一次超级单体雹暴观测分析和成雹区识别研究

利用多普勒雷达资料,结合探空和常规资料,对2011 年4 月17 日一次超级单体雹暴的流场和回波结构演变特征进行了详细研究,主要结果:该雹暴是在条件性不稳定和垂直风切变较大的环境条件下产生的右移风暴。雹云初生发展阶段,垂直剖面显示逐渐形成有组织化的斜上升气流促进雹云发展。成熟降雹阶段,雹云内形成一支强的斜上升气流和深厚的中气旋,主上升气流对应雹云的弱回波区。雹云维持典型的弱回波区—悬挂回波—回波墙特征结构。根据雷达径向速度和雹云移速订正得出的“零线”演变发现,随着雹云的发展,“零线”逐渐向悬挂回波靠近,并穿过悬挂回波,“零线”的走向为上翘式,附近“穴道”的汇集力较强,有利于降雹。通过对“零线”位置的判断可分析有利成雹的区域。根据高低空两层强回波的水平错位,利用两高度强中心连线所作剖面能快速准确得出特征剖面,并将0℃ 层以上6 km 高度处降雹潜势达到100%的45 dBZ 的区域识别为成雹区,与降雹实况对比发现识别效果良好。     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并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,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

贵州春季强冰雹天气定量化概念模型研究及试应用分析

该文利用贵州近13 a(2000—2012年)春季的气象资料,依据强对流天气发生的动力条件和层结稳定情况,将贵州春季强冰雹事件进行不同类型的分类研究,给出贵州强冰雹天气发生的有利环流形势类型为:西北气流型、高空槽型、锋前降雹型和高架雷暴型。选取有多普勒雷达资料以来的2009—2013年的强冰雹天气事件个例,采用基数据回放方式研究其降雹前3~15 min雷达回波形态、结构和类型特征,并通过这些特征来有效识别冰雹云,发现降雹前冰雹落区附近的雷达回波组合反射率因子的强度普遍在40 d Bz以上,最强回波为50~60 d Bz,冰雹云回波以块状回波为主;在垂直剖面上冰雹云回波基本都有明显的回波悬垂,部分个例存在有界弱回波区,其大于40 d Bz的回波伸展高度多数都在9~10 km。降雹的回波基本上以孤立的对流云回波单体为主,混合降水类型的冰雹回波对流单体夹杂在层状云中。冰雹落区主要发生在组合反射率因子的最强回波中心,或是有界弱回波区或回波悬垂的回波墙下方。将研究结果在2014年3月30日的一次强冰雹过程中进行试用,利用中尺度环境分析技术,对当日环境场及要素配置进行分析,对应以上环流分型的概念模型方法,确定此次过程属于高空槽型,中尺度环境及雷达分析与上述归纳特征十分吻合,利用此方法在当日冰雹潜势预报及临近预警方面都提前做出了较好的预报预警。     

高层东风波引起的一次超级单体雹暴天气数值研究

利用WRF中尺度模式对2018年7月26日发生在浙中北的一次超级单体雹暴过程进行数值研究,结合自动站资料,天气雷达资料、NCEP再分析资料等分析冰雹天气发生的环流背景,冰雹云的雷达回波和流场结构特征,并探究冰雹形成的物理机制。结果表明:此次强对流天气是在高层东风波环流背景下,由地面辐合线触发的超级单体雹暴过程。雹暴发生在强的对流有效位能、上干下湿的层结和弱垂直风切变的环境场中。模拟试验成功地模拟出了雹暴云团的发展演变过程。0℃层位于5 km的高度,-20℃层位于8. 5 km的高度,且超过40 dBZ的强回波向上扩展至-20℃层以上,有利于冰雹的生长。雹云发展旺盛时呈现典型的低层辐合、高层辐散特征。雹云右侧出现悬垂回波和有界弱回波区。雹云中存在大量的过冷云水,冰雹粒子的核心生长区位于0℃层和-20℃层之间,主要由霰粒子转化而成,并通过不断碰并过冷云水和过冷雨水增长。     

太行山东麓一次强对流冰雹云结构的观测分析

利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验示范”项目在冰雹发生区获取的综合观测资料,从强对流单体出现的天气背景、降雹特征、雷达回波演变、大冰雹的形成机制及动力结构等方面对2018年5月12日下午发生于太行山东麓的一次强对流单体降雹天气过程进行了分析。结果显示,午后不稳定能量的增大形成了有利的热力条件,低层风场的辐合扰动以及中层的冷空气侵入是产生本次强冰雹过程的触发因素。通过对雹云降雹时段雷达回波具有超长“悬挂回波”和对应大雹形成特征分析表明,云中存在着上、中、下相互衔接的0线（域）,主上升气流2次逆时针转弯增加了雹胚再入主上升气流区继续长成大雹的机会,据此勾画出了云体主上升气流框架及大冰雹的形成机制,表明冰雹在雹云中的生长有多种模式。      

一次由“弓形回波”所引发的冰雹天气过程雷达特征分析

利用黔东南州新一代C波段多普勒天气雷达资料,对2015年5月8日凌晨发生在贵州东北部区域的强冰雹“弓形回波”雷达产品进行了详细分析。结果表明,反射率因子维持强度较大值及较长的持续时间是此次冰雹过程较为明显的特征,回波前沿飑线回波带的回波强度梯度较大,弓形结构保持时间较长;径向速度图上,零速度线两侧正负速度对差值的变化、零速度线的旋转、以及逆风区的出现都是强对流天气过程最常见的特性;RCS上,出现了典型的有界弱回波区和强回波悬垂,强回波伸展高度超过了当天-20℃高度层;VCS上,倾斜上升气流与中层下沉气流在风暴低层形成径向辐合区;垂直液态水含量的跳变与降雹有着很好的对应关系,降雹时,其VIL值维持较大数值。      

桂北一次冰雹过程综合分析

利用柳州多普勒天气雷达、常规观测和地面自动站资料,对2008—03—20发生在广西北部的超级单体雹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即使位势不稳定较低,只要0℃层和-20℃层高度适中、有较强的垂直风切变,并且具备一定的水汽条件和触发机制,就有可能发生雹暴。②VIL值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持。③对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势。④双倒“V”字型人流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。     

2018年陕西商洛一次罕见强雹暴环境条件及雷达特征分析

利用商洛天气雷达资料和相关实况资料,对2018年5月15日午后商南地区一次强雹暴天气的环境条件和雷达回波结构演变特征进行了详细分析。结果表明：（１）雹暴发生在低层气旋暖区,中层有冷温槽发展东移,高层有急流的背景下,0 ℃层高度为43 km,-20 ℃层高度为75 km。地面中尺度辐合线触发的对流云团在不稳定层结和较强垂直风切变作用下发展为超级单体风暴。（２）强雹暴的低层反射率因子呈现出明显的钩状回波或倒“Ｖ”型入流缺口,并伴有三体散射长钉等特征。回波顶高度达11 km左右,最大VIL值达77 kg/m2。反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区、回波悬垂和回波墙。最大的回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,中心值达到65 dBz以上。相应的中低层径向速度图存在明显辐合区,有利于强上升气流发展。（３）此次强雹暴天气在西北东部较为罕见,前人总结的冰雹各项潜势预报指标具有一定局限性,垂直液态积分水含量密度（VIL密度）跃增能更好地提前指示大冰雹。因而可用VIL密度值明显跃增至55 g/m3提前24 min预警大冰雹,进一步补充和完善陕西极端突发强天气预警指标。     

榆林新一代天气雷达冰雹云识别指标分析

利用2005-2007年5—9月榆林雷达站观测资料和同期的常规高空、地面观测资料及榆林市境内的冰雹灾情资料,对其中的14次冰雹天气过程分析,重点考察冰雹产生过程中冰雹云在新一代天气雷达图上的演变特征。通过对地面降雹资料和相应的雷达产品资料分析,结果表明：榆林新一代天气雷达对责任区内的冰雹预报预警具有较好的指示作用。冰雹云识别指标为：强反射率因子区（回波强度≥50dBz）在-20℃层高度附近及以上,且强回波强度越强,高度越高,愈有利于大冰雹的产生;反射率因子剖面图上出现有界弱回波区（BWER）或弱回波区（WER）,区域的大小影响降雹的持续时间和冰雹的大小;垂直累积液态水含量VIL的大值区（≥40kg／m^2）代表降冰雹的潜势,VIL值越大。降大冰雹的潜势越大。三体散射现象可作为冰雹的预报指标。     

冷涡背景下一次致灾超级单体雹暴过程的数值模拟

利用WRF模式,结合自动站观测资料、多普勒雷达资料和NECP再分析资料,对2018年6月13日山东中部一次冰雹天气过程的环流背景、触发和维持机制、雹云流场结构特征以及冰雹形成机制进行分析。结果表明:本次冰雹天气过程是在华北冷涡背景下,由中尺度地面辐合线触发生成的超级单体雹暴过程。降雨和下沉气流引发的地面冷池进一步增强了地面辐合;雹云顶端强辐散出流的抽吸作用是动力不稳定维持机制。WRF模式模拟的雹云具有有界弱回波、回波悬垂等超级单体特征。模拟雹云的成熟阶段0℃高度位于4km,超过40dBz的回波高度达到12km;在流场上主体为上升运动,且上升运动两侧存在上升→下沉→上升运动的转换,有利于冰雹的碰并增长。雪晶最初由过冷云水和云冰碰并生成,之后通过碰并过冷水转化为霰粒子,为冰雹生成提供了充足的雹胚。霰粒子和雹粒子在上升运动的带动下反复经过雹云中的过冷水累积带有利于自身不断增长并转化形成大冰雹。     

偏振雷达观测强对流雹暴云

根据偏振雷达原理,用C波段双线偏振天气雷达观测得到4例强对流雹暴演变过程的水平反射率ZH(dBZ)和差分反射率ZDR(dB)垂直剖面RHI定量回波资料,分析了这些雹云不同演变阶段的回波参量和偏振特性的关系,说明ZH、ZDR双参量对判别降雹有着明显优势,用雨滴谱的ZH-ZDR分布边界关系对这些雹云回波进行判别降雹分析,给出我国用偏振雷达观测和识别冰雹的研究结果。     

慕尼黑一次混合型雹暴的数值模拟与成雹机制

利用三维冰雹云模式，对发生在德国南部慕尼黑的一次混合型雹暴进行了数值模拟，模拟云的雷达回波结构、过冷雨水区特征与实际雷达观测的分析结果比较一致。模拟结果表明: 该例雹云中冰雹胚胎既有冻滴也有霰，二者在数量上相当; 虽然雹云中不存在过冷雨水累积带，但在主上升气流区周围存在过冷雨水区，过冷雨水对冰雹的形成起着重要作用; 在雹云发展的不同阶段，冰雹的形成机制也不相同。     

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程,并结合多普勒雷达探测资料,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变.模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等.同时,模拟分析了冰雹形成的微物理过程,结果表明,本个例模拟雹云中,冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程(CLch、CLrh)而进一步长大的.     

一次致灾冰雹的超级单体风暴雷达回波特征分析

利用石河子C波段多普勒天气雷达资料,对2010年6月28日下午发生在准噶尔盆地南缘石河子垦区北部沙漠边缘地带的强冰雹超级单体风暴的雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明,该超级单体风暴前进方向的右侧出现了弓形回波,左前侧和右后侧分别出现了＂V＂字型缺口;沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的强大回波墙,最大回波强度出现在沿回波墙狭长区域的下部,其值达到70dBz;相应的径向速度上出现了中气旋,该中气旋的发展和维持使得超级单体弓形回波发展并维持;强冰雹发生在有界弱回波区、垂直累积液态水含量大值区和中气旋重合的区域内;可用中气旋提前30min预警短时冰雹,其反射率因子垂直剖面上的宽大有界弱回波及其回波悬垂和回波墙下部的强回波中心强度（70dBz）可作为预警大冰雹的预警指标。     

一次超级单体强雹暴发展演变过程的观测分析

利用FY－2D／E卫星和TITAN雷达观测,对2011年4月17日广东一次超级单体强雹暴发展演变过程进行了综合分析。由卫星云图和地面监测实况资料,可分析出云体初生、发展、成熟至消亡的整个生命史,从初生到消亡移动距离达到了600km以上,维持了10h以上,造成广东境内6个区县发生了降雹;云体在成熟期一直保持着一个孤立的椭圆形云团向东南方向不断移动,云体覆盖面积很大,长度达300km以上,宽度达100km以上,云体局部最低亮温达一75℃以下,为典型的超级单体强雹暴。从雷达回波演变图上看到,10～14时成熟期的回波一直保持“弓形”,且“弓形”回波在整个过程中断裂过两次;雷达回波组合反射率图上出现“V”型缺口;整个成熟期出现了典型的有界弱回波区（穹窿）和其上的强大回波悬垂,以及有界弱回波区左侧回波墙;速度场上,东风和西风辐合是造成穹窿结构维持的原因,呈现了典型的超级单体特征。通过TITAN计算得到冰雹指数及风暴属性显示．该超级单体具有降强冰雹的潜势,其中降雹概率POH在10：10—14：10一直维持100％,这对超级单体风暴降雹的短时临近预报及人工防雹作业有重要的指示意义。     

一次弱对流天气降雹成灾的雷达回波特征分析

通过对新疆玛河流域一次冰雹天气雷达资料及地面实况资料的分析,研究弱对流云降雹的雷达反射率因子与径向速度场的回波特征,进一步探讨弱对流云降雹与0℃层高度较低及垂直风切变的关系：弱对流天气当日零度层高度值可作为分析弱冰雹云的依据;高低空风速的差异形成的风切变造成的动压力产生垂直加速度,使对流运动得到加强和维持,也是此次降雹的动力机制。分析此次天气,揭示了新疆玛河流域弱对流云降雹天气过程生消的一些重要特征和变化,对雹云的识别和分析具有一定的指导意义。     

2011年4月17日广东强冰雹天气过程的成因及特征分析

利用广州新一代多普勒雷达资料和Micaps资料,对广东省2011年4月17日强冰雹天气过程进行分析,揭示了强对流天气的环流形势和影响系统,着重分析了各种有利于大冰雹生成的因素和回波特征。研究发现:(1)过程发生在高层有急流、高空槽和切变线、地面有锋面低槽的环流形势下,属西江流域前汛期强对流天气类型的复合型。冰雹发生区域的低层垂直风切变较大,达-4.8×10-3/s。(2)当CAPE突增,SSI>200、K>35℃、Si<0℃时,预示强对流天气发生。(3)边界层辐合线为对流发展提供动力因素,同时大气不稳定和较高的CAPE造成雹暴的迅速发展。(4)本次雹暴几乎具有强烈对流风暴的所有回波特征:反射率因子图上的弓形回波、后侧入流缺口、悬垂结构、有界弱回波区、三体散射,径向速度图上的中气旋及中层径向辐合。(5)雹暴的回波顶高与最大反射率因子演变趋势基本相同,有几次跃增且同步。降雹前最大反射率因子及其高度均出现突降。VIL的跃增特性对于判断冰雹的增长非常有效。(6)本次过程具备适宜冰雹生长的0℃和-20℃层高度条件,且回波核心区高度扩展到-20℃层以上。VIL密度>4 g/m3和上干下湿的垂直分布十分利于大冰雹的产生。(7)三体散射特征可作为发布冰雹预警重要指标。     

一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析

利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料，结合常规综合观测资料，对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析，重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的三维风速（流场），并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示，高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖，槽后冷空气沿偏北气流南下，形成上干冷、下暖湿的不稳定层结，在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气；双多普勒雷达反演风场表明，雹云的中层强回波中心呈明显的“S”形水平流场和悬挂回波配置特征，构成了具有成雹的“0线”结构；不仅佐证了雹云降雹“0线”结构的存在，而且证明其呈现形式具有多样性。      

阿克苏地区西部冰雹天气雷达回波演变特征分析

利用2009—2020年阿克苏地区西部6县市中国气象局灾情直报、地面观测、阿克苏多普勒雷达资料，分析阿克苏雷达监测覆盖区冰雹天气时空分布及雹云雷达回波演变特征，结果表明：（1）2009—2020年共出现211站次冰雹，2011年最多，28站次；高发期为5—8月，6月冰雹频次最高；日变化峰值在16—19时。（2）雹云单体最强反射率因子均≥52 dBZ，回波顶高高于8 km，垂直累积液态水含量跃增达4.47 kg/m2及以上且垂直累积液态水含量最大值大于10.0 kg/m 2时雷暴单体发展为雹暴的可能性极大。超级单体雹暴反射率因子、回波顶高、VILmax统计指标均高于多单体和普通单体雹暴。（3）普通单体风暴多初生于乌什县、温宿县北部沿山一带；多单体雹云多初生于乌什县西部南部、温宿县北部沿山一带，乌什县境内最多；超级单体雹云多初生于温宿县。回波单体移动大多以西北-东南路径为主。（4）雹云回波发展初期往往伴随着第一次爆发式增长：反射率因子增大、回波顶升高、VIL跃增，超级单体雹暴表现更为明显，降雹时刻伴随着再一次爆发式增长。VIL急剧增大或急剧减少与降雹开始和结束关系最为密切。（5）超级单体雹暴维持时间和整体生命史均较多单体雹暴和普通单体雹暴时间长；多单体风暴需要较长的酝酿时间且影响区域较大。     

一次局地强冰雹的多普勒雷达回波特征分析

应用阿克苏CINRAD/CC型多普勒雷达产品,对2009年7月27日发生在乌什县的强冰雹天气过程进行分析,得出以下结论：（1）本次强冰雹天气发生、发展的主要机制是受中低层切变线和辐合线的共同影响;（2）雹云内存在较强的气流辐合和垂直风切变,径向速度图上有逆风区、辐合区等中尺度强降水特征出现;（3）强雹云的反射率因子可达60 dBz以上,在VCS剖面中前悬回波、回波墙、穹窿等雹云的特征回波明显;（4）VIL、VWP产品变化能够很好地指示云体发展情况,是判别降雹潜势的指标。