雷达个例研究与气流模式

本文是加拿大麦吉尔大学为“阿尔伯塔冰雹研究计划”提出的报告。作者A.J齐泽姆(Chishalm)。阿尔伯塔计划开始于1956年,是阿尔伯塔研究委员会、加拿大大气环境服务局(以前称加拿大气象局)和国家研究委员会协作进行的一项研究计划。麦吉尔大学     

关于阿尔伯塔新的防雹计划和对我国防雹工作的几点启示

文章介绍加拿大阿尔伯塔新的防雹计划和１９９６年防雹作业进行情况和取得的成果。新防雹计划依据阿尔伯塔雹暴的概念模式进行飞机播云作业。在播撒剂、播云方式、气象保障等方面都有改进，而且采用最新的全球定位系统（ＧＰＳ）跟踪技术和计算机技术。针对我国情况讨论了阿尔伯塔新防雹计划对我国防雹工作的启示。     

一次西北气流型冰雹过程分析中加密观测资料的综合应用

利用多普勒天气雷达观测资料、风廓线雷达、天津255m气象铁塔观测资料,结合NCEP再分析资料、北京和乐亭两个探空站、5min间隔自动站观测资料和自动站J文件,对2014年6月22日天津地区一次漏报冰雹过程对流系统的演变特征进行精细化分析。结果表明:(1)这次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场发生的,冰雹入侵路径是少见的东北路径;(2)雹暴单体发展于地面"人"字形辐合线"捺"部顶端,配合干线的共同作用造成雹暴单体加强发展,形成阶段近地层强东风入流加强地面风速辐合和干线的强度。成熟阶段气象要素的骤变(降温、升压、增湿)远强于形成和发展阶段的变化;(3)雹暴后侧入流区东北气流的维持及其下传对雹暴单体的增强起到重要作用。前侧入流区东北气流则自地面向边界层伸展,且临近降雹时塔层气象要素均有短时间的反向变化;(4)风暴追踪信息显示雹暴单体质心高度在3~4km,回波顶高远超过-20℃高度,最大反射率因子高度存在3次明显下落,发展阶段垂直液体含水量达最大55kg·m~(-2)。     

基于S波段双偏振雷达一次强雹暴过程观测分析

利用宁波S波段双偏振天气雷达资料、NCEP再分析资料、结合常规观测资料和实地冰雹调查资料,对2020年3月21日浙江省中北部一次强雹暴灾害过程(简称“03·21”过程)的天气背景和双偏振雷达回波演变特征进行分析。结果表明：(1)此次雹暴过程环流形势属于低层暖平流强迫类型,雹暴影响过程约4 h,雹暴A和B先以强的对流单体形态移动,在自西向东移动过程中分别加强为超级单体。(2)典型降雹时次具有明显的三体散射特征(TBSS),垂直剖面图上强回波(>50 dBz)伸展高度超过-20℃层,低层的弱回波,中高层悬垂回波明显。径向速度垂直剖面图上,雹暴低层辐合,其上叠加了辐散层,使得雹块得以继续形成和增长。(3)冰雹区出现了Z_DR冰雹信号,对应的反射率因子(Z_H)均大于65 dBz,差分反射率因子(Z_DR)介于-2.0～0 dB,相关系数(C_C)介于0.80～0.98;当结合Z_H、Z_DR、C_C综合判断云中有冰雹粒子,C_C...     

2020 年 6 月 1 日山东强雹暴过程双偏振雷达观测分析

利用济南S波段双偏振多普勒雷达探测数据,结合探空、地面气象站观测和实地冰雹调查资料,对2020年6月1日影响山东中西部的一次强雹暴过程进行分析。结果表明：1）此次雹暴过程受高空槽影响,于当日中午在河北邢台市初生,移入山东境内后持续降雹近5 h,其中17:00后雹暴明显加强,冰雹灾害严重。2）典型降雹时次具有明显的三体散射特征;1.5～5.5 km高度冰雹区对应的反射率因子（ZH）均大于65 dBZ,差分反射率因子（ZDR）介于-2.6～1.5 dB,相关系数介于0.80～0.96;大冰雹多集中在低层前侧入流的左侧和前侧。3）多个单体于17:00前后演变成超级单体风暴,具有明显的有界弱回波区和中气旋结构,ZDR柱可指示雹暴主上升气流区的位置。4）水凝物相态分类产品给出的冰雹分布反映了空中冰雹的分布和演变,可从冰雹色标面积大小、连续性程度预估冰雹强弱,根据低仰角的冰雹色标预判冰雹落区。     

多普勒雷达观测雹暴

L.J.巴坦(Battan)在美国《应用气象》1975年2月号(Vol.14,No.1)上的《应用多普勒雷达对一次雹暴的观测》的一篇报告。现将其观测分析结果译摘如下。直至目前,我们对雹暴结构的认识,主要还是通过分析雷达观测资料得出来的。通过对雷达回波特征及其随时间变化的分析研究,已推演出一些试图说明地面上观测到的冰雹特征的物理模式。只要能获得有     

瑞士的随机防雹试验

一、引言很多国家都在大规模地开展防雹,据一些商业性的防雹计划报告,雹灾可以减少40%到50%,不过这些防雹试验不是随机的,缺少统计意义.随机的防雹研究计划也有一些,如加拿大的阿尔伯塔、美国的北达科他、美国国家冰雹研究试验、瑞士的第3号大型     

一次雹暴的特征随时间演变的分析

冰雹通常由强烈的积雨,即所谓雹暴中形成。在雹暴的整个生命过程中,无论是外观还是内部特征,都在不停地发生着变化。由于这种变化十分激烈和迅速,大冰雹往往就在某一短时间内(通常不超过30分钟)生长并危害农业。加上此时伴随着闪电大风大雨,要观测它甚为困难。因此,人们至今对其演变的许多方面还缺乏详细和确切的的认识。     

西北地区东部冰雹云的卫星光谱特征和遥感监测模型

根据气象台站的冰雹观测记录,针对冰雹灾害多发的西北地区东部,选取2001—2004年间14次NOAA卫星过境的AVHRR资料,共88个样本数,对冰雹云和其他云的光谱特征进行对比分析。结果表明,雹云的热红外亮度温度的变化基本在245K以下,中红外波段反射率相对较低,基本变化在0.4及以下范围,可见光和近红外波段反射率>0.6。冰雹产生的两个重要条件是高的云光学厚度和大的云粒子有效半径共同发生的区域;西北地区冰雹发生的云顶高度基本在4.5～7km之间。根据雹云的光谱特征,确定雹暴指数及其模型阈值>0.35的冰雹监测方法,多普勒雷达回波和气象站观测结果说明,雹暴指数等多参数结合判别冰雹云效果显著。     

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。     

冰雹云钩状回波的一些特征

近几年在平凉恢复高炮防雹工作以来,我们发现天气雷达观测冰雹云的雷达回波多数具有气旋性回波形状,直至局部演变成钩状回波。为了探讨冰雹云雷达回波形状的这一特点,进而有助于从雷达回波图形上识别冰雹云,我们分析了12年平凉强雷暴观测的雷达回波资料,表明:(1)强雷暴云中凡有降雹的雷达回波,除雷达反射率高(回波强中心一般达到40db 以上)、云体伸展高(达到10千米左右)和强回波区厚度大(4.5千米左右)外,70％以上雷达回波都存在有类似于气旋性的钩状回波;(2)钩状回波出现的明显程度、维持的时间、钩状气旋控制面积的大小和出现的位置,与雹暴发展演变的阶段和剧烈程度及地形影响有关.     

贵州铜仁连续两次冰雹天气过程的对比分析

利用地面加密自动站观测资料、多普勒雷达观测资料以及NCEP/NCAR再分析资料,对2013年3月19日和22日连续出现在贵州铜仁的2次冰雹天气过程的中尺度系统的发展演变及结构特征等进行分析。结果表明:(1)高空槽后西北气流带动高层干冷空气南下,叠加在低层西南暖湿空气上形成不稳定层结,是冰雹发生的有利环流背景形势;(2)中层干冷空气及地面冷空气侵入造成强烈位势不稳定是铜仁发生冰雹等强对流天气的重要环境条件;(3)当K指数38℃,SI指数-1℃,强天气威胁指数超临界值,CAPE300 J/kg时极有可能发生冰雹天气;当地面至400 h Pa垂直风切变5×10-3s-1时,利于雹暴系统发展加强;(4)反射率因子50 d BZ的强回波发展加强,且强回波伸展高度超过-20℃层高度,出现弱回波区或有界弱回波区,高强悬垂回波特征,径向速度场往往伴有逆风区或中等涡旋出现,是冰雹天气发生典型特征;(5)垂直液态水含量出现跃增达25 kg/m2以上预示有冰雹发生,同时配合冰雹指数可作为冰雹预警的一个重要参考。     

海南一次冰雹天气过程成因分析

利用海南岛上常规观测资料,雷达、葵花卫星等非常规观测资料,欧洲中心再分析资料和NCEP全球实时海温,对比分析了2018年3月3日海南冰雹的环境条件及其中尺度特征。结果表明:(1)3月2—4日,大尺度环流特征为中层干冷的W—SW急流、低层SW暖气流及地面西南低压槽。(2)3日的区域大气层结处于稳定转变为不稳定的状态,局地增长的不稳定能量在海风锋的触发下强烈释放,适宜的0～6km垂直风切变,0℃、20℃高度有利于对流单体发展成雹暴单体。(3)2日海南岛附近区域层结稳定,CAPE值偏低;4日海南岛处于低层大风核入口前侧,水汽辐散,海风锋垂直环流被抑制,这些都不利于强对流的发展。(4)此次降雹单体具有多个雷达回波特征,当移入多普勒雷达静锥区后,利用风廓线雷达资料可监测到高层急流脉动下传,0～5km、0～3km垂直风切变相继增大的特征,对判断风暴的演变具有重要参考意义。(5)初生对流单体在地面辐合线和儋州中部露点锋交界处生成,在海风锋北端和海口-澄迈北部露点锋重叠区发展为雹暴单体,雹暴单体前沿的露点锋有新生单体的传播。     

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。     

一次冰雹天气过程的潜势条件和中尺度特征分析

基于常规观测资料、NCEP(1°×1°)再分析资料、FY-2G卫星云图和多普勒雷达资料等对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹天气过程进行分析,得出以下结论:(1)此次冰雹过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、冰雹发生区明显的切变线和地面辐合线以及高层气流引导地面辐合线附近生成的中尺度对流系统MCS,是造成此次强天气的主要影响系统。(2)中尺度辐合线和干线为此次冰雹天气提供了较好的触发机制;强冰雹发生区螺旋度的异常增大为雹暴系统的发展增强提供了强有力的环境场条件;强垂直风切变可促使不稳定能量释放,形成冰雹等天气,和湿斜压作用共同形成MCS发生发展的有利条件;冰雹发生区0℃层、-20℃层高度及二者之间的厚度均有利于大冰雹的形成。(3)多普勒雷达资料显示,引发强天气的回波单体附近,悬垂回波、弱回波区、钩状回波等特征明显,对应径向速度图有明显的中气旋、中层径向辐合及风暴顶辐散等特征配合,对此次冰雹等天气有很好的指示作用。     

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。     

两次冰雹过程边界层气象要素变化特征

基于常规气象观测、浙江省自动气象站、宁波多普勒雷达和凉帽山岛370 m高塔边界层资料,对宁波市2012年7月7日(个例1)和2013年3月22日(个例2)两次冰雹过程进行了比较分析,结果表明:两次过程发生在不同季节和天气背景下,个例1由强热对流单体所致,个例2则是具有高架雷暴特征的移动性强对流带所造成。地面流场都显示:雹暴前侧入流辐合带和后侧下沉气流辐散区相对雹暴中心位置变化不大,两次过程前部冷出流边界前沿距离降雹中心约8~10 km及其后约4 km处形成了下沉尾涡。雹暴前侧入流区边界层主要表现为气压下降、气流转向雹暴中心、风速及辐合加大等;而下沉辐散区则表现出天气要素的剧烈变化。个例1高塔处于冰雹前侧入流区,边界层气象要素变化低层先于高层,临近降雹时由于拖曳作用削弱了抽吸作用,近地层各气象要素均有短时间的反向变化。个例2高塔处于低层入流区时,风速增大也最先出现在塔层底部;雹暴过境时,冷高压出流造成高塔处边界层风向、风速剧烈变化,上下各层时间较一致。     

强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析

利用我国各地11次强对流事件中23个产生S波段雷达三体散射的雹暴的新一代天气雷达数据,总计499个三体散射样本资料,综合并详细地讨论了我国S波段多普勒天气雷达三体散射的统计特征,也讨论了将这一现象应用于强冰雹辅助预警的可能性。同时对目前国内S波段雷达所观测到的最典型的三体散射个例从"三体散射回波"出现到消失的全过程进行了仔细分析,结果表明:(1)在最小反射率因子显示阈值为-5 dBz的情况下,产生S波段雷达三体散射的最小反射率因子在60 dBz左右,86%的三体散射长钉(TBSS)出现在反射率因子强度≥63 dBz时;(2)TBSS长度与强反射率因子核心区面积大小及反射率因子核最大强度呈密切的正相关,也就是说,反射率因子核心强度越大,高反射率因子的区域越大,TBSS的长度就越长;(3)TBSS出现的最大高度为12.5 km,最低高度是1.1 km;61%的TBSS出现在3~6 km高度之间,TBSS在4~5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少;TBSS长度≥10 km的出现次数同样以4~5 km高度最多,然后向上、向下迅速减少;(4)TBSS主要在雹暴位于雷达的西半边时出现;(5)雹暴云在不同性质的下垫面上空均能产生雷达TBSS;(6)TBSS的持续时间几乎都超过30 min,其中持续时间在30~60 min的情况居多,还有部分TBSS持续时间超过90 min;(7)在出现TBSS时,几乎所有雹暴都降了2 cm以上的强冰雹,同时80%左右的产生2 cm以上直径冰雹的强雹暴都产生了三体散射,因此TBSS可以作为强冰雹的一辅助预警指标,以有效降低强冰雹预警的虚警率;(8)在产生三体散射的23个强雹暴中,有一半以上是超级单体和准超级单体风暴,超级单体雹暴中的中气旋有利于大冰雹的形成。     

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异。结果表明:（1）大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子分布存在较大重合区域。（2）冰雹偏振参数的变化主要集中在融化层之下,相较于小冰雹,大冰雹具有更低的差分反射率因子和相关系数。（3）所有雹暴的差分反射率因子柱最大伸展高度均超过?10℃层,有83%的大冰雹事件其差分反射率因子柱最大伸展高度可超过?20℃层;在小冰雹事件中这一比例仅为46%。（4）差分反射率因子柱高度的演变对于雹暴的发展具有预示性,特别是在持续降雹过程中,差分反射率因子柱的再度发展预示着雹暴的再次增强。差分反射率因子柱高度的极值相对于降雹具有时间提前量,在大冰雹事件中这一提前量的中位数为24 min,而在小冰雹事件中这一数值为11 min。（5）三体散射的偏振特征有助于识别高空的冰雹,尤其是当冰雹核的后侧存在其他降水回波时。在所统计的19例大冰雹事件中均发现三体散射偏振特征。在小冰雹事件中同样可发现三体散射偏振特征,出现比例为52%。      

载人飞船主着陆场区强对流天气成因

从数值预报资料入手,结合风廓线雷达、多普勒雷达及自动气象观测资料对2008年9月14日飞船主着陆场区一次雹暴过程进行分析。结果表明:这次雹暴过程中气象要素变化剧烈;侵入蒙古低压的冷锋带动中尺度辐合线移近场区时触发强对流迅猛发展;雹暴前期垂直风切变显著增大;深厚的对流不稳定层结、强烈的正涡度平流和垂直上升运动等是雹暴的主要成因;雹暴前期TBB值迅速降低,雷达RHI回波图上,在无回波穹窿区上部为雹源区;冰雹落在θse舌轴的北侧和高空锋区的南侧。