2013年4月29日皖西南强风暴天气雷达资料分析

2013 年4 月29 日下午皖西南的安庆市和东至县发生了一次冰雹、雷雨大风强天气过程。本文以九江雷达资料为主,辅以GFS 预报场和地面资料,重点对风暴单体雷达特征、雷达物理量参数演变规律进行了分析。结果表明：(1) 雷达反射率因子图上,强风暴单体为涡旋状回波,回波前沿存在反射率因子高梯度区;速度图上涡旋状回波区对应着连续出现中气旋的现象,说明强风暴单体为具有涡旋形态的超级单体;强风暴顶高于11 km,大于50 dBz 的强反射率因子高度超过-20 C 层的高度等特征是产生大冰雹的重要指标。(2) 风暴和中气旋参数分析表明,冰雹发生在最大反射率因子高度(HT)和风暴顶高(TOP)出现最强值的上升阶段中,最大垂直液态水含量(VIL)为58 kg·m-2,最大反射率因子(DBZM)极值为77 dBz;VIL 密度（DVIL）≥4.0 g·m-3的持续时间达1 h 以上,其最大值超过6.0 g·m-3。(3) 该过程大冰雹产生在最大DVIL值出现后半小时,在DVIL为5.0 g·m-3时且在高梯度区附近出现;大风出现在中气旋持续时间较长和中气旋位置较高的时候。     

一次长寿命超级单体风暴雷达回波特征分析

利用常规气象观测资料、章丘站探空资料及滨州、济南新一代SA天气雷达探测资料,对2016年6月14日发生在山东中部地区一次强降雹天气过程进行分析。结果表明：雷暴发生前大气不稳定能量的明显增加,较强垂直风切变是有利于强对流天气发生的环境条件;长寿命超级单体沿两山之间的谷地运动,地形对雹体发生、发展起到了抬升和维持作用,对单体的移动起到了导向作用;雷暴发生前的垂直累积液态水含量（VIL）跃增对冰雹粒子的形成和增长十分有利;超长的三体散射（TBSS）、深厚而持久的中气旋、高悬的强反射率中心、有界弱回波区以及风暴顶强烈辐散都是大冰雹发生的显著特征。     

A multiparameter radar case study of the microphysical and kinematic evolution of a lightning producing storm

Summary We examine the co-evolving microphysical, kinematic, and electrical characteristics of a multi-cell thunderstorm observed on 21 May 1993 along the Front Range of Colorado using data collected with the 11 cm, multiparameter, CSU-CHILL Doppler radar. The measured polarimetric variables provide information on the size, shape, orientation, and thermodynamic phase of hydrometeors. Recent modeling and observational advances in weather radar polarimetry now permit the inference of bulk-hydrometeor types and mixing ratios, and the measurement of precipitation rate in mixed-phase (i.e., hail and rain) environments. We have employed these and other radar techniques, such as dual-Doppler analyses, to investigate the correlation between the convective life cycle of a multi-cell storm and the evolution of lightning type and flash rate.The observations suggest a strong correlation between the radar-inferred graupel volume suspended in a vigorous updraft in upper-portions of the storm and the in-cloud (IC) lightning flash rate. Our analyses reveal that maxima in the hail rate are related to peaks in the cloud-to-ground (CG) lightning flash rate. Both correlation's are consistent with the non-inductive charging mechanism which relies on collisions between graupel/hail particles and ice crystals in the presence of supercooled water. Peaks in storm outflow are shown to either lag or to coincide with maxima in both the CG flash rate and hail rate. The amount and vertical location of ice in this storm was also related to the strength and polarity of the electric field through observations of a Field Excursion Associated With Precipitation (FEAWP) and a subsequent microburst. We demonstrate that the FEAWP was coincident with the descent of graupel and small hail below the charge reversal level as explained by the non-inductive charging mechanism, and that the further descent of graupel and small hail below the melting level aided in the generation of a microburst near the surface. Using observations of the FEAWP, we present some comparative speculation on the microphysics of the associated lower positive charge center and the applicability of various laboratory charging studies.With 14 Figures     

一次风雹过程的7ll雷达回波分析

对乐山市2001年8月7日出现的风雹天气，利用7ll数字化雷达资料进行雷达回波分析，为短时预报和服务提供依据，发挥雷达在短时预报服务中的效益，为使用数字化雷达资料提供一些帮助。     

一次风雹过程的711雷达回波分析

对乐山市2001年8月7日出现的风雹天气,利用711数字化雷达资料进行雷达回波分析,为短时预报和服务提供依据,发挥雷达在短时预报服务中的效益,为使用数字化雷达资料提供一些帮助.     

2002年6月20—24日梅雨锋中尺度对流系统发生发展分析

利用GFS再分析资料、常规及非常规观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北特大暴雨中两个连续发生的MCSs(下面分别称为MCS1和MCS2)天气背景、雷达回波特征和地面中尺度系统演变,归纳了MCSs成熟阶段准静止一后向传播结构模型,结果表明：⑴东北冷涡的发展、西风低槽的缓慢东移及副热带高压的稳定导致南北气流长时间交汇于江淮流域形成梅雨锋切变和夜间低空急流的发展, 是两个MCSs形成的有利大尺度背景条件。MCS1发生于中层梅雨锋前倾结构下; MCS2则是发展加强于低层梅雨锋切变上。(2) MCS1比MCS2的“冷池”更深厚,与环境温差更大,对流触发更剧烈,但“冷池”运动方向与MCSs传播方向均一致。(3)两个MCSs都出现了后向传播特征,前者可能与大别山脉对冷池的阻挡有关,后者可能与对流更易在不稳定区触发相关; 成熟阶段时, MCSs因后向传播,移动缓慢甚至准静止,降水最强。(4)在回波结构上,MCS1向前传播时新生、成熟、消亡单体沿回波长轴自下风方向上风方排列,MCS1及MCS2后向传播时则反之。

     

Retrieval of the microphysical properties in a CASP storm by integration of a numerical kinematic model

Abstract

A realistic kinematic model of cloud microphysical processes is presented. Heat and water substances in various phases are transported in the model by specific horizontal and vertical velocities using a semi‐Lagrangian numerical transport scheme. The model is applied to a CASP case study with horizontal and vertical velocities consistent with radiosondes and radar observations. The model is shown to capture the general observed features of the cloud and precipitation fields. In particular, it is shown that for the case studied stratiform clouds extend much higher than the top of detectable precipitation. This numerical model constitutes a useful tool for understanding the life cycle of hydrometeors as a function of their position within the storm system.     

Percentile-based neighborhood precipitation verification and its application to a landfalling tropical storm case with radar data assimilation

The traditional threat score based on fixed thresholds for precipitation verification is sensitive to intensity forecast bias.In this study, the neighborhood precipitation threat score is modified by defining the thresholds in terms of the percentiles of overall precipitation instead of fixed threshold values. The impact of intensity forecast bias on the calculated threat score is reduced. The method is tested with the forecasts of a tropical storm that re-intensified after making landfall and caused heavy flooding. The forecasts are produced with and without radar data assimilation. The forecast with assimilation of both radial velocity and reflectivity produce precipitation patterns that better match observations but have large positive intensity bias.When using fixed thresholds, the neighborhood threat scores fail to yield high scores for forecasts that have good pattern match with observations, due to large intensity bias. In contrast, the percentile-based neighborhood method yields the highest score for the forecast with the best pattern match and the smallest position error. The percentile-based method also yields scores that are more consistent with object-based verifications, which are less sensitive to intensity bias, demonstrating the potential value of percentile-based verification.     

多普勒雷达资料同化在“7.21”北京特大暴雨个例中的应用

基于WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,研究了同化4部多普勒雷达探测资料对"7.21"北京特大暴雨过程中降水预报的改善作用。GSI系统直接同化径向风,而采用云分析的方式间接同化反射率。2012年7月20日21时—21日00时(世界时)雷达探测资料同化试验采用30 min循环同化径向风和反射率资料。结果表明,循环同化雷达探测资料改善了短时(0—6 h)和短期(0—24 h)降水预报,ETS评分提高了约0.2。同化反射率资料增加了初始场的水凝物,改善了温度场分布,直接影响了降水的形成,同时还使650—250 hPa位势高度的均方根误差平均降低了8 gpm。直接同化径向风资料对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明:同化反射率资料的效果要优于同化径向风。     

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...     

A Model Study of Three-Dimensional Wind Field Analysis from Dual-Doppler Radar Data

ＡＭｏｄｅｌＳｔｕｄｙｏｆＴｈｒｅｅ－ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＷｉｎｄＦｉｅｌｄＡｎａｌｙｓｉｓｆｒｏｍＤｕａｌ－ＤｏｐｐｌｅｒＲａｄａｒＤａｔａＫｏｎｇＦａｎｙｏｕ（孔凡铀）；ＭａｏＪｉｅｔａｉ（毛节泰）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ...     

基于雷达资料四维变分同化技术对北京地区一次下山突发性增强风暴热动力机制的模拟分析

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对4部新一代多普勒天气雷达探测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了2009年8月1日发生在北京地区的一次短生命史、突发性增强风暴的低层动力和热力影响机制。此次风暴过程处于弱天气尺度背景和弱层结背景下,冷池和低层环境风场相互作用是造成山上对流风暴增强传播下山的关键机制,而风暴的短生命史和平原地区上空弱风垂直切变环境有关:在对流风暴产生的初期,由于平原地区局地热力、动力场分布的差异,在平原地区西部近地面形成冷池结构,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播。在此机制下,导致在冷池东南边缘附近形成辐合中心、较强的低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心,有助于风暴传播下山。在风暴临近山边阶段,平原地区原有冷池的“绕流”等机制仍然有助于形成有利于主体风暴传播下山增强的近地面辐合中心、强低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心等环境。此外,随着山上风暴降水产生若干冷池,由于风暴形成的阵风锋抬升作用以及新生冷池与老冷池的逐渐发展并相互靠近,使冷池之间暖空气不断抬升,在冷池之间低层形成较强的辐合中心、全螺旋度大值中心。并且,由于冷池边缘的热力场分布不均匀,同样在冷池边缘形成较大扰动气压和扰动温度,增大了垂直加速度,在冷池之间中高层形成上升气流区,这些机制使北部风暴重新增强和新生风暴产生的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,合并组织成带状回波。风暴在平原传播阶段,带状回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统特征。但是,由于此时平原地区处于弱风垂直切变环境,此时冷池强于低层风垂直切变,即冷池产生的负涡度大于低层风垂直切变产生的正涡度,因此,冷池前沿的上升气流向后倾斜并导致阵风锋逐渐离开主体风暴,不利于沿着出流边界形成新的对流单体,从而不利于维持对流风暴系统的发展传播。随后,阵风锋和前方东南气流交汇,形成新的孤立单体。并且,基于模拟结果计算了与对流系统发展密切相关的全螺旋度、风垂直切变。结果显示,风垂直切变(尤其是0—3 km)和全螺旋度与风暴发生和传播位置及强度相关性较高,反映出模拟量对带状回波风暴过程具有较好的指示意义。     

一次罕见超级单体风暴的X波段双偏振雷达特征分析

利用北京房山X波段双偏振雷达资料,对2020年6月25日北京市东南部及其周边地区的一次超级单体风暴进行分析.结果表明,高空冷涡前部槽叠加地面冷锋系统是此次超级单体风暴发生的背景条件,强垂直风切变为其发展维持提供了有利的环境条件.演变过程中的有界弱回波区、三体散射等超级单体雷达典型特征明显.X波段双偏振雷达反射率因子50...     

基于南京地区雷达资料的雷电识别指标初探

不同地区因地理环境、天气条件等因素的不同,闪电活动的特征也有很大的差别,相应的雷电识别指标也有所不同。本文利用多普勒天气雷达资料,结合探空、闪电定位仪资料,通过对9个不同识别指标的对比分析,并用南京2008年4月8日、5月27日的雷达体扫资料和以雷达为中心、240km内的闪电定位仪资料对识别指标进行叠加检验,得到南京地区这两次雷暴天气过程的雷电识别最佳指标为:40dBz回波达到-10℃层结高度,回波水平梯度≥4dBz/km。检验过程中还发现,该指标识别负云地闪效果明显好于正云地闪。     

集合卡尔曼滤波同化中雷达位置的敏感性研究

针对对流尺度集合卡尔曼滤波（EnKF）雷达资料同化中雷达位置对同化的影响进行研究。为了考察强对流出现在雷达不同方位时集合卡尔曼滤波同化雷达资料的能力,以一个理想风暴为例,设计了8个均匀分布在模拟区域周围的模拟雷达进行试验。单雷达同化试验中,初期同化对雷达位置较敏感,而十几个循环后对雷达方位的敏感性降低。造成初期同化效果较差的雷达观测位于模拟区域正南和正北方向,这两部雷达与模拟区域中心的连线垂直于风暴移动方向（即环境气流的方向）。双雷达试验的结果表明,正东、正南、正西和正北方向的雷达组合观测会使同化初期误差较大,这说明并不是所有与风暴连线成90°的雷达组合都能在短时同化中得到合理的分析结果,还需要都处于模拟区域对角线上（即与环境气流成45°夹角）,同化效果才较好。短时同化后的确定性预报结果表明,较大分析误差也会导致较大预报误差。这些分析误差主要是由于同化初期不准确的集合平均场驱动出的不合理的背景误差协方差造成的。当背景场随着同化循环得到改进后,驱动出的合理的背景误差协方差使得不同位置雷达同化造成的差异逐步减小。基于上述结果,引入迭代集合均方根滤波（iEnSRF）算法,结果显示使用该算法后,雷达位置对同化效果的影响减小,同化不同位置的雷达资料均能有效降低分析和预报误差。      

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异.结果表明:(1)大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子...     

星载雷达与C波段地基雷达数据一致性个例分析

为提高单部雷达与多部雷达组网探测降水的精度,对地基雷达进行了一致性定标。星载雷达作为标准参考源已应用于S波段天气雷达的一致性定标,但对于C波段天气雷达的适用性仍有待研究。为此,本文选择了位于较高纬度的兰州C波段业务雷达,设计了以星载雷达标定C波段雷达的方法。通过对两个降水个例进行分析发现:定标后的C波段雷达回波强度和降水反演精度均有一定改善。说明采用星载雷达对C波段雷达进行定标也是可行的,这有利于解决西部地区地基雷达组网探测的一致性定标难题,展现了良好的应用前景。     

三次超级单体风暴雷达产品特征及气流结构差异性分析

2002年9月27日、2003年6月28日和2004年6月24日山东部分地区遭受了不同程度的灾害性天气,雷达观测分析表明是3次超级单体风暴所致,0927风暴尺度和天气现象次于0628和0624风暴.利用济南多普勒雷达探测资料,结合天气形势,对这3次典型超级单体强度结构、流场结构及其演变过程进行了仔细的分析,结果表明:地面中尺度辐合触发了不稳定能量的释放,引发了强对流天气发生;风暴形成阶段表现为不同的演变特征,0927风暴表现为多单体传播型,0628风暴表现为单体自身发展型,0624风暴表现为群发单体合并型;移动路径相似,都属于右移风暴,偏离风暴承载层平均风右侧30°-70°,移动速度约为风暴承载层平均风速的45%-70%;发展成熟阶段最大强中心高度表现不同,0927风暴位于单体底部,0628风暴位于单体中下层,0624风暴位于单体中层以上,最大反射率因子和垂直积分液态含水量(VIL)表现也有差别,0624风暴最强,0628风暴次之,0927风暴相对较弱.风暴旺盛成熟阶段表现为典型的超级单体特征,有界弱回波区(BWER)和中气旋;风暴旺盛成熟阶段风暴垂直流场结构有相似性,低层气旋性辐合,中层近似于气旋性旋转上升,高层气流辐散;中层水平流场结构存在较大差异,0927和0624.风暴为双涡管式旋转结构,0628风暴为单涡式的气旋旋转结构.     

CRA资料对一次江淮暴雨过程模拟效果的评估北大核心

利用中尺度模式WRF v4.1,分别以中国第一代全球大气/陆面再分析产品CRA、欧洲ECMWF的ERA5和美国NCEP的FNL作为初始场,对2013年7月4—6日江淮地区一次持续性暴雨过程进行了模拟试验。分析可知,此次暴雨过程是在东北冷涡、江淮切变线和西南急流3个影响系统的共同作用下,高低空冷暖空气形成对峙而导致的。与实况资料相比,3组试验均能够模拟出此次暴雨过程的主要环流形势,以及水汽、能量和动力条件。但3组试验的切变线和低空西南急流均较为偏南,强度较强,使得模拟的主要降水中心较实况位置更偏南,降水量级更大。其中CRA试验对安徽南部的水汽和垂直运动模拟更好,在该地区产生的降水也与实况更接近。而FNL试验对水汽条件和动力抬升条件模拟较弱,导致其模拟的降水明显偏小。整体而言,针对此次降水过程,ERA5模拟效果最好,CRA模拟效果接近ERA5,并且对大雨量级降水的TS(Threat Score)评分优于ERA5。     

一次强烈雹暴的多普勒天气雷达资料分析

利用石家庄多普勒天气雷达资料和常规探测资料,对2008年5月17日发生在河北南部的强烈雹暴的生成环境和动力机制以及发展演变特征进行了分析。内蒙古东部冷涡后部的冷空气和低层暖湿气流在河北中南部交汇,导致这个地区上空的层结不稳定,低层的暖切变和地面的东风辐合线为触发系统。高低空急流、不稳定层结、强垂直风切变为强烈雹暴的发生提供了有利的环境条件。强烈雹暴的多普勒天气雷达观测特征表现为一个次超级单体的发展移动过程,呈现回波悬垂和弱回波区特征,强回波核区反射率因子达到73 dBz,三体散射现象明显,对应径向速度图表现为弱中气旋,旋转速度为15 m/s。次超级单体右移特征明显,沿承载层平均风方向偏右侧移动。风暴相对螺旋度(Srh)大值与强雹暴的产生密切相关,0.3～2.1 km的Srh正值出现以及2.1～6.1 km的Srh减小随后迅速增加对冰雹的预报有很好的指示意义。