2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下:(1)龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。(2)造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征:CAPE达到1680.3 J/kg,0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0~1 km垂直风切变为7.1 m/s,0~6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。(3)SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。(4)X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场,辐合高度可达2 km以上,证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。(5)在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流,后侧下沉气流温度低于环境温度,同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动,这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。(6)低层中气旋生成后,X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强,达到最强时龙卷形成,验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升,龙卷才能形成的机理。

河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

应用河北省石家庄新乐CINRAD-SA雷达资料对2006—2008年河北省中南部地区262个站雷暴大风的雷达回波特征进行统计。分析发现,雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波、阵风锋和径向速度大值区,出现其中一个或多个特征均可发布雷暴大风预警。根据以上雷达回波特征能够对66%的雷暴大风发布预警,34%的雷暴大风仅仅依据雷达资料无法预警,其中孤立块状回波占39%,带状回波占61%。弓形回波仅占雷暴大风的19.8%,能够观测到的阵风锋回波仅占16.8%,65.3%的雷暴大风观测到径向速度大值区,径向速度大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征。径向速度大值区的形成一般早于弓形回波和阵风锋回波,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。

一次中尺度涡旋的成因分析

利用卫星云图、水汽图、常规天气图、物理量资料对 2 0 0 2年 7月 1 7日在华北地区上空出现的中尺度涡旋成因进行分析。分析表明 :涡旋产生于斜压弱锋区中 ;涡旋的生成 ,是由多个对流单体组织起来的多尺度扰动相互作用的结果 ;该涡旋是一个浅薄的系统 ,仅在 850hPa流场上有一个辐合点 ;涡旋的形成没有外来的水汽供应 ,因而强对流天气主要以大风、冰雹天气为主 ,在涡旋建立过程中 。

2004年两次对流风暴的多普勒雷达资料对比分析研究

应用常规天气资料、卫星云图、多普勒雷达资料对2004年6月20日、2004年6月24日在河北境内发生的两次风暴天气进行了对比分析。分析表明:(1)速度场的涡旋分析与M产品的结合,可以从雷达资料中获得局地强风和冰雹预报的参考信息;(2)云图中圆形的云团强弱和雷达垂直积分液态含水量的大小,能够反映风暴的强弱。

用CINRAD-SA雷达产品识别冰雹、大风和强降水

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达(回波强度、回波顶高、速度回波、垂直积分液态含水量、组合反射率、冰雹指数、中气旋、风廓线等)产品,对发生在河北省中南部地区的冰雹、强风、大型降水天气过程进行了统计分析。从中得到了不同天气类型的多普勒雷达指标,为今后利用多普勒雷达识别各类天气提供参考依据。

河北暴雨的多普勒天气雷达径向速度特征

利用2004—2011年29次暴雨过程的多普勒天气雷达资料和常规天气资料,分类总结了河北中南部暴雨的主要雷达径向速度特征。发现形成河北中南部暴雨的主要雷达径向速度特征有5类:β中尺度辐合线、β中尺度辐合、γ中尺度辐合、高空急流和深厚持久的低空急流。深厚持久的低空急流是大范围暴雨的主要速度特征之一。高空急流是大范围暴雨和区域暴雨共有的速度特征。β中尺度辐合线、β中尺度辐合、γ中尺度辐合是大范围暴雨、区域暴雨和局地暴雨共有的速度特征和主要的中小尺度影响系统。列车效应是造成局地暴雨、大暴雨的关键原因。

“090723”强降水超级单体风暴特征及强风原因分析

利用石家庄新乐多普勒天气雷达(SA)资料、濮阳多普勒天气雷达(SB)资料、常规观测资料和地面加密观测资料,对2009年7月23日邢台一次强降水超级单体风暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。结果表明,此次强降水超级单体风暴是在中到强的热力不稳定(对流有效位能CAPE值为1701J.kg-1)和中低层强风切变(地面～500hPa,20m.s-1)的环境下发展起来的。孤立的对流单体遇到旧雷暴形成出流边界后迅速发展成为多单体风暴。出流边界前侧垂直风切变加大及其后侧冷池的加强是促进中气旋迅速形成的重要原因。强降水超级单体风暴的演变可以归结为普通单体、强降水超级单体及弓形回波3个阶段,属于典型的右移风暴。在超级单体风暴初期有2个强反射率因子中心,具有多单体风暴特征,每个强反射率因子中心都有独立的前侧入流缺口和有界弱回波区。强降水超级单体风暴在初期又具备典型超级单体风暴的特征,低层(约2.5km高度处)有典型的钩状回波、明显的回波悬垂和有界弱回波区。中气旋被强降水区包围,在2.4km高度附近首先观测到中气旋(兰金模型结构),随后中气旋向上向下发展,旋转非常强,最高达到5km,最大旋转速度为27m.s-1,达到强中气旋标准。

一次超级单体分裂过程的雷达回波特征分析

2007年7月9日16—20时(北京时)在河北南部非常罕见地观测到了多个超级单体风暴在相近地点连续生成及分裂的过程。利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、地面自动站及常规天气资料,对超级单体分裂过程及环境条件做了分析。表明这次的多个超级单体风暴是在强的对流有效位能和垂直风切变的环境条件下发生的。由于垂直风切变矢量方向随高度逆时针旋转,因此,分裂后左移的反气旋风暴得到加强,发展成为具有深厚中反气旋的左移超级单体风暴,而右移的气旋性风暴受到抑制,与理论研究结果一致。但也有不同之处,沿着地面高湿区内热力边界偏暖一侧移动的气旋性风暴没有受到明显抑制,有利的地面环境条件抵消了气旋性风暴受抑制的程度,使气旋性风暴能够持续更长的时间。该强烈发展的带有明显中反气旋的超级单体风暴具有低层钩状回波和入流缺口、中高层有界弱回波区及位于有界弱回波区之上的高层具有反射率因子核心和强烈风暴顶辐散,与经典的气旋式右移超级单体风暴的回波特征非常类似,除了是反气旋涡旋外,其回波特征与气旋式超级单体近似成镜像。风暴分裂是在单体形成不久的发展初期开始的。分裂先从中高层开始,然后迅速向下延伸。分裂后相对于0—6 km风切变矢量,左侧的单体为反气旋左移风暴,右侧的为气旋性右移风暴。

2003年10月风暴潮的形成及数值模拟分析

2003年10月11日发生在河北省中南部地区的特大暴雨是京津冀近50年来同期所罕见的,同时渤海湾还出现了风暴潮过程。对该过程应用非静力MM5的二重网格双向嵌套进行了全物理过程的数值模拟,并应用天津市多普勒雷达资料和常规气象资料进行了分析研究。结果表明:(1)MM5模式能够较好地模拟出风场、气压场、降水量场,在预报业务实践中有很好地参考价值;(2)海面偏东风的长时间维持,使海水堆积、海平面抬高,加上天文大潮的叠加而引发风暴潮;(3)风暴潮期间速度方位风廓线近地面的E—NE风随时间有增厚现象,在增厚的同时使降水减小,风暴潮发生。

可能降雹多普勒雷达产品特征指标分析

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达产品,分析了河北中南部地区2004年的8次冰雹过程,总结了一些冰雹天气的多普勒天气雷达回波特征指标。当回波强度大于等于50 dBz,回波顶高大于等于10 km,垂直累积液态含水量大于等于35 kg/m^2时容易降雹,垂直累积液态含水量越大,冰雹直径越大。回波发展初期2-3体扫内,垂直累积液态含水量迅速增大,一般每个体扫增加10-30 kg/m^2,这是冰雹独特的特征。冰雹指数为实心正三角时,大多有降雹。

河北盛夏2次大暴雨过程对比分析

利用常规天气资料、NCEP再分析资料、地面区域站和多普勒天气雷达资料对比分析了2012年7月21～22日罕见特大暴雨和2011年7月24日大暴雨的天气形势、水汽条件、动力条件以及中尺度影响系统。分析发现：这2次暴雨过程都是低槽冷锋类暴雨过程，中尺度影响系统也基本相同，降水效率相当，但降水极值和暴雨范围相差很大；充足的水汽输送、强的动力条件和高降水效率是2012年7月21～22日极端降水的原因之一，河北中部长达6 h列车效应是这次极端降水的关键原因；低层θse锋区和切变线南侧急流的有利配置是造成河北中部列车效应的关键原因，是低槽冷锋类暴雨强降水持续时间和能否出现极端降水的预报着眼点之一；锋面前侧的地面中尺度辐合线是主要中尺度影响系统，强降水落区沿地面中尺度辐合线分布，根据地面中尺度辐合线的演变预报暴雨的落区比依据低层低涡东南象限预报暴雨落区更精确。

华北平原一次秋季大暴雨过程的物理成因分析

20 0 3年 10月 10～ 12日在华北平原南部出现了一次 5 0年同期罕见的大暴雨过程。为了弄清大暴雨形成的物理原因 ,利用常规资料、MM5模拟结果和自动站资料对这次过程进行了初步分析。分析表明 ,源源不断的大中尺度水汽输送及持续较长的时间是这次同期罕见大暴雨的主要原因。而大中尺度急流间的强风向辐合加强了垂直上升运动 ,这是形成华北平原大暴雨的关键所在。

2009年晚秋河北特大暴雪多普勒雷达特征分析

利用石家庄新乐CINRAD/SA雷达资料、加密自动站资料和四维变分同化风场反演资料,分析了2009年11月10-12日河北地区发生的有历史记录以来的特大暴雪天气过程。结果表明,这次特大暴雪过程可分为切变线回流降雪和西风槽降雪两个阶段。切变回流降雪回波为对流性层云和积云的混合云,西风槽降雪回波为层状云且无零度层亮带,对流性降雪回波的垂直结构与盛夏暴雨回波结构类似,是产生这次极端降雪的重要原因;径向速度场分布存在"牛眼"特征、零等速度线出现"S"形、反"S"形和不连续线。当同时出现暖平流、风向辐合及风速辐合时,降雪维持;当同时出现暖平流、风向辐散及风速辐散时,降雪减弱;从地面到1.2km的边界层内存在边界层辐合线,垂直风切变的辐合抬升使垂直运动增强、降雪强度增大。

华北回流天气多普勒雷达径向速度分布特征

使用多普勒雷达资料对四次华北回流天气过程进行了分析,结果表明:(1)回波具有较大水平范围的、连绵成片的均匀幕状特征。回波顶较平整,回流降雨过程中还存在零度层亮带。属层状云降水回波。(2)速度图上,在零速度线两侧常分布范围较大数值不等的正负径向速度中心,低空零速度线呈"S"型,风随高度顺时针旋转,有暖平流存在。在强降水时段出现前常伴有区域性的冷平流层。(3)风廓线图上,从低层到高层由东北风转为西南风,风向发生了近180度的顺时针旋转,存在强垂直切变。降水开始与结束时分别表现为低层偏东风与中高层西南气流叠加、低层偏东风与中高层西南气流任何一者消失。边界层顶部出现浅薄的冷平流层是降水强度加强的信号。

东北冷涡暴雨的特点及其非对称结构特征

以2009年6月8日个例为主,对东北冷涡造成的华北暴雨的卫星云图、雷达回波特征及降水特点进行了分析,并利用NCEP FNLs分析资料分析了东北冷涡的非对称结构特征、对流不稳定的建立过程和可能的释放机制。结果表明:东北冷涡具有非对称结构特征;除对流层中层风场、温度场结构较对称外,冷涡在对流层高层对应低槽、暖中心和高空急流,在对流层低层对应倒槽、暖舌,冷中心不明显;冷涡的负涡度、主要辐合辐散和上升运动中心分布在冷涡东南部;在冷涡东南部,对流层中层自西北伸向东南的干冷平流叠加在自西南伸向东北的暖湿平流上,造成对流不稳定迅速增长,且午后晴空辐射增温进一步加强了对流不稳定;冷涡系统建立对流不稳定的同时,冷涡东南部的上升运动为对流有效位能的释放提供了有利条件。

一次强烈雹暴的多普勒天气雷达资料分析

利用石家庄多普勒天气雷达资料和常规探测资料,对2008年5月17日发生在河北南部的强烈雹暴的生成环境和动力机制以及发展演变特征进行了分析。内蒙古东部冷涡后部的冷空气和低层暖湿气流在河北中南部交汇,导致这个地区上空的层结不稳定,低层的暖切变和地面的东风辐合线为触发系统。高低空急流、不稳定层结、强垂直风切变为强烈雹暴的发生提供了有利的环境条件。强烈雹暴的多普勒天气雷达观测特征表现为一个次超级单体的发展移动过程,呈现回波悬垂和弱回波区特征,强回波核区反射率因子达到73 dBz,三体散射现象明显,对应径向速度图表现为弱中气旋,旋转速度为15 m/s。次超级单体右移特征明显,沿承载层平均风方向偏右侧移动。风暴相对螺旋度(Srh)大值与强雹暴的产生密切相关,0.3～2.1 km的Srh正值出现以及2.1～6.1 km的Srh减小随后迅速增加对冰雹的预报有很好的指示意义。

小麦吸浆虫的发生与防治

本文主要对小麦吸浆虫的发生与防治措施进行了阐述。

河北中南部两次超级单体雷达特征对比分析

2004年河北省中南部地区共有17次冰雹天气过程,以6月20日和24日2次天气过程最为典型。将这2个典型个例对照天气背景和灾情,主要运用新一代多普勒天气雷达的基本反射率、平均径向速度、垂直积分液态含水量(VIL)等产品进行对比分析,发现6月20日是典型超级单体,24日呈强降水超级单体。回波强度大于等于50dBz、回波顶高大于等于10 km、垂直积分液态含水量大于等于35 kg/m2时极易降雹,冰雹落区与VIL的大值区有较好的对应关系,VIL高值维持时间越长冰雹直径越大,降雹范围越大,三体散射维持的时间越长产生的灾情越是严重。风暴相对径向速度产品上,可更早更清楚地得到对流风暴将发展加强的信息。