廊坊市雷暴大风多普勒雷达特征指标预警应用分析

利用北京、天津和沧州多普勒天气雷达对2010—2019年廊坊市发生的29次雷暴大风天气过程中的阵风锋、径向速度大值区、垂直累积液态水含量(VIL)≥40 kg·m^(-2)等预警指标进行验证分析,结果表明:51.9%的站次出现了阵风锋,其中61.0%的雷暴大风出现在主体回波移动前方中部到右侧;17 m·s^(-1)以上大风速区作为预警指标,预警的平均提前量达47.2 min。100%的弓形回波雷暴大风出现前上游及可能影响区域存在≥17 m·s^(-1)的大风速区,以此发布预警可提前37.1 min;71.4%的雷暴大风站点上空或10 km范围内VIL≥40 kg·m^(-2),平均预警提前量最高,达到52.7 min;依据带状回波前侧或右前侧出现阵风锋发布预警的平均提前量为60.6 min。73.7%的块状回波雷暴大风天气上游及可能影响区域有≥17 m·s^(-1)的大风速区。结合上游及可能影响区域≥17 m·s^(-1)和≥20 m·s^(-1)大风速区、阵风锋、VIL≥40 kg·m^(-2)出现位置可以提前30~60 min发布雷暴大风预警信号,且可更加精准地预测灾害性大风的落区、出现时间和强度。

2018年8月13日天津静海龙卷的雷达特征和发生条件

利用常规观测资料、地面自动气象站资料、多普勒天气雷达和风廓线雷达资料等,对2018年8月13日17:30左右发生在天津静海的EF2级龙卷天气进行分析,重点分析龙卷发生前后的环境背景条件、局地不稳定条件、触发抬升条件及雷达回波特征等。结果表明:这次龙卷天气发生在500 hPa高空槽东移、副热带高压加强西进及台风摩羯北上的过程中;龙卷发生前环境大气处于明显不稳定状态,对流有效位能为1797 J·kg^(-1)(对流抑制能量为0 J·kg^(-1))、0~6 km风矢量差约为14 m·s^(-1),且存在较低抬升凝结高度;同时龙卷发生地局地存在较大对流有效位能(最大值超过4000 J·kg^(-1))和较低抬升凝结高度,且龙卷发生前抬升凝结高度出现突降现象(最低降到897 hPa附近)。龙卷发生前后上下游两站近地层(0~1 km高度及以下)垂直风切变值均出现先迅速增大后又迅速减小的特征,且垂直风切变值的迅速减小是由上层开始并迅速向下,而0~1 km以上高度的垂直风切变值没有明显变化。多普勒天气雷达观测表明,龙卷回波单体尺度小(正负速度中心直径为2 km左右)、正负速度中心最大旋转速度为24 m·s^(-1)、垂直涡度为2.4×10^(-2)s^(-1),回波具有明显悬垂结构和有界弱回波区及龙卷涡旋(TVS)等特征,后侧低层入流也非常强,应是微超级单体龙卷。海风锋移动到本地与上游雷暴单体出流形成的阵风锋相遇发生碰撞,触发局地不稳定能量强烈释放、激发雷暴单体新生并发展为有组织的强雷暴单体,应是此次龙卷发生的直接触发条件。

淮北地区一次强风暴的弓形回波分析

2005年7月16日淮北地区发生了一次强风暴天气过程。主要使用新建成的阜阳CINRAD-SA多普勒天气雷达观测资料,辅以天气图、本站高空观测、地面观测资料,对此过程进行了综合分析。结果表明:这是一次以灾害性大风为主、有雨暴相伴随、局部还有冰雹发生的强对流天气过程。影响系统是一条中-β尺度的弓形飑线回波带。弓形回波带是由更早些时间出现的弧形的阵风锋触发而成的。中层干冷空气的侵入加强了对流云体中的下沉气流和低层出流,形成阵风锋。在如何综合应用如此丰富的雷达产品做好临近预报方面作了初步的尝试。

一次夜间弓形回波特征分析

针对2012年7月13—14日一次发生在高空槽前暖湿环境中产生短时强降水和7—9级雷雨大风的夜间弓形回波系统,进行了天气过程分析和数值模拟,发现弓形回波系统由两个多单体雷暴合并发展,强降水特征明显,在弓形回波的弓形顶点经过的浙江北部的嘉兴到上海青浦、宝山等一线出现了长距离的直线大风。分析表明,在整层湿度较大的环境中,来自对流系统南侧的中高层干暖气流卷人,加强了雷暴中降水的蒸发冷却作用,导致雷暴中的下沉运动明显增强,是产生长距离直线大风的关键环境因素;弓形回波系统后侧维持向前、向下倾斜的后侧人流急流,与雷暴内的下沉运动共同作用增强了风暴前侧的气压梯度,是产生此次弓形回波大风的主要原因;强低空环境风垂直切变阻止了冷池快速离开风暴主体,弓形回波前侧的阵风锋与低层环境风垂直切变形成的匹配涡对使得前侧新生对流垂直发展,是该弓形回波系统发展、维持的关键机制。

雷达强度数据中的阵风锋特征统计和自动识别

利用江苏南京2009-2012年天气雷达数据结合地面自动站风场资料分析江苏沿江地区阵风锋变化特征、阵风锋弧长与移速关系,及其在雷达反射率因子图像中呈现的总体、局部特征,详细分析了三种窄带回波回波带反射率因子分布特征。通过设计反映回波带平坦性的计算方法实现定量分析窄带回波分布异同功能。根据回波带径向波形特征判断径向波形的波宽、波峰个数、波峰阈值和波形双边梯度等特性,实现阵风锋径向波段识别。在对反射率因子图像预处理基础上,结合回波平坦性测试方法和阵风锋径向波形识别算法达到自动识别阵风锋回波的目的。识别效果表明:回波带平均值>5 d BZ的独立阵风锋回波识别准确率达87%以上,回波带平均值>10 d BZ的混合型阵风锋回波识别准确率达89%以上。对弱阵风锋识别成功率仍较低。

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:(1)这次雷暴大风过程发生在500 h Pa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;(2)对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;(3)在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;(4)阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;(5)地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。

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。

上海地区移动型雷暴阵风锋特征统计分析

文章利用常规天气资料、双多普勒雷达资料、GFS 3 km分辨率分析场资料以及地面自动站资料等,统计分析了上海地区2009-2014年共18次移动型雷暴产生的阵风锋的个例,包括天气背景、温湿环境特征以及阵风锋在雷达图上的特征等。根据阵风锋生成的时段以及与其母体雷暴的相互作用和影响,将移动型雷暴产生的阵风锋分为两类:(1)一类出现在雷暴发展、成熟阶段,阵风锋通常与雷暴保持一定的距离同向运动,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有高悬的后侧人流急流,生命史长达2h以上;(2)另一类出现在雷暴的减弱消亡阶段,出现后即逐渐远离雷暴,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有从雷暴系统后侧倾斜向下正好到达雷暴前侧阵风锋处的后侧人流急流。阵风锋出现后,逐渐远离雷暴运动,大部分阵风锋(12个个例)出现在雷暴移动方向的前侧,与雷暴移动同向,少数阵风锋(4个个例)出现在雷暴移动方向的异侧,与雷暴移动不同向。统计分析结果表明:第一类阵风锋一方面与雷暴同向移动,不断将其前侧低层的暖湿空气抬升,并沿着阵风锋输送到雷暴中去;另一方面,由于较强的垂直风切变和较强的对流有效位能对后侧人流急流高度的维持起到了关键作用,高悬的后侧人流急流和垂直风切变共同产生的正涡度和冷池产生的负涡度平衡,有利于维持雷暴的发展传播。因此,阵风锋后侧的雷暴持续稳定的发展,并在其后侧可观测到雷暴的新生。第二类阵风锋生成后即逐渐远离雷暴主体,仅以孤立波的形式传播,受经过的环境的影响,其后侧的干冷气流的性质逐渐减弱。与雷暴同向运动的阵风锋切断了暖湿气流向雷暴的输送,不利于雷暴的发展;同时在弱-中等切变和弱-中等对流有效位能的环境中,从雷暴后侧向前侧倾斜向下的后侧人流急流和冷池共同产生的负涡度强于垂直风切变产生的正涡度,强冷池前沿的上升气流向后倾斜,不利于新对流单体的发展,雷暴大都在阵风锋出现2h内消亡。

一次典型飑线过程多普勒天气雷达资料分析

对2002年8月24日发生在安徽的一次大范围飑线过程进行了分析。该飑线影响范围大、持续时间长,产生于对流层中高层槽后干冷空气向南大范围扩散,低层辐合,大气层结非常不稳定,深层大气垂直风切变中等的背景下,在其影响的广大区域产生大风和部分地区的冰雹和暴雨。雷达回波呈现弓形,伴有明显的雷暴出流边界(阵风锋),与弓形回波相对应的多普勒径向速度明显地预示地面大风的中层径向辐合(MARC)。而中气旋的存在,通过加速干冷空气向雷暴内的夹卷,加强了下沉气流。另外,弓形回波前沿中低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂,强回波区延伸到-20℃等温线之上,表明雷暴内上升气流很强,有利于大冰雹和强降水形成。分析还表明雷暴出流边界与雷暴之间距离的变化在一定程度上可以预示未来雷暴强弱的变化。

边界层辐合线对强对流系统形成和发展的作用

应用天津CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合线信息,对2008—2009年6—9月发生在天津地区的边界层辐合线进行了统计分析,与2002—2007年海风锋触发形成的局地强对流天气分析相结合,研究结果表明:天津地区边界层辐合线的雷达低仰角基本反射率因子产品的回波特征一般表现为弱的窄带回波,回波强度仅为15～25 dBZ,宽度一般为3～10 km。在合适的层结状态和水汽条件下,这些边界层辐合线的演变和碰撞与强对流天气的发生、发展密切相关。单一边界层辐合线一般不能形成大范围的雷暴天气;两条以上边界层辐合线之间碰撞,一般在碰撞交叉处能够形成强对流天气。若已存在强对流天气,则强对流天气将加强。

MIGFA阵风锋识别算法改进与检验

根据南京CINRAD/SA天气雷达探测的江苏沿江地区阵风锋回波特征,对MIGFA(Machine Intelligence Gust Front Algorithm)阵风锋识别算法进行改进:在考虑平滑算法使用和低仰角数据融合的基础上,根据阵风锋回波特征,改进了0.5°反射率阵风锋细线函数模板,设计了较高仰角(1.5°/2.4°)反射率阵风锋细线函数模板,引入1.5°和2.4°双层反射率阵风锋细线函数模板替代原空间差分反射率函数模板。考虑阵风锋特征与距离测站的关系,设计了动态权重函数组合多组得分值,从而有效识别阵风锋回波。在此基础上通过弧度判断和阵风锋回波平坦度测试的方式,进一步降低虚警率。最后利用2009年6月14日南京雷达阵风锋个例进行效果识别,并采用临界成功指数对南京雷达120个阵风锋样本进行效果评估。结果表明:改进的MIGFA法识别效果良好,将临界成功指数从0.39提高至0.60,引入降低虚警率的做法使得虚假警报率从0.34降至0.16。

以一次飑线过程为例对多普勒天气雷达资料适用性分析

利用常规资料和多普勒资料,对2008年9月7日的一次较长生命史飑线过程进行综合分析,对多普勒雷达几个产品的适用性进行初步探讨。结果表明,在雷暴单体发展各个阶段,从雷达观测数据上可以分析出系统流场以及环境风场,两者相互影响会在雷达回波上显示特殊的配置形势。这种在大面积正速(负速)区里嵌套一小块数值均匀的负速(正速)区的配置经常被误判为中气旋,实际上这是由于在对流系统中层发生的径向辐合而产生的。在适当仰角的速度图(V26)上迭加风暴追踪信息(58STI),便于分析出风暴的发展阶段。通过对风暴追踪信息产品在单体发展的各个阶段上的预报准确性探讨,以及一些其他产品的适用性研究,并将结论利用于短时预报和诊断分析上,以期提高目前短时预报的水平。

不同天气系统影响下阵风锋的对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料和地面加密观测数据，对2014年6月8-9日发生在南宁的两次阵风锋天气进行分析。得到以下结论：阵风锋回波强度为10—20dBZ，水平尺度20km，呈弧状，成熟时高度大慨1．5km，阵风锋只是对流层低层的浅薄系统。阵风锋移动速度与母体雷暴移动速度的关系对雷暴的发展与减弱有很好的指示作用。阵风锋前沿有明显的风速辐合，可以触发新的对流单体的生成。两条阵风锋的相遇合并会使得阵风锋加强，更易触发新的对流单体产生。阵风锋愈强，其过境时所引起的风速增大的现象就愈明显。单体质心的快速下降和反射率因子核心的快速下降对地面雷暴大风有很好的指示作用，约可提前半小时预警。

2010年3月5日闽北经典超级单体风暴天气过程分析

2010年3月5日16:20(北京时,下同)-19:50发生在闽北的强对流天气主要由中尺度对流回波群中的3个局地强风暴引起的,其中最强的单体是一典型的经典超级单体风暴,它在沿途220km产生了强降雹。本文利用建阳多普勒天气雷达(CINRAD/SA)资料和常规高空地面观测资料,分析了该单体的演变特征和环境条件。结果表明:(1)经典超级单体出现在具有地形锢囚特征的地面中低压内,该低压则处于高空槽前、西南中空急流下方、850hPa锋区切变南侧以及低空急流前方;该单体在地面中低压西部冷锋上生成后沿着地面辐合线移动并穿过低压中心,到达低压东部的静止锋冷区后减弱,生命史为4h52min,并始终维持相对的孤立状态,平均移速为75km.h-1,属于高质心对流系统。(2)成熟阶段(15:57-18:47),该单体维持中等强度以上的中气旋及相关的有界弱回波区(BWER)、低层钩状回波等经典超级单体特征,并出现了3次高峰,相应的中气旋在高峰期均有增强并向地面伸展。其中,在第二次高峰期出现了垂悬回波下降和钩状回波更新以及BWER消失现象,这一期间出现的龙卷涡旋特征进一步表明产生龙卷的可能性很大;在第三次高峰期也出现了类似演变特征,但更为典型的是中气旋最终发生了锢囚,形成长达30min的涡旋状回波。此外,在第一和第二次高峰期风暴左前方多次出现了阵风锋回波,而右后侧却未出现此现象,这也是一种有利于风暴维持的特征。(3)主要的风暴尺度环境特征是中等大小的对流有效位能、大的深层垂直风切变(0～6km风切变是39m.s-1)、强的相对风暴入流(17m.s-1,0～2km)和高的相对风暴螺旋度(418m2.s-2,0～2km);与典型的经典超级单体风暴环境不同的是:风随高度顺转(90°,300hPa以下)不仅表现在低层还表现在中上层(25°,500～300hPa)。最后对风暴成熟阶段的3次高峰机理进行了讨论。

我国阵风锋类型与产生机制分析及其主观识别方法

文章总结了近些年我国学者对阵风锋所开展的相关研究,阐明了阵风锋的空间结构、类型及其特征,探讨了阵风锋窄带回波的形成机制,提出了阵风锋的主观识别方法,结果表明:从雷达探测资料分析,可将阵风锋分为两类,一类是雷暴母体静止型阵风锋,一类是雷暴母体运动型阵风锋,而前者还可以进一步分为两个子类型。阵风锋类型不同,阵风锋对雷暴母体的反馈作用也截然不同。阵风锋窄带回波的形成可概括为两种机制:第一种是大气折射指数梯度脉动导致的布拉格散射(Bragg Scattering),第二种是由昆虫对雷达波的粒子散射(Particle Scattering)导致。利用阵风锋雷达强度和径向速度回波特征,可以识别阵风锋的位置和范围,并对其外推做出预报。由于阵风锋是低层大气现象,所以需要应用较低仰角的雷达资料来识别。利用阵风锋雷达回波特征,配合气象卫星高分辨率可见光云图上呈现的中尺度对流云团和弧状云线的变化,结合地面中尺度观测网资料,可以综合识别阵风锋的形成、发展和消散。

多种观测资料在一次弱降水雷暴大风分析中的综合应用

利用多普勒天气雷达、宝坻和西青两部风廓线雷达、天津250m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、探空资料、地面加密自动站和自动站分钟资料,对2014年6月8日发生在天津地区的一次弱降水雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次过程属于西北气流型雷暴大风,低层强垂直风切变和较大的温度直减率为雷暴大风的出现提供有利环境条件;(2)此过程共经历弓形回波复合体、阵风锋和单体弓形回波3个阶段,雷暴大风的强度与强回波核伸展高度以及下落时间有关,回波核伸展高度越高,下落时间越短,雷暴大风强度越强;(3)强冷池的快速移动是弓形回波复合体阶段雷暴大风的直接原因,冷空气首先从2.3km高度入侵,10min后地面出现雷暴大风。天津南部具有不稳定能量高值中心,配合地面中尺度辐合线的触发作用导致单体弓形回波阶段雷暴大风;(4)阵风锋阶段上升与下沉气流共存,下沉速度峰值的下传特征较地面雷暴大风的出现提前20min,2km以上的对流层中低层为上升运动。

一次强雹暴系统及其阵风锋的雷达回波研究

作者介绍了在一次强雹暴系统的雷达探测中发现的阵风锋回波带。讨论了阵风锋回波带的性质、结构及其成因，分析了它对雹暴回波系统的反馈作用，指出了其和经典模式中阵风锋的不同之处。提出了这次雹暴系统维持和传播的自激机制，并且探讨了阵风锋回波带在短时预报中的应用。

5．6阵风锋过程形成机制探讨

通过综合分析2007年5月6日一次阵风锋过程的天气背景、多普勒天气雷达资料、自动站资料等,并结合2006年6月10日飑线过程,2007年6月28日窄带回波引发的大风过程,认为与大风相联系的窄带回波的产生,是由于冷暖气团交界面两侧的折射指数的突变,而导致对电磁波的散射或反射形成雷达回波。高空冷空气堆的下沉扩散是窄带回波形成的一个重要因子,其后并不一定有主体回波相伴随。而倾斜的下沉气流前侧不利于窄带回波的形成。

四川盆地一次阵风锋触发的局地强对流天气雷达特征分析

应用自动气象站资料和多普勒雷达观测资料,对盆地南部一次阵风锋引起的局地强对流天气进行分析,结果表明:阵风锋是对流风暴产生的下沉气流到达地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象;阵风锋在多普勒雷达上表现为一条狭窄弧线,回波强度弱,速度图上有辐合,阵风锋与强雷暴的发生、发展和维持有促进作用;阵风锋过境会引起气象要素陡变,阵风锋经过的地方,强雷暴的产生地与地面风场辐合线的位置和温度槽线的位置有很好的对应关系,对短临预报预警的提前发布有较强的指示意义。

乌鲁木齐国际机场一次阵风锋天气成因分析

利用常规天气资料、跑道自动观测资料(AW0S)、自动气象站资料、卫星云图、多普勒天气雷达等资料,对乌鲁木齐机场发生的一次阵风锋造成的大风和沙暴天气进行分析。结果表明:①阵风锋天气来临时,具有气压陡升、温度骤降、风向变化、风速突增、湿度增加等气象要素的演变特征,跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,多个时刻跑道水平风切变强度超过了强度标准值。②阵风锋天气是在500hPa北支槽底分裂短波携带冷空气快速向东入侵渗透下出现的,大风沙暴发生在干线和地面风场辐合区附近,空中"干暖盖"的存在有利于不稳定能量的积累。③对流云团在东移过程中破坏了乌鲁木齐上空的逆温层,促使不稳定能量的释放,呼图壁至乌鲁木齐机场的大风沙暴天气就发生在TBB值梯度的密集带上。④阵风锋在雷达图中表现为强对流回波前方一条弱而窄呈南北向的带状回波,回波强度偏弱,速度场中形成了正负速度交界的辐合带。