天山北坡“20080826”超级单体的Doppler雷达资料分析

利用石河子C波段Doppler雷达资料,对2008年8月26日下午至傍晚发生在天山北坡带中部石河子垦区全区性的一次强对流天气过程进行分析,结果表明：引起这次全区性的强对流天气风暴具有超级单体风暴的特征。这个超级单体南边出现明显的出流边界,并位于弧形回波带的南部。组合反射率因子垂直剖面图上呈现出有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,其值达到65 dBZ、位于回波墙中上部。在中低层径向速度图上,弧形回波带的北部出现辐合区,其东南部呈现出一个中尺度气旋,旋转速度达到20 m/s,风暴顶为强烈辐散,正负速度差值达52 m/s,其中3 000~6 000 m之间表现最为典型;与中气旋对应的回波强度和回波顶高以及垂直液态含水量都在暴雨中心附近达到最大。50dBz的回波顶高达9.8 km、宽度约10 km,60 dBz的回波顶高达到8.7 km、宽度约7 km,65 dBz的回波顶高达到8.0 km、宽度约2 km,垂直液态含水量从16∶16的8 kg/m跃增到17∶34的70 kg/m,该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约30°,属于右移风暴。

基于机器学习技术的黄山风景区及周围雷电临近预报方法

为探究影响山岳型景区雷电发展的关键因素,实时掌握黄山风景区及周围雷电发展趋势,采用多普勒天气雷达、气象探空、闪电定位等多种监测数据,根据雷电发生基本物理原理,从系统强度、旺盛程度和移动趋势3个方面提取雷达回波特征作为关键预报因子,基于多种机器学习算法建立了雷电临近预报模型,结果表明:随机森林(RF)、逻辑回归(LR)、K-临近(KNN)、贝叶斯(GNB)、支持向量机(SVM)5种机器学习算法均对雷电具有一定临近预报能力,RF的TS最高,SVM漏报率最低,LR空报率最低;在RF算法中雷暴系统强度和发展旺盛程度两类因子起主要作用,其中作用最大的是雷暴系统强度中-20℃层高度雷达基本反射率,其次是0℃层以上回波厚度。

2022年3月14日江西及周边地区冰雹回波特征分析

为更好地开展对江西冰雹天气的监测预警工作,使用MICAPS数据、自动站数据、雷达拼图数据、雷达PUP产品数据、双多普勒雷达反演风场数据、冰雹灾情照片视频和微信冰雹信息反馈等资料,采用天气学、雷达气象学等原理与方法,对2022年3月14日江西及周边省份冰雹回波特征进行分析,结果表明:3月14日,江西及周边省份多地出现冰雹,20个区域站出现≥17.2 m·s^(-1)的大风,24个区域站出现≥50.0 mm的降水,且雷暴大风和冷空气大风混合出现。200 hPa高空出流区、500 hPa南支槽和风速切变、850 hPa低涡和切变线、地面辐合线和西南倒槽是冰雹天气主要系统;南昌订正后较大的CAPE、较强逆温层、中层干区和低层湿区为冰雹天气发生提供了环境条件。冰雹以超级单体回波为主,有时孤立存在,有时存在于回波群、回波带之中;回波强度≥60 dBz,强回波面积最小≥18 km^(2),最大≥180 km^(2);30~60 dBz强回波梯度距离≤6 km,具有明显的云砧前伸回波;冰雹回波生命史多数在2 h以上。在冰雹回波识别中,垂直积分液态水含量(VIL)是一个很重要的特征。江西冰雹单部雷达VIL在35~60 kg·m^(-2),雷达拼图上VIL为35~50 kg·m^(-2)。在冰雹回波2.5 km CAPPI图上,冰雹回波强度均≥60 dBz,最大可达65 dBz;在双多普勒雷达反演风场上多数回波中心具有中涡旋结构、侧面辐合风场、南北风场辐合等特征;有些个例风场比较凌乱。上述分析结果为江西冰雹天气的监测预警提供了分析依据。

曲靖一次人工防雹多普勒雷达回波及作业分析

基于多普勒雷达资料和人工防雹作业信息,对2019年6月11日云南省宣威市境内出现的一次强冰雹云天气过程进行分析。结果表明,在此次过程中,多普勒雷达回波的判别及监测、防雹作业时机、用弹量把握情况会直接影响作业效果。

一条中尺度雨带的多普勒雷达回波特征及环境条件分析

该文利用 3830 /CC单多普勒雷达加密资料和Micaps客观分析资料 ,对 2 0 0 2年 8月 2 2日在副高外围偏南气流影响下 ,对流回波发展形成中尺度NNE—SSW向带状回波的演变及其环境条件进行分析。结果表明 :带状回波是造成这次中尺度雨带的直接影响系统 ,偏南暖湿气流源源不断沿着带状输送 ,利于带状回波的维持和发展 ;强降水主要发生在低层风随高度顺转 (暖平流 )、高空有急流和出现逆风区的阶段 ,副高外围偏南气流为带状回波的形成和发展提供了水汽和热力条件 ,而高空倒槽为其提供了动力条件 ,湿位涡的分布特征较好地说明了这一点 ,带状回波和雨带出现在斜压不稳定和正压稳定而中低层为负涡度环流的潜在不稳定区中。

沈阳一次局地大暴雨过程中逆风区的回波演变

利用沈阳CINRAD/SA多普勒天气雷达观测资料及加密自动站资料等,对2009年7月11日发生在沈阳西部的中尺度大暴雨天气过程进行分析。结果表明:雷达1.5°仰角PPI图上有逆风区存在,逆风区出现的时间要比强降水出现的时间早10 min以上,强降水区与逆风区、强回波区、VIL值的大值区有较好的对应关系,逆风区的出现对强对流天气的预报预警有指示作用。

一次雷暴前后大气折射率的多普勒天气雷达测量试验及结果

由温度、气压和水汽压决定的大气折射率会影响天气雷达电磁波的传播路径和目标回波的相位。因此,通过测量目标回波相位的变化能够算出大气折射率的变化,进而得到水汽信息,为研究局地对流天气和水汽平流提供资料。本文阐述了多普勒天气雷达反演大气折射率的原理和方法,并利用江苏省气象台的S波段多普勒天气雷达反演了一次雷暴过程前后的大气折射率,表明了雷达探测大气折射率的可靠性。这项工作有望为研究水汽变化和天气过程提供高分辨率的遥感资料,也可以为数值模式提供水汽场辅助数据,有良好的应用前景。

多普勒雷达非降水回波在临近预报中的应用研究

本文研究了多普勒天气雷达速度图上非降水回波(不包括地物回波)的空间结构,并对太原雷达站两年多以来的多普勒天气雷达观测到的“非降水回波”的速度特征进行了深入、系统的分析。发现非降水回波的强度虽然很弱,但其速度回波显示出冷暖平流和大尺度风向、风速辐合(散)相结合的特征。统计结果表明,56次降水过程中,有52次降水发生前的非降水回波具有辐合特征,且非降水回波辐合特征的出现较本站降水发生均具有一定的提前量,为临近预报提供了一种新思路。

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明:本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率(DBZM)≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量(VIL)和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现"POS"报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。

一次低涡强暴雨的雷达回波特征

利用大气环流背景及物理量客观诊断和西峰新一代多普勒天气雷达回波资料,对2007年7月24日河套深厚低涡造成的甘肃环县短时强暴雨过程进行了分析,结果得到：河套低涡在铅直剖面上对应有深厚的正涡度场分布;强暴雨前天气雷达强度回波反射率因子大于等于50 dBz,随高度无明显＂跃增＂,回波强中心在0℃层附近;径向速度回波的水平辐合和大于等于±20 m/s的速度中心对在2~7 km高度上活跃;云顶高度＂跃升＂变化显著;垂直液态水含量大于等于45 kg.m-2大值中心面积迅速扩大,对监测预警短时强暴雨天气和实施人影防雹作业,具有一定指示意义。

一次伴随强烈龙卷的强降水超级单体风暴研究

利用徐州多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2005年7月30日发生在安徽北部的伴随强烈龙卷和暴雨的强降水超级单体风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)该强降水超级单体产生在中等大小的对流有效位能和较大的深层垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度很低,边界层内的低层垂直风切变很大,地面存在阵风锋。上述中等程度的对流有效位能值和大的深层垂直风切变有利于超级单体风暴的产生,而大的低层垂直风切变、低的抬升凝结高度和地面阵风锋的存在有利于F2级以上强龙卷的产生。(2)该超级单体的演化可以归结为"带状回波-典型强降水超级单体-弓形回波"三个阶段。在带状回波阶段,该超级单体的发展从一条狭长对流雨带的变短变粗开始,雨带中间的对流单体内首先有中气旋发展,从4km左右高度首先出现,然后同时向上和向下发展,前侧入流缺口变得明显,接着雨带南端的单体中也有中气旋发展。在典型强降水超级单体阶段,雨带南端单体逐渐与中间单体合并,构成一个庞大深厚的强降水超级单体和被包裹在其中的直径12 km左右、深厚强烈的中气旋,然后由于后侧入流的开始出现,低层回波形态层演变为"S"形,而中层回波呈现为螺旋型。(3)龙卷出现在"S"形回波阶段,在龙卷出现前,有一个龙卷涡旋特征TVS(Tornadic Vortex Signature)出现在中气旋的中心,其对应的垂直涡度值估计为6.0×10-2s-1。龙卷地点上空有很强的风暴顶辐散,散度值约为0.8×10-2s-1。弓形回波阶段的开始由在弓形回波北部逗点头回波的中心的另一个中气旋形成为标志,原有的中气旋位于弓形回波顶点附近,随后弓形回波的北宽南窄的不对称结构逐渐明显,原有的位于弓形回波顶点附近的中气旋消失,并出现地面直线型风害。另外,还对此次过程中气旋产生和超级单体形态的演变的可能机制进行了探讨。

北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析

分析了2006年6月24日北京地区一次罕见的瞬时极大风速超过32 m.s-1的雷暴大风事件。多普勒天气雷达观测表明,此次强雷暴大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关。后侧入流急流促使飑线回波带南段快速移动并与其前面的新生单体合并加强形成弓形回波。深厚的中气旋、低层径向速度辐合和高层辐散等在构成弓形回波的强对流单体形成过程中起了重要的作用。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风直接由构成弓形回波的一个强对流单体内的下击暴流导致。使用微波辐射计和风廓线仪的观测资料揭示了上述强风暴发生的环境条件,即高的对流有效位能值、中等强度的风垂直切变,以及风切变的分布特征为飑线等的产生提供了有利条件。下沉对流有效位能和对流层低层环境大气温度直减率明显增加并接近干绝热,这对即将到来的下击暴流具有指示意义。

准葛尔盆地南缘一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用常规气象探测资料、自动站资料和石河子CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料,对2010年6月28日发生在准葛尔盆地南缘的一次强对流天气进行了分析。结果表明:这次强对流天气发生在高空低槽和地面冷锋的相互配合,且大气层结不稳定条件下,中高层干冷低层暖湿,水汽条件充沛,0℃层和-20℃层的高度适宜,同时具有强的垂直风切变。在多普勒雷达反射率因子PPI图上出现了>50dBZ的强回波区及>60dBZ强回波中心;在RHI图上出现了穹窿结构,且>50dBZ强回波区高度远高于当天0℃层的高度;在平均径向速度图上出现了中气旋、逆风区;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用;中气旋产品(M)和风暴跟踪信息(STI)都对冰雹天气的出现具有很好预警意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。

多普勒雷达晴空回波识别与应用

在现有多普勒天气雷达资料质量控制基础上,采用徐州雷达站2009年4月和9月雷达资料,统计并对比几种常见的降水回波与非降水回波特性,找出一种有效地识别晴空回波的方法。该方法在不同径向距离区间(小于25km及25～200km)采用不同的识别参数,能够较好地将非降水回波中对临近预报有用的晴空回波信息保留,而将其他非降水回波信息(地物回波、超折射回波等)剔除。依据该方法识别的晴空回波区域所对应Doppler速度可用于判别大气平流状况,从而为预报工作提供帮助。

多普勒天气雷达径向速度产品在预报中的应用

对江苏南京雷达站四年内降水前多普勒天气雷达径向速度回波及其VWP产品的特征进行了具体的研究。速度回波图的统计结果表明,非降水回波的辐合特征和降水的发生是相关的,对降水过程的发生具有一定的提前量,该预报提前量存在地域差异和季节差异。对VWP产品的统计分析表明,风向随高度顺转且风速随高度增大时,有利于降水系统的维持和发展;同时"ND"厚度和相对湿度在大面积层状云或混合云降水过程中呈反相关,在一定程度上反映了相对湿度的变化,且"ND"厚度的变化对降水的产生也有一定的提前量,对短时预报有指导意义。

江西两种典型强对流天气的雷达回波特征分析

选取江西12次典型强对流天气过程,从7个方面对冰雹、雷雨大风和短时强降水2种强对流天气的多普勒天气雷达回波特征进行对比分析。分析结果表明,江西冰雹、雷雨大风天气45～55 dBz强回波平均高度为12.6 km,≥-25℃等温层的高度,比短时强降水天气高5.7 km。弱回波区或有界弱回波区、三体散射长钉、持续高垂直积分液态水含量、中气旋、下湿上干和强风垂直切变等,都是冰雹、雷雨大风天气的典型特征;相对平均径向速度图上“S”形暖平流及表现强低空急流的“牛眼”、深厚的湿度层等,则是短时强降水天气的主要特征。

适合飞机人工增雨作业天气系统的雷达回波特征分析

应用2004～2005年沈阳辉山新一代天气雷达资料和常规气象资料，对实施飞机人工增雨作业的天气系统、增雨作业云系及其雷达回波特征进行了归纳和分析，并提出了飞机人工增雨作业条件和作业时机、作业区域等判别方法，为实施飞机人工增雨作业提供科学依据。

一次弓状回波、强对流风暴及合并过程研究Ⅰ:以单多普勒雷达资料为主的综合分析

利用济南CINRAD/SA雷达探测资料,结合卫星、自动站和其他常规天气资料,分析了一次弓状回波和强对流风暴的发生、发展,弓状回波和强对流风暴合并形成新弓状回波后又演变成逗点回波的过程。结果表明:(1)强对流过程发生在东北低涡横槽转竖过程,大气环境具有较大的对流有效位能和中等强度的低层垂直风切变。FY-2C卫星的红外云图显示,产生弓状回波的云团是在邻近云团的出流边界影响下发展、加强的,而地面自动站资料清楚地显示出弓状回波影响区域温、压、湿等在20min内发生的剧烈变化。(2)多普勒雷达产品资料分析表明,这是一次典型的弓状回波过程,系统演变经历了典型弓状回波演变过程的每一个阶段:高大对流回波、弓形和矛状阶段及逗点回波阶段。(3)强对流风暴出现在弓状回波前沿约75km的暖区中,具有普通超级单体的一些特征,移动缓慢。(4)弓状回波和强对流风暴合并阶段,弓状回波已处于逗点云系的后期。超级单体逐渐靠近弓状回波的颈部,在短时减弱后又快速发展并填补了弓状回波减弱部分。在弓状回波后侧强入流作用下,超级单体发展成弓状回波,并很快演变成逗点云系,其旋转头部发展很强并产生灾害性大风。

多普勒雷达速度场缺测区域填补技术的数值模拟

针对多普勒天气雷达探测风场时,常因大面积无回波区的存在,对提取平均散度和平均形变信息的精度有较大影响。利用Sirmans建议的技术来模拟降水回波信号,得到含有0、1、2阶谐波的平面线性速度场并进行加噪处理,得到近乎真实的多普勒速度场。对模拟的平面线性速度场人为设定无回波区,利用VAD技术和迭代法对平面线性速度场做连续性缺口和非连续性缺口的迭代法填补。数值模拟结果表明:对于模拟的无噪声平面线性速度场,迭代法可以基本无误差填补连续性累积缺口在10°到180°的速度场无回波区;对连续性累积缺口,在σ_v=2m·s^(-1),SNR≥5 dB和SNR=20 dB,σ_v≤4 m·s^(-1)的情况下,连续性累积缺口在120°以内,迭代法能较高精度地填补速度场无回波区,填补后0、1、2阶谐波误差绝对值基本能控制在15%以内,80 km距离圈上缺口处迭代前后速度相对误差均在30%以内;对非连续性累积缺口为0°～180°的平面线性速度场,在附加不同噪声条件下,迭代法均可较好地填补累积缺口在180°以内的平面速度场,且80 km距离圈上缺口处迭代前后速度值误差均能控制在15%以内。说明利用迭代法填补多普勒速度场无回波区,填补效果较好,精度较高,这对改善从多普勒速度场中提取平均散度和平均形变信息的精度有极大的帮助作用。

一次强对流风暴的新一代天气雷达特征分析

利用兰州皋兰山的CINRAD/CC多普勒天气雷达资料,对2005年5月30日15～19时发生在甘肃中部地区的一次强对流风暴进行了分析。引起此次强对流风暴的中尺度天气系统是飑线,飑线尾部位于甘肃中部的强雷暴区在15时生成,沿东南方向移动,在16时15分至17时03分多单体风暴加强合并为超级单体风暴,并呈现出人字型回波、带状回波特征。此次超级单体南边出现2条明显的出流边界,一条位于钩状回波的西南,一条位于钩状回波的东南。超级单体左前方的低层反射率因子呈现明显的倒“V”字型结构,最大的回波强度出现在有界弱回波区之上,其值>70 dBZ,相应径向速度图呈现出成熟的中气旋特征,期间垂直液态水含量持续偏高,最大垂直累积液态水含量>70 kg/m2,回波顶高达17～18 km,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。