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山东省冰雹云多普勒天气雷达观测及三维结构分析

殷占福  
【摘要】:本文对2002年和2003年发生在山东省的两次成灾冰雹过程进行分析研究,采用天气学方法,利用MICAPS高空及地面气象观测资料、探空资料、NCEP资料、卫星云图资料分析降雹前天气形势、能量场、水汽场、散度场、高空风场;采用多普勒天气雷达观测资料分析方法,利用济南和滨州多普勒天气雷达资料对雹云从生成到消亡阶段的回波变化进行分析,研究了降雹天气过程的系统演变、云系宏观特征以及冰雹的形成机制。 天气学分析结果表明,山东省两次降雹过程发生的大尺度天气背景场是高空存在蒙古低涡或者冷性低槽,大尺度天气系统东移南压,使得高空冷空气下传,低层存在较深厚的暖湿气流,从而在对流层中低层形成大范围不稳定层结。地面一般存在比较强盛的低压系统,与高空急流南侧的辐散区叠加,引起上升运动。降雹前,在降雹区上空西边低层存在有高能舌,而在中高层西边存在有负能量平流或负能量平流中心,为雹暴的发生发展累积了充足的不稳定能量;在降雹区西部有高空急流,而且存在有很大的高空风垂直切变,也有利于雹暴发生发展。水汽输送主要集中在低层850hPa和925hPa之间。 多普勒雷达资料分析结果表明,超级单体冰雹云的回波特征是在水平面上呈椭圆状,中低层回波呈现钩状结构,是弱回波区,对应着主上升气流区,强回波区位于钩状回波的左上侧。在沿着风暴入流方向并通过强回波中心的反射率因子垂直剖面上呈现出明显的“穹隆”和悬挂回波,是主上升气流的位置。超级单体冰雹云的回波特征是具有回波墙—弱回波区(穹隆)—悬挂回波结构。超级单体冰雹云中的流场具有循环的结构,冰雹云的云底存在大范围倾斜的气旋性辐合上升气流,云顶存在向两侧的出流,对流层中层上升运动达到最大,由上逐渐减小。在高层随高空风向风暴移动方向流出,拉出了巨大的云砧。在风暴成熟时,风暴中主要由上升气流控制,风暴发展的过程中在主上升气流后侧伴随较大的下沉气流,强下沉气流在云底辐散开来造成了地面的大风现象,地面大风的出现往往提前于降雹的开始。 在综合以上分析结果以及总结前人研究工作的基础上,改进了山东省超级单体冰雹云的概念模型。对于超级单体冰雹云来说,在冻结层以上存在较多的过冷水,过冷水的冻结往往是雹胚的主要来源。初始雹胚随主上升气流到一定高度后,在其上部形成雹胚源区,随高层的辐散气流向两侧抛落,粒子越小被抛落的越远,下降的同时,粒子在循环的流场中主要碰并过冷水获得增长,粒子降落到低层后重新进入上升气流中,进入强上升气流中的粒子,一部分被抛出上升气流而进入下沉气流,另一部分粒子随着高空出流向右侧流出,降落后重新进入上升气流。随着粒子的增长,被抛离上升气流的距离越短,进入上升气流也就更容易,因此在上升气流右侧中层6km高度处形成一个中等大粒子的累积区,这也就是上升气


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