一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用常规高空地面观测、风廓线雷达与地基微波辐射计资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2016年石家庄初雪预报失误的原因及降水相态的演变特征进行了分析。结果表明:预报中采用的降雪阈值不能反映云中雪晶形成和增长的条件,提取雪晶下降过程中是否融化的温度阈值时所用的资料精度不高,以上两条是导致其预报失误的原因。风廓线雷达垂直径向速度可辅助判断降水起止及相态变化,降雨时3 km高度以下出现一致向下的径向速度,速度值最大超过1.5 m·s^-1;径向速度数值减小到1 m·s^-1以下且高度下降到1 km以下,可能预示着降水由雨转为雪。微波辐射计反演的温湿廓线因易对云中雪晶形成增长条件以及雪晶在下降过程中是否融化作出判断,故其可以应用于降水相态转变的临近预报。

     

沙颍河流域一次基于高分辨资料的降水相态分析

利用常规气象资料、NCEP 0. 25°×0. 25°分析资料以及微波辐射计、风廓线雷达等高分辨率资料,采用诊断和统计方法,对2017年2月21日沙颍河流域一次雨雪过程中降水相态进行分析。结果表明:在高空低槽与东路冷空气共同作用造成雨雪天气的背景下,925 h Pa及以下冷高压底部的偏北冷空气造成低层持续降温,导致降水相态变化。过程前期700 h Pa以下为强暖平流,冷平流在900 h Pa以下且较为浅薄,温度层结为冷层-暖层-冷层-暖层,冰晶粒子下落融化形成雨滴。降水中后期冷平流发展强烈导致温度迅速下降,整层温度变为冷层,导致相态为雪;即使下游局部地区仍有暖层,但暖层浅薄、低层冷层深厚,相态也为雪。雨雪转换时0℃层高度下降明显,降雨阶段0℃层在抬升凝结高度以上,降雪阶段0℃层降到抬升凝结高度以下; 0℃层亮带回波在相态转换时出现明显变化,其亮带高度逐渐降低。微波辐射计的温湿廓线、云底高度以及液态水等在雨雪转换中均有显著变化,液态水含量在雨雪转变时迅速增大。风廓线风场定性反映了冷空气持续南下,低层冷垫增厚,导致相态转变以及降水强度增加;风廓线速度定量反映出降雨和降雪之间的差异,降雨速度范围为1. 5～7. 0 m·s-1,降雪速度范围在0. 25～1. 5 m·s-1;雨雪转换时下落速度明显减小,可用于相态转变的监测和预报。     

基于地基微波辐射计资料对成都双流机场两次雷雨过程的分析

利用地基微波辐射计资料,比较了2017年7月成都双流机场的两次雷雨过程,根据天气形势分为"两高切变"和"东高西低"2类,在此基础上分析微波辐射计要素变化特征,结果表明:在垂直方向0～10 km,以相对湿度达到80%来区分干区和湿区,则两次过程前3 h,相对湿度在垂直方向均呈现"上下干、中间湿"三层结构,并早于近地层前2 h达到饱和状态;过程期间相对湿度呈现"上干、下湿"两层结构;过程结束后湿层抬高,低层变干。两次过程水汽含量充沛,保持在70 kg/m~2以上,峰值超过85 kg/m~2。每一次中阵雨发生后水汽含量都会短暂回落,但仍高于过程前的数值,不足2 h后再次发生中阵雨。由0℃线高度变化可知,降水过程中,暖区(温度≥0℃)内相对湿度≥90%;云中液态水含量主要分布于6 km以下,温度在0℃以上的液态水占比很高,故两次过程以暖云降水为主。雷雨前1 h左右有"低层气温上升,0℃层抬升,K指数、CAPE指数也明显增大"的典型特征。降水发生在相对湿度、水汽总含量、云中液态水含量和稳定度指数快速增长的波峰中。     

乌鲁木齐两次极端暴雪天气过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站、NCAR/NCEP FNL 1°×1°再分析资料和FY2E卫星云图对2014年12月7—8日、2015年12月10—12日发生在新疆天山北坡乌鲁木齐地区的两次有气象记录以来的极端暴雪天气过程,从水汽、不稳定条件、动力、温湿层结及中尺度特征方面进行对比分析,得出如下结论:(1) 500 hPa高空槽、700 hPa短波槽和850 hPa切变线是这两次过程共同的影响系统,两次过程500 hPa均有明显西南急流和-36℃冷中心,700 hPa和850 hPa均有明显西北气流相配合。(2)两次过程中整层较大的比湿和水汽通量散度输送为暴雪提供了充足的水汽条件。(3)风场辐合与天山地形抬升产生的强上升气流和强辐合为暴雪的形成提供了有利的动力条件。(4)两次过程发生前,乌鲁木齐上空低层均有东南风层控制,存在逆温,有利于能量聚集。但是由于两次过程环流形势、水汽分布、能量聚集程度及中尺度特征有所不同,因此两个过程的降雪量存在明显差别,对城市的影响程度也有差异。其中"12.11"过程中尺度系统影响时间更长、冷中心更强,造成的降雪天气更为罕见。     

基于多源观测资料对张家口一次雨雪天气降水相态特征的分析

利用ERA5再分析资料及云雷达、微波辐射计和SA双偏振多普勒雷达等多源观测资料,分析2020年11月17—19日张家口地区一次雨雪天气的降水相态演变特征。结果表明：在高空低槽、中低层低涡与地面倒槽配合下,高空槽后西北气流引导冷空气南下造成气温迅速下降,导致降水相态变化。过程前期整层大气均为强暖平流,且地面气温较高,降水相态为雨。18日傍晚冷平流发展强烈,各层温度迅速降低,整层变为冷层,导致降水相态转换为雪。散度和垂直速度的诊断表明降雨时段的动力强迫主要位于高层,降雪时段则主要位于低层。云雷达高分辨率资料可以反映0℃层变化,大于10 dBZ的质心变化可以指示降水强度变化,降雨时的基本速度最大可达6～8 m·s^-1,而降雪时则小于2 m·s^-1。微波辐射计高分辨率时空资料可以准确判断雨雪转换时间,降水开始之前3～5 h积分水汽含量出现跃升与峰值。双偏振雷达和微波辐射计结合可以对降水粒子相态实现准确判断,可用于降水相态转换的临近预报。     

地基微波辐射计与探空数据对比分析

利用西安泾河国家高空气象站2020年1—9月电子探空仪在0～10 km探测高度内观测的温度和水汽密度数据,与同址的MWP967KV型地基微波辐射计反演的同类气象数据对比分析,以评估微波辐射计反演气象要素的准确性。结果表明：MWP967KV型地基微波辐射计反演的温度廓线与探空数据相关性较高,平均偏差小于15 ℃,均方差小于20 ℃,两者相关性达到0990;水汽密度的平均偏差和均方差均小于10 g/m3,相关性为0972;在任何天气条件下,温度的相关性均较高,水汽密度相关性较好;在雨天天气条件下,地基微波辐射计反演廓线与探空仪观测数据一致性最高,说明地基微波辐射计对厚云的反演精度比薄云高。地基微波辐射计在观测精度和探测高度方面还需要进一步优化改进,使其能获得高质量的探空观测资料。     

基于微波辐射计的乌鲁木齐水汽日变化初步分析

以地基35通道微波辐射计测量的大气可降水量(简称PwV)为基础,分析了乌鲁木齐地区四个季节中的日变化特征。冬季日变化差为0．093 cm,春季日变化差为0．153cm,夏季日变化差为0．291 cm,秋季日变化差为0．228 cm。另外,四个季节中水汽最大值／最小值出现频率最高的时段也呈现一定的规律,即最大值一般出现在06：00到06：59和22：00到22：59之间;PWV每小时变化率为正值和负值的概率在冬、春、秋季不是太明显。     

基于雨雪天气背景的微波辐射计斜路径与天顶观测的反演结果对比分析

利用常规观测资料和微波辐射计、风廓线雷达、激光雨滴谱仪等新型探测资料,对2020年3月底南京地区一次寒潮雨雪天气过程进行了分析,探讨新型探测资料在降水相态转换监测预报中的应用。结果表明：(1) 乌拉尔山高压脊、高空冷涡、地面强冷高压、地面冷锋是造成本次寒潮天气的主要天气系统。南支槽前西南气流提供水汽、850 hPa以下冷空气造成中低层气温持续下降是产生降水相态变化的关键。(2) 微波辐射计观测资料显示,雨雪过程中低层先降温、地面后降温,近地层有暖层;降水相态转换前后,0 ℃层高度变化明显,纯雪时段达到最低;水汽主要分布在3—4 km,液态水含量和水汽密度在雨夹雪时段最大,在纯雪时段最小。(3) 风廓线雷达观测的垂直风场反映出低层冷空气南下使冷垫增厚,迫使暖湿空气抬升、气温下降,从而导致降水相态转变;由于西南急流没有稳定建立,因此未出现强降雪天气。(4) 激光雨滴谱仪观测到降雪粒子的直径大、降落末速度小,而降雨粒子的直径小、降落末速度大,可以用来监测和预报降水相态的变化;从雨—雨夹雪—纯雪阶段,粒子谱型经历了双峰—波动—多峰的演变过程,谱宽与数浓度呈明显增加趋势。

     

呼和浩特春季连续两次降水的对比分析

2006年5月8日和5月11—12日呼和浩特地区连续出现了两次关键性的中雨、局部大雨的天气过程。两次降水过后,连旱两个月的呼和浩特地区彻底解除了旱情。为了弄清楚间隔2d出现的两场较大降水的物理原因,利用MICAPS资料、自动站资料等对这两次过程进行了初步分析。分析表明,源源不断的大、中尺度水汽输送是这两次降水的主要原因。而大、中尺度急流间的风向辐合加强了垂直上升运动,这是形成两次降水的关键所在。另外,通过分析发现5月8日的降水为混合性降水,而5月11—12日的降水则为稳定性降水。     

基于多源数据的湘北地区春季一次冰雹过程的观测分析

新型探测资料在强对流短临预报中发挥着重要作用。该文以2020年3月22日湘北地区春季一次冰雹过程为研究对象,运用多普勒天气雷达、风廓线雷达和地基微波辐射计等新型探测资料对该过程观测分析。结果表明：(1)此次过程发生在冷空气南下与南支槽前暖湿空气交汇背景下,受中低层切变线与急流影响,冰雹风暴生成前回暖明显,环境垂直风切变大;风暴由地面辐合线触发产生。(2)此次超级单体降雹过程在雷达回波中表现出“三体散射”“V型缺口”、中气旋等特征;VIL、低仰角大风速核对冰雹和大风预警有很好的指示。(3)风廓线雷达探测到,风暴影响前超低空急流加强,中层有干侵入,低层垂直速度出现波动,风暴临近时超低空急流减弱。(4)地基微波辐射计监测发现,风暴影响前高空湿度增大,K指数、TT指数呈同趋势变化,而K指数预警灵敏度高于TT指数;风暴影响阶段,高空温度、相对湿度和大气不稳定指数出现不同程度跃升和突降。     

降水对地基微波辐射计反演误差的影响

利用武汉站高时间(3h)、高空间垂直(30m)分辨率探空资料和MP-3000A型地基微波辐射计资料,分析了降水对地基微波辐射计反演误差的影响,并对微波辐射计和探空的要素廓线进行了对比分析。结果表明,降水对两种设备的温度廓线和水汽密度廓线的相关性无明显影响,但对相对湿度廓线的相关性有较为明显的影响,其相关性在有降水时好于无降水时;整体上,微波辐射计的廓线误差在降水时大于无降水时,其温度、相对湿度和水汽密度廓线的平均偏差均值分别在1.0～2.5℃,6%～15%和0.08～1.75g.m-3之间,对应的均方差均值分别在1.3～1.6℃,14%～17%和1.28～1.85 g.m-3之间。另外,将不同高度上同时刻微波辐射计和探空的资料进行点对点对比发现,降水会严重破坏两种资料的正相关性,导致大部分高度上的廓线呈负相关,同时也明显增加了温度和水汽密度的平均偏差和均方差。     

用新型探测资料分析武汉一次短时强降水过程的中尺度对流系统

利用武汉站风廓线雷达和地基微波辐射计获取的高时空分辨率资料,结合雷达回波和地面自动站加密观测资料,分析了2011年6月9日武汉短时强降水过程的中尺度对流系统。结果表明：引起短时强降水的是一个尾随层云类中尺度对流系统。降水开始前15 min,对流层中低层有显著倾斜上升气流,并在其前后形成两个小尺度涡旋,与冷池和风切变抗衡下新单体的生成模型相一致。强降水开始前,地面气压迅速降低,地面风速迅速增大,云底高度波动降低;降水发生后,成熟单体前部边界层和高层为相对＂对流线＂前进方向由后向前的水平运动,对流层低层为由前向后的水平运动,成熟单体后部边界层、对流层低层和高层为相对＂对流线＂由前向后的水平运动,中层为由后向前的水平运动,这些特征与线状中尺度对流系统成熟阶段模型相符。     

14时探空在改进北京地区对流天气潜势预报中的作用

利用武汉观象台2010年6—7月及2013年6月的加密探空资料,采用两种不同方法与同期同址的MP-3000A型地基微波辐射计资料进行对比分析,讨论了地基微波辐射计探测精度的变化特征。微波辐射计与探空平均廓线对比结果表明,微波辐射计对温度及水汽密度探测精度较高,降水对微波辐射计探测有一定影响。通过对比不同时次的探空与微波辐射计探测资料发现,无降水时,微波辐射计探测的温度及相对湿度在14:00的系统误差较08:00及20:00明显偏大,14:00大气层结不稳定,气球的漂移会对对比探测产生一定的影响。温度及水汽密度在08:00的均方根误差均为最小。微波辐射计与探空的分层对比结果显示,无降水时, 20:00的相对湿度均方根误差在4 km以上明显大于08:00和14:00, 温度的系统误差在14:00最大,特别是3 km以上。降水时,总体而言,14:00的探测偏差大于08:00及20:00。通过对比降水条件下微波辐射计天顶与斜天顶观测的廓线发现,斜天顶观测能够有效减小降水对观测的影响,但斜天顶观测在14:00的探测偏差总体上仍大于08:00及20:00。

     

基于气象资料变化特征和辐射传输模式的微波辐射计工作状态分析

提出利用晴天每天早晨08时的观测资料,以大气温度季节变化统计特征为依据,来判断微波辐射计观测期间的工作状态。简要介绍了大气微波辐射传输方程,以南京冬春季节大气温度变化的统计特征为依据,以2010年11月27日—2011年5月29日期间南京某辐射计08时晴天的实验观测资料为例,通过对其12个通道的亮温观测值和计算值进行统计对比和物理分析,给出该辐射计实验观测期间的工作状态判断,认为用于湿度遥感的22.235、23.035、23.835、26.235和30.000GHz五个通道观测期间工作状态良好、稳定,而用于温度遥感的51.25、52.28、53.85、54.94、56.66、57.29和58.80 GHz七个通道性能一直衰退。本文提出的方法可供微波辐射计工作状态监测和观测资料质量控制参考。     

基于地基微波辐射计对武汉夏季暴雨过程的观测分析

利用地基微波辐射计获取的高时空分辨率资料,结合卫星云图资料,对2012年7月12—13日武汉站发生的暴雨过程中各气象要素与降水的关系进行了分析。结果表明:(1)相对湿度、液态水含量、不稳定能量的值和其大值区所在的垂直高度在降水期均明显大于非降水期,说明这些要素变化特征与降水有较好的对应关系,应用地基微波辐射计资料要素分析降水过程具有很高的可靠性。(2)以小时雨量10 mm将降水分界为弱降水和强降水时段。云底高度在强降水时段才为零;温度的垂直分布在降水时段存在逆温,且强降水比弱降水时段逆温层更高;水汽密度在有降水发生时,底层的大值区有所抬升,并在强降水时段对流层低层出现26 g/m3的大值中心。可以通过地基微波辐射计对降水做进一步的量级划分,有助于明确雨团性质和降水效率。     

阿拉木图与乌鲁木齐夏季降水变化趋势分析

基于哈萨克斯坦阿拉木图站和新疆乌鲁木齐站的1967-2009年夏季降水资料,采用一元线性回归法、Mann-Kendall突变检验和Morlet小波分析的方法,分析了两地夏季降水的变化趋势特征,结果表明：阿拉木图和乌鲁木齐夏季降水均呈增加趋势,20世纪70和80年代降水偏少,90年代至今降水偏多。阿拉木图夏季降水于1982年出现了突变点,乌鲁木齐夏季降水于1990年左右出现了突变点。2000年以前阿拉木图以6-8a左右的短周期变化为主,以后以15-16a左右的长周期变化为主。乌鲁木齐在1987年以前以4-6a的短周期变化为主,在1987年以后以16a的长周期变化为主。     

乌鲁木齐市短时强降水分布特征及环境条件分析

利用常规地面、高空探测资料、加密自动站逐时雨量资料,分析2012—2016年乌鲁木齐市暖季的短时强降水分布特征及环境条件,得出乌鲁木齐市短时强降水的空间分布、月变化及小时雨强特征;通过分析22场短时强降水天气过程,按照500 hPa影响系统分类,得出了西西伯利亚低槽、中亚低涡和西北气流3类环流形势及概念模型;统计得出临近短时强降水时段,K、SI、LI等不稳定指数的月变化差异较大,6—7月各指数集中度高,指示意义最好;5月、9月短时强降水的水汽特征量值明显小于6—8月,7月水汽量值最高。     

微波辐射计与探空仪测值对比分析

利用武汉站高时空分辨力探空资料(3h,30m)与同址的MP-3000A型地基微波辐射计资料,分析了微波辐射计探测偏差的日变化及时间序列变化特征。结果表明,微波辐射计对大气要素的探测具有较高的探测准确度,但仍然存在一定的探测偏差。温度的探测偏差大值区出现在午后,相对湿度及水汽密度的探测偏差大值区则在凌晨;温度及相对湿度探测误差的时间序列表现为起伏较大,而水汽密度则相对平稳,降水,特别是强降水,会对微波辐射计的探测准确度产生较明显的影响。