雹云机理新见解的观测验证和复现

近期的研究结果认为：雹云中存在着冰雹“穴道”，它是由流场和水凝物粒子场相互作用决定的。“穴道”把雹胚形成区和大雹生长区联结成通道，它对冰雹粒子具有明显的动力吸引作用，可使大粒子向这里集中，在宏观上呈现出冰雹粒子的动态累积效果；涵盖冰雹“穴道”的区域即为播撒人工防雹的“作用区”，它一般位于主上升气流边侧的主人流区和相对水平速度接近于零的零域(线)附近的下侧等。这些理论结果尚需观测验证和重复再现，本文利用Doppler雷达观测事例来作验证，并引用前人的工作在此稍作物理加工后复现这些理论结果。     

“2.28”云南罕见春季强对流雷达回波特征分析与数值模拟

利用常规观测、红外云图、水汽图像、CINRAD-CC多普勒天气雷达观测、NCEP 1°×1°再分析资料和WRF模式,对2008年漏报的"2.28"云南罕见春季强对流中冰雹、雷打雪雷达回波特征进行分析和数值模拟研究。结果表明,此次过程是由强西南低空急流和地面冷空气引起,过程中昆明雷打雪上空为向高层扩展增强的逆风区,近地层零速度线呈"S"型暖平流形式,有钩状、块絮混合条状或片状回波对应,45 dBz的钩状回波强中心带在5~7 km处并向高层偏东方向伸展;玉溪强冰雹由"弓"型回波前部中-γ尺度中气旋活动所致,回波强度、零速度线自南向北呈汇合型和发散型的典型超级单体回波特征,60 dBz最强中心在5 km高度,雹云中50 dBz回波经历柱状、倒"V"和钩状,并与有界弱回波BWER相伴。WRF较好地模拟了整个强对流过程中的回波强度、形态和移动方向,验证了实况中冰雹、雷打雪云中存在强倾斜上升气流和冰雹云中倾斜上升气流,以及垂直上升运动大于雷打雪云中的事实。     

液态CO2人工引晶后云微物理和降水变化的观测分析

根据飞机探测仪器观测到的云中粒子微观结构,结合卫星、雷达和常规天气资料,分析了人工增雨作业前后云的宏、微观物理结构和降水变化。结果表明,作业后影响区云中的冰晶浓度、雨滴直径比对比区有明显增加,云中过冷水减少;对比区降水回波强度和强回波区面积变化不大,而影响区最大回波强度增大,强回波区的面积扩大,降水增加。这与影响区云中降水粒子增多、直径增大是一致的,这些结果说明了液态CO2催化层状云的物理响应。     

层状云数值模式与实际观测研究

改进了一维层状云雨滴分档模式,利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势,对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟,并与实测资料进行了比较。结果表明,改进后的模式计算稳定,可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱;对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题,通过选用不同的上升气流速度方案,并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法,从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路;与实际观测结果比较可知,暖区碰并过程对本次降水的贡献在10%左右,与上升气流的速度有关。     

一次强对流过程的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式（IAP-CSM3D），模拟了2004年4月23日横扫湘中湘南大部分地区的飑线强对流过程的流场、雷达回波和含水量等宏、微观物理量的分布及其演变。分析了冰雹形成的微物理过程，结果表明，冰雹粒子主要由冻滴（CNfh）和霰（CNgh）转化形成，其中冻滴的贡献比较大，冰雹主要是通过撞冻过冷水过程（CLch、CLrh）长大。将多普勒雷达实测资料同模拟的气流结构进行比较可见，雷达观测到散度随高度的变化与模式模拟的气流结构一致；模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达观测事实相近。     

微物理过程分档处理的三维对流云模式研究

在三维完全弹性冰雹云参数化模式动力框架和二维面对称分档模式(微物理过程分档处理)的基础上,建立粒子全分档的三维对流云分档模式.利用建立的分档模式对2000年6月29日美国堪萨斯州的一次超级单体风暴进行了模拟,并将模拟结果与三维冰雹云参数化模式的模拟结果作了对比.结果表明:分档模式可以较好地模拟出强对流云中两支上升气流,模拟得到的最大上升气流速度大于参数化模式;分档模式模拟得到的雷达回波强度、顶高和回波宽度更接近实测.     

低纬高原“05．03”强倒春寒天气过程分析

通过micaps常规资料，应用湿Q锋生函数等理论，以及昆明新一代天气雷达3830-C回波资料，对2005年3月2～5日云南倒春寒天气过程进行分析，得出500hPa乌拉尔山高压脊建立、中高纬度呈两槽-脊型、新疆横槽转竖以及东亚大槽南移是此次天气过程的大尺度环流背景；高低层冷暖气流的辐合，在低层冷锋、切变的持续动力作用下，形成了此次持续低温阴雨倒春寒天气；锋生函数正值区、中低层的等（e陡立密集面与云南冬春季降雪区有很好的对应关系；降雪多普勒雷达特征显示，PPI上丝缕状结构明显，回波水平范围大，最大回波强度弱于夏季连续性强降水；VPPI上的“牛眼”结构、零速度线冷暖平流的变化同于夏季连续性降水回波，但对流性特征不明显。     

太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析

利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区获取的综合观测资料,从强对流单体出现的天气背景、降雹特征、雷达回波演变、大冰雹的形成机制及动力结构等方面对2018年5月12日下午发生于太行山东麓的一次强对流单体降雹天气过程进行了分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件,低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹过程的触发因素。通过对雹云降雹时段雷达回波具有超长“悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互衔接的0线（域）,主上升气流2次逆时针转弯增加了雹胚再入主上升气流区继续长成大雹的机会,据此勾画出了云体主上升气流框架及大冰雹的形成机制,表明冰雹在雹云中的生长有多种模式。      

梅雨期暴雨个例模拟及其中小尺度结构特征分析研究

利用中尺度数值模式MM5和多普勒雷达观测资料，对2002年7月22~23日发生在长江中游一次梅雨暴雨过程进行模拟和分析。模拟结果与观测资料相比基本吻合。主要研究内容包括暴雨过程α中尺度到γ中尺度的回波结构以及动力特征和云降水粒子的分布。研究结果表明:在长江中游地区存在一条东北西南走向低空切变线，切变线北侧偏东气流中回波较弱，而南侧西南气流中不断出现强对流云团发生发展、合并分裂现象，形成沿着切变线分布的α中尺度对流带。对流带中有多个东北西南向的β中尺度波列，这些波列由从西南向东北方向移动的γ中尺度回波所构成。新回波大多产生在老回波的后部。γ中尺度回波具有相应尺度的气流辐合辐散结构。各种云降水粒子与动力场相互配合，上升运动位置和强弱决定云水的位置和强弱。云发展初期降雨首先产生于低层，以暖雨过程为主，成熟期云中冰相粒子对降水非常重要。强回波区的降水会在近地面产生出流。在西南气流中，远离切变线的回波移速大于靠近切变线的回波，容易产生回波合并；强回波由于降水而产生下沉和辐散气流，易导致回波分裂。     

一次积层混合云降水过程增雨条件分析

基于中尺度数值模式MM5,新一代天气雷达、静止气象卫星和雨量等观测资料,对安徽省秋季旱期一次降水过程的增雨条件进行了分析。首先,模式预报的云降水结构与实况在总降水量及分布、云系回波特征、移动趋势方面基本一致,模式产品具有一定可信度,对云降水结构的分析表明,云中含有一定过冷云水且配合有上升气流的存在,这是有利的增雨条件。在此基础上,基于MM5模式结果计算了冰面过饱和度,散度差,K指数和850 hPa水汽含量,并由此得到综合增雨潜力指标,将指标与云结构、降水和卫星雷达资料进行对比,结果表明这些指标揭示了云系中有利于增雨作业的动力、热力、微物理条件,对云系发展和降水过程有良好指示意义,与雷达卫星的观测结果较一致。最后,卫星反演产品、雷达回波以及雷达反演产品如垂直积分液态水含量、回波顶高等特征与模式描述的云系结构特征一致,可判断作业的具体位置和时间,数值模式产品与观测资料结合为人工增雨作业提供了及时精确的指导。     

北京大兴国际机场相控阵雷达强对流天气监测

北京大兴国际机场相控阵雷达性能先进,可实现对灾害性飞行天气的高效监测.对比该雷达和S波段多普勒天气雷达在2020年6月18日和25日两次强对流过程探测能力表明:2020年6月18日相控阵雷达探测到雷暴清晰的外流边界等弱回波,直到弱回波触发新对流单体并加强后,S波段多普勒天气雷达才探测到该弱回波,时间上比相控阵雷达晚24...     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

十堰一次强对流天气雷达回波特征

利用十堰714C天气雷达回波资料,结合其它天气资料,分析了2004年7月6日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度天气形势下产生的,局地环境CAPE指数大,水平风的垂直切变较强。强降雹由多单体强风暴造成,回波强度强,高度较高,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）。雹云移动明显右偏于高空风,属右移风暴,以右后侧和右前侧传播方式发展。强降雹由后一种传播方式造成,初始回波从半空生成,云顶高度较高,强中心位于云体中上层。     

新疆阿克苏地区冰雹时空分布及雷达回波特征

利用"新疆气象灾情直报系统"冰雹灾情数据和阿克苏地区人工防雹作业信息,分析了阿克苏地区9县市2010—2019年冰雹天气的时间变化和空间分布特征,选用阿克苏地区9县市2009—2019年10场冰雹天气过程,应用美国Gibson Ridge Software LLC公司GR2Analyst雷达产品处理软件分析二次产品,得...     

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程,并结合多普勒雷达探测资料,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变.模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等.同时,模拟分析了冰雹形成的微物理过程,结果表明,本个例模拟雹云中,冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程(CLch、CLrh)而进一步长大的.     

南疆塔里木盆地西部一次强冰雹天气过程分析

利用常规气象资料和CINRAD／CC新一代天气雷达资料以及对流云数值模式等,对2011年6月17日发生在南疆塔里木盆地西部麦盖提垦区的一次强冰雹天气过程进行了分析。结果表明：大气不稳定层结的存在和有利的高低空环流形势配置的动力作用,是触发这次南疆西部局地强对流天气产生降雹的主要原因。在冰雹天气发展过程中,探测到了如钩状回波、弱回波区、悬挂回波和中气旋等典型的冰雹云回波特征,这对冰雹天气邻近预报具有一定指示意义。数值模拟结果显示,冰雹云具有低层辐合、中层有一对涡旋、高层辐散的结构特征,这种结构有利于冰雹云的发展和维持。     

一次强飑线过程的中小尺度特征分析

通过常规资料、新一代天气雷达、自动站等资料对2005年3月22日影响福建的一次飑线系统进行分析。分析指出，该飑线系统是由高空槽前型的上干下湿引起的不稳定强对流天气。对新一代天气雷达资料分析揭示了此次飑线的典型的弓状特征、强的后侧入流槽口以及入流槽口上的弱回波区等中小尺度结构特征是造成灾害性大风的成因。     

天山北坡一次致灾冰雹的多普勒雷达回波特征分析

利用石河子c波段多普勒天气雷达资料,对2007年7月3日下午发生在石河子垦区南部山脉与平原交界区151团的冰雹等强对流风暴的多普勒雷达回波演变特征进行详细分析。结果表明：该强对流风暴具有超级单体风暴的典型特征,强风暴前进方向的右侧出现钩状回波,西北侧呈现出“V”字型缺口;反射率因子垂直剖面呈现出弱回波区、回波悬垂和弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度超过65 dBz,垂直累积液态水含量超过70 kg/m²;相应的径向速度图上出现中气旋。该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约30°,属于右移风暴。     

豫西地区一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等方面分析2006年8月豫西地区一次大范围冰雹天气过程的成因。结果表明:高空冷空气的侵入对不稳定能量释放起了触发作用,华北冷涡和低层切变线的相互配置为冰雹的发生提供了有利的动力抬升条件,地面冷锋的南压迫使暖湿空气抬升利于冰雹的形成;普通单体风暴或超级单体风暴都可导致冰雹发生,中气旋、逆风区、低层辐合的存在及产生冰雹前的高反射率因子、高的强冰雹概率、高垂直积分液态水含量这些典型的强回波特征,对冰雹的短时(临近)预报具有一定的指示意义。