一次冰雹云发展的雷达回波特征分析及其防雹作业效果物理检验

利用云南昭通CC雷达和威宁探空等资料,对贵州省威宁县2017年7月23日的一次冰雹云发展过程的雷达基本反射率因子和径向速度的变化特征进行分析,同时通过插值得到剖面变化特征,研究雹云垂直结构演变,并根据雷达回波顶高、强回波中心(45 dBZ)高度、组合反射率和垂直累积液态水含量(VIL)这4个雷达探测特征物理量,进行时间序列分析,得到防雹作业效果。结果表明:(1)降雹前对流单体的合并使回波强度和VIL分别跃增至60 dBZ和50 kg·m^(-2)以上,冰雹云的雷达回波出现旁瓣回波和“V”形缺口。(2)中低层气流的径向辐合及高层强辐散带来的强烈抽吸作用所产生的上升气流,使雹云能够稳定维持和发展。(3)防雹作业后,雹云开始由上至下分裂直至完全分裂成两个孤立弱单体,回波顶高明显降低,组合反射率较峰值下降近30 dBZ。(4)在作业单元和对比单元的生命史时间内,作业单元的4个雷达探测特征物理量下降速率均大于对比单元的,表明防雹作业有效抑制了雹云的发展。通过对比分析发现,防雹作业24 min后,4个雷达探测特征物理量的双比值均小于1,进一步证明防雹作业取得了明显的正效果,加速了对流单体的消亡。

陕西商洛“6·30”强冰雹过程环境条件及雷达特征分析

利用地面加密资料、多普勒雷达观测资料、ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,对2022年6月30日陕南东部一次极端强冰雹天气过程的环境条件及雷达特征进行分析。结果表明:高空冷涡后部偏北气流带动高层干冷空气南下,叠加在低层西南暖湿气流之上,造成强的位势不稳定层结,为强对流天气发生提供了有利的背景条件。较强的低层水汽输送及辐合、强的对流有效位能、适宜的0℃和-20℃等温线高度、0-6 km中等强度的垂直风切变为冰雹天气发生提供了有利的环境条件,中高层冷空气及地面冷池触发了强对流天气。适宜的冷暖云厚度有利于雹粒的增大;强的上升气流有利于小雹粒在丰富的过冷水中循环增长。基本反射率因子图上有三体散射,最强反射率因子达65 dBZ以上,剖面图上有低层弱回波区、中高层回波悬垂,50 dBZ以上的强回波核心位置有超过-20℃等温线高度。基本速度图上有中气旋特征,回波顶高对对流发展和减弱有一定指示意义。垂直液态水含量跃增20 kg·m^(-2)以上对冰雹天气预警有一定的指示意义。

FY-4A资料在2023年7月1日宁安极端冰雹天气过程中的应用分析

在冷涡背景下,2023年7月1日牡丹江宁安出现最大直径达9 cm左右冰雹、10级大风等强对流天气。利用MICAPS资料、雷达资料、FY-4A资料,选取FY-4A卫星云类型CLT、云相态CLP、云顶高度CTH和云顶温度CTT等4类产品进行可用性分析。结果表明:(1)FY-4A数据接收率、时间分辨率和数据接收及时性,可以支持实际预报中实时监测预警业务;(2)4类产品在此次天气过程中有不同的表现,其中CLT、CLP具有较好的可用性,可以较好的判断云的类别;CTH和CTT两种产品与极端冰雹天气的对应关系较为明显,但不是出现极端冰雹天气的必要条件;(3)FY-4A短波红外通道1.58~1.64μm,尤其是2.1~2.35μm在较强对流天气发生前的0~1 h内,对大粒子冰晶云团识别具有一定的指示作用,对提高短临预警实效具有一定的指示意义。

基于雷达回波特征和物理量场特征的彝良县冰雹天气预警方法研究

利用彝良县2013—2022年冰雹天气的常规资料、探空资料以及雷达资料等,对发生在彝良县冰雹天气的背景、雷达回波特征以及物理量场等进行深入分析。对该地区冰雹发生前的雷达回波特征和物理量场特征进行统计分析,彝良县冰雹的定量预警指标雷达回波特征参数特征为:最大回波强度>60 dBz,回波顶高>10 km,物理量场特征参数为:θ_(se(850~500))≥6.48℃,沙氏稳定度指数(SI)≤1.2℃,这些指标可作为该地区冰雹天气预警的重要参考。

HINet:一种面向冰雹识别的多源数据融合网络

冰雹天气具有突发性和局地性强,以及破坏力大的特点。尽管地面自动站、雷达和卫星等获取的观测资料在冰雹识别中发挥了一定的作用,但单一观测资料的局限性导致冰雹识别虚警率较高和准确率较低。因此,亟需构建基于多源高分辨率观测的冰雹识别技术。本文提出了一种面向冰雹识别的多源数据融合网络,该深度学习方法利用时空特征提取模块、多源数据特征融合模块和UCUNet(U Connection Unet,U形连接卷积神经网络)识别模块,充分挖掘冰雹发生时FY4B(风云四号B星)、天气雷达和数值模式等多源数据的时空特征,并创新地加入地形高度、坡度、坡向等作为冰雹识别因子。为评估所提网络方法的性能,本文进行了系列实验,并将实验结果与真实标签数据进行对比。结果显示,HINet(Hail Identification Net,冰雹识别网络)能够充分利用多源数据,在复杂地形条件下有效改善冰雹识别结果,在冰雹研究和识别中具有较高的准确性和实用性。

Analysis of a Large-scale Hail Process in Ulanqab City

Based on the weather monitoring data,NCEP/NCAR reanalysis data and Doppler weather radar data,the circulation background,atmospheric stability and changing characteristics of radar echoes of a large-scale hail weather process in Ulanqab City on July 5,2021 were analyzed.The results show that this hail weather process occurred in the summer afternoon of the hail-prone period in Ulanqab City,and was formed under the influence of upper trough and the circulation background of"two troughs and one ridge",which was conducive to the occurrence of strong convection weather.The low-level shear line provided the dynamic and water vapor conditions for the occurrence of the hail.In strong convection weather,water vapor was transported mainly from the Bay of Bengal,India and Nepal over the Himalayas.Before the occurrence of strong convection weather,water vapor transport increased significantly,and the low-level water vapor concentrated below 400 hPa,with obvious convergence and vertical transport.The characteristic parameters of radar echoes,such as combined reflectivity,vertically integrated liquid,and echo top height,increased significantly before and during the occurrence of hail,which had good indicative significance for the prediction and early warning of hail.

ROSE2.1产品在黔东南一次冰雹天气过程中的应用检验

【目的】根据中国气象局部署,自2023年12月1日起,在全国所有组网业务运行的新一代天气雷达正式业务运行ROSE2.1。为检验ROSE2.1冰雹报警产品在黔东南州短临监测预警业务中的应用效果,提高本地冰雹监测预警能力。【方法】选取2023年4月18日黔东南州出现的一次冰雹天气过程,基于ROSE2.1.2版本软件,利用ROSE降水估测和报警产品评估系统,对榕江双偏振雷达和三穗单偏振雷达2部雷达ROSE2.1系统中冰雹报警产品(UAM hail)以及2部雷达组网的冰雹报警产品(NUAM hail),从命中次数、虚警次数、漏报次数、命中率、虚警率、漏报率、准确率7个方面分距离等级进行检验评估,并计算其报警提前量。【结果】(1)榕江雷达及2部雷达组网的冰雹报警产品UAM hail和NUAM hail的命中率和准确率均与距离成正比,即随距离增加而增大;三穗雷达冰雹报警产品命中率和准确率与距离成反比,即随距离增加而减小。(2)3个产品各有所长,互补短板,分距离等级50 km范围内三穗雷达表现最优,50 km以上榕江雷达表现最优;平均榕江雷达表现最优,组网的较三穗雷达有明显提升,三穗雷达无虚警率,榕江、组网有一定的虚警率。(3)ROSE2.1冰雹报警产品提前量榕江雷达平均时间提前量最高,组网的产品最低,但整体均在30 min以上,对冰雹的短临预报预警业务有很好的指示意义。【结论】在冰雹的短临监测预警业务中,当ROSE2.1冰雹报警产品持续报警时次小于2个时,可认为报警产品为虚警。

浙江省春季两次超级单体致雹过程对比分析

利用NCEP再分析资料、浙江省自动站数据及宁波市多普勒雷达监测产品,对2019年3月21日和2020年3月21日发生在浙江省境内的2次超级单体风暴的环境条件、雷达特征进行了对比分析。结果表明:2019风暴产生于高空急流轴右侧和低层切变线相重叠的区域,为“上干下湿”的层结配置;2020风暴发生在高空急流右侧和低空急流左前侧相重叠的区域,表现为“干-湿-干”的配置。两次风暴0~6km的强垂直风切变有利于强对流维持和发展,同时适宜的0℃和-20℃层高度有利于降雹。2019和2020风暴持续时间均超过3.5h,产生了冰電和破坏性大风,雷达图上均呈现出钩状回波、中气旋、“V”形缺口和三体散射现象;距离高度显示器(RHI)图像上表现出典型的高悬强回波、回波悬垂和有界弱回波区。垂直累积液态水含量(VIL)值1~2个体扫后出现快速增大、然后减小的现象可以作为冰電预警的指标之一。

安义一次微型超级单体冰雹回波特征分析

为了提高对微型超级单体冰雹回波的识别能力,使用天气资料、雷达拼图资料和PUP产品等资料,采用天气学、雷达气象学等原理及方法,对2022年3月14日安义微型超级单体冰雹进行回波特征分析,结果表明:1)微型超级单体可以产生冰雹、雷电、强降水、雷暴大风等灾害性天气。2)产生冰雹的大气层结极不稳定,并具备“上冷下暖”“上干下湿”显著特征;在冷锋、低槽、切变线等天气系统配合下,也有可能产生冰雹等强天气。3)冰雹回波强度达60 dBZ左右,有明显的云砧回波与强回波梯度,55 dBZ与60 dBZ强回波顶高达8 km和5 km,垂直积分液态水含量VIL达45~50 kg/m^(2),并伴有正负速度对特征。分析结果为安义早春冰雹天气的监测预警提供了分析依据。

一次极端冰雹天气的环境场及卫星云图特征分析

利用地面、高空和FY-2C卫星云图资料,分析了2005年6月14~15日发生在山东、江苏和安徽的一次极端冰雹过程。结果表明:(1)东北冷涡底部的前倾槽结构有利于不稳定层结的形成与维持,低层西南气流为冰雹的发生提供了水汽,地面中尺度辐合线和露点锋是其主要触发机制。(2)0~6 km强垂直风切变、平均对流有效位能超过2000 J·kg^(−1)和湿球0℃平均高度3.8 km,这些有利条件为极端冰雹天气提供了合适的环境场。(3)红外云图上,亮温(TBB)显示冷云盖的重心呈现“西重东轻”的偏心现象,降雹区在云团右侧TBB梯度大值区及其附近,不同地区极端冰雹产生于中尺度对流系统(MCS)发展的不同阶段,其强度和尺寸差异显著。(4)水汽云图上,冷涡后部干空气前沿与湿空气相互作用触发新的对流,形成后向传播;暗区强度增强,MCS发展;暗区入侵到云团内部,MCS分裂;暗区强度减弱,MCS对流减弱。

青海东北部一次典型冰雹过程的观测分析

青海东北部是青海省主要的农作物生产区、也是冰雹高发区和灾害影响的高风险区,冰雹预报预警和人工防雹作业是降低冰雹灾害的重要手段,掌握冰雹发生时各监测资料的变化特征是提高冰雹预报能力、尽早开展人工防雹作业的前提。2021年6月29日青海东北部出现了一次大范围的冰雹天气过程,利用多普勒天气雷达、雨滴谱资料,结合高空和地面常规气象资料,对此次冰雹天气过程进行了分析。结果表明:青海东北部地区高空有冷平流输送,地面增温明显,导致层结不稳定,是产生此次冰雹的天气背景。平安地区降雹阶段平均雨滴谱和速度谱均呈多峰分布,人工观测的平安冰雹最大直径和雨滴谱仪观测的相差不大,说明雨滴谱仪能很好的观测到冰雹粒子,并且能确定最大冰雹出现的时间。雹云发展大致经历了发生、跃增、降雹和消亡等阶段,降雹前低层雷达反射率因子出现明显的“V”字型入流缺口;雹云成熟阶段具有明显的有界弱回波区结构,中低层有明显的偏南气流入流,且此时径向速度图上雹云有明显的“0线”,“0线”垂直向上,穿过悬垂回波和有界弱回波区域上部,指向冰雹云顶。此次冰雹个例的分析,对青海东北部冰雹预报具有重要的指导意义,冰雹发生前各要素变化特征是后期科学指导防雹作业点适时、适量开展人工防雹作业的重要判据。

贵州中北部一次冰雹和雷暴大风过程综合诊断

2021年5月15日贵州省中北部发生了一次以冰雹和雷暴大风为主的强对流过程,最大瞬时风速达到44.3 m∙s^(−1),最大冰雹直径达到40 mm。基于MICAPS常规气象观测资料、欧洲中心ERA5逐小时再分析资料和多普勒雷达资料,对本次过程的天气系统配置、物理量场和雷达回波特征等进行综合诊断。结果表明:(1)500 hPa高原槽东移,槽后冷平流推动低层切变线南压,配合地面冷锋和辐合线活动,触发了本次强对流天气。(2)过程前后,贵州省中北部呈“上干下湿”和“上冷下暖”的结构特征,中低层西南急流带来充足水汽,K指数、△T(850~500)hPa显示大气层结呈较强不稳定状态,此外还有中等偏强的垂直风切变、适宜的0℃和−20℃层高度,整体表现为有利于冰雹、雷暴大风发生发展的环境。(3)雷达回波特征显示,午后地面辐合线附近多个雷暴单体生成发展,回波由团状变为弓状,高质心、高伸展且50~60 dBZ回波接地,表现出有界弱回波区、回波悬垂和前后向的V型槽口等特征,形成大冰雹和极端雷暴大风;夜间雷暴单体先分裂再弥合,强度减弱,形成层状云和积状云的混合云团,雷暴大风和短时强降水天气发生。

赤峰市一次强冰雹天气形势及雷达特征分析

文章利用常规气象观测资料、C波段多普勒雷达资料、ecwmf再分析资料对“低—高—低”环流背景下的一次冰雹过程进行分析。结果表明:高空冷涡配合低层切变线抬升、较好的水汽条件造成了此次强冰雹的发生;对流有效位能较强、垂直风切变较强、整层湿度大、午后迅速升温导致“上冷下暖”的不稳定层结、上升运动明显、0℃层高度和-20℃层高度适宜,有利于大冰雹的产生;雷达回波具有低层的“V”形缺口、三体散射、回波悬垂结构、径向速度低层辐合高层辐散的特征;反射率因子最大值64.5dBZ,最大高度在-20℃温度层对应的高度之上,表明了冰雹存在;最大垂直累积液态水含量(VIL)值59.5kg·m^(-2),同时VIL的跃增和骤降也对于判断冰雹的增长情况具有重大的指示作用;风廓线雷达指示本次过程“上冷下暖”,且存在较强垂直风切变向上输送暖湿气流。

南平市一次冰雹过程双偏振产品特征分析

利用常规加密气象观测资料和三明S波段双偏振雷达资料,对2024年2月21日超级单体风暴造成的降雹天气过程进行分析。结果表明,有利的天气形势为此次冰雹过程提供了动力和热力条件;三次降雹时均出现高悬强回波、钩状回波等降雹强风暴基本雷达特征;双偏振雷达基本参量的冰雹识别通常以高值Z H、低值Z DR、低值CC作为冰雹主要判据;Z DR柱对应强烈的上升气流区,K DP柱对应强降水区,为风暴强度的预警提供重要信息。

一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气,使用常规天气图、自动气象站、雷达拼图等资料,采用天气学和雷达气象学等原理,对2021年5月10日江西大范围雷暴回波群中樟树、丰城冰雹天气过程进行分析,结果表明:雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气,没有出现短时强降水;湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时,能够触发产生对流回波;当对流回波系统移到温度和湿度锋区附近时,会快速发展加强,超级单体组合反射率强度可达65~70 dBZ,60 dBZ回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息能较好地指示超级单体回波的移动方向和移动速度;多条风暴跟踪信息指向一致时可信度更高。这些研究成果为江西雷暴回波群形势下冰雹天气的预报预警提供了依据。

低层暖平流强迫下两次大冰雹超级单体风暴结构特征分析

2020年3月21日和5月4日在低层暖平流强迫背景下湖南怀化出现两次罕见的6 cm大冰雹。基于常规气象资料和多普勒天气雷达资料,对这两次大冰雹过程的超级单体风暴的强度结构、动力场结构进行分析。结果表明:(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,中等强度对流有效位能、大的深层垂直风切变和高的能量螺旋度,有利于风暴组织性发展与维持,地面辐合线是主要触发因子。(2)6 cm冰雹均发生在超级单体风暴强烈发展初期,由无中气旋特征的“类超级单体”造成,出现钩状回波、旁瓣回波以及三体散射和回波悬垂等特征。(3)风暴强烈发展阶段垂直动力场均表现出低层辐合、中层气旋性旋转和反气旋旋转并存的双涡管式旋转、高层辐散特征。(4)大冰雹降落前风暴最大反射率因子和单体垂直累积液态水含量均达到67 dBz和69 kg·m^(-2)。强中心高度和最强切变高度的下降均反映出冰雹的降落。

风廓线雷达产品在冰雹天气过程中的应用

该文利用威宁县2022年6月2日一次冰雹天气过程风廓线雷达资料和威宁国家基准气候站降水资料,采用数理统计等方法对此次天气过程的风廓线雷达特征进行分析。结果表明:冰雹、短时强降水开始前,低空急流的建立和垂直风切变的加强,急流造成的辐合加上近地层风向的切变作用,为冰雹和强降水的产生提供了很好的动力条件;冰雹和短时强降水开始发生时,2000 m高度以上有很大的正速度,可以作为一个指标判断对流发展的强弱情况;冰雹发生时折射结构常数(Cn^(2))值在-128~-110 dB之间,也能很好地反映冰雹等强对流天气的开始、增强和结束过程。

一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25°×0.25°再分析资料分析2021年9月20日浙江中部一次冰雹天气过程的环流背景、不稳定性和触发条件,通过金华S波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明:(1)降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下,大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结,近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件,是一次准正压类强对流天气。(2)超级单体风暴具备典型的冰雹云特征,回波强度>55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。(3)超级单体成熟阶段基本反射率因子≥55 dBZ区域的差分反射率因子Z_(DR)为负(极值达-2.12 dB)、差分相移率K_(DP)出现“空洞”现象、相关系数CC<0.9指示出现了大的干冰雹。(4)Z_(DR)柱(>1 dB)伸展的高度与上升气流存在正相关,Z_(DR)柱伸展到-20℃层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长,可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一,Z_(DR)柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。

关中北部冰雹天气环境参量及雷达特征预警指标

为了提高当地冰雹预报预警及防御能力,利用地面气象观测资料、探空和双偏振雷达资料,分析2011—2020年关中北部的冰雹个例,总结冰雹天气环境发生的参量预报预警指标和雷达识别特征。结果表明:关中北部冰雹集中发生在5—8月,且6月和7月为高发时段;具有明显日变化特征,主要发生时段为14:00—18:00。暖季降雹的不稳定条件预警指标为K指数≥25.0℃,850 hPa和500 hPa的温差≥25.3℃,沙氏指数≤-1.1℃;能量条件预警指标为对流有效位能≥562 J/kg;水汽条件预警指标为500 hPa温度露点差≥9.0℃;垂直风切变预警指标为0~6 km深层风垂直切变≥7.3 m/s或0~3 km低层风垂直切变≥4.3 m/s;特殊层高度预警指标为0℃层和-20℃层高度分别为3.4~4.0 km和7.2~8.1 km。双偏振雷达识别特征预警指标为回波强度超过53 dBz,回波顶高超过10 km,回波悬垂高度超过1.8 km,且出现三体散射长钉,长钉长度超过5.2 km;速度场上低层有辐合,辐合强度超过10.5 m/s;垂直液态水含量VIL最大值高于15 kg/m2,VIL跃增值≥10 kg/m2,VIL密度≥2.6 g/m3。双偏振雷达的差分反射率因子、差分传播相移因子、零延迟相关系数等偏振参量对冰雹相态的识别也有很好的指示意义。该指标预报准确率较高,但也存在一定的空报。

甘南高原一次超级单体强冰雹天气过程分析

利用CINRAD/CC新一代天气雷达资料、MICAPS常规气象观测资料、NCEP再分析资料和自动站加密降水量资料,对2020年5月6日午后出现在甘南高原东部地区的一次局地大冰雹天气过程进行诊断分析。结果表明:午后增温引起的不稳定层结、高原地形的动力抬升作用和有利于对流发展的高低空环流形势配置,是触发这次强对流天气的主要原因。在雹云发展演变中,雷达探测到回波中心强度持续≥55 dBZ、钩状回波、弱回波区、悬垂回波和中气旋等典型的雹云特征,对甘南高原大冰雹天气临近预报具有较好的指示意义。此次冰雹过程和超级单体紧密相连,雹体形成并降落在中气旋周围的强回波区域中,主要呈现钩状回波特征。