用EVAP方法反演冷流暴雪的风场及检验

EVAP(Extended VAP)雷达反演方法是在忽略空气垂直运动速度而考虑云雨粒子下落速度影响的条件下,导出从雷达多仰角多普勒速度资料产生不同高度上的水平径向速度计算公式,然后利用VAP方法来反演出等高面上的二维水平风场.利用烟台多普勒天气雷达资料,采用EVAP方法反演了2005年12月山东半岛两个风场背景条件和暴雪落区均有明显差异的冷流暴雪个例水平风场.将雷达实测的径向速度、反射率因子插值到各等高面上,并与反演的同等高面风场叠加显示,以此分析反演的风场是否与原始雷达数据相符.此外,还与地面自动站风场、高空风场等实测资料进行对比,综合检验反演结果的合理性和可靠性,并进一步分析了冷流暴雪的中尺度风场结构.结果表明,反演风场与实测资料相符;EVAP方法对强风和弱风的冷流暴雪个例都可反演出不同高度的中尺度风场结构,反演的西南风与东北风、西北风与东北风之间的切变线和强回波带相对应,揭示了暴雪产生的动力机制,说明EVAP方法对不同风场条件的暴雪中尺度系统都有一定的反演能力.高时空分辨率的EVAP反演风场弥补了天气图上仅能分析出山东半岛西北风的缺憾,且反演过程中一个体扫的计算时间不足1 min,因此EVAP反演的中尺度风场信息适合在冷流降雪的短时临近预报业务中应用.     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析北大核心CSCD

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

一次基于综合探测资料的山东半岛冷流暴雪特征分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、浮标站、常规探空和地面等多种观测资料,对2014年12月山东半岛东部一次冷流暴雪的发生、演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次冷流暴雪发生时渤海上空500 hPa气温在-36℃左右,850 hPa气温在-18~-16℃,海面西北风12 m·s~(-1)。700 hPa以下为混合层,1000~700 hPa混合层内近乎饱和。浮标站资料显示海表面到850 hPa的较大海气温差和山东半岛较强海岸锋是产生暴雪的重要原因。(2)暴雪发生时雷达回波的PPI在30~45 dBz;每6 min雷达回波垂直剖面显示1个较强降雪回波单体持续时间可达到1h。雷达资料反演0.8 km以上风场表明:强降雪回波位于NE与NW风辐合区的东侧,冷流暴雪的水平风辐合主要在3 km以下。风廓线雷达资料表明:暴雪发生前在100m以下有弱西风存在,暴雪发生时1 50~700 m弱的西北风(6 m·s~(-1))和低层切变线辐合的共同存在,有利于降雪对流的加强;当这种弱西北风层消失后,降雪即停止。     

渤海南部沿海冷流暴雪的中尺度特征

利用多普勒天气雷达和NCEP/NCAR全球再分析资料,应用中尺度数值模式RAMS(V4.4)对2005年发生在山东半岛北部沿海的一次冷流暴雪过程进行了中尺度特征分析.结果表明:这次暴雪发生在西北气流、较大海气温差和半岛的丘陵地形特殊条件下;冷流暴雪在多普勒天气雷达径向速度图上表现为长生命史的逆风区.数值模拟结果显示:模式对沿海地区的冷流降雪过程具有较强的预报能力,可以很好地模拟出降雪的落区和大气环流形势的演变,证实了暴雪中尺度垂直环流的存在;强降雪集中出现在上升运动增强和逆风区维持的阶段.     

长沙一次暴雪天气过程的多普勒雷达回波特征

针对2021年12月25—26日湖南长沙暴雪天气过程,以长沙多普勒天气雷达资料为主,分析此次过程回波强度、径向速度、雷达风廓线等的变化。结果表明：1） 本次暴雪过程受冷空气、短波槽过境、700 hPa急流的共同影响;深厚的湿层、大气整层低于0 ℃、中层强的西南暖湿气流在强冷垫上爬升导致长沙出现暴雪。2） 长沙暴雪时段,持续不断有25—30 dBz反射率因子生成,同时,垂直液态水含量和回波顶高偏低。3） 降雪时段,径向速度表现出风场辐合、急流核增强、零速度线成直线等特征;预示着动力条件增强,为降雪的维持和增强提供了临近预报信息。4） 垂直风廓线产品上,3.4—4.9 km高度风场由西北风为主转为偏西风再转为西南风,表征短波槽过境,动力条件有所增强;随着西南风强度和厚度的持续增加,降雪强度增强;后期风场再次转为西北风为主,对应的降雪逐渐减弱。     

一次大范围海效应暴雪的雷达反演风场分析

用EVAP(Extended Velocity Azimuth Processing)方法对2010年12月30日发生在山东半岛的一次海效应暴雪过程进行风场反演,以了解暴雪过程中雷达回波和低层风场的特征。得出以下结论:(1)烟台和威海暴雪发生时间不同步,降雪带有明显东移的过程,对应烟台强回波带逐渐向东移动,而威海回波位置少动。(2)雷达回波开始产生于渤海,减弱也始于渤海;强回波带的位置与风场的辐合区有很好的对应关系。(3)反演风场水平切变线的移动,会引起强回波带的波动;烟台北部切变线相对稳定,南部切变线西移,致使强回波带沿顺时针方向旋转;威海南部切变线位置相对稳定,北部切变线西移,引起强回波带沿逆时针方向旋转。(4)辐合切变线是由经过辽宁南下的东北风与山东半岛的西北风(西风)辐合构成;切变线受西风分量减弱的影响而发生移动。     

“09.11.10”石家庄特大暴雪中尺度风场分析

利用常规观测、雷达资料以及四维变分方法反演的风场资料,对2009年11月10-12日石家庄特大暴雪过程的形势场和中尺度风场结构进行了详细分析.从影响系统来看,此次特大暴雪过程分为两个阶段:回流降雪和西来槽降雪.回流降雪是特大暴雪的主要时段,此阶段西部山区降雪明显大于东部平原;而西来槽降雪阶段全区降雪比较均匀.由雷达反射率因子和径向速度可见:10日降雪具有对流性质,而且回波不断地自西部山区向石家庄市区移动,产生“列车效应”,造成市区及西部降雪强度较大;11-12日回波强度弱,降雪强度也较弱.分析雷达四维变分反演风场得到如下结论:(1)反演风场能够准确展现东风影响的时间和高度、西来槽影响的始末,对预报员定性外推降雪的强度起到非常好的参考作用.(2)低层水平反演风场上,存在一个比较窄的东风带,回波沿东风带自西向东移动,石家庄市区处于北到东北风的“回流墙”附近,东移回波在此堆积,移速减慢,影响时间较长;同时,市区附近存在风向性和风速性辐合,致使回波在石家庄附近加强或维持.(3)反演风场垂直剖面图上,东风回流降雪阶段,低层东风区上空存在一个“反气旋”,强回波位于“反气旋”所包围的范围.     

一次1月山东半岛东部极端海效应暴雪的发生机制分析

利用海上浮标站、自动站、多普勒天气雷达、L波段雷达探空、NCEP/NCAR再分析逐6 h和降水等观测资料,结合EVAP雷达风场反演获得的水平风场资料,对2018年1月9—11日一次渤海海效应暴雪过程的产生机制进行了分析。结果表明:此次海效应暴雪过程是一次极端降雪事件,具有强降雪持续时间长、降雪量大、暴雪分布近γ中尺度等特征。暴雪发生前后受两次强冷空气影响,渤海和山东半岛地区持续降温,850 hPa温度降至-18～-16℃,是产生强海效应降雪的有利条件;此次冷空气明显强于12月渤海海效应暴雪,1月产生海效应暴雪的850 hPa温度中位数较12月低约5℃。受强冷空气影响时,海气温差明显增大,海洋向低层大气输送的最大感热通量可达226.8 W·m~(-2),低层大气高湿饱和,导致大气层结不稳定,不稳定局限于850 hPa以下,为浅层对流。雷达反射率因子图上具有明显的"列车效应"。造成窄带回波的原因在于出现了低层切变线,即在山东半岛北部沿海的小范围区域内出现了东北风及西西南风,形成了西北风与东北风、西西南风与东北风的切变线,触发暴雪产生。而东北风达到的高度不超过1.2 km,多在0.6 km以下。通过此次极端暴雪过程的综合观测资料分析,揭示了较少出现的1月海效应暴雪的特征,其形成的环流形势、热力不稳定、动力条件等与常见的12月海效应暴雪基本类似,主要差异在于冷空气强度较12月偏强,这可成为1月海效应暴雪的首要预报着眼点;海上浮标站、雷达风场反演技术是定量揭示海效应暴雪中尺度特征的良好资料和方法。     

冷垫背景下回流暴雪成因与雷达回波特征分析

利用气象台站观测资料、赤峰市多普勒雷达(CINRAD/CA)观测资料、全球地形资料(水平分辨率1°×1°)以及NCEP的FNL(水平分辨率1°×1°)逐6 h再分析资料,对2019年3月20日内蒙古东南部春季暴雪天气进行分析。结果表明:这是一次典型回流降雪天气,低层925 hPa东北风急流与中层700 hPa西南急流形成明显的垂直风切变和温度差,产生强的动力锋生;低层辐合有利于垂直上升运动发展;850 hPa偏南风和偏东风水汽通道汇合于内蒙古东南部;850~700 hPa有强逆温层,冷暖空气剧烈交汇;南北向大兴安岭地形对东麓迎风坡东北风超低空急流有阻挡作用,有利于干冷空气长时间堆积,低层冷垫厚度加大,暖湿气流被迫抬升到更高层结,有利于水汽凝结和降雪加大;降雪最强时段,雷达基本径向速度图上低层为偏北风,中层有表征暖平流的“S”形回波,高层西南急流长时间维持,同时有西北风—西南风冷式切变线和西南风—东南风暖式切变线,雷达速度图上强降雪和西南暖湿急流在冷垫上爬升有很好的对应关系,这对短时预报预警有指导意义。     

特大暴风雪动力结构的雷达探测研究

利用牡丹江多普勒天气雷达观测资料对2007年3月4—5日黑龙江省东部地区一次罕见特大暴风雪的雷达回波动力结构特征进行分析。结果表明：高低空急流、风切变、冷暖平流在特大暴风雪过程中特征明显;偏南气流和冷性的东北气流构成的中尺度辐合切变线和西南急流的位置变化对降雪天气的演变过程有重要指示意义;雷达回波反射率因子在15～27dBZ之间,回波面积广,顶高在6km左右,冷暖平流明显,径向速度大,出现＂牛眼＂、速度模糊等现象,可作为暴风雪临近预报的着眼点     

2001—2010年大连地区暴雪天气与雷达回波特征分析

利用2001—2010年大连市7个市区县观测站冬季降水资料、常规观测资料和大连新一代天气雷达（CINRAD/SC型）回波资料,对发生在此期间8次暴雪过程环流形势分析的基础上,对雷达回波特征进行分析。结果表明：造成大连地区暴雪天气的环流形势,在500 hPa高空上多与东亚大槽建立前自中国华北伸向黄淮地区的高空槽有关,在地面上则与经华北南部和江（黄）淮地区东移或北上气旋（倒槽）与北方南下冷高压在大连附近交绥有关。雷达回波速度场以＂暖式切变＂型最多;该类型的降水强度,随南北气流的增强、风切变的增大和切变层在边界层和对流层低层的抬升与暖平流的匹配而加强;随西南气流在边界层和对流层低层减弱与冷平流的出现而减弱。研究结果可为预报冬季暴雪天气提供参考。     

暴雪过程中多普勒雷达速度产品分析

利用多普勒天气雷达提供的强度、径向速度、风廓线产品及衍生产品对2008年1月25—29日南京持续性暴雪天气回波的演变过程以及回波不同阶段风场垂直结构及其动力条件的变化进行了分析,结果表明:存在持续的低空东北气流以及风向垂直切变的风场结构是这次暴雪天气产生的主要环境特征,暖平流和中层强西南急流有利于产生持续的暴雪,低层辐合、高层辐散及较大的垂直上升运动为暴雪的产生提供了动力条件;任意高度出现西北风,可以作为强降雪将会趋于减弱的临近预报指标。     

浙江省春季至夏初飑线分型及对比分析

根据大尺度背景场的差异,将影响浙江省的七次飑线过程分为两种类型:冷涡类西北气流型和槽前西南急流型。通过环境场和雷达结构特征提炼异同点,结果表明:飑线系统发生在高空槽配合地面低压发展的有利环境场,对流层中高层相对干冷的平流叠加在低层暖湿气流之上,在对流发展区建立显著的条件不稳定层结。西北气流型由东亚大槽后干冷平流的强迫作用及925 hPa至地面辐合线触发产生,生命史长、强度强是主要特点;西南急流型飑线多发生在江淮低压冷锋南下型的地面形势场,西北东南移向的飑线主要由锋前低压系统内的冷暖交汇加上锋面抬升触发,而西南东北移向的飑线由西南急流强迫产生,低层西南急流脉动或风速辐合、地面辐合线等为触发抬升条件。T_850-500大于27 ℃,可以较好表征雷暴大风天气的环境场,B_li、B_CAPE等指示意义显著,而K指数和S_i指数对西北气流型飑线无指示意义。强的环境风垂直切变有利于飑线回波的组织化及回波垂直结构的倾斜;径向速度场的大风速区和MARC特征是飑线的共同特征,大风速区能直观地判断大风的位置和强度;阵风锋易出现在自北向南的强对流系统中,和阵风锋相交的回波强度强,持续久,易产生冰雹;冰雹回波在径向速度图上通常存在强的切变辐合或中气旋等共同特征。      

2009年晚秋河北特大暴雪多普勒雷达特征分析

利用石家庄新乐CINRAD/SA雷达资料、加密自动站资料和四维变分同化风场反演资料,分析了2009年11月10-12日河北地区发生的有历史记录以来的特大暴雪天气过程。结果表明,这次特大暴雪过程可分为切变线回流降雪和西风槽降雪两个阶段。切变回流降雪回波为对流性层云和积云的混合云,西风槽降雪回波为层状云且无零度层亮带,对流性降雪回波的垂直结构与盛夏暴雨回波结构类似,是产生这次极端降雪的重要原因;径向速度场分布存在"牛眼"特征、零等速度线出现"S"形、反"S"形和不连续线。当同时出现暖平流、风向辐合及风速辐合时,降雪维持;当同时出现暖平流、风向辐散及风速辐散时,降雪减弱;从地面到1.2km的边界层内存在边界层辐合线,垂直风切变的辐合抬升使垂直运动增强、降雪强度增大。     

天津城区暴雪的环流形势与雷达特征分析

利用常规观测资料和天津新一代天气雷达资料,对20022017年发生在天津城区的4次暴雪天气过程进行了分析,结果表明:4次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统却不尽相同;暴雪主要产生在500 hPa和700 hPa高空槽、850 hPa切变线东移的形势下;水汽主要来源于700 hPa西南急流及850 hPa低空和925 hPa超低空急流的水汽输送。回流东北风在天津地区形成冷空气垫,有利于西南暖湿气流的爬升,加强了地面的动力抬升作用。通过对暴雪过程的雷达径向速度场分析看到,暴雪过程具有零速度等值线闭合特征,此特征是冬季降雪过程独有的特征,反映了近地面层与中高层之间的风切变,闭合越完整表明切变越强烈,可以直观地预警暴雪量级。另外,高仰角上中尺度辐合线维持时间的长短与降雪量之间对应关系较好,可以作为预警降雪量级的一个指标。VWP图上从观测到西北风出现到降雪结束平均需要12 h,这可以作为暴雪结束时间的预报指标。     

副高边缘暴雨的多普勒雷达回波特征

利用常规观测资料和多普勒雷达探测资料，对2003-2004年湖南省4次副高边缘暴雨的天气形势和雷达回波特征进行了分析研究。结果表明：4次暴雨过程的副高位置适当，高空有低槽，中低层有低空急流和低涡切变线，地面上有冷锋。在基本反射率图上，低槽暴雨有S-N向的窄带回波特征、冷式切变线暴雨有准W—E向的积层回波特征、暖式切变线有NE—SW向的积层回波特征，但每一次暴雨过程不尽相同。在多普勒速度图上常出现低空急流、冷暖平流、冷锋、逆风区以及高层大风核等特征，并常是几种特征同时出现，有利于强降水产生。     

闽西山区“7·22”极端降水过程中尺度对流特征

2015年7月22日福建西部山区经历了一次罕见的极端降水过程,6 h降水量高达254.9 mm,24 h最大降水量达295.5 mm。利用常规天气资料、自动气象站、卫星云图、风廓线雷达以及多普勒天气雷达资料,分析此次过程的中尺度对流系统的环境条件及结构演变特征。分析表明:低空季风槽北抬减弱后的切变和高空高压之间的南北向槽缓慢向东北移动是此次强降雨的主要影响系统,不稳定能量加大、抬升凝结高度和自由对流高度低、大气可降水量大及中等到弱的垂直风切变形成有利于中尺度对流系统发展的环境条件。中尺度对流系统在发展过程中结构发生改变,由线状对流伴随层云（TL/AS）的结构转变为静止后向建立的中尺度对流系统,极端降水出现在静止后向传播阶段。高空冷空气入侵,低空西南急流加强并伴风速辐合,冷暖空气交汇导致中尺度对流系统加强发展,边界层西南气流在有利的喇叭口地形作用下加强抬升,北上受到山脉阻挡形成小涡旋,西北侧对流单体移入后不断加强,对流单体的移动方向和传播方向相反,中尺度对流系统形成静止后向传播,产生列车效应,出现极端降水。