垂直累积液态水含量应用拓展浅析

利用吉林省2003、2004年多普勒雷达资料,对层状云连续性降水和对流云降水整层垂直累积液态水含量(VerticallyIntegratedLiquidWater,简称VIL)及0℃层上、下层VIL的分布特点进行了分析,指出VIL可应用于人工增雨作业区域的选择、暴雨和强风暴的分析以及降水机制等研究。

改进的雷达回波顶高、垂直积分液态水含量及其密度算法

鉴于新一代天气雷达回波顶高和垂直积分液态水含量产品的若干缺陷,提出其改进算法,并增加垂直积分液态水含量密度算法。改进的回波顶高算法通过极坐标方式将该产品的空间分辨率从4 km×4 km提高为1°×1 km,且通过垂直线性内插处理得到更精确的回波顶高值。改进的垂直积分液态水含量算法通过扩大计算范围(460 km)满足监视来自上风方向对流的需求,通过去掉18 dBz阈值的限制、提高空间分辨率(1°×1 km)以及保存未分等级的数据,从而提高其产品的精细化分辨能力,以满足监视初生天气潜在发展的需求。通过对比分析算法改进前后的回波顶高和垂直积分液态水含量产品以描述改进产品的优点,结果表明:改进后的回波顶高产品已无原产品中的锯齿状振荡;回波顶高值大于等于改进前的;改进的垂直积分液态水含量产品纹理更加光滑、结构更加精细。相比垂直积分液态水含量,垂直积分液态水含量密度更适合作为冰雹判别指标。

垂直积分液态水含量在地面大风预报中的应用

利用天津塘沽的CINRAD-SA型新一代多普勒雷达体扫描垂直积分液态水含量(VIL)产品资料,结合地面大风灾情报告和实况资料,对地面灾害性大风出现前VIL值的演变、发展情况进行了统计分析。结果表明:VIL值达到30kg/m2是地面灾害性大风出现的阈值,VIL值达到或超过40kg/m2则可以看作是大风的一个预警指标;VIL值达到最大后的快速减小意味着将出现地面灾害性大风,VIL值快速减小后的突然跃增则是地面灾害性大风开始的标志。应用评分系统命中率、误警率、临界成功指数检验了上述预警指标,结果表明VIL产品预警地面灾害性大风是可用的,而且随时间调整阈值大小,可以大大提高地面灾害性大风预警的命中率和临界成功指数;地面灾害大风出现前预报员有12～18min的时间用于发布短时、临界大风天气预报和大风预警。

一种改进型的垂直积分液态水含量算法的研究及实现

文章基于雨滴谱M-P分布计算出垂直积分液态水含量,雷达探测存在垂直分辨率不够的实际情况,采用波束充塞垂直区域进行线性插值方法估计反射率强度值。插值处理后的三维离散化数据累积得到空间VIL计算,实现基于matlab程序设计的1km×1km分辨率的VIL产品真彩色显示。结合VIL算法,分析计算误差原因。结合永州2013-04-09的1次强天气过程实例,验证分析该算法有较好的应用效果。

垂直积分液态水含量产品特征分析

利用赤峰市的CINRAN/CD型新一代多普勒雷达体扫描垂直积分液态水含量(VIL)产品资料,分析了2012年5月20日发生在赤峰市松山区穆家营子镇的一次强降雹过程,发现在冰雹发生前后VIL值有明显的规律可循,这对冰雹天气的短时临近预报以及对冰雹等强对流天气预警的及时发布有着极其重要的指导意义。

机载微波辐射计反演云液水含量的云物理方法

用一维层状云模式产生云样本,通过统计回归求得机载对空微波辐射计测云中路径积分液态水含量的反演系数,与用历史探空统计资料作相对湿度诊断产生云样本的反演方法进行了比较,并通过因素分析、数值模拟检验等方法对机载微波辐射计的探测误差进行估计。对2001年7月8日的个例分析表明,用云模式得到的统计样本,由于加入了对层状云物理过程的考虑,较为符合当天的实际天气情况,在一定程度上减小了由于背景大气条件、云温、云内含水量的垂直分布等的不确定性所引起的反演误差。对反演精度的数值模拟检验表明,各高度层的均方根相对误差在9.5%-12.7%之间,反演精度在所有高度上都高于原方法。对探测误差的因素分析表明,与仪器漂移及背景场引起的误差相比,由云液水垂直分布的不确定所引起的误差是不可忽略的。因此为进一步提高反演精度,根据实际宏观观测资料,对云模式产生的大量样本进行筛选,从中选取与实际云况较为符合的云样本进行拟合,结果表明,采用这一措施可以使反演精度得到进一步改善。

一次致灾雹暴大气垂直结构、闪电活动及雷达回波特征分析

利用常规高空、地面观测资料以及毕节、兴义、贵阳多普勒雷达资料及全省三维闪电定位资料对2018年4月4日贵州境内的一次致灾雹暴进行了分析。结果发现:除较大的CAPE值,明显的垂直风切变外,中高层的干冷空气的侵入增加了强冰雹的可能性;多普勒雷达回波低层PPI上有明显的V型缺口显现,在降雹前最大回波强度及回波顶高分别达到了60 dBz及-20℃层以上,垂直液态水含量VIL与垂直液态水含量密度VILD均对冰雹预警具有指导意义,VILD对大冰雹的指示更为有效;闪电频次每5 min变化、正闪比率对应降雹过程呈现较为规律的变化,伴随降水的降雹过程闪电活动更为频繁。

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。

一次强对流风暴的新一代天气雷达特征分析

利用兰州皋兰山的CINRAD/CC多普勒天气雷达资料,对2005年5月30日15～19时发生在甘肃中部地区的一次强对流风暴进行了分析。引起此次强对流风暴的中尺度天气系统是飑线,飑线尾部位于甘肃中部的强雷暴区在15时生成,沿东南方向移动,在16时15分至17时03分多单体风暴加强合并为超级单体风暴,并呈现出人字型回波、带状回波特征。此次超级单体南边出现2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,最大的回波强度出现在有界弱回波区之上,其值>70 dBZ,相应径向速度图呈现出成熟的中气旋特征,期间垂直液态水含量持续偏高,最大垂直累积液态水含量>70 kg/m2,回波顶高达17～18 km,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。

华东一次极端冰雹天气过程雷达回波特征的比较分析

2005年6月14日到15日凌晨,受东北冷涡影响,华东出现了一次历史上罕见的冰雹天气过程,最大冰雹直径达15~18 cm,并伴有雷暴大风和龙卷。本文利用2005年6月14日08:00(北京时,下同)至15日08:00新一代多普勒天气雷达资料,统计分析了这次过程中江苏沭阳、江苏泗阳、安徽固镇三地极端冰雹的雷达回波特征,结果如下:(1)极端冰雹过程是由不同超级单体造成,由于环境CAPE、深层垂直风切变和低层相对风暴螺旋度都很强,导致三个超级单体都具有强中气旋,而强中气旋与环境相互作用导致向上的扰动气压梯度力,使得超级单体上升气流大大增强并强烈发展。(2)三地超级单体雹暴回波最大反射率因子超过70 dBZ,60 dBZ以上强回波持续时间超过3 h,60 dBZ最大高度超过11 km。比较而言,沭阳超级单体持续时间最长,泗阳超级单体回波强度最大,固镇超级单体雹暴60 dBZ以上的反射率因子垂直扩展高度最高。从上述雹暴例子初步得到线索:当最大反射率因子超过68 dBZ、60 dBZ回波扩展高度在10 km以上预示有极端冰雹出现。(3)有界弱回波区(BWER)或弱回波区(WER)以及位于其上的回波悬垂是超级单体雹暴的典型结构。泗阳雹暴显示有WER和宽广的回波悬垂,沭阳和固镇雹暴则显示出BWER和宽广的回波悬垂,固镇雹暴中气旋切变值的持续上升伴随着雹暴的强盛发展。(4)三个超级单体雹暴的垂直液态水含量(VIL)异常高,分别为88 kg·m^(-2)、102 kg·m^(-2)、89 kg·m^(-2),远超过6月大冰雹的VIL阈值65 kg·m^(-2)。固镇雹暴显示出强烈的风暴顶辐散特征,辐散速度差值最高达80 m·s^(-1)。(5)固镇雹暴出现近1 h的三体散射长钉(TBSS),沭阳、固镇雹暴出现旁瓣回波,都表明雹暴中存在大冰雹。

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。

贵州一次短时强降水雷达演变特征分析

利用贵阳多普勒雷达资料及自动站观测资料对2012年7月16日影响贵州大部且持续时间长的短时强降水天气进行详细分析。研究表明:短时强降水出现开始阶段,雷达回波显示出强度为35 d Bz,且回波局地性强、回波顶高<8 km、垂直液态水含量>5 kg/m^2;短时强降水大面积发展阶段,回波发展迅速并不断合并成片,回波顶高达到10~12 km,且垂直液态水含量>1.8 kg/m^2,配合超低空急流形成大面积强度为40~45 d Bz的回波;短时强降水趋于结束阶段,片状回波逐渐减弱分散,但仍存在强度为40 d Bz、回波顶高8 km、垂直液态水含量>1.8 kg/m^2的小块状回波。

雷达产品在冰雹天气过程中的释用分析

利用雷达基数据和二次产品,结合前期天气形势,分析白山地区两次冰雹天气过程。结果表明:前期的能量累积对冰雹天气触发有指示意义;临近的雷达二次产品中相关的各种指数对冰雹的产生也有很好的预警意义[1]。特别是垂直液态水含量(VIL)和回波顶高(ET)在冰雹天气预报过程中的反应比较敏感,量化参考价值高。

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．

川西地区一次人工防雹的分析与研究

人工防雹是指为避免或者减轻冰雹引起的气象灾害,在适当的天气条件下,通过人工干预,对冰雹云的物理过程进行影响,实现防雹活动。本文对雅安市汉源县2016年5月6日发生的一次冰雹过程进行人工防雹作业,通过分析人工防雹作业前的天气背景,作业情况和冰雹实况,以及利用雷达、卫星、雨量来分析防雹效果,并对如何提高本地防雹作业效益提出一些针对性的对策建议。

雷达资料在黔东北雷电预警中的应用研究

利用贵州省铜仁市新一代多普勒天气雷达资料和贵州省气象局闪电定位仪资料,对黔东北2013-2015年5-8月对流性降雨过程中的雷电活动与雷达回波单体之间的相关性进行统计分析,提取出反映雷电活动的雷达产品特征量,得出该区域雷电预警阈值。结果表明:35.0 d Bz回波顶高(ET)突破-10℃层高度和25.0 d Bz回波顶高突破-20℃层高度这两个指标预警效果较好,成功预警率POD为0.99和0.96,预警提前时间Tw分别为23和17 min;回波顶高大于9.0 km预警雷电发生,预警提前时间为11 min;垂直液态水含量可以作为雷电预警的必要条件,其值介于5.0~15.0 kg·m-3。

VIL和VIL密度在冰雹云判据中的应用

利用2002--2005年济南CINRAD／SA雷达资料，统计分析了基于网格的对流云的垂直累积液态含水量（VIL）分布特征，同时对VIL密度（VILD）及0℃层以上的VIL值（VILH）也进行了分析，结果表明，冰雹云和非降雹对流云的VIL、VILD和VILH值有明显差异。降雹单体特别是强降雹单体在成熟前期有明显的VIL跃增现象，强降雹单体的VIL跃增量达15．4kg·m^-2。冰雹云的最大VIL、VILD和VILH平均值比非降雹对流云的最大平均值分别高出20kg·m^-2、1．7g·m^-3。和16kg·m^-2。不同月份的VIL、VILD、VILH阈值对冰雹特别是大冰雹的识别具有很好的指示意义。基本上是在VIL达到最大值后开始降雹，5～7月3个月降雹单体的降雹时间分别滞后于VIL跃增后的体扫时间约4．8、11．4和12．3min。

中小尺度的多普勒径向速度场特征分析

本文选取2003—2005年太原多普勒雷达资料,对中小尺度的多普勒速度场特征进行了深入研究。从逆风区厚度、尺度、强度(速度切变)等方面作了详细地分析,并与相应的回波反射率因子Z及VIL(垂直累积液态水含量)值对照。结果表明:逆风区强度与反射率因子,逆风区厚度与VIL值,逆风区底层流场结构与强回波发展趋势密切相关。而且,绝大部分逆风区出现时间较降水开始时间有1—2 h的提前。

雷达资料在雷电临近预警中的应用研究

为了寻求济南地区地闪发生的临近预警指标，综合利用多普勒雷达资料、闪电定位和探空资料，对2009年7-8月和2010年6月距离齐河雷达站200kin范围内的41个对流云团进行统计分析，重点是统计分析了闪电发生前的雷达回波参量特征值。初步的研究结果表明：对于该地区单独使用雷达反射率而言，最好的预警指标是在-10℃高度上出现40dBz的反射率阈值，使用这种方法的预警准确率是96％、虚警率是14％、临界成功指数是83％、平均预警时间是21rain。在考虑雷达反射率的基础上再考虑最大回波顶高（≥10kin）和垂直液态水含量（≥8．5kg·m^[-2]）预警指标时，能有效降低虚假报警率和提高临界成功指数，此时选取的雷达反射率指标是在-20℃高度上出现25dBz的反射率阈值。

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。