下击暴流的雷达预警量化指标研究

下击暴流是一种局地灾害性天气现象,对航空飞行安全有极大危害,也会对地面物体造成严重损害。依据下击暴流发生前母体雷暴(下文简称雷暴)反射率因子核迅速下降的特征,基于雷达体扫数据,定义了判断下击暴流发生、发展的“单位面积等效势能”概念,并结合下击暴流期间雷暴速度场中层辐合的事实,设计得到了下击暴流出流强度公式。结果表明:(1)单位面积等效势能值的变化准确反映了雷暴强中心高度变化。(2)相邻体扫的单位面积等效势能差,反映了雷暴能量的释放量,下击暴流发生前1—2个体扫的单位面积等效势能差达到最大,这反映了下击暴流的爆发;可通过设置单位面积等效势能的释放量为30%,预警下击暴流的发生。(3)单位面积等效势能的释放能够提前6—12 min预警出下击暴流的发生,并通过出流强度公式量化由下击暴流产生的地面大风值。预警风速的误差由雷暴距雷达的距离决定,距离越近风速误差越小,反之亦然。(4)对6次下击暴流预警结果表明,该指标能够准确预警下击暴流的发生,而出流强度受雷暴识别参数的影响较大,远距离误差较大。     

陕西中部一次下击暴流的多普勒雷达回波特征

利用西安多普勒雷达产品资料对2006年6月25日发生在陕西中部的一次下击暴流天气进行初步分析,结果表明：强单体合并加强形成弓状回波并产生了33m·s^-1的大风天气;弓状回波反射率因子核心（60dBz）高度下降明显;垂直液态水含量高达70kg·m^-2;弓状回波中层辐合较强,多普勒风场中层辐合区特征比较明显。     

一次下击暴流过程的多普勒雷达特征分析

本文主要利用高空及地面常规观测资料、卫星遥感监测资料和C波段多普勒雷达监测资料,对2012年6月20日下午14时30分产生在齐齐哈尔东部的下击暴流过程进行分析。结果发现:这次下击暴流主要是前期低层辐合并且配合了较好的层结不稳定条件使得对流发展起来;后期由于700 hPa干空气的卷入使得降水粒子在下降过程中蒸发,气团加速,最后在地面附近产生辐散性大风。在过程开始之前可以根据雷达探测到的反射率因子核高度的不断下降以及不同高度速度场的辐合辐散特征提前几分钟预警出下击暴流过程。     

黔北一次下击暴流事件成因及雷达回波特征分析

利用地面自动站资料、探空资料、多普勒雷达观测资料以及ERA5逐时再分析资料对2021年5月15日发生在黔北的一次下击暴流事件成因及雷达回波特征进行分析。结果表明：（1）本次过程发生在500hPa槽前、西南低涡南侧、中低空急流北侧和地面锋前热低压内的大范围上升区内,地面辐合线是重要的触发机制。（2）大气为上干下湿不稳定状态,中等到强的垂直风切变维持,环境温度垂直递减率较大,低层有冷空气入侵,下沉气流接地时与周围大气形成10℃以上的温差,导致气流强烈辐散最终产生大风。（3）过程由多单体风暴引发,具有弓形回波、三体散射长钉、回波悬垂等结构特征,回波核强度在65dBz以上,大风出现时强回波核迅速降落。（4）大风发生前,风暴前侧有一支由前向后的斜升气流与后侧入流气流形成中层径向辐合（MARC）,大风出现时,低层有小尺度辐散区域,随后辐散尺度扩大,风速切变减小,大风强度减弱。     

两次下击暴流天气的环境背景及多普勒雷达特征

利用西安地面自动观测站资料、MICAPS资料和西安多普勒雷达资料对发生在陕西西安地区的两次下击暴流天气过程进行分析,结果表明:(1)2017年7月10日下击暴流发生在伴有冷空气侵入的环境背景场中,中低空垂直风切变弱,0～6 km垂直风切变为10 m/s,有弱的潜在不稳定能量;(2)2017年7月22日的下击暴流发生在副...     

多普勒天气雷达识别和预警下击暴流

发生在机场周围的下击暴流,对飞机起降安全构成重大威胁。多普勒天气雷达以其高时空分辨率成为监测和预警下击暴流的有力工具。对国内外利用多普勒天气雷达研究下击暴流的现状进行了综述,包括下击暴流的基本概念、回波特征以及目前国内外主要算法:基于切变段法、图像处理法和线性判别分析法。最后对多普勒天气雷达识别和预警下击暴流的研究现状进行了总结,为国内开展这方面研究提供参考和借鉴。     

江苏典型下击暴流风暴结构特征统计分析

为了研究江苏地区下击暴流的结构特征,利用常规天气资料、雷达探测资料、自动气象站观测资料和ERA5再分析资料等,选取2007—2018年江苏地区19个典型下击暴流过程进行统计分析。结果表明:江苏下击暴流的分布呈北多南少,以湿下击暴流为主,7月是下击暴流的高发月份,孤立风暴型下击暴流具有弱的天气尺度强迫和上干下湿的结构,风暴移速较慢,飑线镶嵌型下击暴流具有很强的天气尺度强迫特征,风暴移速较快。下击暴流影响期间地面温度变化剧烈,温度降低伴随有明显风速增大过程。统计显示,产生下击暴流风暴的环境温度平均垂直递减率为6.8℃/km,能够保证负浮力的维持,干冷空气被中层辐合气流夹卷进入风暴内进一步加强了下沉气流,使得下击暴流得以维持和加强。下击暴流的初生阶段,强反射率因子核心和中层径向辐合出现在下击暴流发生前20—30 min,成熟阶段,强反射率因子核心高度有明显降低,低层呈辐散结构。      

多普勒天气雷达下击暴流图像识别

以下击暴流具有的低层显著辐散特征为基础,引入图像识别中的连通区识别技术,开发出了应用于多普勒天气雷达的下击暴流图像识别算法。首先通过设置的速度阈值将径向速度进行二值化处理,然后运用8邻域法寻找速度大值区,并采用距离、夹角和正、负速度差值等条件进行约束对正、负速度大值区进行配对,最后对未成功配对的速度大值区进行邻近区域的二次匹配,从而识别出下击暴流区域。利用多个下击暴流个例实测的多普勒雷达数据对该算法进行了测试,结果表明该算法对一些较小尺度的下击暴流,尤其对受环境风场影响而具有不对称辐散特征的下击暴流有良好的识别效果。     

雷达数据外推与特征识别的下击暴流预警方法

现今利用普通气象资料对下击暴流进行识别预警的可行性很低,因此提出一种基于多普勒天气雷达资料的下击暴流识别追踪和预警方法。首先,采用光流法对反射率因子垂直剖面的光流场进行分析,得出风暴核心随时间演变的规律。然后,采用拉格朗日力学模型对风暴核心顶高的下降过程进行函数拟合。再采用直方图和巴氏系数统计分析法,对风暴核心中层径向速度场中的"正负速度对"图像进行匹配识别,综合一系列阈值的判定,最终实现下击暴流的智能预警。提出基于多层迭代的局部约束光流算法,有效改善了传统光流法对回波这类非刚体移动目标的不适用性。提出直方图和巴氏系数统计分析法,解决了因径向"正负速度对"图像的非对称结构而造成的图像匹配难题。个例检验结果表明,该方法可在风暴核心抬升和急速下沉的前期识别出潜在的下击暴流,并对风暴核心下沉速率和到达近地面的时间做出估测,从而实现下击暴流的智能识别、预警。     

下击暴流形成机理及监测预警研究进展

下击暴流指对流单体强下沉气流引发的地面或地面附近的爆发性辐散出流,单个下击暴流会导致千米尺度地面强阵风,而下击暴流簇可导致较大范围间断性地面灾害性强阵风,其形成机制亦不限于强下沉气流辐散。文章回顾了下击暴流的界定,然后分为孤立风暴产生的下击暴流和中尺度对流系统内嵌的下击暴流两种情况进行讨论,内容包括对流大风和下击暴流产生的物理机理、风暴结构特征以及基于多普勒天气雷达的预警技术。在上述回顾基础上,对下击暴流形成机理及监测预警难点进行了讨论,提出了与下击暴流相关的亟需研究的问题。     

三次下击暴流雷达回波特征分析

利用济南、徐州和临沂多普勒天气雷达资料,对发生在山东境内的3次下击暴流进行了分析.2009年6月27日和2006年7月25日强风暴不仅产生了尺度大于4 km的宏下击暴流,而且还产生了冰雹和强降水天气,风暴最大反射率因子维持在60 dBz以上,单体VIL在45～70kg·m-2之间.2009年7月8日对流风暴只产生了尺度...     

一次系列下击暴流事件的多普勒天气雷达分析

该文首次利用我国新一代天气雷达资料对一次系列下击暴流过程进行了详细分析。2003年6月6日在安徽定远县和肥东县交界处附近发展起来的一个孤立的强烈多单体风暴, 产生了一次伴随强降雹的系列下击暴流事件。此次系列下击暴流事件实际上是由多单体风暴中3个相继发展的对流单体分别产生的3次下击暴流构成的。每轮下击暴流触地前, 都伴随着相应对流单体反射率因子核心的逐渐下降。在首轮下沉气流触地前6 min, 1.5°到4.3°仰角的径向速度图上都出现向着风暴中心的辐合, 其中以2.4°仰角 (地面以上约3~4 km) 的辐合最明显。因此, 反射率因子核心的逐渐降低并伴随云底以上的速度辐合的多普勒雷达回波特征, 可以用来提前数分钟预警下击暴流的发生。     

微下击暴流外流动力学

1.引言哪些因素决定着微下击暴流的峰值外流速度?在定常外流的情况下,外流的速度近似地与下曳气流的速度相同.后者是负浮力垂直方向积分的近似估计值(Droegemeier,1988).在定常的情况下,负浮力的作用简单地说是使下降气流加速,而对外流没有任何其他的影响.可是,对于非定常状态,负     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析．结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征．     

下击暴流实例分析

通过实地灾情调查,本文提供了一个证据较为充分、说服力较强的下击暴流实例,加深了人们对下击暴流的感性认识。实践证明,在观测密度(时间和空间上)远不能满足中小尺度分析要求、探测手段受到很大限制的情况下,用实地灾情调查和地面拍照的办法进行下击暴流这类中小尺度系统的分析是可行的。     

桂林一次强下击暴流成因分析

2019年3月21日广西桂林市临桂区发生一次极端大风天气过程(以下简称"3·21"临桂大风),当日21:13临桂观测站记录最大阵风风速为60.3 m·s-1(17级).通过风灾现场调查判断这是强度为EF2级的微下击暴流过程.应用常规观测资料以及加密自动气象站、探空、多普勒雷达等资料,分析了"3·21"临桂大风的环流背景...     

下击暴流自动识别算法研究

针对下击暴流反射率因子核心下降和低层强辐散的流场特征,开发了基于多普勒天气雷达资料的下击暴流自动识别算法。首先采用风暴识别和追踪算法对风暴进行分类识别,计算风暴反射率因子核心下降的高度,同时对多普勒雷达最低层径向速度资料进行处理,寻找符合低空辐散特征的一维辐散矢量;其次利用二维识别技术合并成二维辐散特征,并采用一组质量...     

下击暴流的数值模拟研究

下击暴流是危害飞行安全的一种重要天气现象，特别是尺度为１—４ｋｍ的微下击暴流。为了了解下击暴流的发展过程，以及大气环境条件和云－降水微物理结构对下击暴流发生演变的影响，利用我们设计发展的非静力全弹性中尺度－γ模式，以一次发生了下击暴流的大气的温、湿、风实测资料为算例进行了数值模拟研究。计算结果给出了下击暴流发生发展的过程，以及在发展过程中各种物理量的变化，得出一些大气环境条件及水凝物粒子微结构对下击暴流发展的影响机理，有助于台站预报员掌握这种天气现象的出现和演变。