湖北冷季高架雷暴天气分类及环境参数特征分析

利用常规观测资料、加密地面自动站、闪电定位仪和ERA5再分析资料,将2011—2020年湖北冷季91次高架雷暴事件,按照形成机制分为雷雨型、强对流型和雷打雪型3类,并细致归纳了3类事件的时空分布特征、大气环流背景及关键环境参数等特征。(1) 湖北冷季高架雷暴雷雨型最多,强对流型次之,雷打雪型最少。3类型存在明显的时空分布差异,雷雨型主要发生在秋末冬初(11月)和冬末初春(1—2月),强对流型及雷打雪型常出现在早春2月,3月基本以强对流型为主。(2) 低槽冷锋、850 hPa切变线及低空西南急流是冷季高架雷暴发生的有利环流背景,近地面为稳定的冷气团控制,逆温明显,西南低空急流沿着锋面逆温层以上的850 hPa附近触发抬升,水汽、上升运动及不稳定层结均出现在850 hPa以上。雷雨型和雷打雪型距离冷锋超过100 km以上,强对流型不足100 km。(3) 850 hPa是风场转换的重要层次。强对流型850 hPa露点温度(Td850)、K指数、850 hPa与 500 hPa温差(ΔT85)、850 hPa假相当位温(θse850)、西南急流厚度和强度(I700)、切变线强度(S850)最大,中低层(850~700 hPa)垂直风切变(SL78)最小;雷打雪型对水汽和不稳定能量的要求最低,SL78最大。     

MP-3000A型地基微波辐射计的资料质量评估和探测特征分析

应用常规探空、MP-3000A型地基微波辐射计和自动气象站数据,比较了微波辐射计与探空的差异,温度和相对湿度的平均观测偏差分别为3.2℃和29%,相关系数分别为0.98以上和0.5左右。分析了不同天气下微波辐射计的探测特征,发现相对湿度和液态水含量的垂直变化与降水、强对流和大雾的发生有良好对应:降水和强对流过程中,6 km以下的相对湿度提前增大（湿度增大的提前时间在降水中较长,在强对流中较短）,3.5 km以下液态水含量增加,尤其在2.25³.25 km处有明显的激增;大雾伴随3³.5 km以下相对湿度增大和1.5 km以下液态水含量激增。A指数和对流性稳定指数(I_conve指数在出现明显降水后可能失去指示意义,在刚开始降水（尤其是明显降水）阶段及大雾中表现良好。     

我国春季冷锋后的高架雷暴特征分析

利用常规气象观测资料和国家气象中心对流天气综合监测等资料,对2010-2012年我国春季冷锋后的高架雷暴的时空分布特征和强对流天气特点等进行统计分析,并通过一次典型个例给出影响高架雷暴的主要天气系统,再结合雷暴物理条件的统计特征探讨高架雷暴发生发展的物理机制。研究结果表明,此类高架雷暴主要发生在我国南方地区,具有一定的日变化,常伴冰雹和短时强降水天气。影响高架雷暴的主要天气系统为高低空急流、低层切变线以及500 hPa西风槽等。预报着眼点主要为850和700 hPa大气相对湿度在70%以上;700与500 hPa的温差达16℃以上,有一定的热力不稳定;700 hPa上建立一支低空西南急流,配合500 hPa西风槽以及低层的切变线,这些因素为雷暴触发及发展提供条件。     

基于微波辐射计的盛夏短时强降雨水汽特征分析

利用RPG HATPRO-G4微波辐射计和自动气象站观测资料，研究盛夏时节成都地区短时强降雨的水汽密度(VD)、相对湿度(RH)、整层水汽含量(IWV)演变特征，并探讨微波辐射计资料在短时强降雨中的应用。结果表明:盛夏时节成都地区无论是发生阵雨还是短时强降雨时，大气中水汽条件均较好，地面VD达19±3g·m-3，IWV在53kg·m-2以上，1～3km高度RH≥90%。降雨开始前1h地面VD与2倍的500hPa高度VD之和是否达到26.3g·m-3，可作为短时强降雨发生与否的指标，识别率达75%。短时强降雨发生前3h，持续的水汽辐合使3km高度处出现98%≤RH≤100%的湿层，该湿层随着降雨的临近而增厚，向下伸展至边界层。降雨刚发生时，4km以上相对湿度骤降，4km以下湿度略增加。降雨结束后，整层水汽含量会降低至与降雨发生前相近的值。      

基于微波辐射计的乌鲁木齐水汽日变化初步分析

以地基35通道微波辐射计测量的大气可降水量(简称PwV)为基础,分析了乌鲁木齐地区四个季节中的日变化特征。冬季日变化差为0．093 cm,春季日变化差为0．153cm,夏季日变化差为0．291 cm,秋季日变化差为0．228 cm。另外,四个季节中水汽最大值／最小值出现频率最高的时段也呈现一定的规律,即最大值一般出现在06：00到06：59和22：00到22：59之间;PWV每小时变化率为正值和负值的概率在冬、春、秋季不是太明显。     

“2007.08.13”汕头强雷暴天气雷达回波特征分析

根据2007年8月13日汕头强雷暴天气的雷达资料和闪电定位资料,利用统计和对比分析的方法,分析闪电活动与雷达回波之间存在的关系。结果表明:强回波面积与闪电次数具有显著相关关系,闪电活动相对于强回波面积的变化有10 min的提前量;闪电发生的位置变化与强回波的移动密切相关,而速度回波更清晰地反映和预示雷达回波的移动趋势。基本速度图中的辐合区也是闪电活动频繁的区域,雷暴发生前40 min,风廓线图中出现断裂的双干区,随后该双干区自上而下迅速遭到破坏。双干区的出现和破坏是雷暴天气产生的先兆特征。     

南京地区夏季雷暴的雷达雷电特征分析

通过对2009年发生在南京的6次雷暴过程的雷达回波强度、VWP产品、垂直速度等雷达产品和探空资料等常规气象产品以及闪电资料的对比分析,发现VWP产品对雷暴过程中大气的湿度条件有较好的指示作用,ND区的初始破坏时间往往早于雷暴中闪电的发生时间。闪电主要发生在雷达最大回波顶高度突破9 km之后,并且最大回波顶高度较闪电峰值有约12 min的提前量。雷达平均垂直速度图中出现强上升中心后的短时间内闪电将会突然增大。     

北京干湿雷暴过程的地基微波辐射资料对比分析

利用北京城区两部地基微波辐射仪资料,结合自动站、加密探空和雷达等局地非常规观测资料,对北京地区2008年8月14日"湿雷暴"(强降水伴有雷电)和24日"干雷暴"(强雷电伴有弱降水)过程发生前的局地环境大气温湿廓线特征进行对比分析.研究结果表明:1)干湿雷暴发生前大气层结明显不同.湿雷暴探空层结曲线呈"漏斗"型,低层暖湿...     

一次暴雪过程的高架雷暴环境条件及雷达特征

2021年2月24—25日河南出现一次伴高架雷暴的暴雪天气过程,各级气象台站业务预报对该过程中雷暴均漏报,对降雪量级预报也偏小。利用常规气象观测资料、双偏振雷达产品和NCEP 1°×1°逐6 h再分析资料,重点分析了这次暴雪过程中高架雷暴的环境条件及双偏振雷达参量特征。结果表明:(1)东移加深的中纬度高空槽、700 hP a发展北上的西南急流与地面扩散南下的冷空气等天气尺度系统相互作用触发对流,造成暴雪过程出现高架雷暴。(2)该过程最强水汽输送位于700 h Pa,水汽通量大值带位于河南沿黄(河)一带,河南上空水汽充足,为中层不稳定层结建立和对流触发提供了有利的热力条件。(3)低槽前部两个次级环流圈上升支叠加为雷暴发生和降雪增强维持提供了强的上升运动;0—6 km较强垂直风切变有利于对称不稳定发展;700 hPa西南风急流辐合作用配合高空槽大尺度强迫使得中高层不稳定能量释放,从而触发对流。(4)高架雷暴发生时,雷达回波强度≥45 dBz、顶高超过-20℃层,“牛眼”结构和辐合上升区长时间维持有利于产生雷暴;雷达双偏振参量相关系数(CC)较小(0.7～0.9)、差分相移率(K_D...     

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法, 利用2019年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据, 首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性, 然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论: (1)微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小, 其反演结果明显优于天顶观测模式; (2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致, 但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关, 随着雷达回波强度的增大, 云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大; (3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差, 在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近, 双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1 km及其以上区间存在明显差异。      

地基微波辐射计遥感人工触发闪电的观测研究

为了深入研究雷电产生的微波热辐射特征,从2016年初夏开始利用地基微波辐射计在中国气象局雷电野外科学实验基地开展了连续4年的观测实验,根据雷电热效应的特征,制定了观测方案,并为地基微波辐射计设置了“引雷观测模式”。结果表明,地基微波辐射计具有对雷电热效应产生响应的能力。2017—2019年,辐射计一共成功捕获了30次人工触发闪电,观测效率逐年增长,平均为71.4 %;微波亮温脉冲幅度的最大值约125 K。结合其中28次触发事件的雷电流数据,分析了亮温脉冲幅度和雷电流积分量之间的相关性,并发现了最大亮温脉冲幅度与总电流作用积分之间可能存在指数关系。根据亮温观测数据估算了雷电热效应的持续时间,平均约0.5 s,其中25次触发事件的雷电流热效应持续时间与雷电流持续时间变化较为一致,相关系数约0.73。     

基于微波辐射计和气溶胶激光雷达的边界层高度研究及应用

分别基于微波辐射计温湿度廓线资料的气块法、位温法和比湿法,地面气象资料的罗氏法及气溶胶激光雷达数据的梯度法,计算得出广州地区大气边界层高度,对比分析5种边界层高度结果及其与气象条件、空气质量之间的关系,结合典型大气污染过程分析边界层高度对PM_2.5、O₃浓度的影响。结果显示：(1)利用位温法、气块法、罗氏法、比湿法和梯度法计算得出广州地区平均边界层高度分别为2 207 m、1 239 m、901 m、717 m和660 m,位温法显著高估了广州地区的边界层高度;(2)利用气块法得出的混合层高度日变化能够较好地表征白天大气边界层演变特征,利用气块法和比湿法得出的白天混合层高度与近地面O₃浓度有显著的正相关关系,相关系数在0.5以上,在O₃污染防治中,应同时考虑边界层内垂直输送的影响;(3)利用梯度法得出的边界层高度在污染天气时与PM_2.5浓度的相关性较好,能较好地表现出大气污染情况,在PM_2.5污染天气过程分析中具有较好的应用价值。     

基于DDW1全闪三维闪电定位系统的闪电活动探测分析

2020年12月,广东省ADTD(Advanced TOA and Direction)闪电定位系统升级改造为DDW1全闪三维闪电定位系统,于2021年1月业务运行,使得广东省拥有了闪电三维定位业务观测能力。DDW1闪电定位系统不仅在硬件性能、数据处理、探测效率和定位算法等方面有提高,同时还新增了闪电辐射源的三维定位功能。基于DDW1闪电定位系统观测数据和广州S波段双极化天气雷达资料,分别对广东省2021年闪电时空分布以及一次飑线系统云闪三维分布特征进行分析。分析结果表明,闪电活动主要出现在5—9月,占总数92.9%,闪电活动多发时段为13—18时,占总数53.1%;广东省闪电聚集区分布在地势较低的珠三角和粤西地区,地势高的山地地区闪电活动相对较少;云闪辐射源主要出现在强对流区底部,高度主要分布在1~5 km,占总数61.3%,一定程度上刻画了雷暴云中电荷区的分布情况。全闪定位结果与对应时刻雷达回波具有高度一致性。     

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显...     

湖北强降水频次时空特征及基于GWR模型的地形关系分析

利用1983—2017年湖北省汛期74个国家气象站逐小时降水数据,按长、短历时强降水事件分类研究强降水频次的时空特征,并运用普通最小二乘法(OLS)、地理加权回归(GWR)方法定量探讨强降水频次与地形因子之间的关系。(1)湖北汛期长、短历时强降水年频次周期变化明显,年代际变化(≥10 a)存在1个主振荡模态,年代际以下尺度(<10 a)存在2个主振荡模态。(2)长历时强降水旬频次在梅雨期达到顶峰,盛夏期减少,而短历时则在梅雨结束后的7月中旬出现跃升;长、短历时强降水频次日变化曲线都为单峰结构。(3)湖北长、短历时强降水高频次站点多出现在地面存在准常定中尺度辐合线或涡旋的特定地形条件下。(4)地理加权回归较传统普通最小二乘法显著提高了强降水频次与海拔高度、坡度的拟合效果。结合拟合系数显著性检验分析,地理加权回归不适用于样本偏少、站点稀疏的鄂西山地,更适用于多中小尺度地形的湖北中东部。(5)地理加权回归模型中,海拔高度与长历时强降水频次在大别山东麓西侧正相关最大,在大别山西麓南侧负相关最大,坡度则正相反;海拔高度、坡度对短历时强降水频次的最大影响在大别山东麓西侧以及沿长江干流的低洼城...     

基于TRMM/LIS资料的浙江省及周边地区闪电特征和气象要素分析

利用TRMM/LIS 0.1°超高分辨率闪电定位产品, 分析了浙江省及周边地区(117.5~123.0°E, 26~32°N)卫星闪电资料的时空分布特点; 并结合中国区域地面气象要素驱动数据集、亚洲大陆气溶胶光学厚度数据集, 分析了该区域闪电与气象要素的关系。结果表明: 研究区域内闪电平均密度为5.97 f1/(km2·a), 其中陆地闪电平均密度为7.94 f1/(km2·a), 海洋闪电平均密度为2.09 f1/(km2·a), 陆地闪电平均密度为海洋闪电平均密度的3.80倍; 平均闪电密度值逐月变化特征在陆地和海洋区域有很好的一致性, 夏季闪电密度最大, 冬季闪电密度值最小; 陆地闪电密度日变化呈现单峰结构, 海洋闪电密度日变化呈现双峰双谷波形。该区域陆地气温、地面辐射、比湿及降水率均与闪电密度的月变化成正相关, 其中地面降水率和闪电密度月变化相关系数最高, 为0.858 0;气溶胶光学厚度与闪电密度月变化呈现弱的负相关, 相关系数为-0.397 8。