我国冰雹天气及预报研究进展

近十几年来,我国北方与南方多次发生大范围雹暴灾害及随后人工防雹的广泛开展,迫切需要提供冰雹的短时和短期预报,引起人们对冰雹天气研究的重视。1975年成立了冰雹预报科研协作组,组织了多种全国性的学术活动,1980年对华北地区八次典型大范围雹暴个例分析组织了规模较大的会战,各地区对历史上出现的冰雹天气做了大量的个例分析和统计分析,为我国冰雹天气、冰雹成因和预报方法的研究奠定了基础。一、冰雹天气的气候特征我国冰雹天气的气候特征归纳起来是:降雹范围广,离散性强,地形影响大,降雹带有明显的随季节南北推移并伴有其他灾害天气。     

2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析

冰雹等强对流天气是北京夏季预报和服务的重点，针对2005年发生在北京城区的两次强冰雹天气，利用常规探测和自动站、雷达、风廓线等资料进行天气动力学和中尺度对比分析，结果表明：这两次冰雹天气在环流形势、局地气象条件和中尺度系统等方面有明显差异，5月31日的高低空急流配置、能量和风的垂直切变等更有利于强雹暴的发生；超级单体回波是5月31日北京城区降雹的直接影响系统，6月7日为典型的飑线天气过程，两次过程中雹云的发展演变、冰雹的落区与地面中尺度系统都有较好的对应；造成5月31日城区降雹的对流系统为中-γ尺度，6月7日为中-β尺度，因此5月31日冰雹天气的预警难度较大，今后需充分应用高时空分辨率的探测资料做好此类突发性天气的监测和临近预报。     

湛江2019年4次冰雹双偏振雷达产品应用分析

利用MICAPS高空地面资料和湛江S波段双偏振雷达资料对2019年3月6日、4月12日共4次雹暴云团造成的降雹天气过程进行分析。结果表明：1)4次过程均出现高悬强回波、三体散射长钉等降雹强风暴基本雷达特征；2)双偏振雷达基本参量的冰雹识别通常以高水平基本反射率Z_H、低的差分反射率Z_DR、协相关系数CC作为冰雹主要识别判据。3)4次雹暴云团在入流缺口处有明显的Z_DR环和Z_DR柱。成熟的雹暴云团强回波区对应Z_DR为趋近于0 dB的低值区，低于0.95的CC与趋近于0 (°)/km或为缺测的K_DP。4次过程中降雹前1～2 h,雹胚发展的强回波区域对应Z_DR常有低值窄带区下延接地。     

2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析

为研究雹暴结构和大冰雹的形成机制,利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测站观测和实地冰雹调查资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大冰雹形成机制进行分析。结果表明,受冷涡天气系统影响,鲁中山区、鲁东南地区低层暖湿、高层干冷,0—6 km高度风矢量差为30.3 m/s,十分有利于强雹暴的发展。雹云发展迅速,历经发生、跃增、酝酿、降雹和消亡等5个阶段,在发生阶段即观测到中气旋、有界弱回波区等结构并不断增强,长时间维持;降雹阶段的雹云具有典型的有界弱回波区—悬垂回波—回波墙和“S”型水平流场等特征,有界弱回波区与旋转上升气流和水平速度为0的“0线”结构相关联,“0线”穿过悬垂回波和有界弱回波区顶部强回波区,指向雹云对流上冲云顶,具有特定的成雹功能;强降雹时段,雹云有界弱回波区北侧回波墙及其上方强回波区的水平反射率因子大于60 dBz,对应的差分反射率因子大多为?1—0 dB,表明为大冰雹的聚集区。依据对成熟阶段雹云雷达回波形态、径向速度和三维风场的分析,给出了实例雹云内主上升气流框架和具有成雹功能的“0线”结构示意图,有助于理解“0线”结构在大雹循环增长中的可能作用机理。      

初夏冰雹天气的综合分析与预报

分析了宜宾地区产生冰雹天气的大气环流形势及其不同环流型下的能量场结构和特点，天气尺度影响系统的物理机制和相互作用。我区降雹主要产生在西风大槽和阶梯槽型下，由其性质可分为冷锋雹暴和暖气团雹暴两类，冰雹天气的产生需要气团内部具备强不稳定层结，动力扰动触发不稳定能量释放产生强烈的上升运动和有利的环境温湿条件．采用潜在性不稳定度和物理量诊断值定量反映降雹前的气团内部不稳定能量结构和影响系统的强度，能较好地客观反映降雹天气的特点，具有较高的预报准确率。     

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。     

南通地区雹暴预报模式

雹暴是一种强对流不稳定天气,属于中小尺度现象,多产生于飑线、中小尺度切变和低压等对流系统。目前在实际工作中直接分析中小尺度系统作降雹预报尚有困难。由于某些特定的天气尺度系统与一些中小尺度系统之间存在较密切的关系,所以往往通过分析使中小尺度系统产生和赖以生存的天气尺度条件,来预报这种强对流天气。本文主要着眼于高空槽组合和从高空到地面的天气尺度系统三度空间配置特征,建立雹暴预报模式。     

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...     

滇中地区春季两次冰雹天气对比分析

利用常规气象资料、NCEP 1°×1°6小时再分析资料和昆明CINRAD/CC多普勒天气雷达资料对春季出现在滇中地区的两次冰雹天气过程进行对比分析。结果表明,4.11冰雹过程为系统性的槽脊移动,属于高空冷槽形势下的典型低空切变降雹,3.22冰雹过程为一般性对流天气过程,属于一般性降雹。两次过程在V-3θ图中高层的3条θ线均有不同程度的左倾,θse和饱和θse均有不规则折拐,同时出现"蜂腰"状结构,并且在冰雹发生前低层为顺滚流、高层为逆滚流,冰雹结束时则为顺滚流减弱或者消失的共同特征,4.11冰雹过程低层有逆温冷层云出现,而3.22冰雹过程没有。通过指数分析看出4.11冰雹过程层结不稳定性强于3.22冰雹过程。雷达图像中4.11冰雹过程有钩状回波、明显的入流缺口、回波悬垂、正负速度对(弱切变),强回波伸展高度达到7km等特征,3.22冰雹过程有回波悬垂,强回波伸展高度达到5km,并无明显的正负速度对出现。     

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。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

北京地区雹暴气流结构的研究

应用单多普勒天气雷达观测资料、天气实况和卫星云图对1995年6月22日出现在北京地区的冰雹天气过程进行了分析。从单多普勒雷达资料反演出的水平流场和垂直气流结构可以看出这次过程沿着辐合带发生,垂直剖面上的气流有良好的组织,表现出强烈的旋转和上升。这种气流结构不同于传统的超级单体雹暴中的气流模式,有其局地地形特点。     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

Evolutionary characteristics of a dust storm over Oman on 2 February 2008

The evolutionary characteristics of a dust storm over Oman on 2 February 2008 were studied by analyzing the weather associated with it. The National Center for Environmental Prediction/National Centre for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis wind flow pattern at 1,000?hPa showed a clockwise and outward wind flow pattern over the study region, a manifestation of a high-pressure cold air mass. In addition, ground truth observations for surface temperature and surface winds showed cold northerly winds until the early morning of 2 February 2008. A strong wind shear resulted from differences in wind speed between warm air and trapped cold air. This vertical wind shear enhanced instability. Furthermore, the weakening of the inversion in the lower troposphere and the formation of a mixed layer due to transfer of horizontal momentum from upper air towards the surface led to strong surface winds. These strong winds lifted a large amount of dust particles off the ground, resulting in the dust event of 2 February 2008.     

一次中尺度对流风暴造成的内蒙古局地沙尘天气过程分析

利用气象信息综合分析处理系统（MICAPS）分析资料、NECP再分析资料、自动站观测资料、卫星红外云图、天气雷达资料等,对2018年初夏内蒙古锡林郭勒盟地区出现的一次典型局地沙尘天气过程进行了分析。结果表明：此次沙尘天气主要在高空冷涡环流背景下,由低层切变触发的强对流风暴造成,发生在强对流风暴的下沉气流中。沙尘发生时,地面气压从995.2 hPa跃升至1000.4 hPa,气温下降,风向从东北风（31°）突变为西北风（343°）。从天气形势看,在上冷下暖不稳定的大气层结状态下,对流云团发展旺盛,外流边界的强下沉气流促使地面形成大风,为此次短时沙尘天气提供了较好的动力条件。局地沙尘发生前,动力、热力条件有利于强对流天气的发生发展,高低层的辐散辐合、较强的上升运动及干燥的中层大气和下垫面,是局地沙尘天气产生的主要原因。     

2012年新疆喀什一次罕见冰雹天气的中尺度特征

2012年5月23日午后到夜间喀什地区8县市19个乡镇发生了有气象记录以来罕见的大范围冰雹天气过程。本文利用常规观测资料和新疆喀什多普勒天气雷达资料,分析了冰雹发生的中尺度天气特征。结果表明：对流系统为中-γ尺度,下垫面热力不均匀和水汽分布不均匀是此次强对流天气发生的主要原因。冰雹天气热力作用显著,热力参数CAPE和LI值的高低中心与冰雹天气的发生区域对应较好,且CAPE（LI）随时间增大（减小）;弱的垂直风切变、垂直涡度与倾斜涡度发展是造成大范围雹暴的层结特征;线性多单体风暴、低层弱回波区、低层反射率因子高梯度区是主要回波特征,VIL的跃增对新疆喀什冰雹的临近预报有一定指示意义。     

滨海新区2014-06-22强对流天气过程分析

依据常规高空、地面观测及雷达资料,对2014年6月22日滨海新区的强对流天气(短时强降水、冰雹)过程进行分析。结果表明:1)500 h Pa低涡位于40°N,滨海新区上游有冷空气侵入,并且700 h Pa和850 h Pa也有切变线存在,是滨海新区地区发生强对流天气的环流背景。2)对流层低层水汽充沛,探空CAPE、SWEAT等指数指示意义较好,存在较好的不稳定能量和弱的垂直风切变,尤其是地域性的海风过程提供了触发条件和底层水汽。3)雷达回波演变上可以清晰看到出流边界(阵风锋)和海风锋共同作用触发单体回波及单体发展、旺盛、消亡演变过程。该过程中,冰雹移动路径沿滨海新区地面辐合线(海风锋)呈东北—西南向移动,该路径是滨海新区的强对流天气常有的移动路径之一。     

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。