一次海风锋触发的多单体雹暴及合并过程的观测分析

综合利用雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统、微波辐射仪和加密气象自动站等多种观测资料,针对一次与海风锋有关的多单体雷暴造成的大冰雹事件,通过雷达图像和多种雷达、闪电参量的定性、定量分析得到以下结论:(1)地面局地不稳定区配合湿冷的海风锋是触发雷暴并促进其发展的机制,局地背景条件对雹暴发生的预警时间达2h。(2)γ中尺度或小的β中尺度对流单体间的合并主要出现了2种类型,即独立型合并和喂养型合并。对流单体合并时,云桥有时在单体间的中空(4—6km)、有时在高空(9—10km),而二者成因的物理机制截然不同。(3)独立型合并的瞬间(约12min内),雷暴整体上升的发展趋势受到抑制;合并后,上升重新加强发展。降雹和云闪频数峰值出现在独立型合并之后,而喂养型合并处在雷暴消亡阶段,闪电频数平稳下降。(4)雷达参量Zmax、Zmean15、V40、V50等可以定量地描述雹暴三维结构变化,并且,能间接地反映云体发展空间大小、上升气流强弱、水成物粒子多少及其相态。雷达参量V40-Fup、V40-Fdown、SET11能描述合并、降雹、闪电活动时雷暴结构变化。

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式 ,模拟了1 996年 6月 2 9日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程 ,并结合多普勒雷达探测资料 ,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变。模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征 ,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等。同时 ,模拟分析了冰雹形成的微物理过程 ,结果表明 ,本个例模拟雹云中 ,冰雹粒子主要由冻滴 (CNfh)和霰 (CNgh)转化形成 ,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多 ,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致 ,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程 (CLch、CLrh)而进一步长大的。

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。

一次超级单体强雹暴发展演变过程的观测分析

利用FY-2D/E卫星和TITAN雷达观测,对2011年4月17日广东一次超级单体强雹暴发展演变过程进行了综合分析。由卫星云图和地面监测实况资料,可分析出云体初生、发展、成熟至消亡的整个生命史,从初生到消亡移动距离达到了600 km以上,维持了10 h以上,造成广东境内6个区县发生了降雹;云体在成熟期一直保持着一个孤立的椭圆形云团向东南方向不断移动,云体覆盖面积很大,长度达300 km以上,宽度达100 km以上,云体局部最低亮温达-75℃以下,为典型的超级单体强雹暴。从雷达回波演变图上看到,10-14时成熟期的回波一直保持"弓形",且"弓形"回波在整个过程中断裂过两次;雷达回波组合反射率图上出现"V"型缺口;整个成熟期出现了典型的有界弱回波区(穹窿)和其上的强大回波悬垂,以及有界弱回波区左侧回波墙;速度场上,东风和西风辐合是造成穹窿结构维持的原因,呈现了典型的超级单体特征。通过TITAN计算得到冰雹指数及风暴属性显示,该超级单体具有降强冰雹的潜势,其中降雹概率POH在10:10-14:10一直维持100%,这对超级单体风暴降雹的短时临近预报及人工防雹作业有重要的指示意义。

具有双有界弱回波区特征的超级单体雹暴雷达回波分析

利用多普勒天气雷达,对2008年3月20日凌晨发生在柳州地区的超级单体雹暴,在垂直风切变、三体散射、中气旋、三维结构和风暴属性方面进行了详细分析,结果表明,三体散射(TBSS)特征回波可以作为判断冰雹云、防雹预警的指标,并且具有一定提前量,最大时间提前量可达半个小时,高反射率因子区域越大,TBSS的长度越长,最大长度可达20 km;雷暴尺度涡旋的出现有利于大冰雹的生成;垂直积分液态水含量(VIL)值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持;对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势;双倒"V"字型入流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。

重力波对一次雹暴天气过程演变的影响

利用北京地区雷达、风廓线仪和稠密的自动站观测资料,对2005年5月31日午后多次出现雹暴现象的飑线天气过程进行了中小尺度诊断研究,揭示了雹暴系统的发生、发展和再生过程与地面气象要素分布之间的关系,重点分析了重力波对雹暴单体、雹暴群演变、移动的影响。结果表明:(1)在有利于强对流发生的大气环流背景下,由地形、强雹暴产生的重力波,不仅催生新的风暴单体,而且对风暴单体的移动、发展或减弱产生直接影响;(2)不同强迫源(地形、强雹暴)引发的、具有不同振幅、波长和波动周期的中尺度重力波之间通过复杂的相互作用过程对多个风暴单体的演变产生了重要影响,有利于雹暴群的形成。

强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析

利用我国各地11次强对流事件中23个产生S波段雷达三体散射的雹暴的新一代天气雷达数据，总计499个三体散射样本资料，综合并详细地讨论了我国S波段多普勒天气雷达三体散射的统计特征，也讨论了将这一现象应用于强冰雹辅助预警的可能性。同时对目前国内S波段雷达所观测到的最典型的三体散射个例从“三体散射回波”出现到消失的全过程进行了仔细分析，结果表明：（1）在最小反射率因子显示阈值为-5dBz的情况下，产生S波段雷达三体散射的最小反射率因子在60dBz左右，86％的三体散射长钉（TBSS）出现在反射率因子强度≥63dBz时；（2）TBSS长度与强反射率因子核心区面积大小及反射率因子核最大强度呈密切的正相关，也就是说，反射率因子核心强度越大，高反射率因子的区域越大，TBSS的长度就越长；（3）TBSS出现的最大高度为12．5km，最低高度是1．1km；61％的TBSS出现在3～6km高度之间，TBSS在4～5km高度出现次数最多，然后向上、向下减少；TBSS长度≥10km的出现次数同样以4～5km高度最多，然后向上、向下迅速减少；（4）TBSS主要在雹暴位于雷达的西半边时出现；（5）雹暴云在不同性质的下垫面上空均能产生雷达TBSS；（6）TBSS的持续时间几乎都超过30min，其中持续时间在30～60min的情况居多，还有部分TBSS持续时间超过90min；（7）在出现TBSS时，几乎所有雹暴都降了2cm以上的强冰雹，同时80％左右的产生2cm以上直径冰雹的强雹暴都产生了三体散射，因此TBSS可以作为强冰雹的一辅助预警指标，以有效降低强冰雹预警的虚警率；（8）在产生三体散射的23个强雹暴中，有一半以上是超级单体和准超级单体风暴，超级单体雹暴中的中气旋有利于大冰雹的形成。

滇西南一次超级单体持续降雹过程分析

利用多普勒天气雷达3830/CC和分辨率为1°×1°的NCEP再分析资料,对一次南支槽影响滇西南超级单体雹暴过程进行分析.结果表明:2 h以上深厚持久中气旋、低层辐合高层辐散和和风速随高度增加等中尺度径向风场结构利于低层暖湿空气辐合进入云体和倾斜旋转上升,形成低层弱回波区(Weak Echo Region,WER)、钩状回波和中高层回波悬垂,北侧冷平流入侵形成“V”型槽口,保障超级单体雹暴持续4 h以上,冰雹粒子强烈散射作用形成旁瓣回波.径向风辐合增强并扩展至8 km高度,回波强度、顶高、50 dBz回波高度、−20℃层回波强度、垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid,VIL)等参量波动增大,尤其中气旋非常利于超级单体发展和冰雹粒子生长,在中气旋到达强盛阶段(旋转速度≥10 m·s^(−1))26 min内5个特征参量先后出现最大值.南支槽前中层西南气流的汇合提供水汽条件,中低层强垂直风切变提供抬升动力条件,近地层中尺度辐合线创造对流触发条件,低层温湿度锋区提供对流不稳定,而上冷下暖及低层湿度适中、中层高湿、高层干的垂直结构加剧对流不稳定,产生足够上升气流,形成上升气流与下沉气流共存的垂直环流系统,导致超级单体雹暴持续发展并在近地层中尺度辐合线和温湿度锋区附近降雹.

局地强雹暴的雷达回波特征

利用 1 998、1 999两年来观测到的局地强雹暴的雷达回波资料 ,分析出了

内蒙古东北部一次雹暴天气的雷达和闪电特征分析

利用多普勒天气雷达资料、ADTD闪电定位仪资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2020年6月20日午后内蒙古东北部一次以冰雹为主的强对流天气的环境条件、冰雹单体的雷达回波演变和闪电特征进行了综合分析。结果表明:①6月20日强对流天气主要发生在冷槽东移和地面暖倒槽强烈发展的环流形势下,倒槽锋生过程中地面辐合线的长时间维持促使对流风暴生成加强东移,造成下游大范围冰雹灾害。②本次强对流天气是多个风暴单体共同作用的结果,多单体相互作用过程中移动缓慢,叠加效应使同一地区经历多次冰雹天气,损失严重。③强对流天气过程降雹区出现高强度的正地闪,闪电的空间分布与雷达回波一致,降雹期间正闪频次跃增,降雹后正闪频次跃减。

一次西北气流型冰雹过程分析中加密观测资料的综合应用

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达、天津255m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、北京和乐亭两个探空站、5min间隔自动站观测资料和自动站J文件,对2014年6月22日天津地区一次漏报冰雹过程对流系统的演变特征进行精细化分析。结果表明:(1)这次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场发生的,冰雹入侵路径是少见的东北路径;(2)雹暴单体发展于地面"人"字形辐合线"捺"部顶端,配合干线的共同作用造成雹暴单体加强发展,形成阶段近地层强东风入流加强地面风速辐合和干线的强度。成熟阶段气象要素的骤变(降温、升压、增湿)远强于形成和发展阶段的变化;(3)雹暴后侧入流区东北气流的维持及其下传对雹暴单体的增强起到重要作用。前侧入流区东北气流则自地面向边界层伸展,且临近降雹时塔层气象要素均有短时间的反向变化;(4)风暴追踪信息显示雹暴单体质心高度在3~4km,回波顶高远超过-20℃高度,最大反射率因子高度存在3次明显下落,发展阶段垂直液体含水量达最大55kg·m^(-2)。

1次沿海槽后冰雹过程的多普勒雷达产品分析

对2004年5月21日发生在江苏沿江苏南的1次冰雹过程的多普勒雷达资料进行了详细分析。结果表明:此次东北低涡形势下的多单体雹暴回波沿槽后西北气流方向移动,移动速度快,产生冰雹时回波强度强,顶高不是很高;在多普勒速度图上表现为在中小尺度范围内的速度梯度大,速度场和强度场的垂直配置提示回波强中心未来位置,冰雹指数产品对强对流天气预报具有很好的指导作用。

桂北一次冰雹过程综合分析

利用柳州多普勒天气雷达、常规观测和地面自动站资料,对2008-03-20发生在广西北部的超级单体雹暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。主要结果如下:①即使位势不稳定较低,只要0℃层和-20℃层高度适中、有较强的垂直风切变,并且具备一定的水汽条件和触发机制,就有可能发生雹暴。②VIL值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持。③对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势。④双倒"V"字型入流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。

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。