冰雹指数产品剖析及在灾害性强降水预报中的应用

深入研究了新一代天气雷达产品———冰雹指数的算法HDA,并分析讨论了算法的早期版本(7.0)和改进版本(10.0)的设计思路和优缺点,指出冰雹探测算法的思路与预报局地暴雨的思路相似,都是建立在对风暴单体中高反射率因子探测的基础上。据此,首次提出根据不同季节,利用冰雹指数预报灾害性强降水(冰雹和局地暴雨)的设想。通过对大量强降水个例中冰雹指数HI、垂直液态水含量VIL等雷达产品的统计分析和研究,总结了利用冰雹指数预报上海地区灾害性强降水的一些基本方法和算法阈值设置,以期为预报业务部门更好地使用新一代天气雷达导出产品提供一些参考信息。

冰雹指数的误差分析及其在冰雹云识别中的应用

利用模拟测试方法分析几个重要因子对冰雹指数误差的影响,并根据遵义新一代多普勒天气雷达资料,以探测概率、临界成功指数和误报率为衡量指标,对2008年3月至2012年7月12次冰雹天气过程中25个降雹风暴和72个非降雹风暴的冰雹指数进行分析评估。结果表明:H0、反射率因子垂直廓线和目标距雷达的距离等因子对POSH误差的影响较大,Hm20对其影响较小。POH识别冰雹云的误报率较高,临界成功指数较小;POSH识别效果好于POH,通过增大阈值可以提高临界成功指数和减小误报率;但当阈值太大时,探测概率会较低,为了获得较大的探测概率和临界成功指数,减小误报率,以POSH=70为阈值时识别效果最好;在POSH识别冰雹云时加上VIL>20 kg·m-2的条件对探测概率没有影响,但是当阈值小于90时,可减少误报率和提高临界成功指数。

基于SWAN系统的新冰雹指数应用及检验

本文通过对2014年6月下旬至8月上旬该指数在吉林省的报警情况和实况进行了较全面的对比检验分析。发现,新冰雹指数对冰雹的预警有很好的指示意义,其命中率达到90%以上,且大多数报警可以较实况提前10-30min。同时也发现冰雹指数仍存在虚警率较高的问题,这与冰雹天气观测的局限性、人工影响天气等方面存在一定关系。在实际应用中,在冰雹指数报警的前提下还需要综合考虑报警中冰雹概率等具体信息,开展相应的预报预警服务。此外,针对该指数未命中隔离的分析,对指数的进一步改进提出了建设性意见。

风廓线和冰雹指数本地化调整及实例分析

通过对风廓线斜距,0℃、-20℃层高度及冰雹百分比阈值的修改,观察20 km、30 km风廓线及订正前后冰雹指数的输出,得到了一些具有韶关本地特点的观测现象:斜距调节前后风廓线输出结果差异不大;冰雹指数产品在订正前后有比较明显的不同,对比分析表明用缺省参数比较符合冰雹发生时的实际情况,这种情况可能与广东地处低纬度地区有关。

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。

河西走廊中部冰雹天气的环流和多普勒雷达产品特征分析

根据1980—2006年500 hPa天气图及地面观测资料,对河西走廊中部降雹天气总结出了两种典型环流形势,并用2005—2006年多普勒雷达产品资料分析了这两种典型天气背景场下冰雹天气反射率因子、经向速度、垂直剖面、回波顶高度、垂直液态水含量、速度方位显示风廓线等物理量的变化特征,同时对冰雹指数产品在临近预报应用中的误差进行了分析。结果表明:河西走廊中部强降雹与具有强高悬垂结构的飑线和超级单体相联系,回波顶高度、垂直液态水含量对冰雹强度和持续时间指示性好;用强冰雹指数计算的冰雹尺寸偏大,主要是由于月份不同,0℃和-20℃层高度变化较大。

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。

WSR-88D多普勒天气雷达冰雹探测算法及评价

详细介绍了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达冰雹探测算法的设计、使用，并进一步分析该算法存在的优点和不足。最后，提出业务运行中改进的使用步骤和方法，有效地提高了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达探测。

1971—2023年广西冰雹日数和范围的气候特征分析

利用广西88个国家气象观测站1971—2023年逐日冰雹观测资料,采用线性趋势、低通滤波、小波分析等方法,分析广西冰雹日数和范围的变化特征,定义广西冰雹过程及综合指数,综合评价冰雹过程的持续时间和影响范围。结果表明:(1)1971—2023年,广西年冰雹日数和冰雹站数均呈显著减少趋势,春、冬季冰雹日数和冰雹站数呈减少趋势,夏、秋季呈增加趋势。(2)广西年冰雹日数和冰雹站数阶段性变化特征明显,在20世纪70年代先降后升,20世纪80年代至21世纪00年代波动下降,21世纪10年代后有所回升。年代际尺度上,冰雹日数存在12~16 a的变化周期,冰雹站数存在10~16 a和16~20 a的变化周期。(3)广西冰雹过程综合指数排在前十位的过程有6次发生在20世纪70年代至80年代,20世纪90年代有1次,其余3次发生在21世纪10年代后。

冀东地区冰雹云多普勒雷达参数特征分析

利用2008-2015年冀东地区发生的36个冰雹个例,通过秦皇岛多普勒天气雷达资料反演出冰雹发生时雷达的各种参数,提取各种参数与冰雹发生时的关系。研究结果表明冰雹发生时,基于风暴的最大基本反射率因子、风暴顶高、垂直累积液态水含量平均值分别为62 dBz,9.9 km,51.6 kg·m^-2,0℃层以上平均风暴厚度为5.8 km,0℃层和-20℃层之间厚度平均值为3.1 km,风暴最大基本反射率因子所在高度为4.6 km,风暴平均移动速度为9 m·s^-1。不同尺寸的冰雹雷达参数变化不大。在冰雹发生过程中,两个体扫间风暴的最大基本反射率因子平均最大跃变为7 dBz,风暴顶高平均最大跃变为6.7 km,垂直累积液态水含量平均最大跃变为17 kg·m^-2,这种跃变的出现比冰雹发生时刻平均提前39、30和25 min,可以作为冰雹发生前的重要判断依据。此外还对WSR-88D冰雹算法进行了评估,结果表明,该算法的命中率较高,虚警率也较高,算法对冰雹的预报提前量平均为43 min左右,冰雹尺寸的预报结果偏大。

安徽省冰雹气候特征及其致灾因子危险性区划

利用安徽省82个气象台站观测资料,《中国气象灾害大典(1951-2005年)》和《安徽省气象灾害年鉴(2006-2009年)》的记录资料,对安徽省冰雹的气候特征进行研究,并对致灾因子进行危险性区划,以期为冰雹灾害的防御和评估提供科学依据。结果表明,安徽省冰雹具有一定的年代际变化规律,且降雹日数与年平均最低气温呈显著的负相关(P<0.05);3-8月冰雹出现频率较高,其中6月最高,而秋冬季出现较少;冰雹大部发生在一日内午后至日落之前;空间分布上冰雹主要发生在淮北东北、大别山南部以及黄山部分地区。利用冰雹的直径、持续时间,以及发生时的阵风等级3个致灾因子定义了冰雹强度指数,并利用百分位法对冰雹强度进行分级,为冰雹强度的定量化评估提供可能。致灾因子危险性区划结果表明,极高危险区集中在淮北东部地区,低危险区主要在淮河以南的大部地区。利用历史灾情对区划结果的初步验证表明,风险区划结果具有一定的合理性。

多普勒天气雷达冰雹探测算法评估及检验改进

利用新一代多普勒天气雷达资料和WSR-88D提供的冰雹指数算法,对2005年1月至2007年8月发生在贵州省黔西南地区的20个冰雹个例进行验证。用此算法对20个风暴日的样本计算了WT(警报阈值)、H(相对雷达的高度)、M(漏报率)、FA(虚警率)、POD/FAR/CSI(探测概率/误报率/临界成功指数)等多个函数,并将这些数据与强冰雹指数(SHI)作对比分析,将SHI作为冰雹尺寸的预报因子进行独立评估,对实际观测到的冰雹尺寸与模式预报尺寸进行比较。在考虑了本地环境、气候特征的前提下对误警率较高的情况进行了算法补尝,并针对误警率较高的现象提出解决办法:①输入当天的正确0℃/-20℃高度,②提高冰雹探测反射率阈值。用改进方法对2007年发生的9次冰雹天气过程进行对比检验。结果表明,误报率有所降低,预报冰雹尺寸更接近实际探测尺寸。

一次强冰雹天气成因分析

利用常规观测资料,河南郑州、濮阳和商丘新一代天气雷达产品,加密自动站及邢台探空资料等,对2016年6月13日河南濮阳东部地区的强冰雹天气进行分析。结果表明,这次强冰雹天气是在东北冷涡后部西西北气流携带冷空气东移南压过程中出现的。高空急流和中低层切变线的存在、上干冷下暖湿的不稳定层结及高空冷平流共同作用,产生了这次强对流天气;强冰雹天气出现在暖低压与冷空气交汇的区域,地面辐合线是这次强冰雹天气的触发机制;较大的对流有效位能、中等强度垂直风切变、合适的0℃层和-20℃层高度等有利于强冰雹天气的发生;强冰雹天气是在对流单体发展为超级单体时发生的。径向速度图上,当监测到中气旋、大风区和辐合系统时,为监测预警强风暴天气提供可靠依据;较大的垂直累积液态水含量出现与维持预示大冰雹出现的潜势,大冰雹落区与垂直累积液态水含量大值区有较好的对应关系;当冰雹发生概率为100%,且可降最大冰雹直径在10mm以上,并呈增大趋势时,对出现冰雹甚至出现大冰雹有预警意义。

白城市2次冰雹天气的雷达产品分析

对2014年7月8日和8月5日白城市2次强对流雷达回波资料和二次产品进行了分析。分析结果表明,这2次强对流天气过程虽然很难预测,但是从雷达资料中还是可以得出一定的预报特征:该风暴具有明显"V"型缺口特征,预示风暴中可能有大冰雹生成;通过分析垂直液态含水量的大值区,为预测冰雹落区提供了一定的科学依据;冰雹指数对强对流天气的预报具有一定的指示意义。

2017年6月6～7日固原市冰雹天气过程分析

文章对2017年6月6～7日固原市局地冰雹天气从天气学角度对冰雹天气形成的原因和机制作了简单的总结,并进行了雷达回波特征分析。分析表明:高空冷块、低空暖湿气流和低空切变线是这次天气的主要影响系统,对高空冷平流的预报是这此对流天气预报的关键点。在不稳定层结中,冷平流、暖平流交汇聚,在"低层辐合、高层辐散"的抽吸作用下,配合一定的水汽条件,易发生较强的上升运动,出现冰雹等强对流性天气。冰雹指数是预报(固原)冰雹天气的主要雷达指标。反射率因子与冰雹天气关系较密切。由于数值预报产品预报偏差,造成实际预报中短期预报的漏报。

吴忠市2次强对流冰雹天气雷达回波特征对比分析

为了提高吴忠市冰雹天气的预报预警及服务能力,本文对2016年7月3日夜间及2018年6月21日2次冰雹天气的多普勒雷达回波强度、径向速度、垂直累积液态水含量、冰雹指数等雷达产品进行对比分析,总结出冰雹天气在吴忠市新一代多普勒雷达产品上的一些指标:回波强度在55 dBZ及以上,最大达到65.5 dBZ,且强回波中心伸展高度较高;在雷达回波速度场可分析有逆风区的存在;垂直累积液态水含量48.0~57.5 kg/m^2,其数值出现持续增大或者突然增大的现象,可以作为冰雹预警的指标之一;冰雹指数产品对冰雹预报有较好的指示作用。

2017年6月19日白城市冰雹天气过程分析

2017年6月19日白城市洮北区林海镇1个自然村及2个农场遭受冰雹袭击,本文利用多普雷达(CINRAD/CC)回波资料分析了此次超级单体风暴过程,着重从水汽条件、不稳定层结条件、抬升条件、垂直风切变条件、雷达回波等方面进行分析。结果表明,中尺度切变成为对流不稳定的有效触发机制;风暴顶辐散的维持有利于冰雹的增长;冰雹指数产品对冰雹的预警具有一定的指导作用。

贵州遵义连续两次冰雹天气过程的诊断分析

该文利用2016年4月2日(简称"4.02"过程)和5日(简称"4.05"过程)的地面自动气象站观测资料、NCEP再分析资料以及多普勒天气雷达等资料,从环流背景、物理量、雷达回波等方面综合分析了两次冰雹过程的环境场以及雷达回波特征。结果表明:两次过程主要受高空槽和低层辐合切变的影响,没有地面冷锋作用;2016年"4.02"过程的大气层结相对"4.05"过程更加不稳定,不稳定能量和垂直风切变更强,因此冰雹直径与降雹范围更大;"4.05"过程的低空急流强度和水汽的辐合强度比"4.02"强,更利于水汽的输送和聚集,因此降雨量和降雨强度更大;两次冰雹过程的降雹云团都有低层强辐合、低层弱回波区、低层反射率因子高梯度区和中层强回波悬垂等降雹回波的典型特征;冰雹指数对静锥区和绥阳县以外的大部分降雹云团都成功识别显示,对强冰雹的指示性尤其明显;VIL值越大、跃增越明显,出现大冰雹或者大范围冰雹的可能性越大。

一次强对流天气过程的多普勒雷达特征分析

利用常规气象探测资料、自动站资料和鄂尔多斯多普勒雷达观测资料,对2014年7月28日夜间到29日凌晨发生在鄂尔多斯市中部的一次强对流天气进行分析。结果表明:这次强对流天气发生在高空槽和低层切变的相互配合下,较好的水汽条件及对流不稳定条件促使雷电等强对流天气过程的发生发展。通过对多普勒雷达产品的分析得出:这次强对流天气在组合反射率因子CR图出现了大于58 dbz强回波区及大于63 dbz强回波中心;径向速度V图显示,在强对流形成低层出现气旋辐合,中低层出现了逆风区,高层出现了反气旋辐散等特征;强回波区与VIL中心在位置上有很好的对应关系,同时VIL的变化为判断风暴中冰雹的增长及落区提供了有效的信息;冰雹指数HI对冰雹发生概率与落区的预报有很大帮助;风暴跟踪指数STI对强对流系统走向及方位的判断上有较好指示意义。

一次强降雹天气的雷达产品分析

利用新一代天气雷达探测资料,分析2009年8月17日出现在巴彦淖尔临河区的大风降雹天气的发生、发展和雷达回波基本反射率、速度场演变过程,分析表明风暴追踪信息(STI)、冰雹指数(HI)、垂直液态水含量(VIL)等产品对冰雹有较好的识别和预报能力。