甘南地区一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

针对甘南地区2006年7月12日出现的冰雹天气过程,利用兰州CINRAD/CC多普勒雷达回波资料以及MICAPS资料对此次强对流天气过程进行了初步的分析,分析了冰雹天气过程中雷达回波的形态特征、结构和动态特征,发现在此次强对流天气是雷达回波具有明显的超级单体风暴特征,且呈现出三体散射、有界弱回波、钩状回波等特征;雷达回波强度值55dB;回波顶16km;径向速度图上出现较强的气旋性辐合,在中高层辐合中还存在着中尺度气旋;此外,降雹过程前后垂直液态水含量(VIL)变化较大。     

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率（DBZM）≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量（VIL）和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现＂POS＂报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。     

江西一次突发性局地强对流天气的雷达回波特征分析

对2004年4月11日赣中出现的突发性局地强对流雷达回波资料进行了分析.分析结果表明,这次强对流过程虽然从天气形势上很难做出预报,但从多普勒天气雷达资料上仍可分析出一定的预报特征:最大反射率(DBZM)和最大反射率高度(HGT)的突降,与降雹和龙卷的发生时间具有较好的相关性;垂直积分液态水含量(VIL)的变化,尤其是跃增的特性,对于判断冰雹的增长非常有效,而对于判断降大冰雹的可能性,尤其是微型超级单体的降雹,VIL密度比VIL具有更明显的指示意义;冰雹指数(HI)对强对流天气的预报具有一定的指示意义,尤其当持续出现"PRO"或"POS"报警时,往往表示风暴已发展成熟,极有可能产生剧烈的强对流天气;三体散射回波(TBSS)的出现,预示风暴中可能有大冰雹生成;风暴追踪信息(STI)产品能有效地预报出回波未来的移动方向和影响区域,但对于转折时间,则需结合反射率等产品来进行预报预警服务;风暴内出现中气旋特征时,应做好发布强对流天气预警的准备工作.     

云南中部一次出现多个超级单体雹暴的强对流过程环境场和雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达、NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2017年8月23日云南中部地区一次强对流风暴的环境参数和雷达回波特征进行分析,结果表明:此次强对流风暴发生在台风低压前侧、中高纬冷槽后部的强不稳定层结背景下,地面辐合线和强垂直风切变有利于对流风暴的维持和加强。强对流风暴受地形影响较为明显,共激发形成6个超级单体或类超级单体,在超级单体发展成熟前10 min,3个降雹超级单体强中心沿地形爬升,未降雹和小雹超级单体沿地形下降。6个超级单体或类超级单体呈现出中气旋或γ中尺度弱涡旋特征,最大速度对转动值超过10 m·s~(-1)时出现不同程度冰雹,冰雹直径15 mm的超级单体在2.4°～3.4°仰角上径向速度值达到中气旋标准,冰雹直径为15～20 mm的超级单体反射率因子质心点较高,回波核前倾,具有悬垂回波、弱回波区、回波墙和三体散射特征,其零速度线后倾,辐合区高度超过- 10℃层,顶部为强辐散区,- 20～0℃层回波最大强度超过55 dBz,50 dBz回波厚度6 km,垂直累积液态水含量(VIL)密度2.2 g·m~(-3)。冰雹直径5～8 mm和未降雹超级单体回波核直立,悬垂回波特征不显著,辐合区高度偏低,辐散区厚度大于辐合区厚度,不同等温层回波强度差别小,但50 dBz回波厚度6 km,VIL密度2.2 g·m~(-3)。     

2006年陕西两次强对流冰雹天气过程的对比分析

利用TBB资料、NCEP再分析资料、自动气象站资料及多普勒雷达等多种资料,对比分析了2006年初夏和盛夏两次强对流冰雹天气过程的环境场条件和中尺度系统的演变。结果表明,强的不稳定层结和一定的外部抬升力条件是产生强对流天气的共同物理量特征;高层暖、中层冷、低层暖的三层温度平流中心所叠置的区域与降雹区有较好的对应关系,对流层低层的逆温层(干暖盖)更有利于深厚对流活动的产生;适宜的0℃层和-20℃层高度有利于雹粒的增长。流场的尺度分离能够分辨出产生强对流冰雹天气的中尺度系统;地面能量场上表现有中尺度的Ω系统。初夏过程以冰雹、强风为主,盛夏过程冰雹、强降水比较突出;移速快、膨胀迅速的云团易产生冰雹和强风,而移速缓慢、对流合并显著的云团易出现强降水和冰雹。强回波伸展高度越高,入流显著、上升气流强盛的对流系统产生的天气愈剧烈,愈易出现大冰雹。     

石河子地区三次冰雹天气过程的综合分析

选取春季发生在新疆石河子地区沙漠边缘的3次冰雹天气过程,应用常规观测资料并结合雷达回波资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等几方面进行了综合分析。结果表明:3次降雹过程都发生在典型的高空槽型的冰雹环流背景形势下,较好的对流不稳定条件、水汽条件和较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展。多普勒雷达能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度和回波顶高度的变化、速度对和逆风区的出现、垂直累积液态含水量(VIL)增加以及风暴跟踪信息(STI)预警等都对冰雹天气的出现具有指示意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

江西省北部地区一次致灾冰雹天气环境条件和特征分析

利用常规气象观测资料、天气雷达资料、FY-2E卫星TBB资料和NCEP1°×1°再分析等资料,对2015年4月2日发生在江西省北部地区的冰雹强对流天气环境条件和特征进行了分析。结果表明:1)高空槽、低层切变线和地面锋面共同影响,导致此次冰雹强对流天气过程,冷锋及其附近的中尺度地面辐合线是主要触发系统。2)降雹前6—12 h,江西省北部地区对流层中低层西南风速跃增,并且500 hPa高度层存在干急流轴,干空气卷入能使雨滴脱离上升气流,减弱雨滴的拖曳作用,形成"上干冷、下暖湿"对流不稳定温湿层结。3)江西省北部地区边界层有假相当位温能量锋区维持;且处于水汽通量辐合区中心,低层维持较强水汽辐合和输送,为冰雹云内雹胚的形成和生长提供了充足的水汽条件。4)风暴单体具有有界弱回波区、高悬的强反射率因子、强回波伸展至-20℃层高度之上、高VIL密度、强中气旋等大冰雹回波特征。TBB分布反映了一个MCS的演变,降雹地点与TBB小于-52℃的冷云区及其北侧TBB大梯度区对应较好。     

四川盆地南部边缘一次局地风雹天气的中尺度及雷达观测分析

利用中尺度天气图分析方法和雷达资料分析了2015年5月7日盆地南部边缘一次强风雹天气过程。结果表明:1)在有利的天气尺度系统影响下,高低空冷暖平流叠加区域和中低层干线和湿舌交汇区域是强对流天气发生的落区;2)雷达回波显示,强对流风暴具有弓形回波、穹窿、弱回波区等冰雹回波特征,中层径向辐合和反射率因子核心的反复上升下降对形成地面大风和冰雹具有重要的指示意义,降雹前后VIL的突变对冰雹的预警也有重要的预警作用;3)地面大风与地形的关系密切,地形对大风的形成有很好的促进作用。      

冷涡影响下一次冰雹强对流天气中尺度特征及形成机制

将NCEP/NCAR 1°×1°高空分析资料与地面加密自动站资料融合,建立高密度探空资料场,计算并分析2016年6月10日天津冰雹强对流天气过程中高分辨率时空场对流参数,结合变分多普勒天气雷达分析系统(VDRAS)的雷达热动力反演资料,研究冰雹强对流天气的发生发展机制。结果表明:此次降雹发生在蒙古冷涡环流背景下,初始回波由北京西部山区地形热力和动力强迫局地触发产生,东移进入平原区后,冷池与周边高能区形成中尺度能量锋,并诱发次级环流使雹云得以发展维持;考虑了地面温湿特征的高分辨率CAPE、LI、修正全总指数(TTm)能够反映雹云发生发展的中尺度环境特征,对雹云发生发展的局地性具有明显的指示意义,同时来自渤海的偏东水汽输送带与中尺度辐合线的交汇更有利于冰雹强对流的发生。     

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。     

基于决策树的天津地区冰雹天气雷达因子分析

利用决策树对天津地区2005—2014年4—9月间的25次有灾情资料的冰雹天气进行多普勒天气雷达因子识别,采用冰雹概率(POH)、强冰雹概率(POSH)、垂直液态含水量(VIL)、最大反射率因子(DBZM)、风暴质心高度(HT)、风暴顶高(TOP)等主要雷达识别指标,归纳出天津地区冰雹云雷达回波判识指标:(1)当DBZM≤54.5dBz,或者当DBZM54.5dBz但POSH≤35,单体不会降雹;(2)当DBZM54.5dBz且POSH35,则该单体将会降雹。与判别分析方法比较,基于决策树分析的识别降雹单体的成功率达90.2%,临界成功指数达78.3%,识别结果明显优于判别分析方法。     

夏季新疆石河子沙漠边缘地区的冰雹天气过程的综合分析

选取夏季发生在新疆石河子沙漠边缘地区的7次冰雹天气过程,应用常规观测资料并结合雷达回波资料,从天气形势,物理量场和雷达回波演变特征等几方面进行了综合分析。结果表明:7次降雹过程分别发生在高空槽型和西西伯利亚低涡型两种典型冰雹环流背景形势下,其中高空槽型影响范围更大,破坏更强;较好的水汽条件、对流不稳定条件和较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展。多普勒雷达能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度和回波顶高度的变化、速度对和逆风区的出现、垂直积分液态水含量和1h降水累积值的急剧增加、风暴跟踪信息(STI)预警等对冰雹天气的出现具有很好预警意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

夏季新疆石河子沙漠边缘地区的冰雹天气过程的综合分析

选取夏季发生在新疆石河子沙漠边缘地区的7次冰雹天气过程,应用常规观测资料并结合雷达回波资料,从天气形势,物理量场和雷达回波演变特征等几方面进行了综合分析。结果表明:7次降雹过程分别发生在高空槽型和西西伯利亚低涡型两种典型冰雹环流背景形势下,其中高空槽型影响范围更大,破坏更强;较好的水汽条件、对流不稳定条件和较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展。多普勒雷达能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度和回波顶高度的变化、速度对和逆风区的出现、垂直积分液态水含量和1h降水累积值的急剧增加、风暴跟踪信息(STI)预警等对冰雹天气的出现具有很好预警意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

脉冲风暴造成的山西北部三次冰雹天气对比分析

利用加密自动气象站资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料、灾情调查等资料,对2017年出现在山西北部的三次冰雹天气过程进行了对比分析。结果表明:(1)三次脉冲风暴冰雹过程均发生在500 hPa中高纬地区为"两槽一脊"型、槽后偏西北气流的环流背景下,低层切变线或涡旋是主要触发系统。冰雹出现在低层辐合线的东南侧暖区内。低层触发系统不同,大气不稳定度不同,造成的强对流落区和强度差异很大。(2)脉冲风暴冰雹过程中,从低层到高层风向随高度呈现一致的顺时针旋转,从低层到700 h Pa附近风速随高度增加,0～6 km风垂直切变为1×10^(-4)～7×10^(-4)s^(-1),均小于冰雹天气阈值。(3)脉冲风暴的雷达回波呈块状,强回波中心高度位于-10℃等温线所在高度以上,初始高度在7 km以上,上冲云顶高度大于12 km;脉冲风暴的形成、发展和结束与雷暴云顶的上冲、下降和崩溃紧密联系。可以利用上冲云顶的形态判断风暴的生消,但要抬高仰角到8 km左右高度观测,才有助于提前发现脉冲风暴。径向速度场上三次过程有明显差异,表现为降雹持续时间与辐合层厚度密切相关,辐合层越厚降雹越剧烈,持续时间越长;以单体形式在低层出现辐合、高层辐散的速度场发展迅猛程度要比多单体更剧烈,带来的灾害更严重;强对流发生前,VIL最大值大于35 kg·m-2,降雹前VIL出现跃增,跃增量大于29 kg·m-2。(4)基本反射率剖面图上,脉冲风暴产生的旁瓣回波的空间结构表现为与高反射率因子核区垂直,强度小于20 d BZ的弱回波带,旁瓣回波从风暴强中心边缘向低方位角方向伸展。三次过程中,出现旁瓣回波和三体散射的冰雹过程持续时间更长、灾害程度更重。     

浙江省２月份连续降雹过程诊断

利用NCEP再分析资料、MICAPS常规资料、雷达产品等资料对浙江省2009年2月23—26日连续降雹天气过程进行了诊断分析。结果表明:此次连续降雹过程降雹区均出现在高低空急流轴交叉点南侧约1个纬度,底层辐合区;850 hPa较强的水汽辐合和湿舌为此次降对流过程提供了充沛的水汽条件,上干下湿结构使对流性不稳定增强,逆温层存在使大量不稳定能量储积起来,底层冷空气渗透触发强对流发生;Ic500-700指数对此次降雹过程有较好指示意义;2月份冰雹雷达回波特征有别于春、夏季冰雹回波特征,冬末春初冷空气势力仍较强,对流强度偏弱,回波顶高偏低,其三体散射特征不明显,VIL值较小。     

青藏高原一次冰雹强对流天气过程的诊断及雷达回波特征分析

利用青藏高原第三次科学实验的C波段双偏振雷达（C-POL）的观测资料、ERA-Interim 0.125°（纬度）×0.125°（经度）气象再分析资料、常规气象探空资料,对2014年7月30日午后发生在西藏那曲地区的冰雹强对流天气过程进行了天气诊断及雷达回波特征分析。结果表明:1）此次冰雹强对流过程发生在有切变线伴随的高原低涡东移过程中,低涡尾部前倾的切变线为这次冰雹的发生提供了动力、水汽条件。2）强对流天气的水汽输送主要来自从孟加拉湾、印度及尼泊尔翻越喜马拉雅山脉的水汽,强对流发生前水汽输送显著增加,低层水汽集中在400 hPa以下,有明显的辐合及垂直输送。3）那曲400 hPa以下为假相当位温随高度递减区,也是水平辐合及垂直上升运动的重合区,有明显的对流不稳定能量集聚及动力抬升条件。4）雷达回波图上可看到,此次强对流天气主要由局地新生的多个中γ尺度孤立对流单体造成,其移动路径与切变线前西南气流一致。大部分单体水平尺度不大,生命史短,但仍有部分单体强度大,生命史较长。局地气流辐合扰动会导致新的单体产生,单体的发生、发展及维持离不开低层气流辐合提供的动力条件。5）在距离高度显示图上表现出了弱单体雹云特征,雹云云顶伸展至16 km,高于夏季平原地区普遍对流云高度,但未突破对流层顶,0℃层远低于平原地区,为深厚强对流降水;强降水中心位于云团下部,即有降雹也有降水,降雹以霰粒为主;垂直方向存在强烈的入流和上升气流,悬挂回波出现在入流上升气流之上,中层辐合区的气流下沉区对应降雹区;中层辐合区与上层的高空辐散区配合导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。     

一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析

针对2021年9月20日浙江中部出现的一次冰雹天气过程，利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25°×0.25°再分析资料分析了环流背景、不稳定性和触发条件，通过金华S波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明:（1）降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下，大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件，是一次准正压类强对流天气。（2）超级单体风暴具备典型的冰雹云特征，回波强度超过55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。（3）超级单体成熟阶段基本反射率因子≥55 dBZ区域的差分反射率因子ZDR为负（极值达-2.12 dB）、差分相移率KDP出现“空洞”现象、相关系数CC低于0.9指示出现了大的干冰雹。（4）ZDR柱（>1 dB）伸展的高度与上升气流存在正相关，ZDR柱伸展到-20 ℃层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长，可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一，ZDR柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。     

一次超级单体雹暴的中尺度对流特征和形成条件分析

北京2014年7月16日一次超级单体风暴造成了罕见大冰雹、短时大风和局地暴雨等强天气。利用雷达、自动站、探空、基于雷达观测的四维变分同化系统(VDRAS)等资料针对中尺度对流特征和形成条件进行了分析。结果表明:1)这次超级单体风暴有穹窿回波和悬垂、中气旋、三体散射等典型大冰雹雹暴云特征。2)降雹属于西北气流型,雹区出现在低层切变线和地面辐合区(辐合线)附近,低层很好的水汽条件是这种类型下降雹的必要条件。此外,1500 J/kg以上的高CAPE以及上干下湿的不稳定层结、850 hPaθse 360 K的高能舌中心均有利于强对流的发生;"喇叭口"型探空、适宜的0℃层和-20℃层高度以及这两个特性层之间厚度变小是大冰雹出现的典型环境。3)有利的地形、雷暴下山冷池增强导致前侧辐合增强是超级单体发展并向南移动的有利条件。     

一次冰雹强对流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(2.5°×2.5°)再分析资料、FY-2G卫星云图资料和多普勒雷达等资料对2018年6月10日发生在甘肃省平凉市的冰雹等强对流天气过程进行分析,得出以下结论：(1)此次强对流天气过程属于典型的西北气流型,高空强冷平流、强对流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强对流天气提供较好的触发机制；强对流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)卫星云图中MCS发展明显,容易给局地强对流输送能量,利于强对流的维持发展,且强对流区主要位于云顶亮温TBB低值区的后部和南部,多普勒雷达资料显示,引发强对流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,对此次冰雹等强对流天气有很好的指示作用。     

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m~(-3),这也是大冰雹的预报指标。