遵义市播州区春季一次大冰雹天气成因分析

利用遵义市多普勒雷达资料和播州区国家基本站及乡镇区域站等资料,通过数理统计、天气学分析等方法分析大冰雹天气成因。结果表明:此次大冰雹天气过程由高空槽、低层切变及地面冷空气共同影响造成的;整层大气上干冷下暖湿,具有较大温度递减率和对流有效位能,层结不稳定,垂直风切变较强。大冰雹雷达回波的中心强度在60 dBz以上,最大回波强度出现时间比降雹时间提前24 min,最大回波顶高比降雹时间提前12 min;冰雹云顶高12~15 km,垂直发展旺盛;降雹发生在垂直积分液态水含量(VIL)呈跃增期间。大冰雹对流风暴单体雷达回波PPI图上具有低层钩状回波,中高层回波悬垂,三体散射等典型冰雹云回波特征。为进一步做好冰雹短临预报预警服务,除了关注典型冰雹云雷达回波特征外,可将最大回波强度、垂直积分液态水含量(VIL)、回波顶高、冰雹报警指数及45 dBz强回波面积等作为冰雹发生判断依据,本文研究成果为做好播州区冰雹灾害性天气预警及气象服务工作提供参考。

山西高原大冰雹与小冰雹的环境参量对比分析

本文利用1956-2017年山西省109个气象站的逐日冰雹观测资料研究了山西冰雹的空间分布特征,发现全省冰雹日数由东北向西南依次减少,与海拔有很好的对应关系,山地冰雹发生日数高于盆地,冰雹频发区主要集中在北部和东部山区。以冰雹直径2 cm为阈值,将冰雹分为大冰雹与小冰雹两类,统计了2008-2019年山西两类冰雹站的比例,结果表明山西高原以小冰雹为主,大冰雹仅占3.9%,盆地大冰雹比山区多,大冰雹容易发生在陡峭山地与盆地或河谷的交界处。为了进一步研究大冰雹与小冰雹产生环境条件的差异,选了2008-2019年山西的23个大冰雹日和44个小冰雹日,基于订正的观测探空对表征冰雹天气的动力、热力和水汽等环境条件的多个环境参量进行了统计分析,以箱须图的形式给出了环境参量的分布。结果表明:大、小冰雹日的水汽差异最为显著,大冰雹日对流层低层水汽含量相对丰富,中层则比小冰雹更干,二者地面露点中位数分别是16℃和14℃,700~400 hPa之间的平均温度露点差中位数分别是14.8℃和12.7℃,整层可降水量中位数分别为26.7 mm和23.7 mm;二者的垂直温度直减率差异不明显,但850 hPa与500 hPa假相当位温差的差异很显著,这是由于假相当位温包含了水汽信息;二者的干球温度0℃层距离地面的高度差异不明显,但大冰雹日湿球温度0℃层距离地面的高度更高,说明大冰雹日干、湿球0℃层的差距更小,0℃层附近的湿度更大。大冰雹出现在更大的条件不稳定和更高的低层露点条件下,因而对应环境有更大的CAPE值,大冰雹与小冰雹的CAPE中位数分别是2099 J·kg^(-1)和1588 J·kg^(-1);大冰雹出现在更大的环境垂直风切变中,0~6 km垂直风切变中位数分别为16 m·s^(-1)和12 m·s^(-1)。

“2021-3-30”江西大冰雹超级单体的回波结构与关键机制分析

为了研究江西大冰雹超级单体的结构特征和关键机制,利用江西WebGIS雷达拼图平台、江西省ADTD二维闪电监测定位系统、江西省自动气象站雨量检索平台和MICAPS系统平台资料,对江西2021年3月30—31日冰雹组合反射率CR回波强度、地面雨量、TBB云图与ADTD雷电信息等特征进行分析。(1)2021年3月30—31日大冰雹天气过程,雷暴大风和降水比江西春季历史上出现的强对流天气过程较少且小,但出现冰雹站数、影响范围、维持时间、冰雹直径和回波强度都超过历史上其它强对流天气个例。(2)最强回波和10 min雨量与冰雹大小成正比,10 min雨量变化提前于冰雹的出现;强回波面积和雷电次数成正相关。(3)超级单体回波系统是造成江西冰雹天气的重要回波系统类型:(1)回波中心强度≥60 dBZ,中心出现≥65 dBZ的强回波核;(2)60 dBZ回波面积≥10×10 km^(2);(3)30~60 dBZ强回波梯度(最密集区域)≤6 km;(4)超级单体具有深厚和蔓延的云砧形成的“前伸”回波结构,形成南北走向的“盾”型回波结构。(4)冰雹超级单体在TBB云图上形成MCS云系,有“前伸”云砧结构,最低亮温低(-100℃左右),这个罕见的超低温是本次冰雹天气产生的关键因素,西南侧亮温梯度线密集;TBB云图亮温可以显示超级单体MCS的存在,能否出现冰雹、雷暴大风及短时强降水,需要结合雷达拼图回波特征来进一步揭示超级单体结构。这些研究成果对江西冰雹天气的监测预警提供了理论依据。

一次大冰雹天气过程分析

利用常规气象资料和多普勒雷达回波资料,分析了一次大冰雹天气过程。结果表明:①本次大冰雹天气产生的环流背景及影响系统为浅薄华北冷涡、500 hPa西北气流及冷温度槽,700、850 hPa暖温度脊控制,形成优势不稳定层结,滨海新区位于200 hPa高空急流出口区左侧辐散区,并且低层暖湿,中层干冷,有利于强对流天气发生发展;②对流有效位能较大,为1626 J/kg,对流抑制能量为“0”,0~6 km垂直风切变是中等强度,为12.8 m/s,0~2 km垂直风切变较大,为10.2 m/s,850 hPa以下湿度大,有利于冰雹和雷雨大风天气产生,0℃层高度4.2 km,为适宜降雹高度;③滨海新区降雹前1 h左右雷达回波显现出雹暴特征,反射率因子值超过55 dBz,垂直累积液态含水量大于65 g/kg,并出现旁瓣回波,预示要降大冰雹,可以提前1 h左右发布大冰雹临近预警;④强回波沿着500 hPa引导气流及地面辐合线方向移动,进入渤海后强度加强,雷达识别出中气旋,然后发展为超级单体雹暴;⑤雹暴单体进入渤海后增强为超级单体原因,即低层湿度增大,上冷下暖位势不稳定增强,深层垂直风切变加强,并且更靠近200 hPa高空急流出口区左侧辐散场,更加有利于上升运动产生及风暴的组织性。

冀西北地区一次大冰雹过程的双偏振雷达特征分析

利用常规气象资料、ERA5再分析资料以及雷达资料,对2022年6月10日发生在冀西北地区的一次大冰雹天气过程进行分析。结果表明:(1)此次冰雹天气发生在冷涡的东南象限、低空切变线前侧暖区,对流由局地的热力作用触发并在辐合线附近发展加强。(2)降雹过程可分为3个阶段,前2个阶段为2个不同的超级单体分别影响而形成,粒子相态识别结果主要为干冰雹粒子,雷达回波具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点;第3个阶段为2个超级单体合并后形成,除冰雹外还出现了局地的短时强降水,直径较大且数密度较多的大雨滴造成了短时强降水。(3)利用雷达反演的风场可以分析对流单体的动力结构,通过分析不同阶段单体的动力结构得到单体未来的移动方向与发展趋势,特别是垂直剖面中上升气流的强度对单体的发展趋势有重要指示意义。

天津“6.25”大冰雹过程的中尺度特征及成因

利用地面加密自动站、天津塘沽多普勒雷达、FY-2C静止卫星以及NCEP/NCAR再分析资料,对2008年6月25日下午天津地区一次罕见大冰雹过程风暴系统发展演变、结构特征和形成原因进行了观测分析和诊断研究。结果表明:此次大冰雹过程是在华北冷涡背景下,前倾结构的高空槽使高层干冷空气叠加在低层暖湿空气上,导致不稳定层结发展。中尺度对流系统由3个β-中尺度对流云团先后2次合并而成的α-中尺度对流系统,呈近似圆形结构。风雹发生前,天津地区大气层结呈现出强的对流性不稳定;700 hPa与近地面之间的风速差达到20 m/s,0～3 km垂直风切变明显增大;当上述有利的热力和动力条件形成后,在地面辐合线和干冷空气侵入的触发机制下,就造成了本次大冰雹过程。同时,由多单体合并而成的超级单体风暴,在其发展成熟阶段,多普勒雷达图上呈现出弓型回波、低层弱回波区和中高层悬垂回波区及三体散射结构;塘沽地区降雹前,垂直液态水含量出现一次明显的跃增。

大冰雹指标TBSS在江西的应用研究

利用江西省2002-2007年的地面观测和雷达资料进行统计分析,研究地面降雹与TBSS之间的对应关系,并且对TBSS在大冰雹预警方面的应用进行了探讨。结果表明,TBSS作为≥19 mm的大冰雹的预警指标具有很好的应用效果。其准确警报率(POD)为0.818,错误警报率(FAR)为0.182,而临界成功指数(CSI)达0.692。在多普勒天气雷达产品中,TBSS是一个沿着雷达径向从强风暴核区向外延伸的、具有低的反射率因子值,零或朝向雷达的低速度值和高速度谱宽值的区域。它一般首先出现在中高层(4～9 km),然后逐渐降低,最低可达1.0 km。利用TBSS预报大冰雹的时间提前量最大达到77分钟。实际观测到的TBSS特征存在各种不同的形态,而且不同距离处观测TBSS特征的最佳仰角存在很大差异。总之TBSS特征可以作为大冰雹的有效判据。

一次特大冰雹的雹谱分析

根据1982年8月1日发生在新疆克拉玛依市乌尔禾地区的一次特大冰雹所获得的大量雹谱资料，分析研究了这次特大冰雹的雹谱及其分布特征，给出了这次特大冰雹和雹块尺度、浓度、谱分布的基本测值，并探讨了它们与降雹云体的相互关系。

一次大冰雹形成机制的数值模拟

利用可模拟冰雹尺度的三维冰雹分档对流云模式,研究了2014年7月16日北京一次大冰雹的形成过程。此次冰雹天气过程的地面降雹最大尺度为7 cm,对流有效位能为1785.3 J·kg^-1,具有上干下湿的大气层结条件。数值模拟的冰雹云顶高度达13 km,与雷达观测比较一致,模拟的最大上升气流达30 m·s^-1。由于风切变较大,冰雹云出现明显倾斜垂直结构,使冰雹云持续时间较长。此次大冰雹形成的微物理过程具有明显特点,冰雹云中-35~^-10℃层存在含量达12~16 g·kg^-1的高过冷雨水累积区,冰雹胚胎主要通过受到冰晶接触扰动的过冷雨滴冻结产生,其产生率量级达10-2 g·kg^-1·s^-1,冰雹增长过程主要依靠雹胚撞冻过冷云水,其增长率的量级与冰雹胚胎产生率的量级一致。

闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析

通过研究大冰雹超级单体风暴的偏振特征、动力及云物理结构的演变,可了解大冰雹形成的物理过程,并获得与大冰雹形成、生长相关的相关征兆偏振特征,进而提升对大冰雹超级单体的预警能力。利用厦门S波段双偏振雷达资料,结合双雷达风场反演和粒子相态识别算法对2019年4月22日发生在闽南地区一次导致大冰雹的超级单体进行了分析。研究表明:差分反射率因子(Z dr)大值区位于三体散射(TBSS)的起始位置及反射率因子(Z h)强中心的远端。同时,TBSS中的相关系数(CC)较低,TBSS的偏振特征有助于识别高空中的大冰雹。大冰雹区表现出高Z h和低Z dr的偏振特点,随着大冰雹降落融化,其表面存在外包水膜现象使得大冰雹周围的Z dr增大,CC减小。在超级单体低层的Z h强中心内存在一个差分相位常数(K dp)增大的区域,被称为K dp足。K dp对大冰雹较不敏感,是冰雹融化的较好指标。因此,K dp足可用于指示由冰雹融化导致的下沉气流区。在水平风场上存在明显的双涡旋结构。双涡旋结构有助于超级单体的发展及大冰雹的循环增长。在中气旋的东北侧,存在一个中等强度Z h、低Z dr、高CC的区域,被称为霰带。粒子相态识别算法显示霰带中主要的水凝物为霰。由于靠近中气旋,部分霰作为雹胚被卷入上升气流中。基于上述分析给出大冰雹超级单体的偏振特征和三维风场结构示意图。

广东省大冰雹事件的层结特征与融化效应

本文主要利用L波段常规探空数据、华南区域加密自动站资料以及ERA-Interim 0.125°×0.125°逐6 h再分析资料,依据我国冰雹等级划分标准(GB/T 27957-2011)筛选了2004~2017年发生在广东的23个大冰雹事件(直径≥20 mm),重点分析其大气层结状态与结构特征,定量诊断了大冰雹的融化效应,并建立了判别大冰雹的物理参数模型。结果表明:(1)大冰雹事件"上干下湿"比非大冰雹(直径≥5 mm且<20 mm)事件更加清晰,产生大冰雹所需的对流(位势)不稳定建立更依赖于"上干下湿"而不是"上冷下暖"。(2)H-/H+(冷云和暖云厚度比值)对于区分大冰雹与非大冰雹具有较好的指示效果,H-/H+高于1.6/1对判别产生大冰雹有参考价值。(3)相比于非大冰雹事件,大冰雹事件最大热浮力高度高于-5℃层,有利于托举雹胚进入有效增长层(-10℃^-30℃),促使雹胚生长为大冰雹。最大热浮力强度≥4℃可作为判别大冰雹与非大冰雹的关键阀值。(4)热传递与对流交换(Qcc)对大冰雹融化起主要作用,其贡献率与DBZ(冻结层高度)、tave(环境平均温度)呈反比关系;冰雹表层水膜因蒸发或重新凝结消耗潜热(Qes)对大冰雹融化影响表现在DBZ高度上的冰雹直径越小、Qes融化贡献率越大,大冰雹融化程度越大。高空的干层向下延伸到较低高度有利于大冰雹不被或少被融化,也是大冰雹事件WBZ(湿球零度层高度)显著低于DBZ的重要原因。(5)基于全文统计内容与对比分析,构建了一个判别大冰雹的物理参数模型,大气层结满足ΔTd85(850 h Pa与500 hPa的露点差)≥46℃、500 hPa的T-Td≥15℃、1000~700 hPa最小的T-Td≤2℃、H-/H+≥1.6/1,最大热浮力强度≥4℃、最大热浮力高度高于-5℃层时,有利于产生大冰雹。

中国天眼“FAST”所在地两次大冰雹天气过程的对比分析

利用常规气象资料、NCEP-FNL分析资料、新一代多普勒雷达和FY−2F卫星TBB资料,对比分析了近5年“中国天眼(FAST)”所在地的贵州省平塘县发生的2次大冰雹天气过程的环境场和物理量特征.结果表明:高空冷槽、低层低涡−切变线及中低空强盛的急流是2次大冰雹过程的共同环流特征;较强的不稳定层结、低层较丰富的水汽、一定的抬升条件是2次冰雹天气的共同物理量特征.但2次大冰雹过程的触发机制有所不同,“04.09”过程由地面辐合线触发对流引起,而“03.04”过程是静止锋冷垫之上触发的高架雷暴.0℃层和−20℃层出现在适宜的高度有利于雹粒的增长,0℃层和−20℃层的厚度较小但垂直温度梯度较大,更有利于形成大冰雹.SWEAT、CAPE指数对冰雹天气有很好的指示意义,降雹前的指数高值中心与冰雹落区吻合,且指数数值越大,冰雹的直径亦越大.较强的垂直风切变也是这2次大冰雹过程重要的影响因子.

南通市一次罕见大冰雹天气的成因分析

使用地面高空观测资料、NCEP6h再分析数据和CINRAD/SA雷达观测资料,对2009年6月14日发生在江苏省南通地区的一次强对流天气的环流形势、大气稳定度、雷达回波特征进行了分析。结果表明,此次冰雹发生在东北低涡建立起的沿海槽后大尺度背景下,500hPa的冷空气覆盖在中低层暖空气上,为冰雹、雷雨大风等强对流天气的出现提供了有利条件。从雷达回波上分析得知,引起这次强对流天气的风暴具有超级单体风暴的特征,西北边和东南边出现2条明显的出流边界和悬垂结构的特征;对流层中低层较强的垂直切变和合适的冻结层高度也成为了有利于降雹的条件。

研发中的美国强天气(龙卷、大冰雹和局地强降水)预报系统FACETs

美国强风暴实验室（NSSL）正在研发的FACETs系统预报对象包括龙卷、大冰雹和局地强降水,这套系统把预报信息同社会影响、人的心理行为和经济效益等学科相结合,把预报信息转化为同用户直接相关的问题.

关中西部致灾大冰雹天气分析

利用高空及地面天气图、宝鸡多普勒雷达资料,分析了2015年7月18日和2016年6月12日关中西部陇县两次大冰雹强对流天气成因及雷达特征。分析表明,两次过程环境条件比较一致,冷涡槽后西北气流携带的冷空气形成了对流不稳定层结有利条件,地面露点锋是强对流的触发机制。2015年7月18日冰雹是由中气旋的超级单体风暴产生,2016年6月12日冰雹是强单体风暴造成。两次过程中,持续的垂直累积液态含水量≥55 kg/m 2、反射率因子≥60 dBz和三体散射是大冰雹出现的重要特征。雷达冰雹指数(HI)、风暴追踪信息(STI)等产品可作为提前发布强对流天气预警的参考。

一次罕见大冰雹天气的新一代天气雷达回波分析

利用常规资料和多普勒雷达资料,分析了2011年6月24日洛阳嵩县冰雹天气过程。结果表明:高空横槽转竖,干冷空气入侵,中低层强的偏东风辐合,暖湿气流辐合上升,为冰雹的发生提供了有利的动力和水汽条件;高空冷平流,低层暖平流,为强对流性天气的发生提供了不稳定层结;适宜于冰雹生成发展的0℃层高度,指示有利于对流发展的各类指数,为冰雹的分析预报提供了较好的依据;早期的雷达回波信号及其所带来的天气,为提前对强对流天气性质正确判断和监测预警提供了较好的参考信息;强度>55 dBz的回波高度高于-20℃层高度,VIL值>60 kg/m2,回波顶高>12 km,有中气旋出现等,是降雹的可靠信号。

黔东南2012年4月10日大冰雹天气过程雷达回波特征分析

利用三穗新一代多普勒天气雷达对2012年4月10日发生在贵州省黔东南州的大冰雹天气过程进行跟踪探测,揭示了冰雹云形成发展、成熟和消散过程的主要回波特征。结果表明,强对流天气过程由多个对流单体组成,强回波区的反射率因子超过65 dBz,三体散射长钉的反射率因子最大值为21 dBz,最大长度20 km;径向速度有风暴顶辐散特征和逆风区存在,逆风区存在对大冰雹的出现有很好的指示作用;垂直累积液态水含量出现跃增现象,最大垂直累积液态水含量为56 kg.m-2;垂直风廓线中风向、风速出现较大垂直切变。

韶关市区一次罕见大冰雹灾害性天气过程分析

利用常规气象资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及多普勒天气雷达资料,诊断分析2012年4月15日韶关市区一次严重的大冰雹灾害性天气。结果表明:此次大冰雹天气是在高空槽、高低空急流、切变线、静止锋等天气系统的共同作用下发生的;冰雹发生之前的数小时韶关上游地区低层大气的湿层较厚,岭北与"三连"地区的对流上升高度很高,对强对流天气的发生有一定的指示作用;不稳定能量的累积是这次冰雹天气的必要条件,冷空气的入侵、切变线南压与低空急流的爆发则是触发机制;大气层结不稳定,0℃层与-20℃层高度适宜,0℃层与-20℃层之间的厚度较小,十分适合冰雹的生长,可作为强对流天气的预警依据;强风暴进入并离开雷达站的静锥区和"盲区",应采用附近雷达资料观测强风暴并及时发布预警;TBSS特征对大冰雹的产生有很好的指示意义,旁瓣回波对冰雹有一定预警作用,可以作为强冰雹预警的辅助指标。

贵州一次暖区飑线大风与大冰雹的雷达结构特征分析

利用常规高空和地面探测、观测资料,地面加密自动站分钟数据资料以及榕江站、贵阳站C波段多普勒天气雷达探测资料,分析了2020年3月23日贵州强对流天气的环流形势,并重点分析了榕江飑线大风及长顺大冰雹雷达回波特征。结果表明:①此次飑线大风与大冰雹发生在南支槽前暖区,地面热低压发展推动辐合线移动、低层西南暖湿气流、中层干冷空气、合适的0℃和-20℃高度均为此次飑线大风及大冰雹的产生提供了有利的环境条件。②雷达回波大冰雹特征突出:强回波悬垂,有界弱回波区,弓形回波,中心强度强(60 dBz以上)且50 dBz强回波伸展超过-20℃高度达到9 km以上,垂直积分液态水含量最高达到了70 kg/m^(2),连续超过两个体扫VIL≥60 kg/m^(2),回波顶高连续超过两个体扫在15 km以上。③飑线雷达回波大风特征明显:弓形回波形态特征明显且移动较快,移速约40 km/h,低层径向速度大,中层径向辐合大风区下传,速度零线通过观测站后大风加速。④短临预警业务中,对飑线大风天气,应重点关注低仰角速度大值区、中层径向辐合和弓形带状回波生成后移动发展对下游地区的影响;对大冰雹天气,应重点关注大于50 dBz强回波垂直扩展的高度、VIL和ET高值区的维持等。

一次大冰雹过程的成因初探

2006年7月12日下午5时前后,阳泉市遭受严重的冰雹、暴雨袭击,造成部分乡镇农作物受害,直接经济损失在3 000万元以上。为此我们以这次大冰雹天气过程为例,应用《阳泉市冰雹短期预报系统》、FY2C云图资料、多普勒雷达资料等方法,初步探索大冰雹天气的成因,以及在大冰雹出现前冰雹云的一些特殊结构特征,为今后的预报提供一些有价值的,有指示意义的预报指标。