青藏高原那曲地区地闪与雷达参量关系

基于2014—2015年5—9月西藏那曲地区多普勒天气雷达数据,结合地闪观测数据,识别雷暴单体样本,统计分析了地闪位置附近的雷达回波分布特征,并研究了高原雷暴的雷达参量与地闪频次的相关关系。结果表明:那曲地区地闪发生位置附近的雷达最大反射率因子呈正态分布,峰值分布区间集中于34～41 dBZ。发生地闪位置附近的20 dBZ回波顶主要集中于11～15 km高度,30 dBZ回波顶高分布的峰值区间则为8.5～12 km。分析表明:表征局地雷暴对流发展强度的雷达参量与地闪频次之间一对一的相关关系较差,但相关性随地闪频次增加而增强。基于雷达参量分段统计得到的对应分段平均地闪频次与雷达参量之间表现出较强相关关系,体现了宏观上闪电活动强度与雷暴发展强度之间的正向关系。其中,基于原始数值进行区间划分的强回波(组合反射率因子不小于30 dBZ)面积与平均地闪频次的线性相关系数达0.75,基于对数数值区间划分的7～11 km累积可降冰含量的对数值和地闪频次的线性相关系数达0.95。文中对比了多个雷达参量和地闪频次线性拟合与幂函数拟合结果,整体上幂函数拟合略好于线性拟合。

华南一次典型雷暴过程双偏振雷达参量与闪电活动关系研究

基于2017年5月8日华南地区一次典型飑线过程,分析了此次过程中闪电活动和-35~0℃温度层内双偏振雷达参量的分布特征以及双偏振雷达参量与闪电活动之间的关系。结果表明:此次飑线过程中,双偏振雷达参量与闪电频次的趋势在时间变化上有较好的一致性,且随着闪电活动的发生及雷暴过程的增强,双偏振雷达参量中的冰水含量、雷达反射率因子、差分反射率、差分相移率等偏振参量都有不同程度的增加,闪电频次高峰时间段对应各个参量最大值时间段。双偏振雷达各个参量最大值与闪电活动的线性拟合关系均优于多项式拟合关系。定性地发现了双偏振雷达参量与闪电活动的关系,可为将来将双偏振雷达参量加入到闪电临近预警预报提供一定的参考依据。

多雷达反演参量联合的短时强降水识别方法研究

借鉴美国ANC(NCAR Auto-Nowcast System)基于模糊逻辑原理的临近预报技术思路,采用SWAN(Severe Weather Automatic Nowcast System)系统中雷达基本产品及其反演产品,研发了多参量联合的短时强降水落区识别算法,重点研究因子选取、误差分析及参数设置。基于历史资料分析结果筛选出1h定量降水预报QPF(Quantity Precipitation Forecast)、雨强RI(Rain Intensity)、垂直累积液态水含量VIL(Vertically Integrated Liquid Water)、回波顶高ET(Echo Top)预报量作为识别因子,并设计出相应的隶属函数。结果表明,多因子联合识别短时强降水算法的CSI(Critical Success Index)指数为0.18,性能高于QPF判别法及仅使用单因子识别的模糊逻辑方法。强降水指数HRI(Heavy RainIndex)阈值设置测试表明,选择合适的HRI阈值有助于发挥算法性能,统计结果表明取0.5～0.6比较合理。同时,较高的空报率是影响算法性能的主要因素,包括地物杂波、因子场定常外推假设、不合适的Z-R关系、局地性强降水以及多种因素的共同作用。

双偏振雷达在江苏“7.6”降雹过程中的应用分析

针对2019年7月6日发生在江苏徐州、宿迁、淮安、南京以及常州一线的一次大范围冰雹天气过程,利用再分析资料分析天气背景、不稳定机制和抬升条件。通过徐州和南京S波段双偏振雷达偏振参量及宿迁和淮安的双多普勒天气雷达风场反演技术对冰雹云的热动力结构和微物理特征开展了详细的分析。结果表明:此次大范围冰雹天气发生在高空冷涡南落、横槽南摆,低层暖湿气流北抬,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面低压缓慢东移南压,提供了辐合抬升条件。此次降雹天气过程中,雷达回波图上显示有典型的冰雹云特征——三体散射长钉、回波穹隆结构、强度超过50 dBZ,中层径向辐合,风暴顶辐散等特征。双偏振雷达各偏振参量也表现出冰雹云的特点,出现冰雹的地区展现水平反射率因子Z_(H)大、差分反射率因子Z_(DR)小、相关系数CC小的特征,Z_(DR)值为-1.0~0.5 dB,CC值小于0.85;超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷、Z_(DR)柱、差分相移率K DP柱等特征。Z_(DR)柱、K DP柱和CC谷等双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。双雷达风场反演表明此次过程降雹集中时段,冰雹云的穹隆空间结构,降雹时刻存在的明显下沉气流。

黄河上游河曲地区人工增雨作业雷达资料的应用分析

本文利用2004年黄河上游人工增雨基地(青海省河南县)的711数字化天气雷达资料,结合地面常规观测资料,经过大量的统计和计算,根据人工增雨作业前后降水云系雷达参量的变化,对人工增雨的催化效应进行初步分析。

辽宁省3次暴雪天气过程雷达特征对比分析

利用欧洲中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA-interim再分析资料、常规气象观测资料及多普勒雷达资料,对辽宁省境内发生的2007年"0304"、2009年"0212"和2017年"0221"共3次暴雪过程进行对比分析,主要研究3次暴雪过程的大尺度环流背景条件、气团、水汽来源及雷达回波和雷达参量特征的异同。结果表明:辽宁省3次暴雪过程均为受高空槽影响产生的,高空低槽配合地面冷锋或倒槽,导致动力抬升条件增强;来自不同水汽源地的气团和冷暖气团的交绥是暴雪过程增强的关键因素;降雪过程的雷达回波强度不超过40 d Bz,回波顶高低于10 km;雷达参量Z_(max)和Z_(mean15)的演变与降雪过程强弱的变化对应较好,强回波中心增强和及地的时段与主要降雪时段较一致,可以揭示系统强度的变化和降水粒子的下落,对降雪天气具有一定的预报意义。

双线偏振雷达在广州“3.19”降雹过程中的应用分析

针对2016年3月19日发生在广州北部的从化和花都地区的一次冰雹过程,基于广州S波段双线偏振多普勒天气雷达和花都风廓线雷达以及NCEP再分析资料,详细分析此次过程的天气背景和雷达回波及雷达参量演变特征。结果表明,在此次冰雹过程中,回波强度普遍大于50 d Bz,回波顶高在10 km以上,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征。双线偏振雷达各偏振参量(反射率因子ZDR、单位差分传播相移KDP和相关系数ρHV)反映出冰雹云的典型特征:在基本反射率大、ZDR小、ρHV小的区域出现冰雹,ZDR值通常为-1.0~0.2,ρHV值普遍为0.7~0.9;ρHV和ZDR在低仰角的表现比高仰角更有效;KDP有一定指示意义,但判别效果不明显。采用的双线偏振雷达算法产品识别粒子相态结果容易出现空报现象。

雷达资料在河南省夏季雷电临近预报中的应用研究

利用河南省三维闪电探测系统资料、新一代天气雷达资料和探空资料,选取河南省2018年6月—8月25次对流单体天气过程,对比分析了雷暴单体和非雷暴单体的雷达回波特征,统计了雷暴初始闪电的特征,总结了河南省雷暴单体初始闪电的临近预报指标,并对初始地闪阶段雷达参量与雷暴未来电活动强度的关系进行了分析.结果表明:所选雷暴单体中,初始云闪提前于初始地闪的有12次,占比63.2%;初始地闪为负地闪的雷暴单体占比84.2%;比较适合河南省夏季雷电临近预报的雷达参量为30 dBZ回波顶高和7 km高度强回波面积,利用这两个参量可以使雷电临近预报临界成功指数达到95%,初始地闪预报时间提前约20 min;初步利用雷达参量与雷暴未来闪电数量进行相关性分析,发现初始地闪阶段40 dBZ回波顶高与最初半小时闪电数量的相关系数为0.82,说明初始地闪发生时的雷达参量可以较好地指示雷暴未来半小时电活动强度.

线状中尺度对流系统内多个强降水单体的结构演变及闪电活动特征

利用多普勒雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统和气象自动站等观测资料,以线状中尺度对流系统内多个γ中尺度强降水单体为研究对象,揭示了单体之间、单体与β中尺度线状对流系统的多种相互关系,设计多种雷达参量对单体的结构演变进行定量化描述,进一步建立了对流单体结构演变与闪电活动的相互关系。得到以下结论:(1)线状中尺度对流系统内顺义、房山、固安、宝坻对流单体分别造成了1 h降雨23、50、27、70 mm,在其演变过程中,顺义单体被另一个单体追逐、供给,房山单体包括2个更小单体的合并过程,而固安、宝坻单体的初生和发展与线状中尺度对流系统是被喂养、吞食的关系。(2)设计的雷达参量V_(40)(40 dBz强回波核的体积大小)、V_(40UP-6)(6 km高度以上40 dBz强回波核的体积大小)、S_(ET11)(回波顶在11 km处的回波范围大小)量化描述了单体的三维结构演变特征,F_(ic)(云闪频数)和F_(cg)(地闪频数)与上述雷达参量关系密切,如与V_(40UP-6)的相关系数为0.63—0.97;而F_(ic)比F_(cg)更敏感地呼应单体结构的变化。(3)固安单体在成熟阶段,主正电荷区(即辐射点最大密集区所处的地方)维持在较低位置,远低于其他单体在成熟阶段主正电荷区的高度。(4)在对流单体合并后,F_(ic)和F_(cg)增大且主正电荷区明显抬升、闪电频数陡增对应降水强度增大、闪电频数峰值超前于降雨强度极值等特征,对灾害天气的预警具有积极意义。

基于大气层结和雷暴演变的闪电和降水关系

选取2006—2008年发生在北京及其周边地区的28次雷暴过程,基于大气不稳定度参数和雷达参量对雷暴过程进行分类,分析了不同分类条件下的总闪电活动(SAFIR3000三维闪电定位系统观测)和对流降水(雷达反演)的关系。结果表明:整体而言,总闪对应降水量的平均值为1.92×10~7kg·fl^(-1)。依据对流有效位能和抬升指数对雷暴进行分类的分析表明,较强的不稳定状态对应了较小的总闪对应降水量,同时总闪频次和对流降水量的相关性更好。基于雷达特征参数的分类分析表明,总闪对应降水量在对流运动较弱情况下最小,其次是对流运动较强的情况下,而对流运动适中时最大。

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θse随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率ZDR、差分相移率KDP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在ZH大、ZDR小、CC小的区域出现冰雹,ZDR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。

华南飑线系统对流与层云区闪电起始和通道位置处的云微物理特征

利用广州S波段双偏振雷达观测数据和低频电场探测阵列三维闪电定位数据,分析了2017年5月4日和5月8日华南地区两次飑线过程中闪电起始和通道位置处的雷达偏振参量和降水粒子特征。两次飑线中约80%的闪电起始和通道(统称闪电放电)定位于对流区。对流区闪电放电位置处的雷达反射率(ZH)要比层云区平均大4~5 dBZ,其它偏振参量的平均值较为接近。闪电放电位置处的ZH中值随高度增加而减小,但差分反射率(ZDR)、差分传播相移率(KDP)和共极化相关系数(CC)在−10℃层以上随高度变化不大;−10℃层以下,对流区闪电放电位置对应ZDR和KDP随高度下降明显增大。闪电起始位置的平均ZH比闪电通道位置处的平均ZH大1~2 dBZ,但前者在对流区内对应ZH分布峰值区间为25~30 dBZ,弱于后者的30~35 dBZ;同时,它们的对比关系在−20℃层上下不同。对流区内闪电放电位置处的主导性粒子是霰和冰晶,它们的区域占比接近。在层云区内,闪电放电位置主要是干雪和冰晶,干雪区域的占比显著大于冰晶。

山东半岛一次降電天气过程分析

针对2021年10月1日发生在山东半岛的一次冰電并伴有雷雨大风和短时强降水的强对流天气过程,基于烟台SA波段双线偏振多普勒天气雷达以及ERA5再分析资料,详细分析此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征。结果表明:此次局地强对流天气发生在高空冷涡南撤、涡后冷切南摆的环流背景下。高空辐散中心对应冰電发生区,地面低压中心东移提供了辐合抬升的条件。山东半岛北部上空垂直方向干冷空气叠加在暖湿气流之上,地面附近至600hPa为se随高度减小的对流不稳定层和0~6km强烈的垂直风切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降天气过程,雷达回波强度普遍大于50dBZ,垂直积分液态含水量(VIL)和回波顶高(ET)都很大,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征,呈现典型冰電特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率ZDR、差分相移率KDp和相关系数CC)也都反映出冰電云的典型特征:在ZH大、ZDR小、CC小的区域出现冰電,ZDR出现空洞区,CC值普遍小于0.85;超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷特征;可以根据KDp大值区域来辅助识别大冰区。