天气雷达三体散射长钉回波特征分析

利用2016—2020年中国中东部地区47个强对流个例中50部S波段多普勒天气雷达的基本反射率因子产品资料,在筛选出2626个样本的基础上,分析三体散射长钉(TBSS)特征。结果表明:TBSS在1.5 km和5 km高度附近出现频次最高;在2.4°仰角出现频次最高。TBSS主要出现在雷达静锥区边缘至雷达径向距离210 km范围,在距离雷达115 km附近达到峰值;TBSS在雷达极坐标系中呈现南多北少、西多东少的形势;当对流风暴移动方向与雷达径向方向的夹角大于30°时有利于观测到TBSS。TBSS回波强度在起始端径向向外0~15 km范围内迅速降低至5 dBz,15 km之后在-5~10 dBz波动,TBSS区域中70%以上为低于25 dBz的弱回波;99%的TBSS长度小于40 km,不同长度的TBSS形态符合正态分布。TBSS出现频次和长度与强回波的中心最高值和区域面积没有显著相关关系。

强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析

该文从干冰球和水球的散射特征出发,分析了强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达基本反射率因子的形成机制,讨论了影响三体散射观测的主要因素;利用连云港CINRAD/SA天气雷达资料,对2004年6月26日发生在连云港市境内的一次大冰雹过程的三体散射特征进行了详细分析,并对三体散射在业务上的应用进行了探讨。结果表明:产生三体散射的反射率因子区强度超过60 dBz,三体散射的反射率因子值小于18 dBz,长度通常小于14 km;径向速度整体上为朝向雷达的低值,谱宽很大,可达13 m/s以上;首次观测到三体散射后,可立即预报有大冰雹将降落到下游地区,提前量在20 min以上,这些结果为利用三体散射预报冰雹提供了新的线索。

天气雷达反射率因子图像中三体散射自动识别

三体散射的准确识别可以有效降低强冰雹的误警率、提高预报强冰雹的时效性.在详细分析三体散射产生机理的基础上,将三体散射按照其图像特点定义成2种类型.设计标准模板,在将搜索区域进行标准化变换的配合下成功解决了楔状的、短的三体散射的自动识别;用链码技术将走向一致的区域边界的比例定量地描述出来,以此解决长直的三体散射的自动识别.实验表明,该方法对短三体散射的区域断裂和长三体散射的远端粘连具有不敏感性,对三体散射的总击中率达到94.8%,误警率不足1%.

一次雹灾天气过程的三体散射研究

利用自动气象站资料、CINRAD/CD多普勒雷达资料、实地冰雹调查资料及NCEP/NCAR再分析资料,分析2020年7月一次呼和浩特市托克托县地区强冰雹事件发生时出现的三体散射与风暴云团三维结构、发展特征,结果表明:(1)C波段雷达较S波段雷达容易出现三体散射。(2)三体散射现象和55或60 dBZ等强回波密切相关,尤其是60 dBZ强回波出现时,三体散射现象也随之出现。(3)60 dBZ冰雹云体积即使在50 km^(3)以下也会出现三体散射。(4)在本个例中发现多重三体散射,其特征是在雷达径向上三体散射长度较长,为强回波距地高度的3~5倍,随着多重散射次数的增加,散射越来越弱,故多重三体散射强度沿着强回波径向上逐渐减弱。(5)三体散射现象首次出现后,开始出现冰雹,下沉气流使冰雹云回波顶高迅速下落,其中60 dBZ回波顶高下落最为明显,垂直厚度减少最为严重。大冰雹降落后60 dBZ回波底高迅速抬升,体积急剧减小,之后风暴云团回波顶高、体积进入平稳阶段。

强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析

利用我国各地11次强对流事件中23个产生S波段雷达三体散射的雹暴的新一代天气雷达数据，总计499个三体散射样本资料，综合并详细地讨论了我国S波段多普勒天气雷达三体散射的统计特征，也讨论了将这一现象应用于强冰雹辅助预警的可能性。同时对目前国内S波段雷达所观测到的最典型的三体散射个例从“三体散射回波”出现到消失的全过程进行了仔细分析，结果表明：（1）在最小反射率因子显示阈值为-5dBz的情况下，产生S波段雷达三体散射的最小反射率因子在60dBz左右，86％的三体散射长钉（TBSS）出现在反射率因子强度≥63dBz时；（2）TBSS长度与强反射率因子核心区面积大小及反射率因子核最大强度呈密切的正相关，也就是说，反射率因子核心强度越大，高反射率因子的区域越大，TBSS的长度就越长；（3）TBSS出现的最大高度为12．5km，最低高度是1．1km；61％的TBSS出现在3～6km高度之间，TBSS在4～5km高度出现次数最多，然后向上、向下减少；TBSS长度≥10km的出现次数同样以4～5km高度最多，然后向上、向下迅速减少；（4）TBSS主要在雹暴位于雷达的西半边时出现；（5）雹暴云在不同性质的下垫面上空均能产生雷达TBSS；（6）TBSS的持续时间几乎都超过30min，其中持续时间在30～60min的情况居多，还有部分TBSS持续时间超过90min；（7）在出现TBSS时，几乎所有雹暴都降了2cm以上的强冰雹，同时80％左右的产生2cm以上直径冰雹的强雹暴都产生了三体散射，因此TBSS可以作为强冰雹的一辅助预警指标，以有效降低强冰雹预警的虚警率；（8）在产生三体散射的23个强雹暴中，有一半以上是超级单体和准超级单体风暴，超级单体雹暴中的中气旋有利于大冰雹的形成。

常德多普勒天气雷达强雹暴三体散射统计分析

对常德及周边地区10次强雹暴过程中18个风暴单体产生的404次三体散射样本进行统计分析,并对影响三体散射观测的原因进行了详细分析。结果表明:(1)反射率因子强度是能否产生三体散射的关键因素,产生三体散射特征的最小反射率因子强度为58dBz,在此临界值之上,反射率因子强度越强,越易产生三体散射;(2)风暴核回波强度的垂直分布是三体散射出现频数在高度4km左右、仰角1.5°、距离90km左右达到峰值的主要影响因素;(3)三体散射随方位分布在180°～360°出现频数最多,风暴单体移动下风方有径向长度较长的回波区时,导致三体散射特征被覆盖,是影响三体散射观测的根本原因,风暴单体相对雷达位置和移动方向通常决定径向外侧是否有影响三体散射观测的回波;(4)三体散射回波强度与风暴径向外侧弱回波相当或强时,三体散射特征能被识别。

CINRAD/SA三体散射特征分析

对新一代天气雷达(CINRAD/SA)探测到的4次三体散射现象的冰雹天气过程进行分析,通过分析得出以下结论:三体散射现象首先在高层出现,强中心回波强度达60 dBz以上,三体散射是降大雹的指示性指标并有一定的提前量,同时可能伴有灾害性大风。

CINRAD/SA三体散射特征分析

利用新一代天气雷达(CINRAD/SA)探测到的四次"三体散射"现象的冰雹天气过程进行分析,通过分析得出以下结论:"三体散射"现象首先在高层出现,强中心回波强度达60dB z以上,三体散射是降大雹的指示性指标并有一定的提前量,同时可能伴有灾害性大风。

滇东南地区三次典型冰雹天气特征分析

文章结合滇东南地区的三次降雹天气过程,利用垂直累积液态水含量、冰雹指数、反射率垂直剖面、云顶高度等产品对天气过程冰雹云的回波特征展开分析。分析发现,在冰雹发展阶段速度场出现速度强势辐合,降雹过程中存在非典型钩状回波、“V”形缺口回波、三体散射、悬垂回波、中气旋等典型的降雹回波特征。经检验,各类雷达产品观测不同过程冰雹云的效果存在差异,综合使用雷达产品对准确做好降雹预警有重大意义。

“2012.4.11”两个强降雹超级单体特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、新一代天气雷达和风廓线雷达等资料,对一次强对流天气过程中两个强风暴单体的形势背景、强对流发生条件、强风暴单体演变及结构特征、风暴异同点进行了详细分析。结果表明:(1)本次强对流过程是发生在强的垂直风切变条件下;高层冷平流降温减湿、低层暖平流增温增湿的对流不稳定层结,高CAPE值为强对流发生发展提供了必要的能量条件;上干下湿的水汽分布有利于冰雹、雷暴大风的产生;适宜的0℃、-20℃层高度使此次过程地面以降雹为主;地面倒槽低压、辐合线及低层锋区的南压是这次强对流天气的触发因子。(2)两个强降雹单体雷达回波共同特征是降大雹前均出现了三体散射长钉回波,弱回波区,回波强度强,VIL密度均大于4 kg·m^(-3),成熟阶段均右偏高空风约30°。(3)长生命史超级单体风暴Ⅱ的中气旋维持2个多小时,它保证了一支强上升气流支撑空中大冰雹的增长,维持了雷暴的持续发展,使其生命史长达近6 h,同时也存在前侧、后侧入流缺口,反映了上升气流与下沉气流共存的风暴动力特征,其高层辐散更强,移动路径东略偏南且移向稳定,平均右偏高空风约28°,移速均匀为14 m·s^(-1);超级单体风暴Ⅰ的中气旋维持时间仅十几分钟,且处于弱中气旋的下限,其高层辐散和上升气流更弱,风暴生命史更短,移动路径东略偏北,除成熟阶段外右偏高空风10°~20°。这些差异与产生风暴的环境条件如垂直风切变、垂直涡度等存在差异有密切关系。

广东大冰雹风暴单体的多普勒天气雷达特征

选取2004—2012年广东省12个大冰雹风暴单体为样本,利用多普勒天气雷达资料,计算了最大反射率因子及其高度等多个雷达参数,分析了三体散射、旁瓣回波和环境温度层上回波特征以及大冰雹与非冰雹风暴单体间的反射率因子垂直廓线差异。结果表明:大冰雹风暴单体发展均非常旺盛,最大反射因子多超过65 dBZ,对应高度几乎都达到5 km。除受周围大范围雷达回波影响外,大冰雹风暴单体均观测到了三体散射或旁瓣回波特征,并具有一定的预报提前量;在0℃和-20℃层高度上的最大反射率因子均超过54 dBZ。大冰雹风暴单体与非冰雹风暴单体相比,低层回波迅速增加,强核心区垂直伸展更深厚,回波垂直递减率更小。

两次长寿命孤立超级单体风暴结构差异性分析

利用山东济南和河北石家庄的多普勒天气雷达资料,并结合天气实况和探空观测资料,对2013年9月15日和2018年5月12日分别发生在鲁中山区南部及河北邢台地区的两次严重致灾超级单体风暴(分别简称0915风暴和0512风暴)演变特征、环境参数及气流结构进行了分析。结果表明:0915和0512风暴均产生于较强西北气流环境背景下,具有强的不稳定和中等强度以上垂直风切变。旺盛阶段风暴参数存在明显差异,0915风暴的风暴参数基于单体的垂直累积液态水含量(Cells-Vertical Integrated Liquid,C-VIL)、最大反射率因子(Maximum Reflectivity,用DBZM表示)和强中心高度(Height Top,HT)平均值明显大于0512风暴。旺盛阶段0915风暴中气旋旋转强度明显大于0512风暴。对流有效位能(Convective Available Potential Energy,CAPE)和垂直风切变的差异性是导致风暴参数和气流旋转强度差异性的关键因素,0915风暴过程CAPE大于0512风暴,决定了其风暴内部最大上升气流速度大于0512风暴,0915风暴过程具有的更强的垂直风切变,使其上升气流旋转强度明显大于0512风暴,强的旋转上升气流利于风暴核的悬垂与维持,从而产生较强的冰雹天气。

江苏阜宁龙卷超级单体风暴的雷达资料分析

2016年6月23下午,江苏阜宁发生罕见的冰雹、龙卷特大自然灾害,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。本文利用盐城SA新一代雷达资料分析此次过程的风暴特征,并与2018年5月12日邢台的冰雹大风天气过程进行简单对比。结果表明:阜宁龙卷发生于200 hPa高空急流出口区右侧,为500 hPa槽前强盛的西南暖湿气流控制,中层存在干冷空气,低层有明显的切变,环境场具有高对流有效位能(CAPE)、较强的垂直风切变(WSR)和较低的抬升凝结高度(LCL);阜宁龙卷产生前,风暴的最大反射率因子强度(Zmax)、强回波中心高度(HT)、回波顶高(TOP)持续增加,垂直累积液态含水量(VIL)激增,龙卷发生前2个体扫,HT和VIL出现骤降;阜宁龙卷过程出现明显的三体散射现象,对大冰雹预警具有指示意义;阜宁龙卷风暴具有经典超级单体的钩状回波和强中气旋特征,并伴有TVS,是一例由庞大的超级单体风暴形成龙卷的特大灾害,相比于邢台冰雹大风过程,其旺盛阶段的风暴参数明显大于后者。

“2011.4.17”超级单体风暴的物理量和雷达资料诊断分析

利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2011年4月17日发生在广东的强冰雹和雷雨大风过程进行详细分析,找出强冰雹和雷雨大风发生发展的天气特征。

一次超级单体雹暴的中尺度对流特征和形成条件分析

北京2014年7月16日一次超级单体风暴造成了罕见大冰雹、短时大风和局地暴雨等强天气。利用雷达、自动站、探空、基于雷达观测的四维变分同化系统(VDRAS)等资料针对中尺度对流特征和形成条件进行了分析。结果表明:1)这次超级单体风暴有穹窿回波和悬垂、中气旋、三体散射等典型大冰雹雹暴云特征。2)降雹属于西北气流型,雹区出现在低层切变线和地面辐合区(辐合线)附近,低层很好的水汽条件是这种类型下降雹的必要条件。此外,1500 J/kg以上的高CAPE以及上干下湿的不稳定层结、850 hPaθse 360 K的高能舌中心均有利于强对流的发生;“喇叭口”型探空、适宜的0℃层和-20℃层高度以及这两个特性层之间厚度变小是大冰雹出现的典型环境。3)有利的地形、雷暴下山冷池增强导致前侧辐合增强是超级单体发展并向南移动的有利条件。

一次超级单体的多普勒雷达特征分析

运用长沙多普勒天气雷达的基本反射率因子(R)、径向速度(V)、垂直积分液态含水量(VIL)、垂直剖面等产品,分析了2008年4月8日发生在湘东地区的一次超级单体强对流天气过程。分析表明:这次过程是一次典型的超级单体过程,在反射率因子上出现了钩状回波、三体散射回波、弱回波、高悬垂回波,相应的径向速度图上出现了持久的中气旋,风暴顶表现为强烈的辐散,降雹前相应的液态垂直累积含水量有一个跃增,这些多普勒雷达特征均为超级单体风暴预警提供了有利的临近预报因子。

四川一次超级单体风暴的多普勒雷达观测分析

利用常规天气资料和多普勒天气雷达等资料对2015年7月27日发生在四川资阳的一次伴随冰雹大风的超级单体进行综合分析。结果表明:(1)该超级单体具有较大的CAPE值,适宜的0℃层和-20℃层高度,有利于雹粒的增长,为大暴雨和冰雹提供了不稳定能量。(2)此次风暴具有超级单体风暴的典型特征,在雷达反射率因子上,中低层有"钩状回波"、弱回波区、三体散射长钉,中高层有回波悬垂现象,速度图上是气旋式流场,后发展为中气旋,中气旋首先出现在中低层,随后向上向下发展。(3)垂直累计液态水含量(VIL)在发生冰雹前会有一个跃增变化,在30分钟内从5kg/m2跃增到75kg/m2,VIL跃增变化提前冰雹发生,对冰雹具有警示作用。(4)三体散射长钉是预示冰雹的一个重要特征,此次风暴的三体散射出现在高度5~10km,只在2个体扫时间内出现过。

一次超级单体的雷达回波特征分析

利用万州和重庆两部多普勒天气雷达,对2010年5月6日凌晨重庆地区出现的强对流天气中一个造成严重灾害的风暴进行了分析。结果表明,该风暴具有超级单体特征,在反射率因子上出现了三体散射、有界弱回波(BWER)、悬挂回波,相应的径向速度图上出现了逆风区和中层径向辐合(MARC);另外,液态垂直累积含水量(VIL)跃增,三体散射、中层径向辐合等多普勒雷达回波特征均可为大风冰雹临近预警提供有价值的信息。

2010年福建一次早春强降雹超级单体风暴对比分析

利用探空、地面资料以及建阳、龙岩、长乐三部新一代天气雷达资料,对2010年3月5日福建中北部地区5cm强降雹的两个超级单体风暴进行了对比分析。结果表明,干暖盖、强垂直风切变、中高层正涡度区及地面中尺度低压为超级单体的形成提供了良好的环境场。两个超级单体都是由多单体合并后发展起来的,在成熟阶段以右移为主,属长寿命右移风暴:第一个超级单体在发展过程中由于地形作用和新单体的并入经历了3次加强过程,低层出现明显的钩状回波、中高层三体散射特征;第二个超级单体经历了多单体风暴—超级单体风暴—多单体风暴3个阶段,成熟阶段低层呈现出明显的倒"V"形回波特征,中高层有明显向右伸展的云帖。两个超级单体风暴的中气旋都是由中层发展起来,随着中气旋强度不断加强和厚度加大,最强切变中心突降时出现冰雹、大风强对流天气。通过对第一个超级单体中气旋流场分析,发现风暴前、后侧的下沉气流与低层入流形成了明显的辐合旋转作用,下沉的干冷气流进一步推动低层的暖湿入流,形成强烈的上升气流,并在风暴顶形成强辐散,使得风暴长时间维持。第二个超级单体在风暴减弱阶段,风暴右侧出现中气旋分裂,之后减弱、消失。产生强对流天气时,中高层维持高反射率因子,出现三体散射现象、风暴顶强烈辐散以及较大的VIL密度等特征。

春季一次超级单体过程的成因分析

利用常规观测资料、卫星资料以及多普勒天气雷达资料,分析了2016年4月27日午后发生在鄂西北的一次超级单体风暴过程。结果表明:高空冷槽、上干冷下暖湿、强垂直风切变等提供了良好的环境条件;汉江河谷喇叭口地形、湖陆风环流、中尺度地面辐合线以及低层暖湿气流产生的扰动与雷暴出流导致超级单体强烈增强;多普勒天气雷达特征表现为中气旋、低层有界弱回波区、典型钩状回波等超级单体特征,同时出现了三体散射、旁瓣回波等大冰雹特征;强的垂直风切变使得雷暴更有组织性并具有更长的生命史,有利于强对流天气的产生。