2009年山东一次特殊雨雪天气的云物理特征分析

利用探空、CloudSat卫星、山东自动气象站及NCEP再分析资料,对2009年11月11-12日山东西部大暴雪过程的天气形势、云物理特征及动力场结构特征进行了分析。结果表明:(1)700hPa切变线和西南急流是造成暴雪的直接影响系统,中低层偏南风急流与冷空气交汇形成较强的动力辐合和水汽辐合,有利于天气系统的发展和增强。(2)暴雪区上空水平能量锋区明显,垂直方向上等θse线密集且随高度向北显著倾斜,为暴雪的产生提供了重要的热力条件。(3)强降雪发生前,低层冷空气的南侵触发了暴雪系统的发展;暴雪强盛期,高层气旋性环流促使暴雪区中高层西南暖湿气流输送加强;暴雪后期,冷空气加强并逐渐控制了中低层,切断了暖湿气流的供应,导致降雪逐渐停止。(4)上升气流有助于水汽的输送和云滴、冰晶、雪晶粒子之间的碰并、淞附,冰水含量大值区与上升速度大值区相一致,冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。高层冰晶下落过程中经过凝华、结淞及碰连增长在低层形成数浓度较低的大冰相粒子,为降水发展提供了有利条件。(5)结合CloudSat卫星资料、NCEP再分析资料及探空秒数据,分析了一定动力条件下暴雪云系的物理过程和垂直演变特征。     

受“碧利斯”影响的一次中尺度对流系统模拟研究

利用中尺度数值模式WRF（weather research and forecasting model）对2006年7月16—17日在我国华南沿海地区引发强降水的中尺度对流系统（mesoscale convective systems,MCS）活动进行了数值模拟,并结合观测资料对此次过程进行分析。结果表明,1）此次MCS活动与0604号强热带风暴“碧利斯”减弱而成的热带低气压及西南季风密切相关。热低压为MCS的发生提供了动力抬升条件,西南季风则承担了输送水汽的角色,二者的持续结合,使华南大部地区中尺度对流系统不断发生和发展,形成强降水。2）该MCS具有明显的不对称结构,云体越向上越向南部伸展,云系主要分布在热低压的南部,呈东北一西南走向的带状。3）模式对此次MCS强降水过程的模拟效果较好,客观地反映了此次MCS的发展演变及雨带的分布状况。4）在广西境内的中尺度对流云团中云水含量较少,冰相粒子的比含水量值很大,主要的降水机制为冰晶降水机制。     

基于Cloudsat的降水云和非降水云垂直特征

降水云是人工增雨作业的主要对象,了解降水云系的垂直结构对于人工增雨可播条件的选择至关重要。利用Cloudsat卫星2008年3月—2009年2月资料,首先通过大量个例分析并结合地面降水量观测验证Cloudsat卫星识别降水云方法的合理性,在此基础上,统计分析了华北和江淮地区降水云与非降水云的垂直结构特征。统计结果表明:降水云与非降水云垂直结构存在明显差异, 两地区降水云云底高度都在2 km以下,非降水云的云底高度以高于2 km为主。两地区单层降水云云厚以大于6 km为主,多层降水云云厚以2~4 km为主,非降水云云厚以小于2 km为主。两地区降水云夹层厚度集中于1~2 km,非降水云夹层厚度集中在4 km以上。江淮地区多层云降水频率略高于华北地区。     

一次超级单体强雹暴发展演变过程的观测分析

利用FY－2D／E卫星和TITAN雷达观测,对2011年4月17日广东一次超级单体强雹暴发展演变过程进行了综合分析。由卫星云图和地面监测实况资料,可分析出云体初生、发展、成熟至消亡的整个生命史,从初生到消亡移动距离达到了600km以上,维持了10h以上,造成广东境内6个区县发生了降雹;云体在成熟期一直保持着一个孤立的椭圆形云团向东南方向不断移动,云体覆盖面积很大,长度达300km以上,宽度达100km以上,云体局部最低亮温达一75℃以下,为典型的超级单体强雹暴。从雷达回波演变图上看到,10～14时成熟期的回波一直保持“弓形”,且“弓形”回波在整个过程中断裂过两次;雷达回波组合反射率图上出现“V”型缺口;整个成熟期出现了典型的有界弱回波区（穹窿）和其上的强大回波悬垂,以及有界弱回波区左侧回波墙;速度场上,东风和西风辐合是造成穹窿结构维持的原因,呈现了典型的超级单体特征。通过TITAN计算得到冰雹指数及风暴属性显示．该超级单体具有降强冰雹的潜势,其中降雹概率POH在10：10—14：10一直维持100％,这对超级单体风暴降雹的短时临近预报及人工防雹作业有重要的指示意义。     

利用探空数据分析云垂直结构的方法及其应用研究

云的垂直结构特征,无论是对天气、气候还是人工影响天气都十分重要,但业务上直接有效的观测手段十分缺乏。本文通过对比分析,确定了相对湿度阈值法分析云垂直结构的方法;利用我国气象业务探空秒数据,计算分析了不同云垂直结构,将得到的分析结果同CloudSat云雷达实测云垂直结构进行多个例的对比分析,验证了相对湿度阈值判断云垂直结构方法的可行性,及利用我国业务探空资料分析云结构的可用性;为业务应用,开发了探空秒数据的实时读取和计算方法,设计制作了云垂直结构探空分析显示图,初步形成基于我国业务探空的云结构分析技术;并实时将这些技术应用到我国60周年国庆期间几次不同天气系统云结构的时间和空间演变特征分析中,得到有意义的结果。     

利用多种卫星研究台风“艾云尼”宏微观结构特征

利用FY-2C静止卫星、TRMM卫星和Cloudsat卫星分析了台风"艾云尼"的发展演变过程以及台风眼区、外围雨带降水和云的宏、微观结构特征。结果表明,台风发展的不同阶段、不同位置及台风降水的垂直廓线具有不同特征,台风降水云系的5 km高度存在不连续的亮带结构并且亮带以上云系发展较为旺盛,台风云系中的冰水含量和冰粒子数浓度等微观物理参量分布特征对分析台风降水具有一定的帮助。多个卫星的共同观测可以为深入研究台风内部结构、发展演变及降水提供重要的观测实事。     

河南省2002年秋季一次层状云降水过程的观测研究

在涡旋云系和低槽切变云系的先后影响下,2002年10月16-20日河南省产生了主要由层状云形成的小到中雨天气。中低层对流不稳定层结和偏东偏南暖湿气流为降水提供了有利条件。较厚的云体多为混合相结构,雷达回波普遍有明显亮带,过冷云区冰相粒子含量较过冷水高,暖云区云水含量偏低,雨水浓度基本随雨滴直径指数递减,较大雨滴对雨强的贡献大。推测总体降水机制可能为,冷云过程强于暖云过程,冰粒子凝华增长是其主要增长方式,冰粒子融化对地面降水有较大贡献。云系宏微观结构和降水特征都表明在层状云系不同部位存在不均匀性。     

人工消(减)雨作业中卫星反演云特征参量变化

利用FY-2C静止卫星资料反演的云物理宏微观特征参数初步分析了北京2008年奥运会开幕式期间地面火箭消(减)雨作业的物理响应。对8月8日夜间作业较集中时段的云顶高度、液水路径和云粒子有效半径三个云参量的变化分析显示,地面大规模火箭作业对减弱或抑制云降水的形成和发展起到了一定作用。火箭作业及其携带入云的碘化银引晶作用,使作业区附近云顶高度明显下降,云体发展受到抑制;液水路径减少很多,表明空中云液水尤其是过冷水被大量转化。此外,过量引晶也促使作业区附近云粒子有效半径明显减小,不利于降水的形成。     

云的垂直非均一性对卫星3.7 μm通道反射率的影响

卫星3.7 μm通道被广泛用于反演云粒子有效半径.为了解云的垂直非均一性对该通道反射率的影响,作者基于SBDART辐射传输模式,分别计算了有效粒子半径垂直连续变化分布下和垂直分层均一分布下的3.7 μm反射率.结果表明对于有效粒子半径垂直连续变化分布的云,当云比较薄(光学厚度小于10)时,如果把有效粒子半径垂直非均一的云当作垂直均一的云进行反演,会出现一定的误差,该误差随着光学厚度的增大而减小.当云足够厚(光学厚度大于10)时,该误差小于10％,可以认为此处云粒子垂直结构的变化对3.7 μm通道反射率没有影响.对于有效粒子半径垂直分层均一分布的云,当光学厚度比较大时,只有靠近云顶的“浅层”(即有效辐射层,其光学厚度约为3～10)的云参数变化才能对3.7 μm反射率产生影响.有效辐射层的光学厚度与云上层有效粒子半径、太阳天顶角和卫星天顶角等因素呈反相关,与相对方位角无无明显的联系.     

陕西一次强对流天气过程的中尺度及雷达观测分析

利用中尺度天气图分析方法,结合雷达资料分析了2010年9月1日发生在陕西中部的一次强对流天气过程.结果表明:(1)在弱天气尺度系统影响下,天气尺度分析不足以判断强天气发生的潜势条件;(2)探空资料的中尺度及其综合图分析能够清楚地反映冷暖平流、干线、湿舌、显著流线及切变线的位置,是强对流天气分析的有效手段;(3)08:00地面温度、露点温度能较好地指示关中以北黄土高原上强对流发生的潜势条件,通过14:00地面资料加密分析,能清楚地看出地面冷锋的位置及冷暖、干湿空气的交汇区域,有利于确定强对流发生区域.(4)新生对流云主要位于地面干线附近,下垫面对对流云初生也有较大的影响.尽管陕西西南部有较多的新生对流云,但云顶延展高度较低,产生闪电、雷暴和冰雹等天气的几率较小.(5)对流云发展过程中形成的强天气指示回波对预警有重要的作用,此次冰雹天气发展过程中形成明显的“V”形缺口、回波穹窿及上冲云顶,中层与下层强回波中心的水平位移超过1 km,45 dBz强回波延伸高度超过7 km,这些指标对强对流天气预警有较好的指示意义.