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。

微波辐射计反演大气温湿度廓线与降水相关性分析

利用辽宁省阜新蒙古族自治县QFW-6000型地基微波辐射计和邻近探空资料,对微波辐射计反演精度进行评估,分析云中积分液态水含量、积分水汽含量与降水量的变化特征。结果表明:微波辐射计的反演参量与探空资料具有高相关性,反演的相对湿度基本大于探空测量的相对湿度,近地面与高层的误差在5%以内。基于云中积分液态水含量与降水量的统计分析发现,降水开始前存在明显跃增,云中积分液态水含量会快速增大到1 mm以上,随着降水的持续,云中积分液态水含量一直维持在2 mm以上,当降水结束,云中积分液态水含量迅速回落至0.2 mm以下。积分液态水和积分水汽含量为雨天>云天>晴天,积分水汽含量在不同天气下具有相似的垂直结构,均表现出随高度升高递减的变化趋势,水汽在高空的递减速率相对较慢,到近地层递减速率明显加快;云中积分液态水含量在云天和晴天的垂直分布结构相似,最大值分别为0.15 g·m-3和0.10 g·m-3,均位于1 km高度处;雨天云中积分液态水含量具有两个峰值区间,分别位于1.0 km和2.5 km高度处。云中积分液态水含量和积分水汽含量呈现白天高值而夜间及清晨低值的日变化特征,云底高度则呈相反的变化趋势。

甘肃靖远“8·10”致洪短时强降水成因分析

利用ERA-interim再分析资料、FY-2G卫星云图、多普勒雷达资料以及常规气象观测资料,对2018年8月9—10日甘肃靖远致洪致灾短时强降水的成因进行了诊断分析。结果表明:此次短时强降水天气具有空间尺度小、持续时间短、强度大的特点;在西太平洋副热带高压西伸北抬、伊朗高压北上东伸的大尺度环流背景下,甘肃中部处于两高压之间的弱切变辐合区;强降水发生前,低层暖湿平流的增温增湿使不稳定层结发展;低层正涡度辐合加强了水汽的垂直输送,地面气旋性风场、次级环流为强对流提供了有利的动力条件;强降水过程中没有高空槽、低空急流的配合,垂直风切变较弱,在副热带高压边缘高温高湿环境下,中小尺度热低压使该区域热力不稳定增加,中低层弱冷空气入侵、地面辐合线对强对流天气的发生起到了触发和组织作用;造成此次强降水天气的中-γ尺度对流云团,生成在地面热低压和中尺度辐合线附近,具有明显的低质心强降水雷达回波特征。

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。

多普勒雷达产品在2次短时强降水过程中的对比分析

为了提高荆州地区强对流天气的预报预警能力,提升气象服务农业生产水平,利用2015年荆州多普勒雷达资料,对比分析发生于2015年5月15日和2015年6月1日的2次短时强降水过程。结果发现:(1)2次过程的雷达回波最大反射率强度均在50 d Bz以上,并且比较稳定,回波移动过程中均产生了"列车效应";(2)2次过程均出现中尺度辐合,速度图上中尺度辐合区与强回波位置一致;(3)2次过程中的风暴云底高度大部分时间在2~3 km,云顶高度在12 km附近。风暴生成前期均存在明显的VIL跃增和回波顶高跃增现象,VIL跃增量分别为10、20 kg/m2,顶高跃增为3 km和9 km;(4)风暴发展阶段垂直积分液态含水量均比较稳定,分别为40~50 kg/m2和30~40 kg/m2。回波质心高度和最大反射率高度除6月1日出现下沉以外,其余大部时间2次过程回波质心高度均在4~5 km,最大反射率高度在3~6 km;(5)经过风暴追踪等信息的综合分析推断,6月1日可能还出现下击暴流。

德宏一次短时强降水过程分析

该文应用常规探空资料、地面气象资料以及多普勒天气雷达资料,从中尺度分析、雷达组合反射率演变特征、径向速度场、垂直累积液态水含量(VIL)等方面,对2016年8月27日德宏短时强降水天气进行分析和总结,发现:(1)强对流天气发生前近地层水汽充足,低层存在一定的垂直风切变,大气层结属于条件不稳定,中尺度辐合线、干线的抬升作用触发对流发展;(2)导致短时强降水的多单体风暴由外地移来的回波与本地块状回波聚合加强而来;(3)边界层入流急流是形成短时强降水的根本原因,它导致了低层中尺度辐合,与回波的聚合和发展存在紧密联系;(4)强降水过程中VIL与降水量具有相同的变化趋势,并存在一定的提前量。

2018年6月山东省中东部一次大范围强冰雹天气分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、常规气象观测、探空资料和多普勒天气雷达资料,分析2018年6月13日潍坊地区大范围冰雹天气的大尺度环流背景、环境参数特征、中小尺度天气特征及抬升触发机制等。结果表明:(1)高空冷涡、850 hPa切变线和急流、200 hPa急流出口区左侧和地面冷锋是冰雹发生的有利环流条件。(2)对流层低层的暖平流和中高层的冷平流,为强对流的发生提供了热力不稳定条件。(3)地面露点20~21℃、大气可降水量30 mm以上和850 hPa比湿8 g/kg以上。(4)寒亭和昌邑的超级单体风暴较为典型,具有钩状回波、回波悬垂、“V”形入流缺口等特征。(5)垂直积分液态水含量(VIL)是判定出现大冰雹的较好的指标。

天山北侧成灾雹云移动路径及预警指标的研究

利用2005-2014年5~8月天山北侧气象台站观测记录、人工防雹作业点记录、灾害调查等资料,克拉玛依探空站08∶00探空资料和克拉玛依、奎屯、石河子、五家渠四部雷达探测资料及其基数据反演产品,对冰雹的年分布、月分布及日变化特征进行了分析,归纳出成灾雹云的雷达回波特征及移动路径,依据百分位数方法确定了成灾雹云的预报及雷达特征预警指标,并利用2015-2016年降雹及相应的雷达探测资料对预报预警指标进行了检验分析。

多普勒雷达资料在闽北持续性暴雨预报中的应用

对2006年6月3～8日出现在闽北的持续性暴雨过程从环流形势、雷达回波产品、数值预报产品等方面进行了分析。分析表明,利用这些资料可对暴雨的落区、强雨团的出现和结束时间、强雨团的降水强度、强降水的出现时段等作出较为精细的预报,对今后灾害性天气的预报服务有一定的启示作用。

多普勒雷达特征参数与短时冰雹临近预警

对云南文山地区多普勒观测到的30个冰雹和强雷雨雷达体扫资料进行PUP软件计算和处理,得到了单次雷达回波强度、回波顶高度、30dBz回波中心高度、垂直积分液态水含量几个主要雷达参数值,以及参数随时间变化的特征,总结冰雹云类型判别的雷达指标。

“09.3”鄂西南强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用恩施多普勒天气雷达资料,分析2009年3月21日傍晚到22日凌晨发生在恩施州8县(市)的冰雹强对流天气过程。结果表明,此次强对流过程是在地面冷空气和暖倒槽共同作用的背景下产生的,高空槽、中低层低涡及冷式切变是其主要大尺度影响系统;强对流天气发生时,风垂直切变特征明显,湿度在500hPa附近最大,空气接近饱和;强对流天气过程中先后有7个强风暴单体生消,均自西向东移动,其成熟阶段,回波呈倾斜状,偏向风暴前侧,其前侧低层大部分存在弱回波区,中高层有回波悬垂结构,强风暴单体强回波上方有旁瓣回波造成的假回波;在恩施复杂山区地形下,垂直积分液态水含量密度比垂直积分液态水含量更能反映风暴强度,对冰雹等强对流天气提前预警参考价值更大。

福建省2010年5月18-19日强对流和暴雨过程分析

该文利用常规高低空观测资料、雷达、闪电和自动站等资料,分析2010年5月18-19日我省中北部出现的较大范围冰雹、雷雨大风等强对流天气及暴雨过程。结果表明:在高空槽、低层切变及低空急流共同影响下,地面冷空气入侵触发了这次强对流暴雨天气过程;锋前对流层低层的增温和500 hPa降温使潜在的对流不稳定性加剧;强烈的上升运动有利于暴雨区不稳定能量的堆积;地面物理量场和雷达回波对此次过程有明显的特征反应和指示作用。

地基GPS水汽总量在人工增雨中的应用

利用成都市地基GPS综合应用网的观测数据,反演出大气水汽总量,并结合多普勒天气雷达探测的垂直积分液态水含量(VIL),分析了这两种新型大气水汽探测资料在人工影响天气作业中的变化特征,初步得出了GPS大气水汽总量(GPS PWV)与人影作业前后降雨量的关系。研究表明:GPS PWV与人工增雨过程有较好的对应关系,人影作业后1～3h伴随小时雨量的增大GPS PWV有下降,体现了催化剂将空中部分冰面过饱和水汽凝华核化转化为降水过程。GPS反演的水汽资料结合新一代多普勒天气雷达探测的液态水资料在指导人工影响天气作业和短临天气预报方面具有良好的应用前景。

江苏一次下击暴流过程致灾大风成因分析

通过天气学分析方法和雷达回波特征分析方法对发生在江苏沿淮地区一次下击暴流事件的环境条件、地面要素场特征和六次风暴单体造成的下击暴流过程进行了分析,并探讨12级致灾大风的可能成因,探寻具有较大预警提前量的下击暴流大风预警指标。结果表明:此次下击暴流事件是在具有前倾槽结构的弱风速垂直切变环境条件下由脉冲风暴等孤立对流系统的强冷性下沉气流所造成的。地面灾害性大风发生前20~40min可在风暴单体外围识别出缓慢向外扩散的环形阵风锋,该环形阵风锋从雷暴大风预警业务角度来说可认为是下击暴流产生地面大风的“先兆信号”;风暴单体的反射率因子核、风暴质心高度以及垂直积分液态水含量(VIL)值在地面8级以上强风发生前约20min显示出持续下降的特征。下击暴流造成的致灾大风可能是由于同时发生的两个风暴单体下击暴流辐散气流的同向叠加、强变压风、强密度流和次级环流的加强等共同作用所导致。

VIL产品在高山雷达中的应用研究

利用2006—2009年丽江市气象台的冰雹观测记录、短时强降水、民政部门提供的冰雹灾情资料和丽江CINRAD/CC雷达观测资料,对垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid Water Con-tent,VIL)进行了统计分析。结果表明,当VIL值>5kg·m-2时将会出现强对流天气,当VIL≥21kg·m-2时预示着发生冰雹的可能性极大,是人工防雹作业启动的关键值,冰雹云中的VIL值远远大于带来短时强降水的普通对流云;在降雹前VIL值都有明显的跃增;距离雷达站较近或较远区域的VIL值会被低估,在37kg·m-2以下也会降雹,通常降雹的VIL值大都在37kg·m-2以上。

两次突发性强对流天气的对比分析

为提高强对流天气的预报准确率,对2005年7月31日夜间和2004年6月7日下午衡水地区突发性强对流天气从影响系统、卫星云图、雷达回波及闪电定位资料特征等方面进行了对比分析。发现两次天气过程都属于降水天气结束后,又重新发展的强对流天气过程,预报起来具一定的难度。两次天气过程影响系统不同,造成的天气也不尽相同,"6.07"过程大风天气明显,且移动速度快,影响时间短,"7.31"过程局地短时暴雨天气明显,系统移动速度慢,影响时间长。两次天气过程的红外卫星云图特征不同,"6.07"过程的卫星云图呈带状,"7.31"过程的卫星云图呈团状,具有暴雨云团的特征。两次天气过程中大风和雷达基本反射率中的弓形回波具有非常好的对应关系。垂直积分液态水含量(VIL)的高值区的长时间影响与局地暴雨具有很好的对应关系,其值由高到低的骤减,预示着破坏性大风的发生。两次过程中大风发生前后雷电空间分布均呈扇状分布,对流发展成熟阶段造成雷击灾害的"6.07"过程中地闪所占比例较大,造成局地暴雨天气的"7.31"过程中云闪所占比例较大。在强对流天气的预报中,非常规气象资料起着很重要的作用。

湖南一次飑线过程的多普勒雷达回波特征

使用常规气象资料和长沙多普勒天气雷达产品,对2009年3月21日湖南飑线天气过程进行了初步分析。结果表明此次过程发生在低层增温增湿、中低层较强垂直风切变环境场中,中层冷平流的入侵加剧了层结的不稳定性。过程中风暴单体形态特征具有典型入流缺口、弱回波区和悬垂体结构特征,风暴单体内部(3 km以下)存在辐合性涡旋,VIL>40 kg.m-2时,有利于产生冰雹和大风天气,降雹前垂直液态水含量(VIL)会出现明显跃增。