多普勒雷达的速度图像特征及其在一次降雪过程中的应用

该文首先介绍了大面积降水的多普勒天气雷达径向速度PPI图像识别技术, 包括:①冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征; ②由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征, 然后介绍了利用EVAD技术由雷达基数据定量计算大气平均散度和平均垂直速度的方法, 最后应用图像识别技术和EVAD方法对石家庄2004年冬季的一次大面积降雪过程进行了详细分析, 发现:此次大面积降雪过程有明显的辐合辐散图像特征, 径向速度值小, 辐合辐散弱, 始终存在暖平流。另外, 降雪强度和散度、垂直速度关系密切:辐合层厚度加大, 辐散抬高, 则降雪加强; 辐合、辐散层高度降低, 则降雪减弱。同时, 由EVAD技术定量计算的散度和相同时刻由径向速度图像产品定性分析的辐合、辐散基本一致。     

强热带风暴“风神”(0806)螺旋雨带中尺度结构双多普勒雷达的研究

利用广州和深圳新一代多普勒天气雷达时间同步探测资料进行双多普勒雷达风场反演,分析了强热带风暴"风神"(0806)螺旋雨带的三维动力结构。螺旋雨带内部强回波区的低层有强辐合区,最大辐合超过-15×10-4 s-1;雨带的高层以辐散气流为主。雨带内部上升和下沉气流共存,最大上升气流为4 m/s,最大下沉气流超过-1 m/s。在沿着风暴中心的垂直剖面内,螺旋雨带外侧低层有较强的内流,气流从雨带外侧低层进入,最强内流位于1 km高度以下;雨带内侧有明显的外流。两支气流在雨带强回波区辐合,水汽在此处辐合抬升;这种动力结构对于强降水的维持具有重要作用。切向速度呈逆时针旋转,最大速度在3 km高度层,速度值随高度的增加逐渐减小。     

一次大雪天气过程的多普勒雷达特征分析

利用常规天气资料、新一代多普勒天气雷达资料和改善的EVAD技术,从影响系统、多普勒雷达回波特征及大气动力学角度,详细分析了2006年2月6日出现在华北地区的大雪天气过程。结果表明：500hPa高空槽、850hPa“人”字型切变及地面气旋相配置是这次大雪天气过程的主要影响系统。在雷达有效探测范围内,随着0.7~1.1km高度上中尺度逆切变的出现和4.8km高度上西南急流的建立并向低层扩展,风场辐合明显加强,辐合层加厚,从而为强降雪的出现和维持提供了有利条件,且中尺度逆切变和西南急流存在的时间与强降雪出现及维持的时间有很好的对应。另外冷锋过境时风场辐合再次加强使得较强降雪继续维持。同时用改善的E-VAD技术计算了降雪不同阶段的大气平均散度和平均垂直速度。结果表明：中尺度逆切变系统和冷锋的出现均对应着明显的辐合和上升,辐合和上升又促使强降雪出现和维持,因而从大气动力学角度进一步证实了中尺度逆切变和冷锋的存在及其与强降雪的对应关系。     

一次强对流的三维数值模拟分析

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（IAP—CSM3D）,对2007年7月21日发生在湛江的一次强对流进行数值模拟,分析了强对流的气流结构、垂直涡度、雷达回波及含水量分布变化特征。结果表明,模拟的回波最大强度与雷达实测结果较吻合。模拟的强对流发展阶段气流结构的典型特征为下层水平辐合,上层水平辐散,气流在5km高度发生转向;处于成熟阶段的底层辐合比发展阶段的更强。随着时间的推移,近地层气流先辐合后辐散,下沉辐散气流一直持续到冰雹云消散。模拟的风暴云高含水量中心与强回波中心相对应,出现在上升气流最大区域附近,这说明该风暴云的动力场与物质场配合较好。     

多普勒雷达对华北春季强降水过程的动力学诊断

主要应用多普勒雷达基数据资料,结合天气图实况物理量场,对2004年4月25日出现在华北区域的一次大范围较强降雨过程进行了分析。应用MGS法改进的EVAD技术,计算出垂直高度层的平均散度和平均垂直速度,初步分析了此次降水过程的动力学特征。发现由雷达数据计算出的散度和垂直速度与天气图吻合得非常好,而且降水的雨强和雷达探测范围内各高度层的辐合、辐散有比较密切的关系,这为预报降雨生消以及有效地实施人工增雨作业提供了一定的理论依据。     

用雷达反演资料诊断江苏地区一次暴雨过程

对2010年7月12日发生在江苏中部地区一次暴雨天气过程产生的原因、多普勒雷达图像产品特征及由雷达数据反演的物理量场进行了诊断分析和定量评估,得出如下结论:雷达径向速度图像特征变化反映了风场辐合辐散特征的变化,有助于了解雨势增减情况。多普勒雷达径向速度提取的散度数据与NCEP散度数据整体趋势上是一致的,但辐合辐散中心区位置及强度存在差别,雷达反演散度强度较NCEP大4~5倍,天气过程变化期间两者散度在垂直高度场的配置调整均能反映降水动力场变化;400hPa及以下高度反演的平均散度更可信;对于雨强小于等于16mm/h的降水天气过程效果更好。由雷达基数据定量计算得到的平均散度特征和垂直速度随时间和高度的变化,能较好的反映出强降水过程的动力学特性;雷电频次与强降水出现时次有一定相关性,约有1~2h提前量,雷电发生随时间演变与雷达回波强度时空分布较为吻合,云底动能施力参量一定程度可以描述闪电增长情况,较降雨量约有40min左右的提前量,有一定预警能力。     

乌鲁木齐“12.27”高影响大暴雪天气分析与预报

2017年12月27-28日乌鲁木齐出现大暴雪天气，强降雪伴4级阵风致能见度差并造成雪阻，严重影响了民航运输和城市交通等。本文利用MICAPS常规资料、乌鲁木齐天气雷达和风廓线雷达等资料，综合分析这场大暴雪天气成因。结果表明：中亚低槽和地面冷锋是乌鲁木齐大暴雪天气的主要影响系统；水汽通过西南和偏西路径输送至乌鲁木齐，700~850hPa水汽贡献大；200hPa高空西南急流维持、高层辐散低层辐合、地面冷锋和迎风坡地形抬升共同增强乌鲁木齐附近上升运动和水汽聚合，致降雪强度强；小时雪强大于2mm的强降雪时段雷达回波强度大于20dBz、具有弱对流性，同时段850hPa水汽通量散度值大于4?10-5 g?（cm2?hPa?s）-1；风廓线雷达探测高度抬升至8000m后5h乌鲁木齐开始降雪，强降雪时段4000m以下CN2大于-128dB。分析结论对乌鲁木齐降雪的起止时间、强度和量级的精细化预报极具参考价值。     

一次大到暴雪天气的多普勒雷达产品综合分析

利用常规资料和大同多普勒雷达产品,对2009年11月9日一10日发生在大同地区的大到暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点;利用大面积降水的多普勒天气雷达径向速度PPI图像识别技术,定性分析此次降雪的冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征和由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征,与根据零速度线的弯曲程度以及一定距离圈上零速度点与雷达中心连线的夹角推导出的定量计算大气辐合辐散值的算法计算出的大气平均散度值相比较,表明两种方法具有很好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理雷达原始资料求得每半小时的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪的风场的垂直结构及其变化特点,直观地反映出降水过程中的风场变化特征。     

乌鲁木齐“2015.12.11”极端暴雪天气的综合分析*

2015年12月11日乌鲁木齐及周边地区的暴雪天气是一次极端暴雪过程,环流形势具有夏季强降雨特征和一定的极端性,南北低值系统结合、高低空"4支气流"汇合为暴雪提供了有利的大尺度环流背景。较好的水汽、动力条件是极端暴雪的重要成因,水汽长时间通过西南和偏西路径输送至暴雪区,并在700 hPa以下辐合和聚集,中低层辐合、高层辐散的空间配置有利于上升运动的发展和维持,低层上升运动增强较5 min降雪强度增强提前5~10 min。地面中β尺度辐合中心和辐合线出现1~2 h后强降雪(降雪强度均1.0 mm/h)出现,雷达回波上零速度区的"S"形结构的出现时间与强降雪时段有一定对应,此次暴雪中GRAPES中尺度数值产品子页报能力好于ECMWF。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明：1）这是一次典型的回流形势降雪,850 hPa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2）700 hPa强西南低空急流、850 hPa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3）暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4）暴雪期间,850～925 hPa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 hPa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析

利用NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和观测资料,诊断分析了2005年12月3～21日山东半岛北部沿海地区发生的罕见持续性强降雪过程.结果表明: 降雪以西北气流下的冷流降雪为主,具有典型冷流降雪分布特征;有利的大气环流形势造成强冷空气频繁,经过渤海暖海面时产生较大海气温差,是降雪持续时间长、强度大的直接原因;一定的海气温差是冷流降雪的重要指标,产生冷流降雪时山东北部近海海域的海气温差常在22K以上;冷流暴雪产生在高能舌、对流层低层辐合、中层辐散的上升运动区,上升运动层浅薄;水汽来源于渤海,水汽辐合层位于超低层(925 hPa高度以下);对流层中低层的垂直速度、散度场、涡度场的动力耦合结构配置有利于暴雪的形成和维持;特殊的低山丘陵地形强迫抬升是冷流降雪的触发机制,对暴雪的产生起到增幅作用.     

山东半岛一次冷流暴雪过程的中尺度模拟与云微物理特征分析

本文以NCEP-FNL资料作为初始场和边界场,采用WRF中尺度模式对2010年12月29-30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行数值模拟,并利用高时空分辨率模拟结果分析此次过程的中尺度特征和云微物理特征.模拟与分析结果表明,此次暴雪过程发生在较强的海气温差背景下,渤海海表对冷空气的增温增湿作用显著,通过湍流交换等作用向低层大气输送大量感热、潜热和水汽;水汽由渤海中部海域输送到山东半岛东北部地区,其上空水汽辐合层比较浅薄,集中在800 hPa以下,相对湿度饱和层和比湿高值维持的时间与强降雪时段一致;中尺度海岸锋的生消过程对冷流暴雪过程形成有着重要作用,水平方向上呈现为偏北风和偏西风的强辐合带,局地环流中的上升运动触发不稳定能量释放,直接决定暴雪的落区和强度,这是产生浅对流降雪的主要物理机制;云中水凝物粒子的高度在600 hPa以下,最大值出现在850～900 hPa之间与浅对流结构相对应;各水凝物粒子含量相差较大,以雪和霰最多.     

贵州铜仁一次罕见暴雪过程分析

本文将利用常规探测资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,对2018年12月29～30日铜仁市暴雪过程的环流形势特征与成因进行分析,结果表明：此次暴雪过程发生在高空南支槽、多波动槽东移、700hPa西南暖湿急流输送及850hPa东北回流冷垫的环流背景下,表现出持续时间长、范围广、强度大、积雪深的特征;强降雪阶段对流层低层有来自孟湾的源源不断的水汽输送,湿层厚度增强,且有较强的水汽辐合;700hPa较强的垂直上升运动及对流层中低层较强的垂直风切变利于暴雪天气的发生;强降雪时刻暴雪区800hPa以上位于高层冷平流、低层暖平流的叠加区域,为不稳定大气;此次降雪具有对流性和持续性特征,雷达反射率回波云团具有列车效应。     

2008年1月末九江雨凇转大雪天气过程成因分析

对2008年1月25—29日九江市一次雨凇转大到暴雪天气过程的大气垂直结构进行了分析。结果表明,在雨凇和降雪区域中层有暖层,低层有冷层,且存在对称不稳定层结。垂直风切变明显,有利于对称不稳定能量积累和上升气流的形成。高、低空急流辐散、辐合相互垂直,引发的较强上升运动是雨雪天气得以维持的重要条件。东西风向切变使冷、暖气流在雨雪区域上空交汇,形成水平气旋性辐合,产生垂直运动,且与垂直风切变相互作用,促动上、下层动量传递,使高、低空急流维持。雨凇转大到暴雪时,暖层气温降低,垂直风切变向上增强,对称不稳定能量增大,风向切变辐合加大,上升气流和水汽输送加大。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明：此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立;8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夫雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 hPa温度以及1 000 hPa与850 hPa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

2005年12月3—21日山东半岛持续性暴雪特征及维持机制

利用多普勒雷达、卫星、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料分析了2005年12月3—21日发生在山东半岛4次持续性冷流暴雪的特征及维持机制。结果表明:冬季强冷空气暴发南下时, 波状冷流云在渤海发展造成山东半岛暴雪, 暴雪具有明显的空间分布和强度的日变化特征; 多普勒雷达资料反映了暴雪回波PPI强度为35~40dBz, PPI径向速度图上反映低空急流和风辐合特征, RCS, VCS产品反映暴雪回波的垂直特征; 4次暴雪过程对应500hPa中高纬度欧亚上空为两涡一脊的建立和维持, θ_se时空演变反映4次强的干冷空气对应4次暴雪过程; 暴雪发生时南北风在渤海附近存在一弱的风区; 暴雪日水汽较非暴雪日充沛, 垂直上升运动和低层散度辐合与强降雪相对应; 暴雪日在渤海附近海面温度与850 hPa温度差大于20℃; 暴雪区为对流不稳定的大气层结。     

2008年初江苏暴雪天气的模拟分析

利用常规探测资料,分析2008年1月27—28日淮河以南的区域性暴雪天气过程发现:暴雪发生在巴尔喀什湖阻塞高压东侧不断补充南下的冷空气与低空的西南急流输送的暖湿空气相结合的背景条件下,中低层的气旋式环流及其东侧的暖式切变线是暴雪天气的主要影响系统。PSU/NCAR非静力原始方程中尺度模式MM5V3.6较好地模拟了暴雪过程。高分辨率的数值模拟资料显示:水汽通量散度和垂直运动的特征揭示了700 hPa以上的中层的大气运动是暴雪发生的关键;整层的气温均在0℃以下,为降雪提供了充分的气温条件。通过对位涡、湿位涡的诊断发现,冷空气由中层自北向南向低层楔入,导致暖湿气流加强了的垂直运动沿冷空气垫倾斜上升产生对称不稳定,中尺度的对称不稳定是这次暴雪天气的物理机制。     

2000年以来云南4次强降雪过程的对比分析

通过对2000年以来云南出现的4次强降雪过程进行分类对比分析和诊断分析, 结果表明:横槽型和北脊南槽型是4次强降雪的主要中高纬环流形势, 3次有南支槽配合, 1次无南支槽活动, 其中2次横槽型造成的强降雪范围广、强度大; 4次强降雪过程云南西侧都有充沛的水汽输送, 水汽通量增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件, 强降雪出现在较强水汽通量辐合区中, 且落区在辐合中心的偏东一侧、θ_se线陡立区附近以及暖湿不稳定区域; 强降雪在多普勒雷达上显示为20~30 dBz左右的层状云回波, 对流层中下层的高空冷暖平流和高空西南急流是有南支槽影响的强降雪天气的主要大尺度特征, 而低层偏东急流是无南支槽影响的强降雪的主要特征, 因此高低空急流的形成是强降雪的关键。     

江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。     

2008年江西省冻雨和暴雪过程对比分析

利用NCEP1°×1°逐6h分析资料和常规观测资料,从环流形势、垂直热力结构、动力抬升、水汽条件等方面着手,对2008年1月25—28日和2月1—2日江西省罕见大范围冻雨和暴雪过程进行了对比分析。结果表明,2次过程发生在相似的环流背景下,但暴雪过程的饱和湿度层更加深厚,冷空气条件、动力辐合、垂直风切变均强于冻雨过程。对流层中层的爆发性增温是冻雨、暴雪降水相态改变的关键,2次过程在925—700hPa都存在逆温层,但冻雨过程的锋面逆温更强,并在800hPa以上存在1～2km的0℃以上暖层,暖层最高温度为2～7℃;而暴雪过程整层温度均在0℃以下,不存在暖层。强降雪伴随着湿位涡的发展而加强,MPV1正中心附近的强梯度带和MPV2负斜压中心附近的密集等值线,以及深厚、强烈的上升运动对冻雨和暴雪的预报具有较好的指示意义。2次过程在低空都为辐散气流,中层辐合、高空辐散,且辐合、辐散层从高到低,从北向南倾斜分布。暴雪过程的高层辐散更强,高低空的抽吸作用更加剧烈。