两次突发性强对流天气的对比分析

为提高强对流天气的预报准确率,对2005年7月31日夜间和2004年6月7日下午衡水地区突发性强对流天气从影响系统、卫星云图、雷达回波及闪电定位资料特征等方面进行了对比分析.发现两次天气过程都属于降水天气结束后,又重新发展的强对流天气过程,预报起来具一定的难度.两次天气过程影响系统不同,造成的天气也不尽相同,"6.07"过程大风天气明显,且移动速度快,影响时间短,"7.31"过程局地短时暴雨天气明显,系统移动速度慢,影响时间长.两次天气过程的红外卫星云图特征不同,"6.07"过程的卫星云图呈带状,"7.31"过程的卫星云图呈团状,具有暴雨云团的特征.两次天气过程中大风和雷达基本反射率中的弓形回波具有非常好的对应关系.垂直积分液态水含量(VIL)的高值区的长时间影响与局地暴雨具有很好的对应关系,其值由高到低的骤减,预示着破坏性大风的发生.两次过程中大风发生前后雷电空间分布均呈扇状分布,对流发展成熟阶段造成雷击灾害的"6.07"过程中地闪所占比例较大,造成局地暴雨天气的"7.31"过程中云闪所占比例较大.在强对流天气的预报中,非常规气象资料起着很重要的作用.     

一次弓状回波和超级单体过程分析

本文利用济南CINRAD/SA雷达的探测资料对2005年7月12日发生在山东境内的一次弓状回波和超级单体过程分析表明,这次弓状回波和超级单体产生在东北低涡横槽转竖及真潜在不稳定的天气形势下.雷达本站的风廓线清楚揭示了横槽转竖前后的高空风场变化,对强对流天气的临近预报具有指示意义.横槽转竖时弓状回波产生,反射率因子图上后侧入流槽口的出现是弓状回波即将形成的前兆信号.一个典型超级单体产生在弓状回波头部前方的暖区中,二者相互作用合并后强度加强.弓状回波具有持续产生中气旋的能力.中气旋多出现在其头部和颈部的前沿,绝大部分中气旋产生冰雹和大风等灾害性天气.     

台风山竹(1822)龙卷的双极化相控阵雷达特征

2018年9月17日台风山竹（1822）外围螺旋雨带中发生EF2级龙卷。在高湿度、高不稳定、强垂直风切变的环流背景下,龙卷在台风外围雨带上微型超级单体右后侧钩状回波顶端的弱回波区中发展起来。具有高时空分辨率的广州X波段双极化相控阵雷达,不仅观测到超级单体的发展过程,还呈现出龙卷涡旋演变特征：单体风暴尾端在右后方入流加强作用下,逐渐形成钩状回波形态,此时对流层中低层2~3 km高度附近的中气旋强度率先达到最大,随着旋转强度进一步加强和旋转中心高度逐步下降,低层强旋转特征越来越明显,当低层旋转速度达到峰值（超过21 m·s-1）,旋转直径收缩到1 km范围,地面出现EF2级以上龙卷,旋转速度对区域出现清晰的弱回波龙卷眼区特征。X波段双极化相控阵雷达在龙卷观测中优势显著,弥补了多普勒天气雷达观测的不足。     

南疆西部2次冰雹过程对比分析

利用常规气象观测、区域自动站、多普勒雷达和NCEP1°×1°再分析等多源资料,对比分析了2015年6月23日（简称“6?23”）和8月14日（简称“8?14”）发生在南疆西部的2次冰雹天气过程。结果表明,2次冰雹均发生在500 hPa低槽分裂短波槽东移时,冰雹发生前850 hPa与500 hPa的温度差和假相当位温差分别超过35 ℃和6 ℃,CAPE值超过500 J/kg,均属于暖平流强迫类;但“8?14”垂直风切变强,近地层增湿更明显,层结曲线呈“倒喇叭口”型,更利于强对流的产生和雹云的维持。触发机制不同：“6?23”由后向传播的强回波出流边界与环境场南北风局地辐合触发强对流,雷达回波后向传播中在出流边界附近迅速发展,雹云生命史短;“8?14”则由山谷地带始终维持的东西风局地辐合触发强对流,且强对流单体生命史超过40 min,可预警时效较长。     

一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气,使用常规天气图、TBB云图、自动气象站、雷达拼图、雷达PUP产品等资料,对2021年5月10日江西雷暴回波群冰雹天气过程,采用中尺度气象学和雷达气象学等方法进行分析,结果表明：雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气,没有出现短时强降水;超单往往造成较大冰雹,强单出现较小冰雹;樟树、丰城的对流云系发展成为中尺度对流系统MCS。湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时,就能够触发产生对流运动而形成新的对流回波;当原有对流回波移到锋区附近时,回波会快速发展加强,强回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息STI能较好地指示超级单体和强单体回波的移动方向和移动速度,多条STI指向一致时可信度更高。超单CR在65 dBZ以上,强回波面积较大,VIL在60 kg/m2,V0.5有正负速度对,RCS有冰雹回波特殊结构特征;VCS有正负速度切变;强单CR在60～65 dBZ之间,强回波面积较小,VIL在45～50 kg/m2之间,V0.5不一定有速度切变,RCS冰雹回波特殊结构特征不明显,VCS表现在负值区中出现大值区。     

基于深度学习的数值模式降水产品降尺度方法

基于卷积计算技术,对常规卷积方法进行了改进,实现利用自定义卷积核快速识别雷达回波图像特征,并对非气象回波进行剔除操作。通过构造孤立点状、线状等卷积核,对南昌市雷达基本反射率因子回波图像和江西省雷达组合反射率因子回波拼图进行业务应用后表明：基于改进卷积方法和自定义孤立点状卷积核、线状等宽卷积核、射线状卷积核和弱回波卷积核,可以实现对雷达单站回波、组合反射率拼图中的孤立点回波、线状回波、地物回波等非气象类回波和弱回波区域的快速剔除,质量控制效果较好。其中孤立点卷积核能剔除长宽均不超过3个像素的点状回波,等宽线状卷积核能剔除水平、垂直和倾斜等横截面不超过3个像素的线性回波,射线状卷积核能剔除横截面不超过11个像素的射线状回波,弱回波卷积核能剔除成片的地物回波和弱回波等。

     

Ka波段云雷达非云回波质量控制及效果评估

针对Ka波段毫米波云雷达观测中出现的非云回波,提出改进的质量控制方法,并利用2018年9月—2020年8月福建平和观测资料,定量评估质量控制效果及其对云-降水探测的影响。结果表明：提出的改进方法能较好改善雷达探测结果,可有效滤除非云回波。非云回波对3 km高度以下的弱云探测有重要影响,且非云回波的探测率与雷达灵敏度密切相关,整体随高度上升而下降;同时非云回波存在明显的日变化特征,午后—前半夜因湍流活动较强,非云回波的探测率也较高;后半夜—日出前因湍流活动减弱,非云回波的探测率逐渐下降。     

我国两级阶梯地势的冰雹天气环境物理量特征

利用地面观测资料、探空资料以及石家庄多普勒天气雷达和饶阳双偏振雷达资料等,对2018年6月13日影响河北中南地区的一个长生命史超级单体风暴的环流背景、雷达观测特征等进行了分析。结果表明：(1)此超级单体发生在涡后横槽转竖的环流背景下。(2)风暴生命史长204 min,其中超级单体维持时间长达138 min,其间雷达最大反射率因子基本上维持在65 dBz以上。(3)中气旋深厚并强烈发展是超级单体发展和维持的重要动力机制。中气旋底高最低可达风暴底部,顶高变化幅度较小,低质心中气旋和高质心中气旋的形成和发展都可能引起地面降雹,降雹期间对应超级单体短暂减弱。(4)超级单体维持期间一直伴有气旋、反气旋涡旋对特征。超级单体的钩状回波特征明显,表现为典型的回波墙-弱回波区-悬挂回波的垂直结构;低层辐合、高层辐散,高空辐散大于低层辐合,有利于超级单体内部强烈的旋转上升运动;有明显的三体散射和旁瓣回波,三体散射最长超过60 km,持续时间长达150 min。(5)双偏振雷达探测的超级单体反射率因子≥55 dBz,对应位置差分反射率-0.5~0.5 dB,差分传播相移率仅1.5~2.0°/km,相关系数在0.75~0.92之间,表明超级单体内同时存在液滴和较大冰雹。

     

2021年黑龙江两次超级单体龙卷过程多尺度特征

2021年6月1日和6月9日黑龙江省哈尔滨尚志市及阿城区和齐齐哈尔梅里斯区分别发生双龙卷事件。利用常规气象观测、多普勒天气雷达等资料对比分析二者的多尺度特征。结果表明：两次龙卷均发生在东北冷涡的东南象限,高空急流出口区左侧,中低层偏南气流有利于暖湿气流输送和垂直运动发展。6月1日和6月9日分别以短时强降水和雷暴大风天气为主,6月1日水汽条件、垂直运动、0~1 km高度垂直风切变和抬升凝结高度更有利于产生强龙卷,且中尺度气旋维持时间更长。干线与地面辐合线为中尺度触发机制。雷暴冷池出流与中尺度暖锋形成的伪冷锋有利于龙卷的发展和维持。龙卷出现在地面伪冷锋与干线交界处的湿区一侧,冷池前沿,龙卷母云为超级单体。暖湿气流产生的入流缺口是钩状回波发展的前兆,中等到高强度的中尺度气旋在3 km高度产生并发展,5~10 min后触地,当钩状回波与中尺度气旋同时出现时龙卷产生。     

产生致灾大风的超级单体回波特征

基于中国东部平原地区31部S波段多普勒天气雷达数据和实况记录, 筛选出2002—2020年56次由超级单体风暴导致的25 m·s-1以上的直线型大风事件, 分析超级单体风暴多普勒天气雷达回波特征与其导致的直线型大风间关系, 获得产生直线型致灾大风的超级单体的量化结构特征, 为超级单体产生的大风的主客观监测预警提供参考。统计结果表明:产生致灾大风的超级单体60 dBZ以上强回波深厚, 平均厚度为5.5 km, 中层径向辐合特征显著, 最大中层径向辐合超过29 m·s-1;中气旋强度中等, 平均旋转速度为18.4 m·s-1, 可向上伸展至对流层中上层(7 km高度);超级单体反射率因子核下降、中气旋核下降、29 m·s-1以上中层径向辐合以及垂直积分液态水含量减小是预警直线型大风的重要指标;下击暴流导致的明显且对称的低仰角辐散速度对仅在4次事件中出现, 超级单体风暴由于其移动性, 不易出现对称的下击暴流。