多普勒雷达V型缺口特征在冰雹预报预警中的应用分析

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用,对V型缺口特征及预报预警指标进行检验并订正。结果表明:降雹在V型缺口出现后开始,在V型缺口消失前结束;降雹概率与V型缺口起始高度无明显的对应关系;V型缺口对应的上升气流高度≤4 km时无降雹;V型缺口理想的观测仰角为2.4°~6.0°,最佳观测仰角为2.4°;强回波区呈现“蝴蝶状”是降雹最强阶段。降雹开始阶段预报预警指标及关注点:(1)V型缺口有弱回波区或有界弱回波区;(2)初始V型缺口沿径向长度>30 km,当≤30 km时上升气流伸展高度要超过4 km;(3)平均径向速度具有低层辐合高层辐散特征。满足以上3点可预报有冰雹出现,如果V型缺口首先在6.0°仰角观测到,可预报有大冰雹出现(直径大于1 cm),并立即发布预报预警信号。冰雹持续期间预报预警指标及关注点:(1)>50 dBZ强回波中心连续下降且回波顶高>10 km;(2)V型缺口对应的弱回波区呈倾斜状;(3)弱回波区或有界弱回波区稳定维持;(4)当在0.5°仰角观测到V型缺口时可预报冰雹仍在持续;当强回波区呈现“蝴蝶状”,可预报降雹强度增强;(5)当V型缺口最大垂直液态水含量>22 kg·m^(-2)、垂直液态水含量跃增量>26 kg·m^(-2)、垂直液态水含量密度>3.6 g·m^(-3)时,出现冰雹的概率较大。

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。

强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析

该文从干冰球和水球的散射特征出发,分析了强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达基本反射率因子的形成机制,讨论了影响三体散射观测的主要因素;利用连云港CINRAD/SA天气雷达资料,对2004年6月26日发生在连云港市境内的一次大冰雹过程的三体散射特征进行了详细分析,并对三体散射在业务上的应用进行了探讨。结果表明:产生三体散射的反射率因子区强度超过60 dBz,三体散射的反射率因子值小于18 dBz,长度通常小于14 km;径向速度整体上为朝向雷达的低值,谱宽很大,可达13 m/s以上;首次观测到三体散射后,可立即预报有大冰雹将降落到下游地区,提前量在20 min以上,这些结果为利用三体散射预报冰雹提供了新的线索。

安徽闪电与雷达资料的相关分析以及机理初探

WSR-98D多普勒天气雷达和新型闪电定位仪是监测灾害性天气十分有效的手段,利用合肥多普勒天气雷达的物理量产品和中国科技大学研制的新型闪电定位仪资料,对2001年7月24日、2002年5月27日、2004年4月6日发生在安徽省的冰雹和强降水的3次天气过程的闪电与雷达回波特征做相关性分析和机理初探,发现一些有意义的统计规律:(1)闪电发生的数目和变化与回波顶高(ET)有较好的对应关系,而与垂直含水量积分(VIL)对应关系不明显;(2)强对流天气的云地闪中正地闪与负地闪发生频次相当,甚至超过负地闪,但正地闪比较分散,负地闪比较集中,闪电发生的位置与强回波位置不一致,云下一般存在一个次正电荷层;(3)强降水天气的负地闪占优势,闪电发生的位置比较集中并且与强回波位置一致,云下没有正电荷层;(4)垂直累积液态水含量(VIL)和回波顶(ET)很小处出现的闪电是由云砧和对流云分裂的碎云产生的。

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。

双线偏振多普勒天气雷达识别冰雹区方法研究

利用美国KOUN雷达的一次强对流天气过程的观测资料,讨论分析了利用双线偏振雷达观测资料识别冰雹区的方法,在此基础上建立了利用模糊逻辑法识别冰雹的识别模式,并对其得到的结果进行分析和讨论,为国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助。分析结果表明:基于模糊逻辑法利用双线偏振雷达观测资料建立的识别模式,不仅可以反映出实际的冰雹区位置,而且还可以对其分类。其识别的结果比较符合实际的天气过程。

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。

广东春季降水特征和人工增雨作业条件分析中多普勒雷达产品应用

利用广东省新一代天气雷达径向速度和基本反射率及其衍生产品,对具有人工增雨潜力的降水过程径向速度特征进行了分型,对各种类型径向速度和对应的反射率及衍生产品参数进行了统计分析,提出了广东中北部春季不同的径向速度特征对应不同的降水云系,应采用不同的人工增雨作业方式。通过对回波顶高度和温度的分析,归纳出广东中北部春季人工增雨的作业高度。还分析了春季广东中北部有利于降水的有效对流位能以及影响系统、水汽等天气条件,举例说明新一代天气雷达各种产品在人工增雨作业中的综合应用。

石家庄地区冰雹天气环境条件的多普勒天气雷达资料分析

利用石家庄CINRAD／SA型多普勒雷达站的VAD产品的风向、风速、VWP产品，以及通过EVAD技术计算绘制的散度、垂直速度分布廓线，对石家庄雷达站35km内，在2004-2005年出现的4次冰雹天气过程出现前后1h左右的环境条件进行了分析。结果表明：冰雹发生时，在3～6km的回波中层主要为偏西风、偏北风，随高度上升风速显著增加，在6～9km风速达到最大；在冰雹发生前VWP产品上高低层有较强的垂直风切变，风向随高度顺转；高空急流下传与冰雹的发生密切相关；在冰雹过程发生前后3～6km存在明显的由上升运动到下沉运动的转变。为准确监测、预报冰雹天气提供依据。

2004年两次对流风暴的多普勒雷达资料对比分析研究

应用常规天气资料、卫星云图、多普勒雷达资料对2004年6月20日、2004年6月24日在河北境内发生的两次风暴天气进行了对比分析。分析表明:(1)速度场的涡旋分析与M产品的结合,可以从雷达资料中获得局地强风和冰雹预报的参考信息;(2)云图中圆形的云团强弱和雷达垂直积分液态含水量的大小,能够反映风暴的强弱。

“07.7”鄂东南强对流天气的多普勒雷达资料分析

利用武汉多普勒天气雷达资料,对2007年7月27日发生在武汉及其周边部分地区的一次强对流天气过程,特别是引起武汉、洪湖的冰雹和地面大风灾害的2个强风暴(A、B)进行了详细分析,得到如下结论:(1)这次强对流天气的主要天气背景是,副热带高压西侧强烈的西南气流诱发了中小尺度扰动,强的低层垂直风切变,大的垂直不稳定,低层较干和中高层更干的水汽条件。(2)产生灾害性天气的对流系统最初是一条近乎南北向的断续型对流带,强风暴A和B在其成熟阶段都有低层弱回波和中高层悬垂回波结构,最大回波强度均大于60 dBz;风暴A在其崩溃阶段,近地面径向速度迅速增大,随其北移,造成武汉市黄陂区大风灾害;风暴B在平均径向速度图上存在明显的中层气流辐合(MARC),是即将出现地面强辐散风的标识。(3)强回波中心高度迅速降低是地面灾害性天气发生的标识,VIL密度比VIL本身更能反映风暴的强度,特别是当因雷达扫描策略的影响导致探测不到风暴顶或风暴底时。(4)在用冰雹探测算法(HDA)探测冰雹时,要注意修改可调参数,特别是0℃和-20℃环境温度的高度,这样才能大大降低冰雹误报率。

单多普勒天气雷达反演降水粒子垂直速度Ⅰ:算法分析

针对多普勒雷达风场反演的体积速度处理(Volume Velocity Processing,VVP)方法中系数矩阵的病态问题,从数学上进行了分析和论证,对反演的误差进行了敏感性分析,并对垂直速度的求解方程作了改进。系数矩阵的条件数将随着待反演参量的不同而差别很大,通常的处理方法是舍弃量级较小的参量,通过对误差范数的分析,证明这种处理尽管存在模型误差,但能够降低求解难度和结果误差。对系数矩阵病态原因的分析发现,系数矩阵矢量的线性相关造成了矩阵奇异,当合并或舍弃线性相关项时,待反演参量会受模型误差的影响,并且这种模型误差的大小并不仅与待反演参量的量级有关,而且随着位置的不同而改变,但是部分待参量仍然可以保持准确值。在对VVP算法误差分析的基础上,分析并验证了舍弃部分参量时的反演误差,改进的算法为准确反演降水粒子的垂直速度提供了理论基础。

WSR-88D多普勒天气雷达冰雹探测算法及评价

详细介绍了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达冰雹探测算法的设计、使用，并进一步分析该算法存在的优点和不足。最后，提出业务运行中改进的使用步骤和方法，有效地提高了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达探测。

降水类天气现象仪检测实验室设计与实现

我国气象部门已在国家地面气象观测站列装降水类天气现象仪2 300余台。针对在用设备的实验室测试需求,设计实现了不依赖于自然天气过程的模拟检测环境。在合理配置各类模拟设备运行参数和结构布局的基础上,可在实验室内程控模拟毛毛雨、雨、雪、雨夹雪和冰雹5种降水类天气现象。实验室主要由降雨模拟器、降雪模拟器、冰雹模拟器、视频采集系统、遥控测试平台、制冷系统及控制软件等部分组成,并利用温度回升过程建立了检测流程。降水粒子谱的实测结果表明,我国气象部门已列装型号的降水类天气现象仪可在实验室内稳定观测到毛毛雨、雨、雪、冰雹等天气现象的发生。实验室模拟环境还可用于前向散射式能见度仪、雨量传感器、称重式降水传感器等其他气象探测设备的测试工作。

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。

安徽省2008年初夏1次强对流天气的分析

发生在2008年6月3日安徽江北的天气是1次受多个雷暴单体影响的强对流天气过程。通过分析常规观测、卫星云图、雷达探测和收集的灾情等,了解到这次强对流天气的大尺度环流背景、对流参数、抬升系统等。结果表明,在这次强对流发生时,地面处于暖低压内,高空东北冷涡有弱冷空气扩散南下,安徽北部K指数大于30,0℃层高度约为3 km,层结弱、不稳定,并且局地湿度大,对流层低层风垂直切变大,地面冷锋东移南下触发强对流发生,在安徽江北地区产生了多处局地强度大、冰雹、雷电、大风灾害严重的雷暴云。在多普勒天气雷达回波上可见典型超级单体风暴的特征:反射率因子强,低层反射率梯度大,有钩状回波,中层有界弱回波区,高层悬垂体,速度图上有一对法向对称的正负速度中心,低层气旋和高层反气旋,有冰雹指数和中尺度气旋产品等。

银川一次冰雹云的观测和天气分析

利用常规气象观测资料、多普勒雷达探测资料,以2005年5月30日银川观象台观测的一次降雹过程为例,对冰雹形成过程中浓积云演变为积雨云并降冰雹的过程进行了深入的分析,对这次降冰雹过程前后云的演变、天气背景、影响系统、大气层结稳定度、雷达回波等特征进行了综合分析.结果表明,该冰雹云系是一个中小尺度系统、强度很强的对流风暴单体;影响系统为蒙古低涡;"高干冷、低暖湿"的高低层配置为强对流天气、冰雹的形成提供了有利条件.应用反射率因子、径向速度、风廓线等多谱勒雷达产品资料,有效地揭示了冰雹天气系统的结构特征,为观测人员准确判断、记录冰雹云具有一定的指导意义.

用多普勒雷达资料分析2003年7月21日的雷雨冰雹天气

2003年7月21日受西北气流和暖湿气流的共同影响,山西省中南部出现了大范围的冰雹、雷雨天气,本文应用了天气图,重点应用了多普勒雷达的强度和速度等雷达产品资料特征进行了深入的分析。在多普勒雷达组合反射率因子图上可见典型的钩状回波,有界弱回波区(BWER)、回波悬垂和外流边界,在平均经向速度图上,出现了典型的气旋特征。冰雹出现时垂直液态含水量(VIL)达45 kg／m2以上。

四川一次超级单体风暴的多普勒雷达观测分析

利用常规天气资料和多普勒天气雷达等资料对2015年7月27日发生在四川资阳的一次伴随冰雹大风的超级单体进行综合分析。结果表明:(1)该超级单体具有较大的CAPE值,适宜的0℃层和-20℃层高度,有利于雹粒的增长,为大暴雨和冰雹提供了不稳定能量。(2)此次风暴具有超级单体风暴的典型特征,在雷达反射率因子上,中低层有"钩状回波"、弱回波区、三体散射长钉,中高层有回波悬垂现象,速度图上是气旋式流场,后发展为中气旋,中气旋首先出现在中低层,随后向上向下发展。(3)垂直累计液态水含量(VIL)在发生冰雹前会有一个跃增变化,在30分钟内从5kg/m2跃增到75kg/m2,VIL跃增变化提前冰雹发生,对冰雹具有警示作用。(4)三体散射长钉是预示冰雹的一个重要特征,此次风暴的三体散射出现在高度5~10km,只在2个体扫时间内出现过。