天氣尺度系統(tǒng)的雷達(dá)回波識別與分析

1、天氣尺度系統(tǒng)的雷達(dá)回波識別與分析,第二講,天氣尺度系統(tǒng)的雷達(dá)回波識別與分析,1.鋒面系統(tǒng)的雷達(dá)回波識別與分析 第一型冷鋒、第二型冷鋒、暖鋒 2.溫帶氣旋的雷達(dá)回波識別與分析 蒙古氣旋、東北氣旋、南來氣旋（包括河套氣旋、華北氣旋、渤海氣旋） 3.低空急流、槽線、切變線雷達(dá)回波識別與分析,3,天氣尺度系統(tǒng)是1000km以上的大氣運動及其變化，如熱帶氣旋、溫帶氣旋、鋒面、急流等天氣尺度系統(tǒng)。,4,大尺度,中尺度,小尺度,大尺度,大尺度,中尺度,中尺度,中尺度,小尺度,小尺度,小尺度,20m,1000km,2000 10000km,200 2000km,20 200km,220km,200m 2km,

2、20m 200m,水 平 尺 度 水 平 尺 度 水 平 尺 度,大氣運動尺度的劃分,多普勒天氣雷達(dá)獲取的徑向速度資料，可以分析某些典型流場在徑向速度圖像上造成的特征，如大尺度連續(xù)風(fēng)場的識別、大尺度水平風(fēng)場不連續(xù)鋒區(qū)的識別。也就是根據(jù)多普勒雷達(dá)實測徑向速度的圖像分布特征，分析和推斷真實的風(fēng)場結(jié)構(gòu)。,6,重點討論天氣尺度系統(tǒng)中一些典型風(fēng)場徑向速度分布特征，從而分析判斷系統(tǒng)的移動、演變過程。,7,由冷鋒、暖鋒、靜止鋒等降水天氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的雷達(dá)回波，在雷達(dá)回波上，各類鋒面的回波形態(tài)互有不同。,鋒面系統(tǒng)的識別,對大尺度系統(tǒng)的監(jiān)測能力冷鋒,冷鋒云系結(jié)構(gòu)圖,9,急行的強冷鋒為長而窄的回波帶，其位置與天氣圖

3、上的鋒面位置比較一致，緩移的弱冷鋒則呈較寬的絮狀回波，位于地面鋒線的后方；,10,暖鋒表現(xiàn)為范圍很寬的片狀或絮狀回波；靜止鋒回波為較寬的絮狀回波帶，回波帶中片狀的層狀云降水回波和團塊狀的對流云降水回波相混雜。,11,可以利用多普勒雷達(dá)的速度資料判斷鋒區(qū)和切變線的位置及其附近的流場特征。零等速區(qū)的形狀不僅可以幫助我們分析風(fēng)向隨高度的變化，還可確定某些水平風(fēng)場不連續(xù)線的分布及其附近的流場結(jié)構(gòu)。鋒面或切變線臨近的兩側(cè)，風(fēng)向有突變。,12,冷鋒云系通常有幾百到上千km，一般為呈帶狀的混合云，與冷鋒相伴隨的對流性降水也很明顯。冷鋒產(chǎn)生的天氣有一般的晴雨天氣，災(zāi)害性天氣有寒潮、冰雹、雷雨大風(fēng)、暴雨、龍卷等

4、。冷鋒回波帶主要分為以對流降水為主的雷雨回波帶和非對流降水的冷鋒雨帶，后者主要出現(xiàn)在冬季。,13,第一型冷鋒,第一型冷鋒又稱慢行冷鋒。高空槽位于鋒線后部，移行較慢的冷鋒。一般，鋒前天氣為晴轉(zhuǎn)多云。地面冷鋒過境后風(fēng)雨交加，700hPa高空槽過境后雨停轉(zhuǎn)為中云天氣，而500hPa高空槽過境后則轉(zhuǎn)晴或為高云天氣。,14,這種情況，冬半年比較常見。但在我國東北和西北高寒地帶，因暖空氣比較干燥，則鋒上僅有卷層云，有時伴有小雪天氣。夏季當(dāng)暖空氣層結(jié)不穩(wěn)定時，在雨層云中可發(fā)展積雨云并出現(xiàn)雷陣雨天氣。,15,2004年8月17日一次慢行冷鋒過境的過程，可以監(jiān)測到冷鋒未過雷達(dá)站、冷鋒壓在雷達(dá)站、冷鋒已過雷達(dá)站，

5、特征十分明顯。,16,2004年8月17日08:00時地面天氣圖,2004年8月17日08:00時500hPa高空圖,17,冷鋒未過雷達(dá)站 冷鋒壓在雷達(dá)站 冷鋒已過雷達(dá)站,冬季第一型冷鋒回波，以穩(wěn)定性降水為主，在速度圖上，由徑向速度分布很容易分析出冷鋒的位置。,19,2002年1月29日14:00時 地面天氣圖,2002年1月29日08:00時 500hPa高空圖,20,冬季冷鋒回波圖,21,夏季第一型冷鋒回波，這次冷鋒是由混合性降水回波組成，對流較明顯，同時冷鋒特征也較明顯。,夏季冷鋒回波圖,第二型冷鋒又稱快行冷鋒。高空槽位于鋒線附近或鋒前，移速較快的冷鋒。從鋒前到鋒面過境的云系演變?yōu)椋壕碓?/p>

6、卷層云高層云或復(fù)高積云降水性高層云或雨層云、層積云等。鋒面附近會出現(xiàn)很厚的低云，降水多為陣性，雨區(qū)較窄高空槽和冷鋒過境后降水漸止，云層變薄，常有較大的偏北風(fēng)，之后天氣較好。這種冷鋒，在我國北方的冬季較常見。,第二型冷鋒,夏半年第二型冷鋒天氣示意圖,24,2008年9月22日是一次較典型的第二型冷鋒（快行冷鋒），冷鋒云帶為長而窄的回波帶，其位置與天氣圖上的鋒面位置比較一致，在徑向速度圖上鋒面特征十分明顯。,26,2008年9月22日08:00時地面圖,2008年9月22日08:00時700hPa高空圖,27,28,北京地區(qū)2009年6月8日15時30分-17時第二型冷鋒,（1）典型暖鋒特征 速度

7、圖上，零速度線的折角并不明顯，主要通過天氣圖鋒區(qū)位置和速度圖上的風(fēng)向切變來判定鋒面的位置。一般暖鋒的速度圖上會有以下特征： （a）徑向速度分布大體對稱，東北和北部為正值區(qū)，西南部為負(fù)值區(qū)； （b）零速度線有明顯折角，折角以西的零線呈WSW-ENE走向； （c）折角位于測站以東，表明暖鋒位于測站以南；折角位于測站以西，表明暖鋒位于測站以北。,暖 鋒,暖鋒的云系,33,一次典型的能判斷出暖鋒的回波圖形。一般在探測中很難捕捉到暖鋒過境。在冬季降雪時，回波連續(xù)，容易分析流場特征。下圖探測到了整個暖鋒，一般能探測到一部分云系。通過下面典型圖來分析暖鋒的特征。,35,2004年12月19日14:00時地面

8、圖,2004年12月19日08:00時500hPa高空圖,36,這是冬季一次降雪過程的暖鋒回波圖。圖中回波呈片狀，范圍較大，強度較弱；暖鋒過境前，沿零速度線，風(fēng)向由S經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為SE；,37,暖鋒恰在測站上空，風(fēng)向由S經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為E、NE；,暖鋒過境，風(fēng)向由NNE經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為N、NE（由N經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為NE）。,這是冬季一次降雪過程的暖鋒回波圖。圖中回波呈片狀，范圍較大，強度較弱；暖鋒過境前，沿零速度線，風(fēng)向由S經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為SE；暖鋒恰在測站上空，風(fēng)向由S經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為E、NE；暖鋒過境，風(fēng)向由NNE經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為N、NE（由N經(jīng)過暖鋒轉(zhuǎn)為NE）。,39,(2)部分暖鋒云系,2002年7月3日14:

9、00時 地面圖,2002年7月3日08:00時 500hPa高空圖,此圖探測到的是一次暖鋒的末端云帶，從圖中的距離折疊可以看出，在北側(cè)還有云系，這只是一部分。在強度圖中，每一個對流云塊面積較大，強度在移動過程中逐漸加強，輻合明顯。,41,多數(shù)情況下，尤其是夏季，很難捕捉到暖鋒，最多探測到的是暖鋒云系的一部分，所以根據(jù)徑向速度風(fēng)向切變特征很難判斷出暖鋒過境。,42,在夏季，暖鋒云系主要成帶狀分布，云系由強對流單體連接組成的一條或幾條帶子，強對流單體之間有的有間隙。距離不超過30km，云系運動方向及移動速度基本一致。,43,2005年4月24日14:00時地面圖,2005年4月24日08:00時5

10、00hPa高空圖,44,這是一次暖鋒云系影響過程，暖鋒云系在探測范圍內(nèi)的表現(xiàn)形式是對流單體合并加強形成短帶，幾條短帶相繼移過測站。,45,雖然回波結(jié)構(gòu)松散，但是可以大概分辨出三條云帶。第一條云帶移出探測范圍；第二條云帶的西部生成的對流云單體逐漸排列成帶狀，能清晰的分辨出每個單體，單體結(jié)構(gòu)變得松散，強中心面積變??；,46,第三條云帶的對流云單體強度增加，條狀云型變得清晰，強中心排列的更加緊密，回波帶寬度約5km，南北方向伸展。第二條和第三條云帶間距60km左右，向偏東方向移動，移動速度基本一致。,47,溫帶氣旋,溫帶氣旋主要指發(fā)生在中緯度溫帶地區(qū)的低壓渦旋，高緯度地區(qū)也有出現(xiàn)。多是由于極風(fēng)波動產(chǎn)

11、生的，因而也稱鋒面氣旋。 伴隨氣旋活動常有大范圍的云區(qū)、降水區(qū)和強風(fēng)區(qū)，是中高緯地區(qū)重要的天氣尺度系統(tǒng)之一。直徑大的可達(dá)3000km或以上，小的僅幾百公里，平均約1000km 。,氣旋發(fā)展階段的天氣模式,48,氣旋前部具有暖鋒云系和天氣特征。云系向前伸展很遠(yuǎn)，尤其靠近氣旋中心部分，云區(qū)很寬，離中心愈遠(yuǎn)，云區(qū)愈窄。氣旋后部的云系和降水特征是屬于第一型冷鋒還是第二型冷鋒，則要視高空槽與地面鋒的配置情況而定。若高空槽在地面鋒線的后面，地面上垂直于鋒的風(fēng)速小，則屬于第一型冷鋒；若地面鋒位于高空槽線附近或后部，則屬于第二型冷鋒,49,溫帶氣旋的生命史大致可分為四個階段：初生階段、成熟階段、錮囚階段、衰老

12、階段。整個生命史約為26天。在同一條鋒上可以接連生成幾個氣旋，自西南向東北依次前進，稱為氣旋族。活躍在中國的溫帶氣旋，主要有兩個較為集中的地帶，一個在北緯2535，如江淮氣旋、東海氣旋和臺灣氣旋等；一個在北緯4555，如蒙古氣旋、東北氣旋、黃河氣旋和黃海氣旋。,50,蒙古氣旋,（1）蒙古氣旋的特點 蒙古氣旋發(fā)生或發(fā)展在蒙古中部和東部高原一帶，約在4050N，100115E之間，這個地區(qū)的西部、西北部多高山，溫濕條件比較差，因此其生成的初期往往沒有降水配合，往往是在東移過程中產(chǎn)生降水，蒙古中部和東部處于背風(fēng)坡，有利于氣旋的生成和發(fā)展。,51,（2）蒙古低壓的雷達(dá)回波演變特征 由于蒙古低壓的尺度比

13、較大，而雷達(dá)探測范圍較小，所以雷達(dá)很難探測到低壓的整體結(jié)構(gòu)，只能探測到低壓的某一部分，有時也會監(jiān)測旋轉(zhuǎn)等特征。,52,蒙古低壓的雷達(dá)回波通常表現(xiàn)為面積較大，有時會充滿整個雷達(dá)屏幕，回波頂?shù)母叨炔桓?，特別是在秋冬季節(jié)，回波發(fā)展都比較弱，移動緩慢，當(dāng)回波面積較大時，在速度圖的高仰角層上還經(jīng)常出現(xiàn)零速度線的“S”型，根據(jù)零速度線能分析出風(fēng)向的垂直切變和大風(fēng)區(qū)。,53,是一次來自西伯利亞的蒙古低壓過程，造成黑龍江省大面積的降水。,2006年11月4日20:00時 地面圖,2006年11月4日20:00時500hPa高空圖,55,東北氣旋,東北氣旋是活動于我國東北部地區(qū)的氣旋。是影響我國特別是黑龍江省的

14、重要天氣系統(tǒng)之一。這類低壓在東北地區(qū)產(chǎn)生的較少，大多數(shù)是由蒙古及我國黃河流域移入的。全年均可出現(xiàn)，以春、秋兩季為最多，35月為最強。東北低壓是影響我國氣旋中發(fā)展最強大的一種形式，直徑可達(dá)10002000km。,56,東北低壓的發(fā)展可引起寒潮爆發(fā)（或冷空氣南下），并導(dǎo)致東亞環(huán)流形勢的調(diào)整。與東北低壓伴隨出現(xiàn)的天氣，有大風(fēng)、降水、雷暴和風(fēng)沙等。,57,（1）東北氣旋的特點 東北低壓，亦稱東北氣旋，是影響黑龍江省的重要系統(tǒng)之一。絕大多數(shù)是從外地移來的，主要來自： 1、由蒙古氣旋東移到東北地區(qū)發(fā)展而成； 2、黃河下游、渤海和長江中游、淮河上游地區(qū)產(chǎn)生的氣旋，向北偏東方向移動進入東北地區(qū)后形成； 3、東

15、北地區(qū)本地發(fā)生的低壓。,58,（2）東北低壓的雷達(dá)回波特征 東北低壓產(chǎn)生往往是自西向東一次完整系統(tǒng)經(jīng)過黑龍江省，在雷達(dá)回波以層狀云和積層混合云出現(xiàn)較多，有時會有渦旋狀，降水回波移動緩慢，對于單部雷達(dá)站觀測的邊界可能不是很清晰，在有三部以上的雷達(dá)同時觀測效果比較好。,2005年3月28日02:00時 地面圖,2005年3月28日08:00時500hPa高空圖,由蒙古氣旋東移到東北地區(qū)發(fā)展而成 的低壓：占東北低壓中的大部分。造成的天氣主要是大風(fēng)和揚沙，其中最突出的為春季西南大風(fēng)，幾乎影響到整個東北地區(qū)，極大風(fēng)速甚至可達(dá)40m/s以上。,60,61,向北偏東方向移動進入東北地區(qū)后形成的東北低壓,20

16、06年6月17日在黑龍江省西南部發(fā)生了一次暴雨過程，這次過程的低壓就是由渤海灣移到東北地區(qū)，配合高空的冷渦，給很多地方帶來了強的降水過程。在雷達(dá)回波上，發(fā)展的初期是一些零散的對流云，它們在東移過程中強中心強度都維持在50dBZ以上，但它們之間移動過程中互相合并，發(fā)展成一條帶狀回波，使得降水強度增強，降水的持續(xù)時間也較長，這是導(dǎo)致這場暴雨的最主要原因?；夭ㄕw移動緩慢，邊界模糊 。,62,2006年6月17日14:00時 地面圖,2006年6月17日08:00時500hPa高空圖,東北地區(qū)發(fā)生的低壓：這種低壓一般比較弱小，生命史短，移動也不規(guī) 則，僅在夏季產(chǎn)生一些雷陣雨天氣。,2006年5月22

17、日14:00時 地面圖 2006年5月22日08:00時500hPa高空圖,本次過程雷達(dá)回波強度不大，只有局地的小塊對流產(chǎn)生，所以雷達(dá)觀測范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)很強的降水。,67,南來氣旋,（1）南來氣旋的特點 南來低壓包括河套低壓、華北低壓、渤海低壓等。這類低壓產(chǎn)生源地偏南，低壓本身攜帶大量水汽，具有較好的溫濕條件，在適合的溫壓場條件配置下，特別有利于產(chǎn)生暖鋒鋒生暴雨天氣。在黑龍江省南來低壓發(fā)生的頻率不是很高，但對一些大的暴雨過程往往都是由高空與相應(yīng)的南來低壓配制而產(chǎn)生的。,68,（2）南來氣旋的雷達(dá)回波特征 南來低壓給黑龍江省地區(qū)造成的降水持續(xù)時間比較長，降水強度比較大，回波形態(tài)也各異，降水性質(zhì)為

18、層狀云降水、混合云降水和對流云降水三種形式，不同性質(zhì)的降水也決定了不同的雷達(dá)回波特征。,河套氣旋：河套氣旋是影響黑龍江省特別是西部地區(qū)降水的主要天氣系統(tǒng)，它和華北低壓各占夏季黑龍江省暴雨報總數(shù)的10%。,2005年5月13日14:00時 地面圖 2005年5月13日08:00時850hPa高空圖,黃河氣旋：在向東北方向移動過程中帶來了大量的水汽，配合高空系統(tǒng)的動力條件，經(jīng)常會給黑龍江省帶來較大降水。在雷達(dá)上可以觀測到回波的初生、發(fā)展、旺盛、消亡全過程。,2007年2月13日20:00時 地面圖 2007年2月13日20:00時500hPa高空圖,拼圖,蒙古低壓、東北低壓、南來低壓的異同,這三種

19、低壓是影響黑龍江省天氣最主要的地面系統(tǒng)，它們的出現(xiàn)往往是與冷暖鋒和高空形勢相配共同影響黑龍江省天氣的。它們產(chǎn)生的回波用單部雷達(dá)觀測其特征不是很明顯，用多部雷達(dá)同步探測能更好的探測出系統(tǒng)的全貌特征。另外，季節(jié)差異及與高空配合狀況對雷達(dá)回波的表現(xiàn)也有所不同，在春季和夏季回波強度強，回波頂高度比較高，特別是在夏季這幾種低壓系統(tǒng)配合高空動力條件比較容易產(chǎn)生暴雨天氣，而在春秋季節(jié)多以大風(fēng)和陣性天氣為主，回波性質(zhì)以層狀云為主，大風(fēng)天氣有時會表現(xiàn)在高仰角的速度圖上的零速度線或速度極值區(qū)域。,這三種低壓形勢最主要的差異是產(chǎn)生的地點不同導(dǎo)致水汽含量不同，蒙古低壓是影響黑龍江省天氣最常見的形式；南來低壓使水汽含量

20、最豐富的，它的移動路徑一旦經(jīng)過我省，將會給黑龍江省帶來相對比較劇烈的天氣過程；我們這里所說的東北低壓不只是在東北地區(qū)產(chǎn)生的低壓，有一些是從黃河等地區(qū)移到我省的，這種低壓比較少見，常常沒有地面冷暖鋒相配合，系統(tǒng)的移動較快，對我省影響相對較小。,低空急流 大氣層中一股強而窄的氣流，一般長數(shù)千km，寬數(shù)百km，厚幾km（大氣科學(xué)詞典， 1994）。在高空和低空、中高緯西風(fēng)帶和低緯東風(fēng)帶中均可出現(xiàn)急流。按其出現(xiàn)高度不同，可分為高空急流、低空急流和超低空急流。低空急流位于對流層下部離地面10004000m的高度，中心風(fēng)速一般大于12m/s，最大可達(dá)30m/s。高空急流位于對流層上部或平流層中，中心風(fēng)速一般大于30m/s。近年來又有人提出超低空急流的概念。,以往對急流的分析，通常借助探空資料和衛(wèi)星云圖，現(xiàn)在，新一代天氣雷達(dá)速度產(chǎn)品為分析急流提供了便利的條件。在伴有急流存在的大范圍降水天氣中，可以觀測分析出急流回波。 高空急流的高度可達(dá)到云頂或云頂以上，雷達(dá)觀測受限，所以，它觀測到的急流通常為低空急流和超低空急流。,77,在雷達(dá)觀測中，急流在速度圖上表現(xiàn)為強而窄的大風(fēng)速區(qū)。一個或幾個風(fēng)速的極大值，叫做急流帶。東亞地區(qū)出現(xiàn)的急流多為西南風(fēng)向或偏南風(fēng)向，在一定情況下，也呈東南風(fēng)向。,78