三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

用双多普勒天气雷达资料研究暴雨三维风场结构

使用双多普勒天气雷达三维风场反演技术对2005年6月11-12日梅州和汕头多普勒天气雷达探测到的华南暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了详细分析.结果表明:此次暴雨主要是由中低层的中β尺度辐合线、中β尺度切变线和嵌于其中的中γ尺度涡旋共同作用引发的.低层辐合、高层辐散的动力结构,有利于暴雨系统的触发、维持和发展.最后,综合分析结果给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

双多普勒雷达对淮河流域特大暴雨的风场反演

在 2 0 0 3年 6月下旬至 7月上旬梅雨期 ,淮河流域出现了持续强暴雨。 7月 4日0 8时～ 5日 0 8时 ,安徽省部分地区出现特大暴雨 ,其中滁州 2 73 7mm ;滁州 4日 2 0时～ 5日 2 0时日雨量为 351 7mm。使用MUSCAT技术对这次特大暴雨进行了双多普勒雷达三维风场反演 ,研究表明 ,中低层辐合线和中尺度气旋是造成此次暴雨的重要原因 ;辐合线造成低层水汽的大量集中也为其提供了有利的环境条件     

一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究

使用地基双多普勒天气雷达综合和连续调整技术 (MUSCAT), 对2001年7月13日安徽省合肥、马鞍山双多普勒雷达同步探测到的暴雨系统进行三维风场反演.其暴雨系统的流场特点是在低层存在切变线和辐合线, 高层气流辐散, 有明显的垂直环流; 低层的水平辐合区与高层的水平速度的辐散区相匹配, 对应着上升运动; 下沉气流在近地面层形成的向外流出的辐散气流促使暴雨系统前方低层暖湿空气上升; 南北强回波单体在全椒附近合并, 单体合并首先从低层开始, 然后扩展到中高层, 造成全椒地区的局地强降水; 中低层的切变线和辐合线是强回波单体合并的动力因素; 流场特征是在其上空形成中尺度涡旋.最后, 给出了这次暴雨的概念流场模型.     

双雷达反演台风外围强带状回波风场结构特征研究

利用移动新一代天气雷达 (CINRAD/CCJ) 和长乐新一代天气雷达 (CINRAD/SA) 基数据, 采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术, 重点分析了2007年8月18日凌晨超强台风 “圣帕” 外围强带状回波的风场特征。结果表明, 带状回波具有以下特征: (1) 强盛阶段, 每个强回波中心在前进方向的右侧或右后侧对应于强东偏北风速中心 (强风核), 其中最强回波中心前侧还存在弱风速中心。这样的水平风场结构从低层一直保持到中层, 使得强回波区对应于水平辐合和正涡度区, 产生明显的上升运动, 有助于对流的发展和维持。强盛阶段云体快速移动。相对于移动的云体来说, 前侧及后侧中低层气流均指向强回波, 在强回波区及后侧水平辐合形成上升气流, 最大上升速度出现在强回波中心与北侧强风核之间。同时在强回波上空高层出现辐散, 气流主要向后流出。 (2) 减弱阶段, 较强回波中心或其北侧对应于弱风速中心, 回波中心出现负涡度区。云体移速变慢。相对于移动的云体来说, 偏东气流穿过云体。回波区气流辐合较弱, 明显的上升区出现在中层较强回波近台风中心一侧。(3) 强风核可以将位于带状回波前进方向后侧的处于减弱阶段螺旋云带的动量和水汽向带状回波发展区输送, 因此, 强风核结构很可能是带状回波快速发展的主要原因。     

双多普勒天气雷达反演大气三维风场的个例研究

根据笛卡尔坐标系下双多普勒天气雷达反演大气三维风场的理论，以2003年7月5日发生在安徽省的一次强降水过程为例，反演大气三维风场。结果表明：利用双多普勒天气雷达反演大气风场能够更加详细地反映出大气风场的三维结构。     

山东省一次积层混合云暴雨三维风场的双多普勒雷达探测

使用地基双多普勒天气雷达监测资料和常规探测资料,对2005年9月19日凌晨发生在鲁中地区的一次暴雨进行分析,结果表明：本时段暴雨是积层混合云降水所致,中低层存在切变线和辐合线,风场中尺度结构造成小尺度对流单体的发展,这些对流单体以带状结构组成回波群镶嵌在大面积的层状云中;伴随弱冷空气侵入,风场的中尺度结构主要出现在4km以下的层次,中低层切变线和冷空气的侵入是强回波单体发展的动力因素;在垂直方向上,强回波区有明显的垂直运动。风场的中尺度结构对鲁中强降水的发生和维持有重要作用。     

2008年8月1~2日滁州特大暴雨双多普勒雷达三维风场反演试验的初步结果

受“凤凰”低压和冷空气共同影响, 2008年8月1~2日安徽省东部和江苏西部部分地区出现大雨, 局部地区暴雨到特大暴雨。滁州和全椒24 h雨量分别为429 mm和414 mm, 此次特大暴雨具有局地性和降水强度大的特点。使用南京和马鞍山双多普勒雷达时间同步观测资料, 对此次暴雨的三维风场进行反演, 在此基础上, 研究了暴雨的三维风场结构。由雷达回波分析可知, 此次暴雨是由β中尺度对流系统造成的, 在β中尺度对流系统内部还有γ中尺度对流单体, 对流单体发展非常旺盛。中低层切变线自西向东移入降水区后, 在该地区停留较长时间, 加之有充足的水汽供应, 造成了局地特大暴雨。在垂直剖面内, 对流系统发展旺盛, 强降水区上空回波较强且对应着较强的上升气流区, 而在强回波中心区的两侧均有下沉气流。当切变线减弱并移出降水区后, 强降水停止。     

双多普勒雷达反演强风暴三维风场的数值试验

两部雷达测得的径向速度再加上质量连续方程可以求解大气风场，利用这一原理，以1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界处的一次强风暴过程为例，用模式反演出风暴体的三维风场结构，误差分析表明和实况基本一致。利用模式输出的三维风场，先模拟两部多普勒雷达扫描的数据，在此基础上，进行三维风场反演，结果表明，反演得到的流场和模拟的流场总体趋势完全一致，风暴的中心位置吻合较好，上升气流和下沉气流的分布也很接近，水平速度分量反演的误差很小，基本上可以反映三维风场的真实情况。垂直速度的平均离差在各个高度上都较小，反演结果较好。     

利用两步变分法反演一次暴雨衰减过程的风场结构特征

利用武汉、驻马店、合肥、阜阳4部多普勒天气雷达资料,采用两步变分方法对2008年6月8日08时至9日08时发生在湖北省的一次暴雨过程中00:30~06:30时段内的风场结构进行了反演分析,并与同时段的NCEP再分析资料进行对比。结果表明,两步变分法反演的风场结构与NCEP再分析资料的风场结构基本吻合,证明了该方法的风场反演能力。对反演的风场结构的演变分析可知,此次降水过程减弱的主要原因是:对流层中低层风场辐散的出现及辐散强度和范围的扩大,使得输送水汽的偏南气流和上升运动减弱,对流云系降水的基本条件受到破坏。     

一次大暴雨雷达回波特征及数值模拟

利用NCEP再分析资料和天津多普勒雷达等资料,对2008年7月14—15日发生在河北唐山及天津一带的暴雨过程进行了分析,并通过MM5数值模拟阐述了雷达资料分析的正确性。结果表明:此次大暴雨发生在中低纬天气系统相互作用的背景下,700hPa高空槽、850hPa低涡及地面中尺度辐合线是引发此次暴雨主要影响系统;低空急流是暴雨主要的水汽来源;低空辐合高层辐散、锋面抬升是暴雨系统发展的动力机制;对流层中部冷空气活动引起的西南低空急流脉动与暴雨的增幅有密切关系;涡旋状和带状回波是主要降水回波。     

边界层风廓线雷达资料在北京夏季强降水天气分析中的应用

利用北京城区及周围3个站的Airda 3000边界层风廓线雷达提供的风廓线资料,详细分析了北京2005年8月3日的一次强降水天气过程.分析表明,降水前十几小时出现双层低空急流,急流层内结构复杂,呈现多中心结构.风廓线观测揭示,南高空槽和弱冷空气共同诱发产生的切变线低涡是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统,暴雨系统有很复杂的垂直结构.强降水开始前数小时(夜间)城区地面风场辐合,在临近降水和降水开始时辐合(或切变)层向上发展,这一过程有利于降水的发展.     

05.7.23河北暴雨中尺度分析

利用常规观测资料和卫星、自动站、加密雨量站、多普勒雷达等资料，对2005年7月22—24日河北中南部大暴雨过程进行天气动力学和中尺度分析，结果表明：这次暴雨是在有利的大尺度环流下产生的；副热带高压及热带系统造成的低层水汽堆积及高层的强辐散为强对流发生提供了热力和动力条件；整个过程中主要有三个强对流云团活动，地面对应有3个中-β尺度雨团产生，雨团一般出现在中尺度辐合线或中尺度气旋性环流偏向暖湿气流一侧；强雷达回波和正负速度对、逆风区等特征对强降水具有指示意义。     

台风登陆后引发的闽东内陆暴雨分析

利用常规资料、新一代天气雷达回波和物理量场资料,对2004年8月13～14日暴雨-大暴雨过程进行了分析.认为0414号台风登陆后引发的闽东内陆暴雨是在稳定的大尺度环流背景下,多种尺度天气系统相互作用的结果,物理量场分析表明:不稳定度K指数对暴雨预报有预示作用;地形抬升作用和喇叭口地形对台风暴雨分布影响很大;雷达回波资料分析表明:回波云带的走向与移动方向一致,造成强降水区域集中.     

一次暴雨天气过程的物理量分析

对2002年发生在闽东的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明：螺旋度和对流有效位能对暴雨的预报有指示意义,暴雨产生在低层正螺旋度中心与高层负螺旋度中心相配合和中低层有不稳定能量储存的高能区。在暴雨强盛期,螺旋度呈中低层正值,高层负值的上下配置,最大值位于700hPa。对流有效位能大值区与暴雨中心相对应,对流有效位能的时空变化能较好地反映暴雨的时空演变特征。利用中尺度数值模式输出的结果对不稳定能量场进行分析表明,位势不稳定能量的释放是暴雨产生发展的可能机制之一。     

积层混合性暴雨三维动力结构的双多普勒雷达对比分析

对2002年7月22～23日长江中游的积层混合性暴雨的中尺度三维动力结构进行了双多普勒雷达对比观测分析，表明中低层切变线、中尺度辐合线和中尺度气旋是这次强降水的重要特征；不同反演算法得到的三维动力模型差别较大，必须引起重视。     

一次大暴雨过程低空急流脉动与强降水关系分析

应用香港天文台提供的时空分辨率都非常高的风廓线雷达资料对深圳2005年8月19—20日大暴雨过程强降雨时段进行了详细分析。结果表明,风廓线雷达资料每小时风场揭示每次强降水的发生都对应一次西南急流的迅速加强和向下扩展。低空急流指数I可以说明低空急流的脉动向地面扩展程度与中小尺度降水的密切关系,对强降水的出现及雨强大小有一定的预示性。     

华北东部强降水天气低层风场分型及降水落区

利用 1 992～ 2 0 0 1年 1～ 1 2月数值预报、天气图、卫星云图、渤海 4个测站及本区域 4个测站自记雨量、风向、风速等同步资料 ,对秦皇岛市出现的 1 8次暴雨、8次大雪天气过程进行综合对比分析 ,探讨了海区风向变化对降水落区的影响。通过 2 0 0 2～ 2 0 0 3年试报Ts值为 53%。     

一次混合云暴雨过程风场中尺度结构的双多普勒雷达观测研究

利用国家重点基础研究发展规划项目"我国重大气象灾害形成机理和预测理论研究"2002年外场试验首次获取到的双多普勒雷达资料,研究了7月22～23日在长江中游的宜昌、荆州区域暴雨回波和风场的中尺度结构及演变过程.结果表明:本次暴雨是混合云降水所致,在层状云降雨区内有许多对流单体,这些对流单体常以带状结构组成回波群,对流云的回波强度和风场有明显的中尺度结构,与周围的层状云有很大差别.西南气流和东风形成的中尺度切变和辐合是造成强对流降水的主要原因,风场的中尺度结构主要发生在4 km以下的中下层.在对流回波周围,经常有中尺度切变、涡旋、辐合和辐散存在,这些风场的中尺度结构与对流云的演变有密切的关系,对强降水的发生和维持有重要影响.此项工作为分析中尺度暴雨的形成和演变机理提供了依据.     

一次强降雨过程的简化伴随模式风场反演

采用改进的简化伴随模式对单站多普勒雷达资料进行三维风场反演。选取2004年7月18日发生在湖北天门、应城的强降水天气过程，利用武汉新一代天气雷达（CINRAD／SA）的原始资料进行风场反演。研究结果表明：运用该方法反演出的三维风场，体现了强降水系统的气流特征，有一定的可信度和准确性；由此分析中小尺度天气系统发生发展的演变规律，对短时强降水预报具有指导作用。