多源观测资料在冰雹监测预警中的应用.pdf
《多源观测资料在冰雹监测预警中的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多源观测资料在冰雹监测预警中的应用.pdf(7页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、研究论文第17 卷第5期沙漠与绿洲气象2023年10 月Desert and Oasis Meteorology武冰路,赵京波,纪策,等.多源观测资料在冰监测预警中的应用 J沙漠与绿洲气象,2 0 2 3,17(5):7 9-8 5.doi:10.12057/j.issn.1002-0799.2023.05.010开放科学(资源服务)标识码(OSID):多源观测资料在冰電监测预警中的应用武冰路!,赵京波,纪策?,黄浩杰,隆雪4(1.中国气象局气象干部培训学院河北分院,河北保定0 7 10 0 0;2.沧州市气象局,河北沧州0 6 10 0 0;3.廊坊市气象局,河北廊坊0 6 50 0 0;4
2、.河北省气象台,河北石家庄0 50 0 0 0)摘要:利用常规观测、气象卫星、双偏振雷达、风廊线雷达、地基GPS水汽等资料对2 0 2 0 年6月2 5日河北中部一次特大冰雪天气过程进行分析,探讨多源观测资料在冰雪监测预警中的应用。结果表明:受华北冷涡的影响,上冷下暖的不稳定层结为强对流的发生提供了有利的环流背景。在地面辐合线与地形抬升的作用下,强对流云团迅速生成并发展。超长生命史的超级单体风暴导致了本次大面积降電,风暴中的冰粒子与其他相态粒子的双偏振特征具有明显的区别,因此可以通过双偏振雷达识别冰電粒子。多源观测资料的定量化融合分析能提供更加精确的数据信息,从而为冰天气的监测预警提供更多的参
3、考价值。关键词:多源观测资料;冰霓;双偏振雷达;风廊线雷达;定量化产品中图分类号:P458.121.2文献标识码:A文章编号:10 0 2-0 7 9 9(2 0 2 3)0 5-0 0 7 9-0 7受华北冷涡的影响,我国京津冀地区常常发生冰電、大风、暴雨、雷电等强对流天气。由于强对流天气突发性强、对流强度大,引发的风灾害与次生灾害往往导致严重的经济损失和人员伤亡。随着静止气象卫星时空分辨率增大、双偏振雷达和风廓线雷达的布控以及多源观测资料融合的业务化开展,国内强对流天气预报预警技术也在不断提升,众多专家在短时临近预报预警方面取得了丰硕的研究成果。任素玲等2 使用FY-4A白天对流风暴产品研
4、究华北强雷暴天气,发现多通道扫描成像仪RGB合成参数较单通道卫星图像更具有监测优势。孙伟等3 使用S波段双偏振多普勒雷达对苏州一次冰電天气过程进行分析,发现双偏振参量在强对流短时临近预报和冰识别方面具有很强的应用潜力。黄治勇等利用风廓线雷达分析冰天气过收稿日期:2 0 2 2-0 2-2 3;修回日期:2 0 2 3-0 2-0 8基金项目:中国气象局气象干部培训学院科研项目(2 0 2 2 CMATCQN11)作者简介:武冰路(1991一),女,工程师,主要从事卫星气象研究。E-mail:通信作者:赵京波(197 2 一),男,高级讲师,主要从事气象教育培训研究。E-mail:程,发现将风廓
5、线雷达资料与地面天气图相结合可以追踪降電前中低层的中尺度系统演变以及冷暖平流的变化,从而为冰電等强对流天气的监测和预警提供更好的条件。王彦等5利用风廓线雷达资料分析一次强降水过程的垂直风切变特征,发现低空急流指数的变化对短时强降水的峰值有一定的指示作用。闵凡花等16 通过分析大气可降水量在重庆夏季暴雨中的作用,发现大气可降水量对于强降水的短时临近预报有较好的指示性意义。研究表明,造成冰天气的中尺度天气系统是复杂的17-9。尽管雷达图像识别和临近预报外推算法有很大业务应用价值10-13,但冰天气的精细化预报、预警仍是工作中的难点。本文利用多源观测资料对冰灾害性天气发生发展过程对发生在河北省中部一
6、次特大冰電天气过程进行分析,观察造成特大冰的云团特征与超级单体的内部结构,并利用定量化产品寻找冰天气预警指标,以期为今后华北地区冰電天气监测预警提供依据。1实况与灾情2020年6 月2 5日河北省保定市发生强对流天79研究论文气,主要以冰電为主,降電时段主要集中在14:0 0 一19:00。如图1所示,保定市多个地面观测站观测到冰。14:2 8,涞源观测到直径为0.8 cm的冰;15:55,易县观测到直径为2.6 cm的冰電;17:0 9,满城观测到直径为0.9cm的冰電;17:3 2,保定观测到直径为0.9cm的冰電。18:46,沧州市肃宁县(与保定相邻)观测到直径为3.5cm的大冰。此外,
7、多位居民在顺平、望都、博野、鱻县等地拍摄到大如鸡蛋的冰,大量农作物、车辆被砸。实地考察发现,此次降霍范围广,受灾区域呈西北一东南带状分布。初步统计,本次强对流天气造成直接损失4591万元,53人因冰雷灾害受伤。40.0NV图例气象台观测站观赛站监测到冰斑公居民看到冰粒39.5N39.0N38.5N图16 月2 5日0 8:0 0 2 6 日0 8:0 0 保定市冰電落区与降水量(单位:mm)分布2环流背景与对流潜势分析2020年6 月2 5日0 8:0 0,2 0 0 hPa急流轴穿过河北省中部(图2);50 0 hPa,河北省位于华北冷涡东南部的疏散槽中,槽后2 0 m/s的西北大风指向河北
8、中部,冷温槽与干区相配合;8 50 hPa显示河北省沙漠与绿洲气象Desert and Oasis Meteorology受暖脊控制,其西部有切变线;地面处于锋前暖区中。综上,此次环流的高低空配置形成了上冷下暖的不稳定层结,为强对流的发生提供了有利的背景场。2005008501000N图2 2 0 2 0 年6 月2 5日0 8:0 0 中尺度分析深州涞源易县高店定兴陈水曲阳定州114E115E0.1102550100250第17 卷第5期2023年10 月由北京站6 月2 5日0 8:0 0 与14:0 0 的温度对数压力图(图3)可知,6 0 0 hPa以下风随高度顺转,表明中低空有暖平流
9、,50 0 hPa以上风随高度逆转,91020km表明高空有冷平流,有利于不稳定层结的维持。对116E比0 8:0 0 与14:0 0 的探空曲线可以看出,“下湿mm上干”的状态更加明显。从各项物理量指标来看,08:00CAPE值为8 2 5.6 J/kg,14:0 0 CA PE值增大到158 7.9J/kg,大气热力不稳定度进一步增大;08:0 0 的0 6 km高度的风矢量差为12 m/s,垂直风切变为2 10 g-,14:00的0 6 km的风矢量差增大到18 m/s,垂直风切变增大到3 10-g强的垂直风切变将导致上升气流和下沉气流在相当长的时间内共存,有利于冰粒子的生成与发展。另外
10、,0 层与-2 0 层高度分别为3.8.6.6 km,保证了冰電200a2003004005006007008009001000-60-50-40-30-20-1001020 3040温度/图32020年6 月2 5日0 8:0 0(a)、14:0 0(b)北京站温度对数压力图803004005006007008009001000-60-50-40-30-20-10010203040温度/武冰路等:多源观测资料在冰電监测预警中的应用粒子在下降过程中不融化成水滴。3对流初生的监测与分析高时空分辨率的静止气象卫星云图可以监测对流初生,达到提前预警的目的。11:0 0 12:0 0 的3 幅可见光云
11、图(图4)可以看到,11:0 0 在张家口、保定、大同三市交界的山区有弱的对流云生成,1h之后就发展为若干个中等强度的对流云团。从12:0 0 的卫星云图可以看出,对流云与低云有着明显的区别,它们由冰晶粒子组成,具有很高的云顶高度,在云团的东部依稀可见卷云羽和暗影。通过分析地面自动站资料发现,在对流云生成的地方有西北风与西南风构成的辐合线。随着时间的推移,辐合线上逐渐出现中尺度涡旋。由此可知,在地面辐合线的触发下,a39.8N39.2N38.6Nd40.2N39.8N39.49Na39.6N39.1N38.6Nd39.69N39.1N38.60N图514:0 0(a)、15:0 0(b)16:
12、0 0(c)、17:0 0 d)、18:0 0(e)19:0 0(f)雷达反射率因子图叠加风暴轨迹配合西部山区地形的强迫抬升作用,强对流云团迅速生成并发展。4对流风暴的移动与发展对流云初生后迅速发展,14:0 0 已经发展成为多个对流单体风暴,且具有很高的反射率因子值,表明风暴强度大。通过分析这些风暴单体的STI数据发现进人保定市境内的风暴单体生命史大多在16:0 0 之前消亡,有3 个强对流风暴的生命史超过3 h,分别为D1(13:4217:24).C3(15:1218:12)、K0(12:4821:36)。将这3 个对流风暴的STI轨迹叠加在雷达图上发现其轨迹均呈带状分布,基本都沿着西北一
13、东南向移动,与风暴承载层的平流方向一致,风暴轨迹与降落区有较好的对应关系。b39.8Nb39.2N定市38.6N沧州石114.0E115.0F114.39E115.2E卫里云阳色标车拔尚度色标图411:0 0、11:3 0、12:0 0 可见光云图(a、b.c)和地面自动站风场叠加图(d、e f)114.2E115.0EC30KO114.2E115.0E1039.8N39.2N市38.6N115.0PF114.040.2N39.8N39.4N116.1E200m39.6N39.1PN38.6N115.8Ee39.6N39.1N38.6N115.8E520(紫色:D1,红色:C3,绿色:KO)市
14、石家市115.09E115.040.2N39.8N39.4N114.3F115.2E海洋5001000mKC114.2E115.0EKO114.2E115.0E25迎州114.0115.0F116.1E114.3F地3000m39.6N39.1N38.60N115.8E39.6N39.1N38.6N115.8E1550115.0E115.2E116.1E114.2E115.0E114.2E115.0E70115.8E115.8E7581研究论文5超级单体的双偏振特征分析由于超级单体K0在17:3 0 给保定站带来了冰天气,因此分析当时的雷达图像特征将有利于更加深刻地理解引发降電的超级单体特征,
15、为冰電预警提供更多有用的信息。图6 是超级单体KO在17:3 0 的雷达图像。反射率因子图(图6 a)显示超级单体KO的回波中有明显的“三体散射回波”,最大反射率因子超过7 0 dBZ,超级单体中心与周围回波构成了极大的反射率因子梯度。差分反射率因子Z表示水平极化和垂直极化回波的反射率因子之比的对数,Z可以反映超级单体中水凝物粒子的形状、密度与成分构成。图6 b显示,反射率因子在6 0 dBZ以上的地方Z数值较小,为0 0.2 dB。由于冰電在下落过程中不断翻转、摆动,导致Z接近于0,因此该处的水凝物粒子为冰粒子。反射率因子在50 55dBZ的地方Za为大值区,为3 5dB。由于大水滴在下落过
16、程中受到重力的作用变成更加扁平的形态,导致其水平极化与垂直极化之比较大,因此Z大值区的水凝物粒子为大水滴粒子。在Z图上有一条灰色低值区(箭头所指位置),这是非均匀波束充塞导致的。相关系数Cc可反映一定区域内粒子形态(大小和指向)的相关性。某区域内粒子形态越一致,其相关性越好,Cc就越大。由图6 e可以看出,对流风暴东南部的降水粒子均一性较好,Cc值一般接近1;处于融化层的冰水混合物均一性较差,粒子形态变化呈现多样性,Cc值略有降低,为0.94 0.99;冰粒子在下落过程中发生翻滚使得其散射性质发生较大变沙漠与绿洲气象Desert and Oasis Meteorology化,Cc值更小,在0.
17、9以下。差分相移率K是指在特定距离内水平偏振回波和垂直偏振回波相位之间的差值,表征不同偏振在传播路径上因传播系数不同引起的相位变化。由于K产品的计算与Ce相关,当Cc0.9时不计算K,导致K出现一些“空洞”,即在有回波的地方,K没有数据。通常大冰的Cc0.9,因此K的“空洞”可以作为识别大冰電的一个指标。6定量化产品在冰雪预警中的应用6.1定量化风廓线产品风廓线雷达通过探测大气的折射指数从而实现测风目的。与测风气球相比,风廓线雷达具有连续性和实时性。由保定市14:0 0 2 0:0 0 风廓线雷达产品时序图(图7)可知,17:0 0 18:3 0 某些时段缺少数据,这是因为当时保定市发生了冰電
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 观测 资料 冰雹 监测 预警 中的 应用