用双多普勒天气雷达资料研究暴雨三维风场结构

使用双多普勒天气雷达三维风场反演技术对2005年6月11-12日梅州和汕头多普勒天气雷达探测到的华南暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了详细分析.结果表明:此次暴雨主要是由中低层的中β尺度辐合线、中β尺度切变线和嵌于其中的中γ尺度涡旋共同作用引发的.低层辐合、高层辐散的动力结构,有利于暴雨系统的触发、维持和发展.最后,综合分析结果给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

Doppler Lidar Measurements of Vertical Velocity Spectra in the Convective Planetary Boundary Layer

We utilized a Doppler lidar to measure spectra of vertical velocity w from 390m above the surface to the top of the daytime convective boundary layer (CBL). The high resolution 2μm wavelength Doppler lidar developed by the NOAA Environmental Technology Laboratory was used to detect the mean radial velocity of aerosol particles. It operated continuously during the daytime in the zenith-pointing mode for several days in summer 1996 during the Lidars-in-Flat-Terrain experiment over level farmland in central Illinois, U.S.A. The temporal resolution of the lidar was about 1 s, and the range-gate resolution was about 30m. The vertical cross-sections were used to calculate spectra as a function of height with unprecedented vertical resolution throughout much of the CBL, and, in general, we find continuity of the spectral peaks throughout the depth of the CBL. We compare the observed spectra with previous formulations based on both measurements and numerical simulations, and discuss the considerable differences, both on an averaged and a case-by-case basis. We fit the observed spectra to a model that takes into account the wavelength of the spectral peak and the curvature of the spectra across the transition from low wavenumbers to the inertial subrange. The curvature generally is as large or larger than the von Kármán spectra. There is large case-to-case variability, some of which can be linked to the mean structure of the CBL, especially the mean wind and the convective instability. We also find a large case-to-case variability in our estimates of normalized turbulent kinetic energy dissipation deduced from the spectra, likely due for the most part to a varying ratio of entrainment flux to surface flux. Finally, we find a relatively larger contribution to the low wavenumber region of the spectra in cases with smaller shear across the capping inversion, and suggest that this may be due partly to gravity waves in the inversion and overlying free atmosphere.     

超级单体引发的龙卷天气过程分析

利用营口市多普勒天气雷达资料,对2005年8月10日16时10-20分左右营口市东南部六个乡出现的龙卷天气过程进行了简要分析,该龙卷发生前的主要天气形势是:一个东移的东北低涡引导高空槽,沿高空等高线冷干气流与低空的暖湿气流产生对流不稳定层结,超低空南支急流与低空西南风急流以及高空西北风产生的较大垂直风切变,有利于龙卷天气的产生.产生该龙卷的对流系统是由渤海湾生成的片状层状云和积状云混合降水回波.自东向偏北方向移动,15:50以后低层反射率因子的强降水回波移入大连北部与营口南部临近区域,在层状云降水中含有一些零散的和有组织的对流降水回波,主体为一个近似团状的对流系统,而龙卷产生自该系统南端的一个超级单体.最初的中气旋形成于8月10日15:56,相应对流单体的反射率因子还没有呈现出超级单体的特征,随后中气旋迅速发展加强,在16:02-16:08反射率因子形态呈现出经典超级单体的特征:明显的低层入流缺口,入流缺口位于超级单体移动方向(偏东南方向)的右侧,低层的弱回波区和中高层的回波悬垂结构,最大反射率因子超过56 dRz.在龙卷产生前几分钟和龙卷进行过程中,中气旋保持较强,而后迅速减弱,低层入流缺口渐渐消失.在龙卷进行过程中,相应45 dBz超级单体的反射率因子区局限在6 km以下,此系统为低质心的对流系统,产生的天气是龙卷,伴随有大风短时强降水,与冰雹的高质心对流系统有明显区别.同时也初步探讨了引发此次龙卷的生成机制.     

“08.8.11”河北海岸带中γ、β尺度大暴雨分析

2008年8月11日渤海西岸区的抚宁县牛头崖镇(05-06时)、唐海站(12-13时)分别出现小时雨量超100mm的突发性中γ、β尺度大暴雨天气过程.利用秦皇岛和天津CINRAD/SA雷达资料、中尺度天气学物理量诊断、河北MM5预报结果、山海关探空及自动站加密分钟资料同步分析,结合中β尺度回波带与降水峰值对应分析.初步得出:在同一"母体"中尺度回波带背景下,不同时刻中γ、β尺度降水系统互相扰动导致大暴雨发生,前者为普通多单体风暴,距"母体"回波带100km、300km空间剖面呈波动形态传播,与上游重力波激发有关;后者为减弱的母体回波带底部新生强多单体风暴,与海岸弱切变扰动和热力因子有关;尺度界定基于雷达GPS回波质心定位与加密站雨区面积GIS信息校对;探讨了0～1小时海岸带地区致灾暴雨的中小尺度系统可预报性因子,为临近预警时效"后延"的研究,提供一些新的预报依据.     

多普勒雷达资料在冷涡强对流天气中的同化应用试验

应用WRF模式的三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对沈阳多普勒天气雷达资料在东北冷涡暴雨个例中的同化应用进行了试验.研制了多普勒雷达资料质量控制系统,实现了对径向风和反射率因子的直接同化,不但可以反演中尺度三维气象要素场,而且可以为模式提供初始场.以天气尺度资料为背景场同化多普勒雷达资料,WRF-3DVAR可以较好地反演冷涡中尺度对流系统的三维结构,反演的地面强对流辐散气流及在对流层中层涡旋都符合中尺度系统概念模型,通过与实际地面探测资料进行了对比,风场环流基本接近,同化了雷达资料的气象要素场可为预报业务提供较好的包含中小尺度系统的实时三维分析场.通过冷涡个例同化试验,应用WRF-3DVAR同化雷达资料后,中尺度模式对对流降水的预报总体有正的影响,对强对流中的一些中小尺度雨团的预报也略有改善.     

拉萨春季一次雷暴天气过程分析

利用拉萨多普勒天气雷达、闪电定位仪、欧洲中心500hPa分析场及常规观测等资料,对2008年4月27-28日发生在拉萨的雷暴天气的环境条件和雷达回波特征进行了综合分析.结果表明:这次雷暴过程是在乌拉尔山冷空气南下,加剧了高原低涡切变辐合上升运动的发展,大气层结极不稳定的条件下产生的;雷达径向速度图和VAD风廓线均显示出非常明显的低层暖平流结构、低空急流及垂直风切变特征;γ中尺度气旋式涡旋扰动与环境垂直风切变的相互作用,导致雷暴云发展,回波顶增高,40dBz回波顶高伸展到7.0km左右;CAPE值、垂直风切变、γ中尺度气旋性扰动以及低层暖平流对拉萨雷暴天气预警、预报具有指示意义,给出了拉萨雷暴天气预报思路与着眼点.     

两次大暴雨的新一代雷达产品和闪电特征分析

应用新一代雷达产品、闪电监测定位资料等对2007年河南省郑州、信阳两次突发大暴雨过程进行了对比分析。结果表明:高空冷涡后部的冷空气和副热带高压西北侧的暖湿气流在信阳地区交绥是信阳暴雨产生的主要原因,锋前暖区暖平流使地面出现热低压产生辐合,从而激发局地强对流是郑州暴雨产生的主要原因;地面冷锋是两次突发暴雨的触发机制,信阳、郑州均处于中尺度辐合线上强辐合上升运动处。从闪电参数看,信阳暴雨过程全部为负闪,郑州暴雨过程正闪比例为39%,且闪电总频次明显高于信阳。郑州暴雨是由快速发展的块状单体回波造成,信阳暴雨是由混合降水回波持续造成。新一代雷达平均径向速度特征对突发暴雨有很好的指示意义,分析径向速度图对提前发布暴雨预警信号有一定的参考价值。     

2009年6月3日商丘市强飑线过程分析

利用商丘新一代天气雷达(CINRAD/SB)观测资料,以及MICAPS资料和自动气象站观测资料,对2009年6月3日发生在商丘的一次以大风为主,并伴有降水、雷电发生的强飑线天气过程进行了分析。分析表明:地面辐合线是这次强对流和飑线天气过程的触发机制。高空冷涡后部冷空气南下,近地层为暖中心,形成了上冷下暖的位势不稳定层结;风力突增、气压涌升、气温骤降、湿度猛升等气象要素变化符合飑线特征。飑线最大回波强度达69 dBz,最大负径向速度值达-37 m/s,强回波区呈"厂"字形,位于回波区前沿,移动速度快,并具有径向风速辐合等特征。径向速度场上表现为高层负径向速度中心值的迅速减小和低层负径向速度中心值的快速增大。     

榆林一次初夏低温冻害的天气学诊断分析

利用2004年兴义多普勒雷达体扫复合仰角资料及自动站雨量资料,综合考虑了地理环境、气候环境2个因素,在贵州省黔西南地区进行降水估计。采用A值平均法得到该区域的dBZ-I,关系。选取2008年1月-8月的部分资料进行检验对比,并对降水误差从地理环境、雷达性能等多个方面进行分析。结果表明,用此方法得出的dBZ-I适用性较好,误差较低。     

利用多普勒天气雷达资料建立灾害性天气的监测和预警系统

多普勒天气雷达是目前对短时强对流天气进行监测的主要手段之一.为了能够使多普勒天气雷达资料在业务预报中得到更加准确、方便的使用,设计开发了利用CINRAD/ CC新一代多普勒雷达资料建立对临近灾害性天气的监测和预警数据库系统.该系统采用Visual C++6.0 + SQL Server 2000为开发环境,由雷达原始数据采集和处理系统、雷达图像的显示系统、雷达数据库系统、监测及预警信息的发布系统、客户端应用系统等部分组成,有较好的兼容性和可移植性.实现了实时显示、入库、监测和预警、动画回放等功能,并且系统资源占用少、效率高.能够方便地为气象业务人员使用,帮助预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势,特别是在临近预报和帮助人影值班人员指导防雹作业等方面均能发挥十分重要的作用.