Detection of hail through the three-body scattering signatures and its effects on radar algorithms observed in Romania

The Romanian National Meteorological Administration (NMA) radar network consists of five S-band and four C-band radars. Observation of convection in Romania through the Doppler radar network offered a new perspective in understanding the climatologic risk of certain regions and mesoscale environments. Highly organized convective systems, such as supercells, are better observed and their subsequent threat can be better anticipated during the nowcasting process using Doppler velocity fields and detection algorithms such as mesocyclones (MESO) and tornadic vortex signature (TVS). However, for warning purposes, these tools cannot be used without a subjective validation because of the associated errors and limitations of radar observations. In this paper several cases are presented where the presence of large hail inside the storm produced a radar artifact named three-body scatter signature (TBSS) that disturbed the Doppler velocity field. The cases presented were observed with S-band radars and were associated with hail reports on the ground. The first case shows a TBSS whose radial Doppler velocities are negative due to the falling hydrometeors. The second case is a less frequent event; there the Doppler velocities in the TBSS region are positive due to the updraft. The third case has both positive and negative values in the TBSS region; it ocurred in a supercell that affected the city of Varna in Bulgaria with large hail. The positive values were associated with the overhang region in the rotational updraft at upper heights, while the negative values in the regions outside the rotational updraft at lower heights, were associated with the downdrafts. Features produced by the TBSS have perturbed the output of the MESO and TVS algorithms by introducing false strong values of wind shear that have been interpreted as rotation. Thus false mesocyclonic and tornadic vortex signatures were generated. In some of the cases large hail and weak tornadoes were reported, so the presence of a TBSS was a challenge for the nowcasters. In the last part of the paper we analyze the link between the TBSS appearance with reports of large hail at the ground in 2009 within the coverage area of the Romanian S-band radars, which also cover parts of Hungary, Bulgaria, the Republic of Moldova and Serbia. The results show that the TBSS artifact is a strong indicator of large-size hail.     

中国气象科学研究院人工影响天气研究进展回顾

中国气象科学研究院人工影响天气研究, 在过去的40多年中, 围绕人工增雨技术与外场试验、雹云物理与人工防雹、雾结构观测与人工消雾、云的宏观结构与云图、云降水模式与数值模拟、云物理室内实验与催化剂及催化技术等方面开展了大量的研究工作, 取得了丰硕的研究成果, 很多研究成果在我国人工影响天气业务实践中已经得到广泛的应用, 发挥了实际效益。     

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。     

一次典型超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析

文中利用位于安徽合肥的S波段多普勒天气雷达资料 ,对 2 0 0 2年 5月 2 7日 1 4～ 2 0时发生在皖北地区的一次典型的超级单体风暴过程进行了详细的分析。此次超级单体南边出现两条明显的出流边界 ,一条位于钩状回波的西南 ,一条位于钩状回波的东南。超级单体左前方的低层反射率因子呈现明显的倒“V”字型结构 ,这也是超级单体风暴的典型特征之一。沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区 (穹隆 )、强大的回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙。最大的回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域 ,其值超过 70dBz。相应的中低层径向速度图呈现一个强烈的中气旋 ,旋转速度达到 2 2m/s。风暴顶为强烈辐散 ,正负速度差值达 6 3m/s。相应的垂直累积液态水含量和密度分别超过 70kg/m2 和 5 g/m3 。因此 ,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约 30°,属于右移风暴     

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)。     

CINRAD/SA雷达强冰雹识别算法的应用检验

为更好地应用HDA算法产品并为进一步优化冰雹识别算法提供参考,应用2004—2010年武汉雷达和2007—2008年济南、青岛、烟台、宜昌、郑州和重庆共7部雷达监测到的28个直径大于等于19 mm的致灾性强冰雹天气个例,对CINRAD/SA雷达的强冰雹识别及最大冰雹直径（MEHS）预测产品进行了检验分析,同时对我国北方（济南、青岛、烟台、郑州）雷达和南方（武汉、宜昌、重庆）雷达的冰雹识别及大小预测效果进行了对比。结果表明：1）在不订正0℃层和-20℃层高度时,该算法对强冰雹天气的识别效果较好,但对MEHS的预测效果较差。2）每个雷达站对强冰雹识别和MEHS预测的效果差别不大,南方雷达和北方雷达对强冰雹的识别效果相近,但南方雷达对MEHS的预测效果较好。3）强冰雹识别和MEHS预测在5月份效果最好,8月份最差;该算法对大冰雹的识别效果较好,但仅对直径为40～49 mm的冰雹直径预测效果较好。4）冰雹识别产品对强冰雹的识别效果随所识别冰雹概率（POSH）增大而增强,当POSH=100时,临界成功指数CSI为100%,发生冰雹天气的可能性非常大。     

应用“0”域概念进行对流云防雹(增雨)作业

人工防雹(增雨)作业所依据的原理是成雹(增雨)机制和雹云(积云)结构特征,而作业的难题是判断作业的部位和时机。利用冰雹存在成长“穴道”的新概念,对所获取的雷达基本反射率、反射率剖面(RCS)、速度剖面(VCS)及风廓线(VWP)等资料进行分析,找到相对水平风速为0的区域,即可准确判定“0”域的位置,找到冰雹成长的“穴道”,解决人工防雹(增雨)作业中作业部位和时机的判断问题,以此指导人工防雹(增雨)作业。     

三维冰雹分档强对流云数值模式研究Ⅰ.模式建立及冰雹的循环增长机制

针对现行冰雹云参数化模式中假定冰雹谱服从特定的负指数分布，冰雹增长率依赖其加权平均末速度以及粒子间的数浓度转换不守衡等局限性，作者建立和发展了一个包括云滴、云冰、雨滴、雪团，霰和雹的云中主要水成物场及凝结、撞冻等37种主要微物理过程，可用于预测和研究三维强冰雹云降雹过程的冰雹分档模式，模式能够提供在雹云参数化模式中无法提供的关于冰雹增长与分布的信息。研究共分三部分：模式的建立及冰雹的循环增长机制；冰雹的分档分布特征；冰雹产生与增长的微物理过程。第一部分，通过建立模式及模拟一个多单体风暴个例，对多单体中冰雹的增长机制进行了数值模拟研究。     

ROSE系统在沈阳一次强冰雹过程分析中的应用

介绍新一代天气雷达业务建设软件ROSE系统,并通过ROSE产品结合地面自动气象站资料、高空天气图、探空T-lnp图、雷达组网拼图对沈阳2011年8月21日一次强冰雹过程的发展、演变及结构特征进行了分析和研究.分析表明:此次冰雹过程是在高空槽和风场辐合大尺度天气背景下,对流有效位能CAPE、垂直风切变及雷达回波特征均满足强冰雹发生的条件;通过分析降雹前后多种雷达导出产品提出强冰雹客观临近预报的一些指标.     

雷暴天气的多普勒雷达VWP资料特征分析

通过对西峰冰雹和强降水的2次强雷暴典型个例的分析,揭示了冰雹和强降水的多普勒雷达VWP资料的前兆特征.结果表明:强对流天气一般在干区(无云区,VWP图中表现为"ND")基本消失后发生,2次强对流天气过程的环境低层风切变明显,但冰雹的产生一般出现在风向随高度逆转有冷平流的环境中,而强降水出现在风向随高度顺转暖平流的环境中,并且这种风场的垂直变化特征维持时间长.强对流冰雹暴云西北气流从高层向下扩展到2.7 km,强降水西南水汽输送达到5.5 km高度以上,并且伴有低空急流存在.对2006年西峰发生的强对流雷暴天气进行分析,基本都存在风场的这种垂直分布特征,这一特征对短时临近预报有较好的指示意义.