江淮地区孤立对流云统计特征

孤立对流云是江淮地区重要的降水云系,通过分析江淮地区2013—2016年6—9月的多普勒天气雷达数据,统计得到664个对流云,其中孤立对流云196个,占江淮地区对流云发生频率的29.5%,7月和8月是江淮地区孤立对流云的高发期,6月相对较少,9月最少,同时12：00（北京时,下同）—18：00是孤立对流云的高发时段,05：00—07：00孤立对流云发生频率最低。针对2013年7月20日安徽定远出现的孤立对流云个例,综合分析多普勒天气雷达和C波段连续波雷达探测资料,发现此次暖区孤立对流云内部强反射率因子中心交替生成,导致内部反射率因子呈强弱交替出现的波状结构,沿着移动方向由弱到强,降水粒子下落速度与之对应,降水粒子最大落速出现在孤立对流云中下部的强反射率因子区域,速度超过10 m·s-1。     

1961—2013年中国雷暴气候特征及东亚夏季风影响研究

利用2008—2014年(2010年除外)的实况探空资料和首都机场雷达资料,研究了发生在首都机场的雷暴的时空分布特征及不同移动特征,并分类研究了不同天气影响形势下的空间分布和移动特征,结果表明：影响首都机场的多单体雷暴主要来自西部和西北部的山区,而单体雷暴在平原形成的最多;多单体雷暴自西北-东南移动和自西南-东北移动的数量相当,而单体雷暴自西南-东北方向移动的较多。多单体与单体雷暴的平均移动速度均为43 km·h^-1,多单体以西北-东南方向移动的最快(45 km·h^-1),而单体雷暴以西-东方向的平均移动速度最快(57 km·h^-1);除了西南-东北方向的多单体和单体的平均移动速度相近外,其它方向的单体雷暴移动速度均快于多单体雷暴。山区雷暴的主要时段为03— 13UTC(世界时,下同),峰值出现在傍晚前后(11UTC),主要由西北-东南方向移动(占总数的77%);山坡上的雷暴最大峰值出现在07UTC和10UTC,集中在2个区形成,在西南山坡上形成的雷暴全部由西南-东北方向移动,而在西北山坡上形成的雷暴主要由西北-东南方向移动;平原雷暴主要集中在07—13UTC,峰值出现在09UTC, 产生在山脚平原上的雷暴由西-东移动,其它的则由西南-东北方向。将雷暴按不同的影响系统划分后可发现,西风槽类和低涡类雷暴均以西南-东北方向移动最多;西北气流型与横槽类雷暴主要以西北-东南方向移动为主。西风槽类和横槽类雷暴出现在平原上最多,大部分由西南-东北方向移动; 西北气流型雷暴出现在山区最多,大部分由西北和正西方向向东南方向移动;低涡类雷暴从山区移来与平原上形成的雷暴数量相当,山区移来的雷暴由西北-东南方向移动,在北京南部平原形成的雷暴及由移入的雷暴由河北省西南-东北方向移动。在西南-东北方向移动的雷暴中,以低涡型雷暴的移动速度最快(55 km·h^-1),移动最慢的是西风槽型(39 km·h^-1);在西北-东南方向移动的雷暴中,西风槽和横槽型移动速度最快(50 km·h^-1),其次为西北气流型(42 km·h^-1)和低涡型(41 km·h^-1)。西风槽类雷暴以西北-东南方向移速最快;西北气流型的雷暴西南-东北方向和西北-东南方向平均移速相近;低涡类雷暴西南-东北方向的平均速度快于其它方向。

     

ZDR柱识别方法在海南地区的应用

基于双偏振天气雷达的相关研究大部分集中在雷达如何识别粒子相态、精细化探测云系垂直结构方面,专门针对差分反射率因子ZDR柱的识别研究相对较少。通过对海南地区对流云系特征进行分析研究,提出一套基于双偏振雷达探测数据（2020—2021年）的ZDR柱识别方法,结合多源资料对发生在海南地区的2次对流天气过程展开分析,〖JP2〗验证ZDR柱识别效果。结果表明：①ZDR柱通常在对流云系前中期较为深厚,最大可达0 ℃层以上3～5 km,〖JP〗在空间分布上ZDR柱与雷达径向速度的辐合有密切关系,其正负径向速度对的差值与ZDR柱的强弱变化规律呈正相关,并且深厚的ZDR柱较大概率出现在对流云系运动方向的前缘位置,与对流云团雷达反射率因子较大区域（≥50 dBz）有明显的对应关系;②ZDR柱最大深度的变化趋势同雷达回波顶高和垂直累计液态水含量有弱相关性,雷达回波顶高和垂直累计液态水含量的变化通常滞后于ZDR柱深度的变化（约12～15 min）。该方法具备识别海南岛地区ZDR柱现象的能力,可以在分析强对流天气过程、人工影响天气指挥和短临灾害天气预警等方面发挥应用效益。     

X波段双偏振雷达对造成北京门头沟泥石流的强降水观测分析

利用房山X波段双偏振雷达观测资料,分析2017年6月18日北京门头沟泥石流的强降水过程,重点研究了泥石流发生地上空10 km×10 km区域内雷达反射率因子时空变化特征,并结合雷达定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation, QPE)讨论该类雷达探测设备在复杂地形区域的适用性。结果表明,在山区常规自动气象站布网稀疏的条件下,X波段双偏振雷达能够有效捕捉此次强降水的发生发展过程,同时,雷达定量降水估测得到的高分辨率降水场可以把握山区强降水中心,进而弥补山区雨量站匮乏的不足。此次过程中影响泥石流事件发生的降水时间发生在6月18日12—16时,其中,15时事发区域小时QPE最大值达到53.9 mm·h^-1,上游来水和局地突发性强降水共同作用是本次泥石流事件的主要成因。     

四川盆地云和降水观测科学试验设计与实践

2014—2017年四川地区开展了大范围云系观测科学试验。观测对象以盆地层状云系和积层混合云系为主,积状云(对流云)为辅。本文围绕试验目标、区域、观测要素、观测布局设计、观测方案设计、设备技术参数和典型个例等7个方面进行介绍,根据不同类型云系和降水变化特征,设计有针对性的观测方案,获得了不同类型云系和降水的多尺度连续性观测数据,为四川地区开展云和降水关系研究提供详实的综合型外场观测数据。层状降水云典型个例云高可达8km,云强核心部位的云雷达反射率可达28dBz,径向速度可达-6m·s~(-1),在0℃附近,反射率和退偏振因子LDR上有一条明显的亮带,表现为极大值,液态水主要集中于4.5km以下,随着雨强增大,液水含量增加,降水滴谱分布较窄,随着雨强减小,雨滴谱和速度谱变窄,但小粒径数浓度增加,说明对层状云雨强起主导作用的是雨滴直径,而不是数浓度;无降水层状云典型个例云层厚度为3.2km,云顶约为4km,云雷达反射率不超过0dBz,径向速度不超过5m·s~(-1),层状云内整层水汽含量和液水含量较为稳定,云中主要为液态粒子且粒径偏小、小粒径数浓度较高。     

双偏振多普勒天气雷达探测雷电的初步研究

利用S波段双偏振多普勒天气雷达和闪电定位仪数据,分析了2009年6月5日发生在南京地区一次雷暴个例的双偏振雷达参量特征与闪电之间关系及雷达水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR和零滞后相关系数ρhv等偏振参量在3 km、5 km、7 km等3个不同高度上的CAPPI图,结果表明：负地闪主要落在强回波中心及其附近,少数...     

利用双多普勒雷达分析对流云垂直运动结构试验

对流云是我国南方地区主要的降水云系, 含有丰富的云水资源, 是南方人工增雨作业的主要对象。为了研究江淮地区对流云发生发展规律, 利用双多普勒雷达反演技术分析了发生在2004年7月31日的一块对流云不同发展阶段的垂直运动结构。对流云在发展阶段以上升气流为主, 底层辐合明显, 结构紧密; 成熟阶段的上升与下沉气流势力相当, 且比发展阶段强盛, 强回波位置下移, 结构较发展阶段松散; 减弱阶段上升和下沉速度均减小, 水平辐散增强。结果表明:反演的不同阶段对流云垂直运动结构合理, 可以利用双多普勒雷达反演技术进行对流云三维运动结构研究。     

雨滴谱数据在S波段双偏振天气雷达数据质量评估中的应用

结合T-Matrix方法和雨滴谱仪数据反演双偏振参量,设计了一种雨滴谱反演评估方法(雨滴谱法),利用其反演结果可对双偏振天气雷达数据进行评估。将此方法应用于不同类型降水过程的雷达偏振参量数据质量评估,结果表明:满足微雨条件时,雨滴谱法与传统的微雨滴法均能有效监测由雷达系统误差导致的观测偏差,且评估结果十分接近;不满足微雨条件时,雨滴谱法评估的不同类型降水过程的雷达数据质量与满足微雨条件下的评估结果十分接近,客观证明了系统调整后雷达运行良好、数据质量稳定;不同雨强(R)情况下,雨滴谱法的评估结果具有一致性。10 mm·h^-1≤R<20 mm·h^-1时,雷达观测的数据质量最为稳定。该雨滴谱法适用范围广,可动态评估双偏振雷达偏振参量质量,有助于雷达调整和数据校正。     

南京地区一次强降水超级单体过程的双偏振雷达观测分析

基于南京信息工程大学C波段双偏振雷达观测数据,结合探空和地面实况资料,对2016年7月7日发生在南京地区的一次强降水超级单体过程进行双偏振雷达变量特征分析。结果表明：(1)当后向传播和多单体合并造成02—03时出现129.2 mm·h^-1极端强降水时,最强回波Z_H约60 dBZ,差分反射率因子Z_DR达5 dB,差分相位常数K_DP超过8 (°)·km^-1。K_DP大值区与地面上小时雨强极大值中心存在较好的对应关系。反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR、差分相位常数K_DP与小时雨强也有显著的正相关。(2)强降水超级单体发展旺盛阶段,垂直运动明显增强,上升气流活跃,冰雹和霰占的比例高,-20°C以上存在深厚的混合相态区,闪电的频次和强度明显增强,分钟雨强增大。相关系数小值区ρ_HV以及Z_DR弧超前于超级单体1个体扫发生,并可以指示超级单体底层上升气流区的位置...     

从气象卫星资料揭示的青藏高原夏季对流云系的日变化

文中利用日本静止气象卫星观测的1981～1994年1天8次的TBB观测值和1978～1994年NOAA卫星观测的1天2次OLR观测值研究了青藏高原地区夏季对流云系季节变化以及对流云的日变化及其东西向移动规律,并对1994年的资料进行了个例分析。结果表明,青藏高原夏季对流云有极为明显的日变化,以00～05SUTC为最弱,15～17UTC最强。在季风雨爆发后的7月中旬到8月上旬在高原中部（30～32°N,90°E）、东部（30°N,97°E）和西部（30°N,85～87°E）有3个TBB低值中心,多年月平均对流中心区云顶高度可达9．6km,而旬对流中心个别地区平均可达13km。对流云区开始发展于东部地区,随后对流云中心逐步向西移动,并于7月中下旬达到最西,此时西部地区从多年平均而言可以有短暂的强对流发展。     

基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5～6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5～6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。     

不同强度云系的双偏振雷达特征

利用S波段双偏振雷达观测到的层状云、非降雹对流云以及冰雹云三种不同强度云系的雷达数据,对其双偏振参量的特征差异进行分析.结果表明,层状云的差分反射率ZDR、差分相移率KDP接近0值,差分相移ΦDP随径向距离廓线变化小,与初始相位保持一致;在非降雹对流云中,CC值基本稳定在0.95以上,回波强度大于35dBZ时,ZDR、...     

“6·29”西安突发性特大短时暴雨过程分析

利用天气图、物理量、卫星云图和雷达回波资料,对2004年6月29—30日发生在西安市的特大暴雨过程综合分析。结果表明:特大暴雨发生在冷锋云系前部,500 hPa槽前的弱冷空气触发对流产生;远距离台风为特大暴雨提供了充沛的水汽和能量;特大暴雨分别发生在一次强对流和一次弱对流环境中,在卫星云图上表现为一中-β尺度对流云团和一片低云;强对流云体高度为15 km,弱对流云体高度为9 km。     

2019年夏季三江源局地热对流云宏微观特征的初步分析

在中国气象局西北人影工程项目的支持下,2019年8—9月在青海省三江源地区增设714XDP车载X波段双偏振多普勒雷达开展局地热对流云观测试验。主要基于雷达体扫观测数据分析研究某日高原局地热对流云的宏微观特征,同时将FY-4A卫星反演对流云特征与雷达观测热对流云回波进行点对点对比。结果表明:该日试验区具备局地热对流云形成的动力条件、热力条件和一定的水汽条件;回波自西北向东南移动,与地形的走向呈90°或150°夹角(顺时针方向),与500 hPa流场方向一致,多数移速大于35 km/h;高原局地热对流云宏观特征表现为最大回波强度较小(30~48 dBz),最大回波顶高4~5 km,冷云过程为主,垂直积分液水含量较小(<1 kg/m^(2)),持续时间较短(30~90 min);分析典型个例认为动力抬升对高原局地热对流云发展起主要作用,其发展成熟阶段零度层以上粒子相态以冰晶、过冷水、霰或小雹为主;对比FY-4A卫星反演对流云特征与热对流云回波的异同,云粒子有效半径较大(>16μm)的像素点与回波强度大值对应较好。     

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。

     

云并合的初始位置探讨

尽管很多云的并合过程最初是从云的中下部开始的(在这方面开展了大量研究), 但我们在观测中发现也有相当数量的云并合过程最初是从云的中上部开始的 (然而这方面的文献记载很少)。基于云并合对云降水过程演变的重要作用, 本文从个例研究入手, 利用中尺度数值模式WRF, 模拟2005年5月17～18日发生在我国西南山区 (主要以贵州省为主) 的一次云并合过程。在整个云 (系) 的发展过程中, 前后共经历了数十次并合。观测和模拟结果表明并合共经历了三个阶段: (1) 对流云单体间并合形成较大的对流云; (2) 对流云并合形成对流云团; (3) 对流云团并合形成范围较大的降水云系。在此次个例中: 第一和第二阶段的并合首先是从云的中下部开始的, 往往是处于发展阶段的云发生并合; 第三阶段的云并合却是从云的中上部开始的, 往往是那些比较成熟的对流云团发生并合。两种并合机制截然不同, 但都与风切变和云内的上升气流速度密切相关。本文系统阐述了两种不同的并合机制。     

江淮对流云发生规律及其垂直结构分析

利用安徽省内多普勒雷达组网数据,统计分析了江淮地区2013—2014年6—9月发生的对流云结构特征,共找出227个对流云个例,将不同对流云按结构分为9类,归类后发现江淮对流云以孤立对流、簇状对流和非线性对流为主,分别占总对流数的29.1%、18.1%和23.3%。不同的天气背景条件下,主要发生的对流结构也不同,低槽Ⅰ型天气下,主要以孤立对流云为主;低槽Ⅱ型天气下,主要发生的对流以非线状对流为主,同时由于低槽Ⅱ型是江淮地区多发的天气类型,所以这种天气是各种对流的高发型天气。利用调频连续波雷达探测获得高时空分辨率云体时间-高度剖面,了解云体的垂直结构,给出比一般雷达产品更加精细的对流云个例显示,典型孤立对流云、簇状对流云和非线状对流云的个例剖面图,及相应水粒子最大下落速度分别为13.3、8.2和11.5 m·s~(-1)。     

山西汾阳地区层状云和对流云降水雨滴谱特征

基于多普勒天气雷达和OTT Parsivel激光雨滴谱仪资料对山西汾阳地区2次降水进行分析,对比对流云和层状云降水的雨滴谱特征。结果表明:层状云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为286.20个·m~(-3)和1.33 mm·h~(-1),对流云降水雨滴平均数浓度和雨强分别为516.13个·m~(-3)和10.17 mm·h~(-1);对流云降水雨强主要由降水粒子数浓度决定,直径为1—2 mm的粒子对2种云系雨强贡献最大;2种云系不同雨强下雨滴谱分布和雨滴平均谱分布均呈单峰型,对流云降水雨滴平均谱宽大于层状云降水雨滴平均谱宽,Gamma分布对2种云系降水平均谱拟合均存在一定偏差;通过雨滴谱计算的雷达反射率因子估算降水会造成对降水的低估。     

X波段双偏振雷达水凝物粒子相态识别应用研究

对云中水凝物粒子分类识别是双偏振雷达的主要应用之一。本文利用IAP-714XDP-A X波段双偏振雷达观测数据,在对其进行质量控制的基础上,利用滑动自适应订正算法对雷达反射率及差分反射率进行衰减订正,进而采用纹理参数SD（Z_H）和SD（?_DP）区分气象回波与非气象回波,最后建立基于X波段双偏振雷达偏振参量（Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV）、环境温度T和纹理参数（SD（Z_H）、SD（?_DP））的模糊逻辑水凝物粒子分类识别算法。本文通过对2016年8月7日一次低仰角的观测,检验了纹理参数SD（Z_H）和SD（?_DP）对气象回波和非气象回波的识别效果,结果表明:SD（Z_H）与SD（?_DP）两者结合可有效区分气象回波和非气象回波;用2015年8月7日北京一次较大范围的降雹个例,对建立的模糊逻辑水凝物粒子分类识别算法进行效果验证,识别降雹落点与地面观测降雹落点一致,表明各种水凝物粒子对应偏振参量取值范围合理;对2016年9月14日一次处于不同发展阶段的多单体对流云进行水凝物粒子分类识别,结果显示处于发展阶段对流云中存在过冷水柱,其形成的微物理过程是对流云中强烈的上升气流将暖层的水滴抬升到0℃层之上形成过冷云雨水,进而冻结形成雹胚并发展成为冰雹。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。