒雷达反演的风场结构看, 这次过程与出现在3~5 km高度上的风切变有关, 在低层雷达回波图像上出现中尺度气旋波的结构, 强降水是气旋波活动的结果.     

上海2004年7月12日飑线系统中尺度分析研究

利用上海地基单多普勒雷达观测资料反演2004年7月12日17-19时(北京时,下同)上海市一次飑线过程的水平风场结构,并用自动站观测的风场资料、卫星云图以及根据雷达回波和时间的连续性和径向速度的特征是否吻合等方面进行综合检验,结果表明反演风场可对飑线进行详尽分析提供可靠的高分辨率资料.在综合多种观测资料的基础上,对这次飑线过程的中尺度系统进行分析,结果表明:(1) 这次过程是前倾冷锋前暖区3个主要的β中尺度对流单体和新生的小单体共同作用所致,这3个主要的β中尺度对流单体不是通常个例表现的线状排列,而是冷锋前的两个单体与相对方向的一个单体共同作用,在气团的边缘形成强烈风切变;(2) 200多公里长的飑线是由具有独立结构的较小的对流系统串成.在飑线前部存在中尺度的气旋流场,飑线北部末端存在一个气旋流场,南部末端存在一个反气旋流场.而每个单独的弓状回波有自己独立的结构,包括弓状回波后部很强的辐散气流和飑前低压.文中给出了水平风场和回波的结构示意图;(3) 在飑线出现以前,低空存在有利于不稳定天气产生的顺时针垂直风切变,而高层则是逆时针垂直风切变.此外,低层入侵的浅薄冷空气为飑线过程提供形成低层不稳定的又一有利因素;(4) 飑线中对流单体的移动方向与低层风场方向存在夹角,与锋面云带整体向东移动的趋势也不同,但与1.5 km以上到4.5 km左右的西南气流方向相同,即整体向东北方向移动.这种特征可以对系统短时间移动方向的预报提供帮助.     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析．结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征．     

一次局地强降水过程的中尺度特征及预报难点分析

利用常规气象资料和客观物理量场、卫星云图、多普勒雷达回波产品资料,对2007年8月30日发生在宜昌市北部的强降水天气过程的中尺度特征和预报难点进行了分析。结果表明：（1）地面中尺度辐合线、中尺度对流云团是造成此次强降水的重要中尺度系统;（2）强降水主要南-中尺度“人”字型雷达回波带稳定少动造成,回波带中有强对流单体不断新生、合并使强降水得以维持;（3）回波带上出现的逆风区与强降水落区有较好的对应关系,风切变区面积扩大和切变值增大是强对流回波单体不断发展并在一地维持的主要原因;（4）中低层偏南风到高层偏北风的转变所形成的垂直风切变为强降水的发生提供了动力条件,同时中低层暖湿平流加强为强对流云团的稳定维持提供了充足的水汽;（5）强对流单体,强回波短带,速度资料上的“逆风区”和风切变区等,可作为判断强降水落区的依据。     

广州白云机场一次大暴雨过程卫星和雷达资料合成分析

利用卫星云图TBB资料分析造成4月30日白云机场大暴雨过程的中尺度系统发生、发展传播等演变情况，分析TBB＜－40℃的强对流中心的传播、强度变化对白云机场天气造成的影响，为白云机场春季暴雨和雷暴强度预报提供定量的依据；利用多普勒雷达强度回波分析中尺度系统的传播和对白云机场天气的影响以及利用多普勒速度回波对中尺度气旋定位；通过多普勒速度回波资料、水平风场反演资料对锋面定位、跟踪和确定锋面移动速度；分析水平散度和垂直速度分布，对比它们与中尺度气旋的对应关系；根据多普勒风场分析了机场遗产及其延长线上垂直低空风切变的分布。     

多源数据融合在强对流天气中地面风场的识别应用

利用多普勒天气雷达探测数据、常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日发生在江苏省的一次强对流天气过程的天气形势和雷达回波强度演变特征,并进行了多源数据融合的试验。试验通过VAP技术将雷达径向速度数据反演为矢量风场,并利用典型相关分析的方法（CCA）对雷达径向速度资料反演的风场、再分析资料的风场和气象自动站资料的风场进行数据融合。通过风场融合试验,获得了强对流系统更加丰富准确的地面风场信息,与雷达探测的特征对应,消除了反演风场的量级误差,填补了被过滤的风场信息,恢复了气流的旋转特征。强对流天气过程中,江苏省地区受高空冷涡影响,在高空冷槽、高空急流、低层切变线和地面辐合线的配置条件下,形成了上干冷、下暖湿的层结不稳定结构。通过融合风场的识别：强对流天气系统发展阶段,地面有气旋性辐合流场,包含中γ尺度气旋和辐合线,与反气旋和辐散相伴。气旋性气流对应着雷达回波中的入流缺口,辐合线位于风暴前沿（移动方向）。强对流天气系统强盛阶段,地面流场转变为强辐合弱旋转,灾害性天气发生。     

一次冷涡横槽型强对流天气过程分析

利用加密探测资料和新一代天气雷达产品资料,对2012年7月12日夜到13日凌晨发生在河南省东北部的一次局地强对流天气过程进行分析可知:此次过程为典型的东北低涡后部横槽转竖携带冷空气下摆造成,发生在弱垂直风切变和大CAPE的环境条件下,具有干对流特征,850-500 hPa的温差在25～30℃之间,高空冷槽叠加低层暖脊,使得CAPE从当日08时的≤1000 J/kg增大到20时的1000～3500 J/kg;郑州0-6 km和0-2 km的垂直风切变分别是6.06 m/s和2.89 m/s,属弱垂直风切变.地面中分析表明,强对流天气发生在地面高温高湿及等温、等露点线密集区和辐合相叠加区.雷达资料分析表明:此次强对流回波自山东南部生成并向西传播影响开封地区,随后与西北和北部东南移的对流回波在新乡地区东部汇合加强,然后西移影响郑州地区;径向速度图上具有明显的辐散系统和大风区,在大风发生时段有中气旋产品出现,中气旋直径为4.50～5.00 km,大风发生前后中气旋的切变值由10×10-3s-1增大到16×10-3 s-1,最大值52×10-3 s-1出现在00:37,即延津大风发生时和兰考大风发生前19～ 44 min,为强对流天气的临近预报预警提供了参考依据.SWAN产品虽有偏差,但具有一定参考价值.     

一次强对流天气的大气物理量及雷达回波特征分析

利用常规天气资料和多普勒雷达资料对2007年7月3日承德市一次强对流天气过程进行了综合分析,发现大气不稳定指数的变化和θse的水平、垂直分布反映了大气的层结状态和不稳定能量积聚的状况;温度平流和螺旋度的垂直分布,显示了强对流发生前大气的热力、动力特征;散度、垂直速度随时间—高度的变化,对强对流天气的发生有着动力触发作用;高低空风场的配置和通气管指数可以判断垂直风切变的大小,是决定强对流天气发生及强度的重要条件;多普勒雷达基本反射率因子的形态、强度、移向、垂直结构等特征及平均径向速度场中气旋、中尺度辐合线、逆风区等中小尺度系统特征对强对流天气的预警至关重要。     

2010年3月5日闽北经典超级单体风暴天气过程分析

2010年3月5日16:20(北京时,下同)-19:50发生在闽北的强对流天气主要由中尺度对流回波群中的3个局地强风暴引起的,其中最强的单体是一典型的经典超级单体风暴,它在沿途220 km产生了强降雹.本文利用建阳多普勒天气雷达(CINRAD/SA)资料和常规高空地面观测资料,分析了该单体的演变特征和环境条件.结果表明:(1)经典超级单体出现在具有地形锢因特征的地面中低压内,该低压则处于高空槽前、西南中空急流下方、850 hPa锋区切变南侧以及低空急流前方;该单体在地面中低压西部冷锋上生成后沿着地面辐合线移动并穿过低压中心,到达低压东部的静止锋冷区后减弱,生命史为4 h 52 min,并始终维持相对的孤立状态,平均移速为75 km·h-1,属于高质心对流系统.(2)成熟阶段(15:57-18:47),该单体维持中等强度以上的中气旋及相关的有界弱回波区(BWER)、低层钩状回波等经典超级单体特征,并出现了3次高峰,相应的中气旋在高峰期均有增强并向地面伸展.其中,在第二次高峰期出现了垂悬回波下降和钩状回波更新以及BWER消失现象,这一期间出现的龙卷涡旋特征进一步表明产生龙卷的可能性很大;在第三次高峰期也出现了类似演变特征,但更为典型的是中气旋最终发生了锢囚,形成长达30 min的涡旋状回波.此外,在第一和第二次高峰期风暴左前方多次出现了阵风锋回波,而右后侧却未出现此现象,这也是一种有利于风暴维持的特征.(3)主要的风暴尺度环境特征是中等大小的对流有效位能、大的深层垂直风切变(0～6 km风切变是39 m·s-1)、强的相对风暴入流(17 m· s-1,0～2 km)和高的相对风暴螺旋度(418 m2·s-2,0～2 km);与典型的经典超级单体风暴环境不同的是:风随高度顺转(90°,300 hPa以下)不仅表现在低层还表现在中上层(25°,500～300 hPa).最后对风暴成熟阶段的3次高峰机理进行了讨论.     

山东中西部一次长生命史超级单体雷达回波特征和触发机制分析

利用常规观测资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR再分析资料和加密自动站等资料分析了2016年6月14日山东中西部地区一次长生命史超级单体的环境条件和雷达回波结构演变。结果表明,强对流发生在华北冷涡天气背景下,中层有中空急流配合的冷槽叠加在低层低空急流配合的暖脊上,中低层之间水汽和热量的平流差异不断增大。地面露点锋生和中尺度辐合线触发的对流云团在深厚的垂直风切变和强的垂直不稳定层结作用下逐渐发展成超级单体风暴。超级单体低层反射率因子呈现明显"V"型缺口,反射率因子垂直剖面呈现典型的有界弱回波区,回波悬垂和回波墙,相应的中高层径向速度呈现出一个强中气旋,旋转速度达29 m/s,中气旋的发展和维持使得超级单体发展和维持。6月,当最大反射率因子值达到60 dBZ,出现中等强度以上中气旋且VIL值和VIL密度分别达59 kg/m2和4.7 g/m3以上时,在强对流预报业务中需要注意大冰雹的出现。冰雹发生在风暴单体强中心所在高度和回波顶高下降期间。     

2000-05-11河南强对流天气过程分析

对2000-05-11河南省出现的雷雨大风、冰雹天气的影响系统、稳定度参数、高空风切变、3θ曲线、云中负温区、雷达回波特征分析结果表明下滑槽及西路冷空气为强对流天气提供了动力条件;低层高温、高湿及低层暖平流、高层冷平流,为强对流提供了层结条件;高空风的垂直切变有利于对流天气的加强和维持.强对流天气在速度场上表现为中尺度辐合线、风向风速辐合区、风速辐合区、大风区等中尺度系统.     

一次初夏强对流天气的弓形回波特征分析

利用武汉新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2008年5月3日湖北东部一次强对流天气过程的弓形回波特征.结果表明:此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa西风槽、低层切变线和地面冷锋,较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于弓形回波的产生;雷达资料分析表明,先后有三个不同空间尺度的弓形回波产生大风、暴雨等强对流天气,前两个由回波块、回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波;弓形回波组合反射率因子达60 dBz,顶高14 km,垂直累积液态水含量55 kg/m2;弓形回波存在后部入流缺口、前沿强反射率因子梯度区及低层弱回波区;其后部有入流急流,两侧对应气旋性和反气旋性风场,且有γ尺度中气旋出现;地面中尺度低压带动弓形回波北部做涡旋运动,对逗点回波的形成有重要作用.     

2000—05—11河南强对流天气过程分析

对2000－05－11河南省出现的雷雨大风、冰雹天气的影响系统、稳定度参数、高空风切变、3θ曲线、云中负温区、雷达回波特征分析结果表明：下滑槽及西路冷空气为强对流天气提供了动力条件；低层高温、高湿及低层暖平流、高层冷平流，为强对流提供了层结条件；高空风的垂直切变有利于对流天气的加强和维持。强对流天气在速度场上表现为中尺度辐合线、风向风速辐合区、风速辐合区、大风区等中尺度系统。