新疆喀什西部新一代天气雷达产品的冰雹预警指标研究

2010年以来喀什地区冰雹频繁，严重危害当地农业生产．通过整理分析2009—2012年喀什新一代天气雷达监测资料，结合我国中东部地区基于雷达监测的冰雹预警指标，经过对喀什西部的18次冰雹天气过程中新一代天气雷达监测预警指标的分析，归纳出了喀什西部新一代雷达产品的冰雹预警指标：（1）组合反射率≥50dBz；（2）回波顶高≥9km；（3）云体垂直液态水含量≥20kg·m^-2．根据该预警指标对喀什西部2011-2012年冰雹过程进行回报预警，准确率达到84．6％．以有详细降雹时间记录的14次冰雹过程为例，分析喀什西部基于雷达监测产品的冰雹预警时效，14次个例中冰雹预警时效平均为27min．选取2012年5月13日、5月23日和2013年6月18日3次强冰雹过程个例，分析冰雹出现前后喀什新一代天气雷达的连续监测资料表明：3次过程中降雹开始时间对应雷达监测值达到最大（高）值时刻；组合反射率与回波顶高首先达到预警指标，垂直液态含水量达到预警指标的时间滞后11～19min；3项雷达产品均达到冰雹预警指标的时间比实际发布冰雹预警时间早7～17min，喀什西部冰雹预警时效潜力可以增加到30min以上．在喀什西部，应用新一代天气雷达监测产品开展冰雹实时预警业务是可行的，对提高当地冰雹灾害防御能力提供了有力的技术支持．

皖北地区冰雹预警系统的设计与实现

对皖北地区40年来出现的89次区域性冰雹过程进行环流形势场分型,采用冰雹等强天气落区综合多指标叠套预报方法,建立冰雹预报模型。结果表明,以VisualBasic为开发环境研究开发的皖北地区冰雹预警系统,预报命中率高,效果良好。

农六师垦区冰雹预警指标的建立与研究

人工防雹减灾是一个复杂的系统工程,它包括冰雹天气的预报、监测、识别、作业、效果评估和灾情评估等许多方面。为了使人工防雹减灾工作科学化,国内其他省市一般都建有自己的人工防雹减灾专家系统或类似于专家系统的防雹减灾作业系统,这些作业系统以人工防雹减灾的研究理论成果为指导,包含了冰雹天气的预报、监测、识别、作业、效果评估和灾情评估等许多方面,而监测预警仅是其中的一部分,而且是比较重要的一部分。

基于SCIT算法的X波段天气雷达冰雹预警研究

基于SCIT冰雹识别与跟踪预警算法,是在分析冰雹云雷达反射率特征和雷达回波参量演变识别基础上,针对X波段全固态多普勒天气雷达的冰雹识别预警效果进行仿真研究。通过X波段天气雷达数据样本实例分析,研究对冰雹概率POH、强冰雹概率POSH和预期最大冰雹尺寸MEHS参数冰雹形成条件的智能识别判断,得到X波段天气雷达雹体序列号、雹体位置、雹体移动速度、雹体移动方向等模拟仿真参数信息。算法研究在冰雹识别、人工防雹中的可用性,可有针对性地进行基于位置的冰雹预警信息发布和冰雹灾害防御。

大连地区冰雹气候特征及防雹天气预警概念模型

利用近20年大连地区7个测站的降雹观测记录和气象资料,分析了大连地区冰雹的分布规律和气候特征;对大连地区产生降雹的天气背景条件及相关气象要素进行了系统的总结,归纳了大连地区防雹作业的天气预警指标;并根据各项防雹预警指标着重研究了3种主要的大连市防雹作业天气概念模型,为更好地科学组织防雹作业提供基础。

冰雹云的多普勒天气雷达识别参量及其预警作用

使用宜昌多普勒天气雷达基数据资料,采用统计计算方法,分析了2004—2008年宜昌境内52块强对流云的特征。结果表明:(1)在宜昌地区,产生冰雹的对流云中其平均最大反射率因子均在50 dBz及以上;回波顶高均在9 km以上,最高达到22 km,其中80%的冰雹云的回波顶高在12～16 km之间;最大垂直液态含水量在50 kg.m-2以上的比例为76%;利用回波强度、回波顶高和垂直液态含水量均不能很好地辨别雹云和雷雨云,但可将这些参量作为冰雹发生的参考条件。(2)利用45 dBz回波顶高可较好地识别冰雹云,当强回波高度达到7.6 km时预示有冰雹出现,其临界成功指数达86%。(3)降雹前,强中心回波顶高会出现跃增现象,跃增后不久地面出现降雹,这一特殊现象有助于提前进行冰雹预警。

川西南山地冰雹雷达预警指标

基于西昌多普勒天气雷达观测资料,分析2006—2013年凉山州境内24块冰雹云特征。结果表明：冰雹云的雷达特征均满足回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度,垂直累积液态含水量超过8kg·m^-2。上述4项雷达参数特征在判别冰雹云的时效性上存在差异,回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度等3项判别指标对冰雹云提前判别预警时间为4-40min,垂直累积液态含水量超过8kg·m^-2则对冰雹云提前判别预警的时效性效果不佳。与25例短时强降水个例对比发现,45dBz回波顶高超过-10℃层高度作为冰雹雷达预警判别指标有较好的指示作用。

贵州一次强冰雹过程降雹单体的特征分析

利用遵义CINRAD-CD天气雷达回波资料及其生成产品,结合灾情实况对2005年贵州中西部一次强冰雹过程进行了诊断分析。分析表明这次过程具有超级单体风暴的降雹特征,其中持续15min以上的弱回波区、长丁状回波、＞50dBz的回波主体形成钩状回波、主体回波具有前侧或后侧V形槽口中1个以上特征就可以发布降大雹的预警。2个体扫以上连续出现深厚的中气旋特征,即可判定对流风暴是超级单体风暴,因此利用风暴相对速度图能快速分析风暴单体是否是超级单体;HI产品对冰雹的预警具有指示作用,但算法参数值的本地化还需要做相关工作。

一次冰雹天气特征及人工防雹对策

利用天气学、多普勒天气雷达原理及天气预报经验对2011年8月23日发生在鄂尔多斯市康巴什地区冰雹天气过程进行分析,冰雹天气发生时雷达回波中反射率因子强度达到65dBz,有多个回波强核组织在一起,垂直积分液态水含量达到55kg.m2.天气图表现为前倾槽及上冷下暖不稳定对流区,地面为蒙古气旋南压到鄂尔多斯。当上述特征值出现时,可以发布冰雹天气预警,制定防雹作业指挥方案,为防灾减灾决策提供科学依据.

WSR-88D冰雹探测算法在贵州地区的评估检验

通过制定一定的规则,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及2005,2006年贵阳雷达站8次冰雹过程观测资料,使用时间窗方法间接地将风暴单体与降雹记录相联系,建立了冰雹算法校验数据库,并对降雹校验数据库的数据进行统计分析,应用探测概率、虚警率、临界成功指数来检验冰雹探测算法。强冰雹概率(POSH)的强冰雹探测算法的总体评估结果表明:当POSH算法的强冰雹预警阈值为30%时,在贵州地区获得最高的临界成功指数评分,但这个阈值在每次强冰雹预警时并不是都获得最佳结果。强冰雹预警阈值选择模式(WTSM,即根据冻结层高度动态选择每天强冰雹指数的预警阈值)在不同地区气候状况下的差异,是导致缺省的POSH算法在贵州地区应用不佳的最主要原因,这也说明对冰雹探测算法的局地性适用评估非常必要。通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法。

贵州中西部冰雹云中闪电特征观测研究

利用贵州省三维闪电监测网资料、新一代天气雷达资料、地面观测资料,对贵州省中西部地区13次冰雹天气过程中闪电特征进行了分析。结果表明:雹暴整个生命史内主要以负地闪为主,且伴随强降水。冰雹云发展阶段,降雹区域闪电频次增加明显,降雹前闪电频次变化均出现“跃增”,部分降雹点出现闪电频次二次跃增;冰雹云消散阶段,闪电频次显著减少。冰雹云总闪、正闪均高于雷雨云,5min闪电频数大于16次且闪电频次上升度大于12次/5min可作为识别冰雹云的参考指标。另外,降雹落区与闪电密度中心区域较为吻合,闪电密度中心位置略偏降雹位置之前,闪电逐时分布标识出冰雹云的发展移动方向。以上这些特征可以为冰雹识别、冰雹短时预警预报及人工防雹作业提供参考。

冰雹云中闪电特征观测研究

通过对西北地区11次冰雹过程闪电定位仪和多普勒雷达观测资料的分析结果表明,闪电5 min频次分布呈现规律变化,在降雹前4～97 min出现频次大于20次的峰值,冰雹过程正地闪占总地闪比值在24.7%～40%之间;闪电密度最大中心区出现在降雹位置之前,闪电逐时空间分布标识出冰雹云的发展移动路径;闪电分布在雷达回波区,并不与雷达最强回波区对应,闪电频次、正地闪所占的比值和闪电时间序列分布,可能起到预警冰雹的作用。

湘西北地区强冰雹的多普勒天气雷达旁瓣回波统计分析

为准确应用旁瓣回波作强冰雹预警,对湘西北地区5次强冰雹过程中9个风暴单体被观测到的159次旁瓣回波样本进行统计分析,并系统总结旁瓣回波的雷达产品图像特征和探讨影响旁瓣回波观测的主要原因,深入研究旁瓣回波随强度与空间的分布特征。结果表明:⑴产生旁瓣回波的风暴核最小反射率因子强度为60 d Bz,其强度是能否产生旁瓣回波的决定因素,强度越强,越易产生旁瓣回波且特征越明显,旁瓣回波的面积与60 dBz以上的风暴核面积和强度成正比,旁瓣回波中心强度、最大值强度与相应的风暴核最大值强度相关性分别可达0.86和0.92。(2)旁瓣回波在高度4 km左右、仰角3.4°、距离75 km左右出现频次达到峰值,风暴核回波强度的垂直分布特点是造成这种分布特征的主要影响因素。(3)旁瓣回波在270°-360°方位区间出现频次最多,具有明显的方位分布特点,强风暴单体的生成源地及其路径决定旁瓣回波的方位分布。(4)旁瓣回波分布在风暴核切向方向梯度大值区一侧,另一侧由于存在真实回波,导致旁瓣回波特征被真实回波覆盖而不易被观测到。(5)旁瓣回波特征可以作为S波段天气雷达强冰雹预报预警的充分条件。

两次冰雹天气过程的雷达特征对比分析

利用柳州市多普勒天气雷达产品,对2011年4月30日发生在河池市和5月2日发生在忻城县的两次冰雹天气过程进行对比分析。结果表明，影响河池站的风暴具有明显的三体散射长钉和旁瓣回波特征，并伴有持久深厚的中气旋，为一超级单体风暴；而影响忻城的为多单体风暴中包裹着的一个强单体风暴，但风暴无三体散射和明显的中气旋特征。

巴彦淖尔市对冰雹云的识别方法及防雹效果分析

利用巴彦淖尔市新一代天气雷达观测到的28次(2009—2013年)降雹天气雷达产品进行分析,归纳出冰雹云的雷达回波特征以及冰雹云的预警指标,并结合实际出现的降雹天气,总结了对冰雹云实施人工防雹作业的经验。发现冰雹云在平显上存在钩状回波、V型缺口、三体散射现象,中心强度一般在45～65 dBZ,每块对流单体的面积一般在100～200 km,冰雹云回波顶高(15 dBZ)一般在10～16 km,回波顶温度小于-40℃;由于地形的作用,表现为带状回波,或是离散多单体的强对流回波,有时排列成弧形。通过对冰雹云的判别总结出了相应的预警指标。

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%.

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。

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明:X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。

2020年6月1日山东强雹暴过程双偏振雷达观测分析

利用济南S波段双偏振多普勒雷达探测数据,结合探空、地面气象站观测和实地冰雹调查资料,对2020年6月1日影响山东中西部的一次强雹暴过程进行分析。结果表明:1)此次雹暴过程受高空槽影响,于当日中午在河北邢台市初生,移入山东境内后持续降雹近5 h,其中17:00后雹暴明显加强,冰雹灾害严重。2)典型降雹时次具有明显的三体散射特征;1.5~5.5 km高度冰雹区对应的反射率因子(Z H)均大于65 dBZ,差分反射率因子(Z DR)介于-2.6~1.5 dB,相关系数介于0.80~0.96;大冰雹多集中在低层前侧入流的左侧和前侧。3)多个单体于17:00前后演变成超级单体风暴,具有明显的有界弱回波区和中气旋结构,Z DR柱可指示雹暴主上升气流区的位置。4)水凝物相态分类产品给出的冰雹分布反映了空中冰雹的分布和演变,可从冰雹色标面积大小、连续性程度预估冰雹强弱,根据低仰角的冰雹色标预判冰雹落区。

多普勒雷达产品在山区防雹中的应用

根据建始其近5年多普勒天气雷达冰雹数据资料,总结出冰雹天气在建始发生的时间、空间分布规律以及雷达技术指标,为冰雹预报、预警及人影作业提供参考资料。研究结果表明:(1)建始冰雹多发生于春、夏两季,春季主要发生在3、4月,夏季主要发生在7中旬至8月上旬;(2)建始冰雹受地形影响比较明显,受巫山山脉和武夷山脉、清江及中、小条河流的共同影响,形成了几个大的明显的山谷、河谷,这些山谷、河谷在春、夏成了比较固定的冰雹路径及落区;(3)春季冰雹和夏季冰雹其雷达特征有明显的不同;(4)通过对2013—2018年建始多普勒雷达冰雹天气产品资料以和实际冰雹情况资料分析,得出建始冰雹技术指标:当冰雹开始发展时,反射因子(R)≥40 dBz,组合反射率因子(CR)≥45 dBz,夏季降冰雹之前,6~15 min内垂直液态水含量VIL值将会有一个明显的“跃增”变化,一般增至30 kg/m2以上,春季降雹时(CR)≥45 dBz,夏季降雹时(CR)≥55 dBz;(5)利用雷达指挥人影作业时,当CR≥45 dBz,且45 dBz面积逐渐增大、增强时,应该向作业点发出预警。