聚类算法在四个超级单体强对流过程雷电预警中的应用

选取2020年5月3日邢台出现四个超级单体的强对流过程,以6分钟的间隔对三维闪电数据进行划分,使用DBSCAN聚类算法删除离散点,使用K-means聚类算法对三维闪电数据进行聚类分析。选取轮廓系数最大的K值,并与雷达回波拼图数据进行对比,识别四个超级单体并计算聚类中心和聚类最大半径,使用趋势外推法对四个超级单体的运动轨迹进行预测。分析表明:DBSCAN聚类算法可以有效删除离散点,操作性强;四个超级单体的K-means算法聚类中心和30 dBZ以上的强回波区域一致性较好,可以获取聚类中心运动轨迹和聚类最大半径;使用临近三个时次数据进行趋势外推,MSE最小,该方法对雷电预警信号发布有参考价值。

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。

江西昌江流域特大暴雨短时强降水回波特征分析

为了研究江西昌江流域特大暴雨过程中短时强降水的回波特征,使用天气、雷达回波和昌江流域气象水文雨量等资料,对2000—2020年昌江流域10次特大暴雨过程,采用天气学、统计学、雷达气象学和图像处理学等方法进行研究。结果表明:特大暴雨过程的主要取决于对流活动造成的短时强降水,包括短时强降水雨强和强降水范围。当3 h累计雨量≥100 mm时即可提前发布特大暴雨红色预警,监测单站累计时长达3 h的短时强降水可更早发布预警,提升特大暴雨预报服务效果。超低空急流、中低层低涡、高空低槽、低层辐合、高层辐散在景德镇市特大暴雨过程中发挥了重要作用。强降水由大范围混合性降水中的强回波单体、强回波短带或其他回波导致,回波强度达45~55 dBz。风暴跟踪信息(STI)产品不仅能反映强回波的移动信息,还可以分析出回波的辐合,对于短时临近预报有很好的参考价值。在覆盖江西宽广东西走向的回波带上,存有多条南北走向的短带回波,由西向东移动,形成“列车效应”,风廓线雷达产品垂直速度W可大致反映回波移动情况。造成特大暴雨的组合反射率(CR)强度多为45~50 dBz,回波顶高(ET)平均为12~13 km,垂直液态水含量(VIL)在5~10 kg·m^(-2),45 dBz的强回波伸展高度平均为6 km。CR强度在45 dBz以上时:强回波面积达到3等级时出现短时强降水的可能性很大,强回波面积在2等级时雨强大多在20~30 mm·h^(-1);强回波面积在1等级时雨强基本在20 mm·h^(-1)以下。研究结果为了解和监测预警昌江流域特大暴雨的短时强降水回波特征及预报提供了参考依据。

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和白山观测站多普勒雷达资料等,对2010年7月31日吉林省东南部短时强降水天气过程进行分析。结果表明:500 hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化。强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一。小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程。多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的大小和零线形状以及逆风区,对预报短时强降水具有较好的指示意义。