滇中地区不同影响系统下3次短时强降水过程的大气环境特征和雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、逐时和逐5 min自动站降水资料以及昆明CINRAD/CC多普勒雷达资料,针对滇中地区2021年主汛期不同影响系统下的3次短时强降水过程,对比分析了降水特征、环流形势、大气环境特征以及雷达回波的结构、形状、演变的基本特征。结果表明:3次短时强降水过程影响系统差异主要在于500 hPa天气系统不同,700 hPa都有切变线影响,但是形成原因各异,地面均有辐合线或弱冷锋配合。3次过程的环境条件在不稳定层结、近地层水汽、垂直风切变方面与中国其他地区短时强降水发生的环境条件具有一致性,但是在大气整层可降水量、对流有效位能、SWEAT指数等方面存在明显差异。对流回波的形状有点状回波、块状回波、带状回波、絮状回波等。对流风暴分为高质心型、低质心型以及混合型;短时强降水有单独出现某种对流风暴类型的阶段,也有多种对流风暴类型同时出现的阶段;CAPE值和SWEAT指数与对流风暴类型具有一定的相关关系。强回波剖面呈柱状结构或者塔状结构,35 dBz强回波接地,而没有悬垂特征。短时强降水多产生于长时间停滞型或移动缓慢型的对流回波,还有部分短时强降水产生于“列车效应”中。短生命周期的单体生消形成的短时强降水持续时间绝大部分在1 h以内,但是单体合并组织和反复生消或者“列车效应”形成的短时强降水持续时间常在1~3 h。高质心型对流风暴产生的瞬时雨强可达10 mm·(5min)-1以上,低质心型和混合型对流风暴可产生的雨强范围较大,大多在3~10 mm·(5min)-1,少数也可达到10 mm·(5min)-1以上。

安徽地区暖季降水回波日变化及环境场特征研究

安徽地处华东,地势复杂且受夏季风影响,通常于暖季(5-8月)发生频繁且复杂的降水过程。为加深安徽地区降水特征及降水环境场特征的理解,利用安徽7部S-Band新一代天气雷达和ERA5再分析数据,对安徽及周边地区2016-2019年暖季降水回波时空变化及相关环境特征进行分析。结果表明:(1)安徽地区暖季降水回波发生频率的日变化呈双峰结构,降水多发时段为06时和16时前后。(2)凌晨降水峰值主要出现在6月,午后降水峰值主要出现在7、8月。(3)6月降水主要分布在皖南地区,由大面积浅对流及层状云构成。7、8月降水空间分布零散,无明显地域特征,多为局地深对流导致。(4)利用ERA5数据分析暖季降水峰值时刻的环境特征发现,有利于对流发生的热力条件主要出现在7、8月的午后,而5、6月的凌晨具有更有利的动力和水汽条件。各月降水峰值时刻的回波特征与环境场的特征存在很好的一致性。

2021年岳阳一次混合强对流天气过程成因分析

应用常规气象资料、NCEP逐6 h、逐3 h(空间分辨率为1°×1°)再分析资料和雷达资料等,对2021年5月15日湖南省岳阳市的一次混合型强对流天气过程演变及特征进行分析,并对极大风与强降水中心位置不同进行了简要分析。结果表明:两槽一脊的环流形势下,南支槽、低涡、切变线、冷空气渗入地面倒槽等是天气尺度影响系统;水汽的强烈输送和辐合、“上干冷、下暖湿”的不稳定层结、强垂直风切变是这次强对流天气的有利环境条件。雷达回波的形态特征如三体散射、中气旋、“V”型缺口、中层径向辐合(MARC)、VIL跃增、列车效应等特征对分析和识别强对流天气的种类及强对流天气预警的发布具有重要指示意义。极大风与强降水中心出现位置的不同与水汽辐合的中心位置、垂直运动的强弱以及不稳定能量条件差异有关,与洞庭湖大型水体和临湘东部山区地形的阻挡作用关系密切。

金华地区一次强对流天气过程的环境条件与中尺度特征

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、FY-2G卫星TBB数据和双偏振雷达资料等,对2022年6月29日浙江省金华地区一次强对流过程的环境条件与中尺度特征进行了分析。结果表明:1)充沛的不稳定能量、较低的抬升凝结高度和中等强度的0—3 km垂直风切变为此次强对流过程的发生发展提供了良好环境条件。2)触发机制主要为边界层辐合线;低层强烈辐合、高层强烈辐散的配置,为对流提供了良好的动力条件;源源不断的水汽供应和水汽辐合,致使暴雨天气的产生和维持。3)降雹时刻风暴单体雷达回波具有高反射率因子、高垂直累积液态含水量、旁瓣回波、大于55 dBz强回波伸展高度超过-20℃层、回波悬垂结构和有界弱回波区等特征;双偏振参量对应较小的差分反射率和较大的差分相移率,湿雹特征明显。

潮州两次西风带龙卷天气过程对比分析

利用常规观测和汕头SA型多普勒天气雷达等资料,对比分析广东省潮州市2012年5月13日和2014年5月22日两次西风带系统龙卷过程(简称“5.13”龙卷和“5.22”龙卷)。结果表明:两次龙卷过程都发生在高空槽东移和低层切变线南压、并伴有低空急流的相似天气形势下;但“5.22”龙卷存在有利于强对流风暴发生并增强的前倾槽结构和强低空西南急流。两次龙卷均发生在极低的抬升凝结高度和中等偏弱的深层垂直风切变环境条件下;“上干、下湿”的不稳定层结和整层都具有较大湿度的不稳定层结配置都可能产生龙卷。雷达观测上,“5.13”龙卷发生在飑线的弓形回波前缘,无钩状回波特征和中气旋,属于非超级单体龙卷;而“5.22”龙卷发生在超级单体风暴前部的钩状回波顶端,伴有强中气旋,属于超级单体龙卷。

玉林市“4·19”飑线大风成因及雷达特征分析

利用自动气象站加密和常规观测资料、欧洲中期天气预报中心全球气候第五代大气再分析数据(ERA5)以及SA波段双偏振雷达资料,对2023年4月19日玉林暖区飑线过程进行分析。结果表明:(1)本次飑线过程发生在高空短波槽、低空切变线和地面倒槽锋面影响的环流背景下,是一次湿对流型飑线。(2)中层短波槽的动力作用与低层高温高湿环境配合较好,倒槽中的锋面是触发强对流天气的关键系统,飑线成熟阶段,受中高层短波扰动影响,飑线脱离锋面向暖区快速移动发展。(3)此次暖区飑线过程具有飑中系统的典型特征,飑线后部形成一个冷池,冷池密度流形成强的雷暴出流,造成冷池前部玉林多处出现10级以上大风。(4)雷达回波具有弓状回波、速度模糊、后侧入流缺口等雷暴大风特征,双偏振参量显示ZDR大值区随高度降低,回波均一性较好(CC>0.9),ZDR和KDP都可以看到飑线前沿的极大值窄回波带。

湖北宜昌超级单体风暴发生的环境条件分析

利用Micaps高空、地面实况资料以及雷达基数据产品资料,分析2004—2009年湖北宜昌境内出现的10例强对流天气过程中的超级单体风暴生成的环境条件和回波结构。结果表明:产生冰雹的湿层相对浅薄,产生强降水的湿层较深厚。使用雷暴发生前地面温度和露点进行订正后的CAPE值可判断午后是否有冰雹发生:若订正后CAPE值有较大幅度增长,其值超过1000J.kg-1以上,则出现冰雹的可能性较大;反之则小。0—6km中等到强的垂直风切变有利超级单体风暴生成和发展,垂直风切变越大,越有利出现极端大风。若超级单体风暴高度的特征值和特征底有迅速下降迹象,则未来0.5h内很可能出现8级以上大风。超级单体风暴中正负速度对的切变值越大,风力越大,风灾越明显。超级单体风暴反射率因子的低层或表现为钩状、或向着入流方向突起、或密实块状等回波特征,中高层有强度达55dBz的强回波。超级单体风暴中,中气旋大多从逆风区或切变区中发展而来,且其在垂直气流结构上表现为低层气旋式辐合,中层辐合逐渐增强,为气旋式旋转,有时出现气旋式旋转与反气旋式旋转共存的双涡结构,至高层,则转为反气旋,表现为辐散。VIL密度(DVIL)对大冰雹有一定的指示意义,当DVIL≥3.5g.m-3时,出现直径超过2cm的大冰雹的可能性非常大。

济南市重大短时强降水过程特征分析

利用常规天气资料、多普勒雷达资料和区域自动气象站资料,对发生在济南的33次重大短时强降水过程进行总结分析。结果表明,重大短时强降水过程年均发生3. 3次,主要发生在7月上旬——8月中旬,17——23时和02——08时最易发生,南部山区较北部平原地区更易发生,且雨强更大。低槽冷锋型出现最多,水汽和动力条件充足,层结曲线中上层具有喇叭口型结构,对流有效位能呈瘦高状,平均值为1 370 J·kg^(-1),对流由冷锋触发(有时存在暖区对流),强降水范围最广;副热带高压边缘型水汽充沛,对流有效位能呈粗胖状,平均值为2 400 J·kg^(-1),对流由底层的动力系统触发,局地性和突发性强,强降水分布不均匀;低涡切变线型具有夜雨性,水汽较充沛,动力条件一般,对流有效位能平均值为607 J·kg^(-1)。低槽冷锋型和低涡切变线型平均雨强较大,副热带高压边缘型持续时间较长,低槽冷锋型能够产生平均雨强异常大或持续时间较长的过程,因此易出现极端降水事件。带状回波出现最多,主要由低槽冷锋型产生,块状回波主要由副热带高压边缘型产生,分布零散,絮状回波主要由低涡切变线型产生,强度较弱。强回波主要集中在中低层,回波整体质心偏低,呈现热带降水型特征。10次形成列车效应的过程中有7次由带状回波或短带回波的后向传播形成,另外3次由尺度较大的絮状回波形成,其持续时间和平均降水量是其余过程的两倍。

甘肃罕见冰雹天气过程个例分析

针对2005年5月30日甘肃区域性罕见冰雹天气过程,结合天气实况、环流形势以及环境场特征,利用卫星云图和新一代天气雷达产品资料,分析了这次强冰雹天气过程的影响系统、云图和雷达回波演变过程,得到了冰雹云在雷达强度回波、速度回波和卫星云图中的特征,揭示了这次强冰雹不是带状冰雹云系移到本地产生的,而是发展成中β尺度(MβCS)的中尺度对流系统造成的。同时,得出了一些做好冰雹预报预警量化指标。

一次飑线风暴的环境条件和雷达回波特征分析

利用常规气象观测和新一代天气雷达监测资料,对大兴安岭地区加格达奇市2006年8月一次飑线天气的环境条件和雷达回波特征等分析发现:此次过程的影响系统高空槽为前倾结构,飑线发生在地面冷锋前,大气具有较强的不稳定层结,有利于上升运动,水汽充足,低层较强的垂直风切变使对流云团和弓形等线状回波生成并较长时间地维持和发展。对流云团位置与上升运动区域较为一致,产生飑线的强对流云团出现在中低层垂直速度梯度较大并靠近上升运动中心一侧,并位于低层比湿和水汽通量散度梯度较大区域即干锋附近以及K指数能量锋上。飑线弓形回波出现在一个中尺度椭圆状对流云团中心内部发展最强处。当云团向东北偏东方向移过加格达奇雷达站时,雷达反射率因子先后呈现出弓形、"人"字形等线状回波特征,当线状回波南端"人"字形顶部较强回波和后侧入流急流前方"V"型槽口的尖峰移经加格达奇时,带来了雷雨大风天气。

苏北地区超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用江苏3个探空站、5部CINRAD/SA型多普勒天气雷达、地面常规与加密自动站等观测资料,分析2005—2009年苏北地区72个超级单体风暴发生的环境条件和多普勒天气雷达回波特征。探空和地面资料分析表明,苏北地区超级单体风暴可以产生在差别相当大的环境条件下:强降水超级单体通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变中等的环境下,经典超级单体更多地产生在对流有效位能较高和垂直风切变较强环境下;产生大冰雹和(或)雷暴大风的超级单体,无论是经典还是强降水型超级单体,其环境特征均为0℃层、-20℃等温线高度较低,850—500 hPa温差较大,低层露点不高;产生龙卷特别是F2级以上强龙卷超级单体环境特征常常表现为低层(0—1 km)垂直风切变大、850—500 hPa温差相对较小、抬升凝结高度低、低层露点高,这类超级单体在产生龙卷的同时也常常伴有短时强降水甚至极端短时强降水。多普勒天气雷达资料分析表明,苏北地区超级单体具有持久的中气旋、回波墙和有界弱回波区或弱回波区结构,可以产生大冰雹、龙卷、短时强降水和下击暴流等强对流天气;超级单体的类型主要有经典超级单体、强降水超级单体以及强降水超级单体组成的复合风暴。经典超级单体一般为孤立风暴,中气旋多数情况下位于其右后侧(相对于风暴移动方向),低层有明显的钩状回波和入流缺口,入流缺口之上存在宽大的有界弱回波区,其上有强反射率因子组成的风暴核,最强的反射率因子可达75 dBz;强降水超级单体前侧有入流缺口和旁边粗胖的凸起部分与中气旋相伴,与经典超级单体的钩状回波在形态上区别明显,同样存在有界弱回波区或弱回波区,中气旋环流中有明显的降水回波;强降水超级单体组成的复合风暴内中气旋一般位于其前侧,主要结构与强降水超级单体相似,生命史较长。超级单体结构属性分析表明,绝大多数情况下,苏北地区超级单体风暴的最大反射率因子为55—76 dBz,基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)为35—90 kg/m^2,垂直累积液态水含量超过60 kg/m^2时风暴有可能产生大冰雹,特别是在4—6月,冰雹直径随着垂直累积液态水含量的增大而增大,因此,垂直累积液态水含量季节性高值可以用来辨别产生大冰雹的超级单体;绝大多数情况下,中气旋旋转速度大于15 m/s,直径在3—10 km,持续时间超过40 min;中气旋的底越低,直径越小,产生龙卷的可能性越大。

1804号台风“艾云尼”龙卷分析

2018年6月8日,在1804号台风"艾云尼"螺旋雨带中发生了两次陆龙卷天气,分别袭击了广州市南沙区横沥镇和佛山市南海区大沥镇。利用广州CINRAD/SA多普勒天气雷达、佛山CINRAD/XD多普勒天气雷达、5 min间隔的地面自动气象站和MICAPS等资料,研究了两次陆龙卷的天气背景、环境参数和龙卷风暴中尺度结构特征。结果表明:广州南沙龙卷为台风环流外围龙卷,位于台风中心的东北象限,强度为EF3级;佛山南海龙卷为台风环流内部龙卷,位于台风中心的东侧,强度为EF1级。龙卷均发生在中低空强东南急流在珠江口附近上下叠加和高层辐散的有利大尺度环流背景下。环境条件表现为较强的低层风垂直切变和较大的风暴相对螺旋度(SRH)、较小的对流有效位能(CAPE)和对流抑制能量(CIN)、极低的抬升凝结高度(LCL);地面存在中尺度辐合线和小尺度涡旋。广州S波段雷达探测到两次龙卷母风暴的低层钩状回波和入流缺口回波特征及低层中等强度中气旋,龙卷出现在钩状回波顶端、中气旋中心附近。佛山X波段双偏振雷达清晰地探测到佛山南海区大沥龙卷的微型超级单体和龙卷碎片特征(TDS)。

一次飑线过程雷达回波特征及环境条件分析

利用常规资料、NCEP/NCAR再分析资料及多普勒天气雷达资料等,对2014年3月30—31日广东一次飑线过程进行了分析。重点分析了飑线发生的环流背景、环境特征、不稳定条件、垂直风切变等及多普勒雷达回波演变过程。结果表明:(1)此次飑线过程发生在中高纬地区稳定的阻塞形势下,从四川盆地东移的高空槽和低涡切变线是造成广东强对流天气的主要影响系统。(2)低空急流水汽输送、低层强水汽辐合、强低空垂直风切变和上干下湿的水汽垂直分布为飑线的发生、发展提供了必要的热力和动力条件。(3)强盛阶段飑线具有明显的阵风锋和弱回波通道,速度图上飑线北端为强的气旋式切变,南端为弱的反气旋式切变,在"弓形"回波顶点处有强的速度辐合。飑线内部后侧为一支倾斜向下的冷空气入流,前沿是一支沿冷空气爬升的暖空气入流。(4)在"弓形"回波顶部后侧长时间维持着向后倾斜的后侧入流急流RIJ(Rear Inflow Jets),RIJ对"弓形"回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。

财政分权、环境分权与企业生态技术创新

文章基于分权制度的视角,利用2005—2018年我国A股制造业上市公司的面板数据进行实证研究,分析财政分权、环境分权对企业生态技术创新的影响。结果表明:(1)财政分权制度能充分保障地方政府的环境整治投资,倒逼和引导企业加大环境支出,通过生态技术创新活动降低环境治理成本,从而形成环境质量的“趋顶竞争”;(2)环境分权制度整体对促进企业生态技术创新是有效的,地方政府更了解当地居民对诸如生态环境等公共物品的偏好,分权的环境管理体制更有利于地方环保部门根据实际情况综合考虑各种因素,因地制宜引导企业从事生态技术创新活动;(3)就环境明细分权来看,环境行政分权能够有效促进企业生态技术创新,而环境监察分权和监测分权对企业生态技术创新存在显著负面作用,政府部门应视情况具体分析,环境监察和监测问题应尽量由中央政府相对集权处理。

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6-10月,时间多为10-20时,出现在台风登陆后1.3~21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0~1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。

六通道雷达视频回波信号实时采集系统的设计

针对采集多路雷达视频回波信号的高采样率、通道间超低时间差的要求,设计了一种基于FPGA的6通道实时数据采集系统;该系统单通道采样率为20MSPS,采样精度为12bit,信噪比SNR≈70.2db(8MHz模拟信号),通道间最大时间差小于2.5ns;列举了环境试验中值得借鉴的问题;本系统已成功应用于某飞行器综合匹配试验,其性能和指标均优于应用要求。

天水一次区域性冰雹天气过程分析

利用天水常规观测资料、多普勒天气雷达资料,从产生雹暴天气的背景条件和气象要素上入手,分析2015年5月30日天水地区发生的一次区域性冰雹过程的雷达反射率因子及其产品的特征和环境场的特点。结果表明,此次降雹过程是在西北气流控制下,小股冷空气补充南下,冷锋过境产生的;冷锋、露点锋是此次过程的主要影响系统。雷达反射率因子有明显的钩状回波;强回波有明显的回波悬垂结构;较强的垂直上升运动和深层的垂直风切变是产生强回波的前兆,有利于冰雹的产生。

一次超级单体分裂过程的雷达回波特征分析

2007年7月9日16—20时(北京时)在河北南部非常罕见地观测到了多个超级单体风暴在相近地点连续生成及分裂的过程。利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、地面自动站及常规天气资料,对超级单体分裂过程及环境条件做了分析。表明这次的多个超级单体风暴是在强的对流有效位能和垂直风切变的环境条件下发生的。由于垂直风切变矢量方向随高度逆时针旋转,因此,分裂后左移的反气旋风暴得到加强,发展成为具有深厚中反气旋的左移超级单体风暴,而右移的气旋性风暴受到抑制,与理论研究结果一致。但也有不同之处,沿着地面高湿区内热力边界偏暖一侧移动的气旋性风暴没有受到明显抑制,有利的地面环境条件抵消了气旋性风暴受抑制的程度,使气旋性风暴能够持续更长的时间。该强烈发展的带有明显中反气旋的超级单体风暴具有低层钩状回波和入流缺口、中高层有界弱回波区及位于有界弱回波区之上的高层具有反射率因子核心和强烈风暴顶辐散,与经典的气旋式右移超级单体风暴的回波特征非常类似,除了是反气旋涡旋外,其回波特征与气旋式超级单体近似成镜像。风暴分裂是在单体形成不久的发展初期开始的。分裂先从中高层开始,然后迅速向下延伸。分裂后相对于0—6 km风切变矢量,左侧的单体为反气旋左移风暴,右侧的为气旋性右移风暴。

两类不同风灾个例的灾情调查与观测对比分析

利用灾情调查、常规观测和雷达资料对比分析2018年6月8日佛山南海龙卷和2016年8月18日湛江雷州微下击暴流两次强风天气过程。结果表明:南海龙卷强度为F1级和EF1级,雷州微下击暴流强度为F2级和EF2级,且导致风灾的气流具有多尺度性以及时空尺度小的特征。两次过程均发生在低层辐合、高层辐散和中低层急流汇合有利的环流背景,但龙卷发生在台风环流内部,而微下击暴流发生在台风外围。环境参数表现为弱的条件不稳定、对流抑制能量小和抬升凝结高度低,但龙卷过程的0—1 km风垂直切变较强。导致风灾的风暴单体均伴有中气旋,但形成龙卷的微超级单体具有明显的钩状回波特征,低层存在中等强度中气旋,中气旋尺度较微下击暴流过程的小得多,底高较低,龙卷出现前中气旋底高降低,直径缩小。形成微下击暴流的为一椭圆形的β中尺度风暴单体,低层存在强中气旋,中气旋为辐散性气旋,底高较高,直径逐渐增大,垂直剖面图上存在中层径向速度辐合、强反射率因子核心下降特征。

基于模型的环境修正匹配滤波算法

由于主动声呐发射信号经过浅海多途信道传播后,回波信号与参考信号相关性降低,进而导致匹配滤波器检测性能下降。针对此问题,本文对基于模型的环境修正匹配滤波器进行了研究。通过修正匹配滤波器的参考信号,改善匹配滤波器受多径效应影响时处理性能下降的问题。同时,本文进一步对比了2种信道估计算法。仿真分析和试验数据处理结果表明:验证了算法可在去除目标周围相关峰的同时,对噪声进行一定程度的抑制。本文算法改善了经典匹配滤波器因环境影响而使得其处理性能下降的问题。