玉山雷暴大风雷达回波特征分析北大核心

利用气象信息综合分析处理系统、江西WebGIS雷达拼图、江西自动气象站、上饶SA雷达等资料,综合分析了2004—2020年玉山县15次雷暴大风过程特征。结果表明:玉山雷暴大风集中出现在5—9月,其中7月最多;雷暴大风有明显日变化特征,午后增温是高发期,导致玉山雷暴大风天气主要有三类中尺度系统,分别为冷锋倒槽类、副高控制类、热带系统类;按雷达拼图回波特征分为飑线回波带上超级单体、飑线(弓状)回波带上强单体、副高边缘强回波短带和局地热雷雨强回波三类。飑线回波带上超级单体中心回波强度超过60 dBZ,回波带有明显的“弓”状结构,移动速度可达80~100 km·h^(-1);副高边缘的雷暴大风天气发生在局地热雷雨强回波发展合并时,局地性强,移动缓慢,移速仅30 km·h^(-1)左右。雷达PUP产品上超级单体冰雹和雷暴大风主要区别为:组合反射率CR产品60 dBZ强回波面积冰雹较大,雷暴大风较小;垂直累积液态水(Vertically Integrated Liquid,VIL)冰雹可达到60 kg·m^(-2),雷暴大风VIL≤35 kg·m^(-2);反射率因子垂直剖面(Reflectivity Cross Section,RCS)冰雹有超过65 dBZ强回波核,雷暴大风则没有;径向速度垂直剖面(Velocity Cross Section,VCS)冰雹出现中气旋结构,雷暴大风则出现“逆风区”或弱切变结构。     

一次罕见强飑线10级大风的雷达回波特征分析

利用宜春、南昌、景德镇等地多普勒天气雷达资料以及常规观测与加密自动站等资料,分析2018年3月4日江西罕见强飑线过程及其伴随的区域性10级以上雷暴大风的成因与雷达回波特征。结果表明:(1)该过程飑线系统发生在槽前暖区,低层强西南暖湿平流、中层干冷空气、强中低空垂直风切变维持为飑线系统提供了有利的环境条件。(2)飑线后侧入流急流的动量下传和干空气卷入风暴的蒸发作用共同导致强烈下沉气流造成快速移动的冷池并引起地面大风。(3)区域性10级雷暴大风的雷达回波特征突出:弓形回波尺度大(200～450 km)、中心强度强(55～60 dBz)、移速快(100～120 km·h~(-1));低层径向速度异常大并出现速度模糊;边界层内大风速核前侧径向辐合强,低层最大径向速度切变大;强回波中心、径向风大风速核和径向辐合带均存在前倾特征。(4)低仰角径向速度图上31 m·s~(-1)以上大风速核和30 m·s~(-1)·(10km)~(-1)以上径向速度切变,反射率因子图上移速大于100 km·h~(-1)的弓形回波,以及风廓线(VWP)图上20 m·s~(-1)大风速核高度下降,都可作为10级大风临近预警的参考指标。     

源于飑线前期和强降雨带后期的弓形回波雷达产品特征及预警

利用多普勒天气雷达探测资料,结合环境物理量和地面中尺度站监测实况,对4次弓形回波的形成与特征及所致灾害性天气现象进行了综合分析,其中这4次弓形回波包含2次产生于飑线发展的前期,2次产生于强降雨带减弱阶段。结果表明,源于飑线发展前期的弓形回波所致大风明显大于源于强降雨带减弱阶段的弓形回波所致大风,前者可致10级甚至以上大风,后者可致9级大风。风暴后部中低层径向速度"异动"现象,即径向速度绝对值迅速增大,预示着风暴后部倾斜下沉气流迅速加强,导致低层反射率因子上出现明显后部入流缺口,从而产生弓形回波。飑线发展前期阶段,其后部中层出现绝对值≥27 m·s~(-1)的径向速度时,比弓形回波形成时问提前18~30 min;强雨带减弱阶段,其后部中低层出现绝对值≥25 m·s~(-1)的径向速度时,比弓形回波形成时间提前6~12 min。     

四川盆地雷暴大风雷达回波特征统计分析

采用2009—2018年地面、高空、闪电定位、多普勒雷达资料统计出四川盆地的34次雷暴大风过程,并根据冷空气参与情况及500 hPa影响系统将其分为五种类型:混合性大风类(Ⅰ类)、深厚低槽(低涡)后部类雷暴大风(Ⅱ-1)、低槽(切变)东移类雷暴大风(Ⅱ-2)、副热带高压西侧切变类雷暴大风(Ⅱ-3)和东风扰动类雷暴大风(Ⅱ-4)。统计分析了五类过程中发生雷暴大风站点对应的雷达回波特征,包括:对流组织类型、雷达回波强度、回波顶高、垂直液态水含量、中层径向辐合、风暴移动速度、回波质心下降、低仰角风速大值区和辐散。结果表明,82%的雷暴大风站点具有风速大值区,不同类型的雷暴大风过程还有其他不同的雷达回波特征,这些特征大多可提前10 min以上。另外,当站点出现中层径向辐合、辐散、回波强度大且伴有强梯度或回波类型为飑线时,也要考虑大风是否出现。     

天津地区雷暴大风天气雷达产品特征分析

应用2002-2007年天津共46次雷暴大风天气过程的新一代天气雷达资料,并结合灾情报告和地面自动气象站资料,根据雷达基本反射率回波特征,影响渤海西部雷暴大风的雷达回波形态有以下四种类型:弓状回波、阵风锋、带状回波和零散椭圆状回波,其中弓状回波对应的雷暴大风天气最为强烈,特别是弓状回波的前部和顶端突起部分;同时弓状回波主体维持时间与雷暴大风维持时间基本一致.另外,应用垂直积分液态水含量产品(VIL)进行了统计分析.结果表明:当VIL值达到或超过40 kg·m~(-2)时,随后VIL值的快速减小对于预警雷暴大风天气有指示意义,这种信息一般能够提前10分钟出现.此外,分析了雷暴大风的路径来源有四类:分别是北方路径有9次,西北路径占19次,西方路径14次和其他路径4次,其中北方路径带来的灾害相对严重.这些特征对预警渤海西部雷暴大风天气提供使用价值,同时也可提供其他地区参考使用.     

广丰局地极端大风的雷达观测与成因分析

利用常规天气资料、自动站资料、江西WebGIS雷达拼图、风廓线雷达等资料,对2020年5月9日发生在江西省上饶市广丰区局地极端大风天气的回波演变特征和形成机理进行分析。结果表明：(1)广丰区国家气象观测站出现的35.5 m·s^-1极端大风,为该站建站以来的历史极值;(2)江西高空具有明显的高层辐散,配合高空槽、低层较强辐合和上干冷下暖湿的层结条件,为风暴发展提供了良好的动力条件;(3)导致广丰区极端大风天气的是A、B单体回波合并为超级单体回波后又发展成弓状回波结构所致;(4)江西东部走廊对大风的影响十分明显;极端大风过境时,具有气压上升,降水增大,风向突变,风速巨变,温度和露点下降等特征;(5)风廓线雷达上1 000 m以上低空突然风向逆转,风速突增是出现地面大风的信号。     

湘中"6.26"雷雨大风过程的多普勒雷达产品分析

对6月26日发生在湘中的一次大风过程进行多普勒天气雷达回波分析发现,中低层切变线、地面干线和较强垂直风切变是发生大风的主要背景形势,回波的快速移动、"V"形槽口是雷达回波的总体特征;大风易发生在风暴相对减弱的时期,在雷达产品上具有较低的雷达反射率因子(Z)值,以及较低的垂直积分液态水含量(VIL)和回波顶高(ET)。     

贵州一次暖区飑线大风与大冰雹的雷达结构特征分析

利用常规高空和地面探测、观测资料,地面加密自动站分钟数据资料以及榕江站、贵阳站C波段多普勒天气雷达探测资料,分析了2020年3月23日贵州强对流天气的环流形势,并重点分析了榕江飑线大风及长顺大冰雹雷达回波特征。结果表明:(1)此次飑线大风与大冰雹发生在南支槽前暖区,地面热低压发展推动辐合线移动、低层西南暖湿气流、中层干冷空气、合适的0℃和-20℃高度均为此次飑线大风及大冰雹的产生提供了有利的环境条件。(2)雷达回波大冰雹特征突出:强回波悬垂,有界弱回波区,弓形回波,中心强度强(60 dBz以上)且50 dBz强回波伸展超过-20℃高度达到9 km以上,垂直积分液态水含量最高达到了70 kg/m~2,连续超过两个体扫VIL≥60 kg/m~2,回波顶高连续超过两个体扫在15 km以上。(3)飑线雷达回波大风特征明显:弓形回波形态特征明显且移动较快,移速约40 km/h,低层径向速度大,中层径向辐合大风区下传,速度零线通过观测站后大风加速。(4)短临预警业务中,对飑线大风天气,应重点关注低仰角速度大值区、中层径向辐合和弓形带状回波生成后移动发展对下游地区的影响;对大冰雹天气,应重点关注大于50 dBz强回波垂直扩展的高度、VIL和ET高值区的维持等。     

滇南中小尺度灾害天气的多普勒统计特征及识别研究

利用普洱CIND3830-CC新一代天气雷达资料、地面观测资料、探空资料,对2004—2009年滇南普洱、西双版纳典型的中小尺度强对流天气的多普勒雷达回波特征进行统计分析,总结冰雹、大风、短时强降水的识别方法和预报指标。结果表明：冰雹云初始回波中心强度在40 dBz左右,高度在5 km左右,接近0℃层高度。冰雹云径向速度≥10m·s^-1,辐合特征明显,97%的移速≥30 km·h^-1,中心强度为55～69 dBz。97%的冰雹云的45 dBz回波顶高≥7.5 km,92%的冰雹云的45 dBz回波顶高超过-20℃层高度;大风回波可分为4种类型。96%的大风回波径向速度≥10 m·s^-1,50%的辐合特征明显,85%的移速≥30 km·h^-1,大风回波中心强度为30～55 dBz;强降水回波的辐合特征明显,79%的回波径向速度〈10 m·s^-1,85%的移速〈30 km·h^-1,回波强度集中在40～45 dBz,高度集中在6.5 km以下,强中心高度低于4.5 km,85%的强降水回波移速〈30 km·h^-1。这些特征可为短时临近预报提供参考。     

鄂西北一次超级单体风暴过程的观测分析

2016年6月7日下午鄂西发生一次伴有超级单体的强对流过程。利用常规地面和高空观测资料以及区域自动站、多普勒天气雷达等资料,对该过程超级单体形成的环境条件及雷达回波特征进行了详细分析。结果表明:(1)上干下湿不稳定层结、较高的对流有效位能与强烈的低空垂直风切变是有利于超级单体产生的环境条件,地面辐合线和鄂西北山区地形对超级单体的触发和增强起到关键作用;(2)宽大有界弱回波区以及位于其上的强悬垂回波,弱回波区前侧强入流与中层径向辐合(MARC)的存在,都表明超级单体具有降雹潜势;(3)大风核(27 m·s-1)持续时间超过2 h、中气旋深厚持久、阵风锋、高空强冷平流下传以及风暴内部下沉气流的共同作用,导致了地面大风;(4)前侧入流槽口斜升气流强而持久且风暴顶辐散长时间维持,造成强降水。     

佛山致灾雷暴大风环境背景和雷达回波特征分析

利用常规观测、区域自动站、多普勒雷达等资料,统计佛山近10年来雷暴大风灾害并对其发生的环境背景及雷达回波特征进行分析。结果表明:致灾雷暴大风多发在前汛期,占总数的70%;以5月最多,10月到次年2月没有雷暴大风灾害。致灾雷暴大风环流背景主要有锋面低槽型和暖区对流型。大风灾害对应温湿探空曲线"上干下湿",湿层较薄,中层存在明显干层,垂直风切变较大;雷击灾害对应对流不稳定能量更大,垂直风切变较小。飑线、弓形回波、带状回波、孤立单体等对流风暴是致灾雷暴大风的主要回波形态,速度图上表现为速度大值区、中气旋(中涡旋)、低层强烈辐散等特征。     

2017年江西副热带高压边缘雷暴大风回波特征

利用MICAPS天气资料、WebGIS雷达拼图、自动站、强天气监测和雷电监测等数据,对2017年8月江西副热带高压边缘产生的4次雷暴大风天气过程,采用数据统计、形态特征对比等方法进行分析,结果表明:江西北部回波和南部回波发生辐合运动时,南面回波会发展的更为旺盛,形成飑线回波带。回波的传播方式一方面加快了回波移动速度,另一方面改变了回波的移动方向。副热带高压边缘雷达回波特征主要有两种:一是南北向短带回波,有时会发展为弓状回波;二是强回波单体,超级单体和复合单体回波。带状回波上,雷暴大风分布在回波带前沿,尤其是弓状回波带的头部,雷电分布则在回波带移动方向的后侧;强单体、超级单体和复合单体回波上,雷暴大风和雷电集中在强回波中心附近区域。超级单体回波具有55～60 dBZ块状回波结构,垂直液态水含量VIL达到60 kg·m~(-2);相对风暴速度SRM图上和垂直径向速度RHI_V图上,都具有相邻的正负速度对和达到中等以上中气旋标准。     

一次罕见冰雹天气的多普勒雷达回波分析

运用多普勒雷达的基本反射率(R)、风暴相对径向速度(SRM)、垂直积分液态含水量(VIL)等产品,分析了2004年6月20日华北南部罕见的冰雹大风天气过程。结果表明:这次冰雹大风天气过程主要是由超级单体回波中的中尺度气旋引起的;该过程持续时间比较长的原因是“指状”回波和超级单体回波的依次发生、发展。     

华南前汛期冷空气影响下两次飑线大风过程的对比分析

利用常规气象资料、自动站资料、FNL 1°×1°再分析资料和多普勒雷达资料对比分析了2017年在西风槽前并伴随着冷锋影响下的两次飑线大风过程,其中"4·21"较"5·8"过程造成了更严重的灾害性大风。结果表明:(1)高空槽和地面冷锋的配置提供了深厚的动力条件,但中层槽靠近后增强的垂直风切变是大风产生的关键原因,垂直风切变的大值区对大风落区具有指示意义。(2)华南地区夏半年,探空曲线对于6 h后的指示意义不大,CAPE及假相当位温随高度减小虽能表征层结不稳定度,但对地面大风的指示意义不强。(3)倾斜的结构有利于"4·21"对流的发展,强回波质心高是"4·21"产生地面大风的主要原因,"5·8"过程没形成倾斜结构的同时低层的上升运动更为强烈,削弱了雨滴下降对空气的拖曳作用,不利于地面大风的产生。     

天津雷暴大风天气的环流场及雷达回波特征分析

利用加密自动站、闪电定位仪、FNL和多普勒雷达资料对2018—2020年汛期(4—9月)天津地区出现的47次雷暴大风过程的时空分布、天气形势和雷达回波特征进行统计分析。结果表明：(1)天津地区雷暴大风多出现在北部山区和东部沿海,高发月份为6—8月,多出现在傍晚到前半夜,持续时间多为1～4 h;(2)天津地区雷暴大风的天气形势主要有西北气流型、冷涡型、低槽型和西太平洋副热带高压边缘型,其中冷涡型出现频次最高;(3)造成天津地区雷暴大风的对流风暴类型主要有非线状多单体风暴、线状多单体风暴(不包含飑线)、飑线、弓形回波和普通单体风暴,其中飑线数量最多,飑线和弓形回波是造成雷暴大风极端值的主要风暴类型;(4)当最大反射率因子为61 dBZ、强回波中心下降率为260 m·min^-1上下时发生雷暴大风的可能性最高;(5)根据低层径向速度大值区,可对15.4%的非线状多单体风暴、14.3%的线状多单体风暴和22.2%的飑线雷暴大风提前30 min发布预警。     

造成临桂极端大风的超级风暴单体观测分析

2019年3月21日21:13 (北京时),广西桂林市临桂区国家气象观测站录到60.3 m·s-1极端大风,打破了广西气象站建站以来的历史极值。综合利用多种观测资料对临桂极端大风的发展演变和成因进行详细分析,结果表明:(1)地面锋前暖区对流在移近临桂站时地面冷空气的适时入侵促进其发展成超级单体风暴,其产生的下击暴流击中临桂测站造成极端大风。(2)雷达回波表明该超级单体具有明显的钩状回波、中层径向辐合、近地面强辐散及反射率因子核心下降等雷达特征;风暴垂直方向流场结构表现为上面是反气旋性旋转或辐合、中间为径向速度辐合、底下为气旋性旋转。(3)中层径向辐合加强导致中气旋旋转性加大、直径减小、厚度增加,近地面层的强中气旋对下击暴流有加强作用。(4)环境条件分析表明临桂上空具有极好的产生雷暴大风的环境条件和发展成超级单体风暴的潜势。(5)极端雨强与极端大风相伴出现,表明降水拖曳作用是极端大风产生原因之一;在地形作用下冷空气大风对极端大风形成有叠加效应。     

一次罕见冰雹天气的多普勒雷达回波分析

运用多普勒雷达的基本反射率(R)、风暴相对径向速度(SRM)、垂直积分液态含水量(VIL)等产品,分析了2004年6月20日华北南部罕见的冰雹大风天气过程.结果表明这次冰雹大风天气过程主要是由超级单体回波中的中尺度气旋引起的;该过程持续时间比较长的原因是"指状"回波和超级单体回波的依次发生、发展.     

渤海西岸一次极端大风的特征和成因分析

利用NCEP-FNL资料、FY-4卫星红外云图资料、雷达资料和自动站资料,对2021年4月15日渤海西岸由大尺度冷空气和中尺度对流系统共同作用形成的极端大风进行特征和成因分析。结果表明：(1)FY-4卫星红外云图云顶亮温表现出指状特征,雷达反射率因子表现为两个弱回波带在渤海西岸合并加强为一条带状回波,随着系统东移由带状回波演变为弓状回波。(2)上冷下暖的不稳定层结为锋面触发对流提供有利环境条件,在径向速度图上出现较大范围速度模糊和中层径向辐合。(3)此次大风过程具有雷暴大风和冷空气大风混合的大风特征,大风成因是由大尺度冷空气产生的动量下传、大尺度变压风、梯度风以及中尺度雷暴冷池出流共同导致的。     

桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。      

多种观测资料在一次弱降水雷暴大风分析中的综合应用

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属于西北气流型雷暴大风,低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供有利环境条件;(2)此过程共经历弓形回波复合体、阵风锋和单体弓形回波3个阶段,雷暴大风的强度与强回波核伸展高度以及下落时间有关,回波核伸展高度越高,下落时间越短,雷暴大风强度越强;(3)强冷池的快速移动是弓形回波复合体阶段雷暴大风的直接原因,冷空气首先从2.3km高度入侵,10min后地面出现雷暴大风。天津南部具有不稳定能量高值中心,配合地面中尺度辐合线的触发作用导致单体弓形回波阶段雷暴大风;(4)阵风锋阶段上升与下沉气流共存,下沉速度峰值的下传特征较地面雷暴大风的出现提前20min,2km以上的对流层中低层为上升运动。