ISSN 1004-4965

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基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析

苟阿宁 高正旭 侯静 韩芳蓉 刘文婷 张文言 张文刚

苟阿宁, 高正旭, 侯静, 韩芳蓉, 刘文婷, 张文言, 张文刚. 基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(4): 528-541. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049
引用本文: 苟阿宁, 高正旭, 侯静, 韩芳蓉, 刘文婷, 张文言, 张文刚. 基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(4): 528-541. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049
A-ning GOU, Zheng-xu GAO, Jing HOU, Fang-rong HAN, Wen-ting LIU, Wen-yan ZHANG, Wen-gang ZHANG. ANALYSIS OF LIGHTNING AND PRECIPITATION ACTIVITIES IN THREE ELEVATED CONVECTIVE EVENTS BASED ON DOPPLER RADAR AND MICROWAVE RADIOMETER IN HUBEI PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(4): 528-541. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049
Citation: A-ning GOU, Zheng-xu GAO, Jing HOU, Fang-rong HAN, Wen-ting LIU, Wen-yan ZHANG, Wen-gang ZHANG. ANALYSIS OF LIGHTNING AND PRECIPITATION ACTIVITIES IN THREE ELEVATED CONVECTIVE EVENTS BASED ON DOPPLER RADAR AND MICROWAVE RADIOMETER IN HUBEI PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(4): 528-541. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049

基于雷达和微波辐射计的湖北省冷季“高架雷暴”特征分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.049
基金项目: 

湖北省雷电灾害防御科研专项 FL-Z-201401

中国气象局预报员专项 CMAYBY2020-081

详细信息
    通讯作者:

    苟阿宁,女,陕西省人,高级工程师,主要从事雷电和强对流预报预警技术方法研究。E-mail: aning0770@163.com

  • 中图分类号: P446

ANALYSIS OF LIGHTNING AND PRECIPITATION ACTIVITIES IN THREE ELEVATED CONVECTIVE EVENTS BASED ON DOPPLER RADAR AND MICROWAVE RADIOMETER IN HUBEI PROVINCE

  • 摘要: 利用常规观测、加密自动气象站、三维闪电定位仪、天气雷达和地基微波辐射计资料等,对湖北冷季(2014年11月)发生的3次高架雷暴过程进行了分析。(1)3次过程发生在地面冷锋后部地面冷气团中,主要以短时强降水和频繁的雷电活动为主,是典型的冷季“高架雷暴”,对流区位于地面冷锋后部500 km左右。(2)地面到925 hPa的冷垫,迫使暖湿气流爬升,在925 hPa逆温层附近触发对流,冷垫之上西南暖湿气流越强,对流越旺盛,雷达径向速度剖面可以明显看到1 km之下的冷垫。(3)冷季高架雷暴雷电活动剧烈,CG(地闪)占总闪比例60%以上,而+CG则占CG的40%左右,闪电频次和降水有很好的时空对应关系,CG出现在较强降水中心附近及周围,IC和CG突增对降水均有一定的时间提前量。CG更靠近强回波中心,且和≥30 dBZ的回波位置对应较好,IC则分布在雷暴单体外侧回波强度≥15 dBZ的区域。0 ℃等温线以上的(最大)回波强度达到43 dBZ以上或者18 dBZ回波顶高超过7.5 km是湖北冷季高架雷暴是否发生雷电的重要预警因子。(4)地基微波辐射计温度、湿度廓线和探空曲线基本吻合,可以看到明显的冷垫、逆温层及西南急流。基于微波辐射计资料计算的不稳定指数变化特征对冷季高架雷暴的短临预报有重要的实际应用价值。当A指数、TT指数、K指数和T850-500出现快变抖动时,伴随抖动加剧可以判断将会有雷暴天气发生,当波动曲线开始下降并变得平稳,表示雷暴减弱消亡;θse 850在雷暴出现后跃增并在320 K附近抖动,雷暴结束后下落到290 K的平稳状态;Td850在雷暴活跃阶段近乎为0 ℃;T850-500在雷暴发生前是一个缓慢下降的过程,雷暴结束后大气趋于稳定。

     

  • 图  1  湖北ADTD型三维闪电定位探测站和地基微波辐射计探测站分布图

    黑色圆点位置为三维闪电探测位置,红色五角星位置为地基微波辐射计测站位置。

    图  2  湖北冷季高架雷暴水平环流高低空结构模型图

    黄色粗箭头:500 hPa高空槽前西南急流;白色、红色和黑色粗箭头:700 hPa、850 hPa和925 hPa低空急流;棕色实线:500 hPa高空槽;红色双实线:850 hPa切变线;黑色实线:雷电落区;蓝色锯齿线:地面冷锋;底图:2014年11月27日09时红外云图。

    图  3  3次过程武汉站08时探空曲线及沿雷达径向的组合反射率剖面(RCS)和速度剖面(VCS)

    图  4  武汉站1 h降水(a)和三次过程6 min闪电(b、c、d)时间演变特征

    b. 23日;c. 27日;d. 29日。

    图  5  逐小时降水和闪电活跃阶段的空间分布演变

    红色、黑色“△”表示+CG、-CG,红色边界为湖北省界,下同。

    图  6  闪电和雷达回波的6 min空间分布演变

    红色、黑色“△”和“+”依次表示+CG、-CG、+IC和-IC。

    图  7  2014年11月23日过程武汉地基微波辐射计探测数据

    a.温度廓线;b.液态水含量廓线;c.水汽密度廓线;d.相对湿度廓线。黑色方框为降水阶段。

    图  8  图 7,但为2014年11月27日过程

    图  9  图 7,但为2014年11月29日过程

    图  10  基于武汉地基微波辐射计计算的3次高架雷暴不稳定指数演变

    a.23日过程;b.27日过程c.29日过程;d.11月22日—12月1日。

    表  1  湖北3次冷季对流过程描述

    个例时间 武汉08时24 h雨量/mm 降水最强中心 总闪频次/次 地闪(CG)频次 +CG占CG比例 武汉08时地面温度/℃ 对流发生位置
    2014.11.23 59 武汉附近 375 292 65.44% 12 冷锋后部
    2014.11.27 28 鄂东南 4814 3167 41.98% 11 冷锋后部
    2014.11.29 20 鄂东北 3214 1913 46.91% 10 冷锋后部
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    表  2  TITAN风暴识别出的雷暴单体雷达和闪电特征

    雷暴单体ID MAX_NCG T_MAX-NCG R_0 ℃ R_-10 ℃ R_-15 ℃ R_-20 ℃ R_-25 ℃ ET VIL_above0 ℃ R_above0 ℃
    23ID_0 4 23:42 43.6 31.8 28.9 26.8 21.5 8.5 6.9 43.5
    23ID_1 5 22:54 46.5 36 31.4 27.4 23.8 8.7 4.3 46.5
    24ID_2 5 00:12 45.8 35.5 27.7 23.6 22.4 7.8 6.7 46
    24ID_3 2 02:48 52.9 37.5 29.8 24.1 20.6 7.6 16.8 51.5
    27ID_0 12 09:12 44.7 36.8 35 31.2 26.8 9.2 5.9 44.7
    27ID_1 16 11:06 46.4 37.2 34.2 32.8 31.4 8.6 6.9 46.4
    27ID_2 19 12.24 43.6 41 39.9 36.6 31.5 9.1 8.4 46
    27ID_3 14 14:54 43.3 34.1 33.5 31.7 27.5 9 2.8 43.5
    27ID_4 8 16:00 46.1 39.7 36.1 33.9 31.7 8.8 4.6 46.1
    29ID_0 9 07:30 58.7 53 45.8 35.1 25.7 7.6 39.2 60
    27ID_1 8 10:42 47 38.1 36.9 30.3 22.5 7.8 7.4 47.5
    27ID_2 10 13:00 45.1 39.6 34.8 27.2 20.4 7.5 5.3 45.1
    27ID_3 8 12:48 49.9 48 41.4 36.4 32.9 7.7 15.1 51
    27ID_4 10 14:42 48.4 39.9 36.9 30.3 24.9 8 8.4 48.4
    备注:雷暴单体ID指TITAN识别出影响武汉降水的雷暴单体编号;T_MAX-NCG和MAX_NCG分别指雷暴演变过程中单体半径50 km范围内CG出现最多的时刻及频次;R_0 ℃、R_-10 ℃、R_-15 ℃、R_-20 ℃、R_-25 ℃分别指0 ℃、-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃、-25 ℃等温层高度PPI上的回波强度(单位:dBZ);ET指18 dBZ回波所能到达的最大高度(单位:km);VIL_above0 ℃指0 ℃等温层18 dBZ回波高度的垂直积分液态含水量(单位:kg/m2);R_above0 ℃指0 ℃等温层以上的最大回波强度(单位:dBZ)。
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-20
  • 修回日期:  2020-06-08
  • 刊出日期:  2020-08-01

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