一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征分析

分析安徽地区春夏季冰雹云雷达回波特征,对人工影响天气防雹作业有重要意义。根据2002—2013年间安徽省地面降雹资料,结合合肥新一代天气雷达(CINRAD)探测资料,使用Storm Cell Identification and Tracking (SCIT)算法设计风暴识别、追踪程序,得到3—8月59站次的降雹过程。统计分析冰雹云回波强度、回波高度、单体VIL等特征信息,结果表明：6—7月安徽地区降雹概率最大,1日中15—18时降雹概率最大。安徽地区春夏季冰雹云回波强度至少为55 dBz,大多数为60~70 dBz,单体VIL至少为30 kg·m-2,大多数为40~80 kg·m-2。单体VIL与最大反射率的变化趋势比较一致,最大值往往出现在降雹时间附近。安徽地区春夏季冰雹云回波顶高平均13.6 km,30 dBz风暴顶高平均12.1 km,最大回波顶高达17 km以上。     

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。      

文山州两次强冰雹天气的环流背景和雷达产品对比分析

该文通过对2012年8月5日和2012年8月12日2次强冰雹天气的天气背景及多普勒雷达回波强度、径向速度、垂直液态水含量、冰雹指数等雷达产品的对比分析,总结出在大范围水汽条件不是很有利的环流背景下,文山州8月冰雹天气在多普勒雷达产品上的表现特征和一些定量指标:回波强度≥55 dBz、≥50dBz的强回波垂直伸展高度≥6 km,垂直液态水含量VIL≥25 kg/m2时,容易产生冰雹天气,注意发布强对流天气预警;强对流降雹天气与逆风区和风的辐合有关,超级单体所在区域均对应着逆风区或是辐合线;冰雹指数产品对冰雹预报有很好的指示作用,降雹概率和强降雹概率达到100%时发布冰雹预警,但是冰雹最大直径与实况偏大,只能作为参考。     

贵州春季强冰雹天气定量化概念模型研究及试应用分析

该文利用贵州近13 a(2000—2012年)春季的气象资料,依据强对流天气发生的动力条件和层结稳定情况,将贵州春季强冰雹事件进行不同类型的分类研究,给出贵州强冰雹天气发生的有利环流形势类型为:西北气流型、高空槽型、锋前降雹型和高架雷暴型。选取有多普勒雷达资料以来的2009—2013年的强冰雹天气事件个例,采用基数据回放方式研究其降雹前3~15 min雷达回波形态、结构和类型特征,并通过这些特征来有效识别冰雹云,发现降雹前冰雹落区附近的雷达回波组合反射率因子的强度普遍在40 d Bz以上,最强回波为50~60 d Bz,冰雹云回波以块状回波为主;在垂直剖面上冰雹云回波基本都有明显的回波悬垂,部分个例存在有界弱回波区,其大于40 d Bz的回波伸展高度多数都在9~10 km。降雹的回波基本上以孤立的对流云回波单体为主,混合降水类型的冰雹回波对流单体夹杂在层状云中。冰雹落区主要发生在组合反射率因子的最强回波中心,或是有界弱回波区或回波悬垂的回波墙下方。将研究结果在2014年3月30日的一次强冰雹过程中进行试用,利用中尺度环境分析技术,对当日环境场及要素配置进行分析,对应以上环流分型的概念模型方法,确定此次过程属于高空槽型,中尺度环境及雷达分析与上述归纳特征十分吻合,利用此方法在当日冰雹潜势预报及临近预警方面都提前做出了较好的预报预警。     

一次局地性强冰雹天气的环境背景及雷达产品特征分析

利用常规气象观测资料、多普勒雷达资料和FNL再分析资料等,对2020年4月17日发生在贵州省安顺市的一次局地性冰雹天气过程进行分析。结果表明:高原短波槽、中低层切变线、低空急流和地面辐合线是导致此次局地性强冰雹天气的主要影响系统,冰雹出现在850 hPa湿舌的顶端和地面高温中心附近;C波段雷达的反射率因子图上TBSS和前侧入流缺口共同出现,表征了大冰雹的产生,风暴单体具有明显的强回波悬垂和低层弱回波区,且大于50 dBz的强回波伸展高度明显超过-20℃层高度,表明了风暴在垂直方向强烈发展;VIL值在降雹前后有明显的变化,降雹前1～2个体扫VIL有跃增现象,降雹期间VIL≥30 kg·m~(-2),且在出现大冰雹时VIL≥50 kg·m~(-2),而在降雹结束后,VIL值迅速减小。     

冰雹云提前识别及预警的研究

利用雷达强回波45 dBZ高度和降雹日08时月平均零度层高度,对1991-2003年宝鸡雷达站观测的165 d 231块对流云数值拟合,得出了识别冰雹云的指标:处于发展中的对流云,雷达强回波45 dBZ高度大于或等于多年降雹日08时零度层月平均值的2.9 km,将有冰雹酝酿形成.对降雹造成灾害的雷达回波分析表明:雷达强回波的45 dBZ平均底部越高、提前识别的时间越长,顶部越高距离降雹时间越短,冰雹的形成是雷达强回波从云体的中部开始向上下扩展而成.该识别冰雹云方法对单体降雹平均提前识别12 min,而对超级单体平均提前识别18 min,对多单体、飑线中超级单体的降雹具有提前预警的作用,平均提前预警时间22 min.     

一次局地强冰雹的多普勒雷达回波特征分析

应用阿克苏CINRAD/CC型多普勒雷达产品,对2009年7月27日发生在乌什县的强冰雹天气过程进行分析,得出以下结论：（1）本次强冰雹天气发生、发展的主要机制是受中低层切变线和辐合线的共同影响;（2）雹云内存在较强的气流辐合和垂直风切变,径向速度图上有逆风区、辐合区等中尺度强降水特征出现;（3）强雹云的反射率因子可达60 dBz以上,在VCS剖面中前悬回波、回波墙、穹窿等雹云的特征回波明显;（4）VIL、VWP产品变化能够很好地指示云体发展情况,是判别降雹潜势的指标。     

多普勒雷达特征参数在人工防雹决策中的应用

对大连地区2003—2008年多普勒雷达观测到的37个冰雹和强雷雨个例雷达体扫资料进行PUP软件计算和处理,得到了每个个例雷达回波强度、回波顶高、30 dBz强回波中心高度、强回波顶高和垂直积分液态水含量几个主要雷达参数值、以及各参数随时间的变化特征,总结了冰雹云识别的雷达技术指标模型;根据大连地区降雹特点,将冰雹云分为强(超级单体)雹云、多单体雹云和单体雹云三类,总结了冰雹云类型判别的雷达指标(即防雹作业决策指标)。     

2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析

冰雹等强对流天气是北京夏季预报和服务的重点，针对2005年发生在北京城区的两次强冰雹天气，利用常规探测和自动站、雷达、风廓线等资料进行天气动力学和中尺度对比分析，结果表明：这两次冰雹天气在环流形势、局地气象条件和中尺度系统等方面有明显差异，5月31日的高低空急流配置、能量和风的垂直切变等更有利于强雹暴的发生；超级单体回波是5月31日北京城区降雹的直接影响系统，6月7日为典型的飑线天气过程，两次过程中雹云的发展演变、冰雹的落区与地面中尺度系统都有较好的对应；造成5月31日城区降雹的对流系统为中-γ尺度，6月7日为中-β尺度，因此5月31日冰雹天气的预警难度较大，今后需充分应用高时空分辨率的探测资料做好此类突发性天气的监测和临近预报。     

一次超级单体雹暴观测分析和成雹区识别研究

利用多普勒雷达资料,结合探空和常规资料,对2011 年4 月17 日一次超级单体雹暴的流场和回波结构演变特征进行了详细研究,主要结果:该雹暴是在条件性不稳定和垂直风切变较大的环境条件下产生的右移风暴。雹云初生发展阶段,垂直剖面显示逐渐形成有组织化的斜上升气流促进雹云发展。成熟降雹阶段,雹云内形成一支强的斜上升气流和深厚的中气旋,主上升气流对应雹云的弱回波区。雹云维持典型的弱回波区—悬挂回波—回波墙特征结构。根据雷达径向速度和雹云移速订正得出的“零线”演变发现,随着雹云的发展,“零线”逐渐向悬挂回波靠近,并穿过悬挂回波,“零线”的走向为上翘式,附近“穴道”的汇集力较强,有利于降雹。通过对“零线”位置的判断可分析有利成雹的区域。根据高低空两层强回波的水平错位,利用两高度强中心连线所作剖面能快速准确得出特征剖面,并将0℃ 层以上6 km 高度处降雹潜势达到100%的45 dBZ 的区域识别为成雹区,与降雹实况对比发现识别效果良好。     

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。     

基于LAPS资料的一次冰雹过程数值催化模拟研究

基于3维冰雹云模式,采用局地分析预报系统高时空分辨率分析场作为初始场,对鄂西北地区2009年4月15日发生的一次降雹天气过程进行数值模拟,分析了强对流发展过程的流场、雷达回波、水成物粒子演变特征以及催化机制。研究表明:基于高时空分辨率资料的3维冰雹云模式,能够较好地模拟冰雹云的形成发展演变及人工催化后微物理过程响应。模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达实测资料相近,最大反射率因子分别为70 dBz、65 dBz,强回波中心基本上位于6~7 km处。冰雹云发展过程中呈现典型的低层辐合、高层辐散特征,消亡过程流场相反;冰雹胚胎形成主要源于冻滴自动转化,碰并云水和雨水促进冰雹增长;不同时间、不同剂量的催化对于防雹效果差异显著,催化时间越早,催化剂量越大,效果越好。     

一次致灾超级单体雹暴过程数值模拟和发展机制分析

利用高分辨率中尺度数值模式WRF,模拟了2019年3月21日发生在浙江省的一次大范围致灾超级单体雹暴过程,结合多普勒雷达探测产品,分析了风暴的雷达回波结构、流场结构、各类水成物等特征及其演变,并探究冰雹形成的物理机制。结果表明:此次雹暴过程是在高空急流轴右侧和低层切变线相重叠的区域发生和发展的,强垂直风切变有利于雹暴的维持和发展。实况超级单体雹暴在雷达回波上呈现出钩状回波、持久深厚的中气旋、典型的高悬强回波、有界弱回波区和三体散射现象。模拟试验成功地模拟出了雹暴云团的水平演变和垂直结构特征。合适的0℃和-20℃高度以及-20~0℃层厚度有利于雹粒的增长。雹粒子主要由云水、过冷雨水和雪粒子转化形成,再通过碰并过冷云水、冰晶、雪粒子而不断增长。     

南疆阿克苏冰雹天气的判识指标研究

利用常规气象资料和CINRAD/CC雷达资料对2009~2012年34个冰雹天气个例进行了分析,统计归纳出南疆阿克苏冰雹天气发生前的环境条件和雹云雷达回波判识指标。结果表明:冰雹发生前期,当850 hPa与500 hPa温差≥30℃,地面露点温度≥10.2℃时,预示冰雹天气发生的可能性较大;对流有效位能在冰雹尺寸相对较大(≥10 mm)时指示效果较好,但对小范围局地冰雹的预报具有一定局限性;0~6 km较弱的垂直风切变也能形成冰雹天气;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于冰雹的产生。雹云雷达回波具有的特征:组合反射率因子达到50 dBZ以上;径向速度场往往伴有逆风区出现,部分还出现风暴顶辐散特征;45 dBZ强回波核高度≥9 km,垂直剖面出现前悬回波、穹窿等冰雹特征回波;回波顶高6~8月超过12 km,5月和9月超过11 km;垂直积分液态水含量阈值5月为18 kg·m-2,其它月份为30 kg·m-2;冰雹指数产品至少持续5个体扫出现实心大三角标识。     

2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析

为研究雹暴结构和大冰雹的形成机制,利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测站观测和实地冰雹调查资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大冰雹形成机制进行分析。结果表明,受冷涡天气系统影响,鲁中山区、鲁东南地区低层暖湿、高层干冷,0—6 km高度风矢量差为30.3 m/s,十分有利于强雹暴的发展。雹云发展迅速,历经发生、跃增、酝酿、降雹和消亡等5个阶段,在发生阶段即观测到中气旋、有界弱回波区等结构并不断增强,长时间维持;降雹阶段的雹云具有典型的有界弱回波区—悬垂回波—回波墙和“S”型水平流场等特征,有界弱回波区与旋转上升气流和水平速度为0的“0线”结构相关联,“0线”穿过悬垂回波和有界弱回波区顶部强回波区,指向雹云对流上冲云顶,具有特定的成雹功能;强降雹时段,雹云有界弱回波区北侧回波墙及其上方强回波区的水平反射率因子大于60 dBz,对应的差分反射率因子大多为?1—0 dB,表明为大冰雹的聚集区。依据对成熟阶段雹云雷达回波形态、径向速度和三维风场的分析,给出了实例雹云内主上升气流框架和具有成雹功能的“0线”结构示意图,有助于理解“0线”结构在大雹循环增长中的可能作用机理。      

一次冰雹过程的多普勒雷达资料分析

20022年6月16日，一次多单体强对流天气影响太原及周边地区。利用多普勒雷达回波资料分析了这次强对流天气过程，着重对冰雹云在其强度PPI、速度PPI、距离高度显示RHI上的回波特征进行了分析，并且利用垂直液态含水量分析了冰雹云增长的定量和定性的特征。通过分析总结出了冰雹云回波所具有的一般特点。2003年的汛期马上就要到来，这些分析结果，将为今后判别冰雹云和人工消雹提供依据。     

哈尔滨强冰雹雷达回波特征

利用哈尔滨新一代天气雷达CINRAD／CC回波资料，对2003年6月18日发生在哈尔滨阿城市、五常县一次强对流天气的冰雹云雷达回波特征进行分析。采用强度场CAPPI资料作VCS和强度场与速度场作对比分析、在RHI径向速度场上对垂直风场的宏观推断等方法分析。发现虚假回波的出现与冰雹云相关，将虚假回波中的旁瓣回波在PPI上体现为“尖端回波”，在RHI上体现为“尖顶回波”和“三体散射”回波，可作为识别冰雹云的判据；另外可根据RHI径向速度场变化宏观推断垂直风切变。得到使用新一代天气雷达探测强冰雹云和识别虚假回波的方法，对0～2小时的冰雹临近预报有指导意义。     

甘肃省永登地区一次强单体冰雹过程分析

根据2003年7月8日发生在甘肃省永登县境内的一次强单体冰雹过程,从天气学背景、雷达回波的演变特征出发,分析了该过程回波高度和含水量、高度和强度的跃增变化以及强单体特殊的结构特征。分析结果表明,垂直剖面上强反射率区的范围及伸展高度对雹云的发展有重要作用。强反射率区对应着云中含水量集中区域,只有含水量累积区位于云中过冷区中时才利于冰雹的生长;一旦回波出现55 dB z并高度达到4 km以上,降雹随即产生;强单体雹暴是一种发展非常强烈,有着特殊结构的强雷暴。上述结果对冰雹预警有重要意义。     

平凉冰雹云回波特征分析

用大量实测冰雹云过程回波资料,根据地面降雹大小和灾情统计资料,分析了200多例不同冰雹云的回波顶高、回波面积随反射率Ze变化的回波特征参量和各高度层反射率强度分布结构模型。表明在不同的冰雹云过程中,Ze≥30dBz的回波特征参量有明显差别,用这些强回波特征参量对认识强对流云的演变过程和识别冰雹有较大优势。