一次典型强对流单体对的雷达回波相似性特征分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2021)-06-0974

干旱气象 ›› 2021, Vol. 39 ›› Issue (06): 974-983.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2021)-06-0974

一次典型强对流单体对的雷达回波相似性特征分析

邹书平¹^,²(), 黄钰¹^,², 曾勇¹^,², 李丽丽²^,³, 杨哲²^,⁴, 曹水²^,⁴, 柯莉萍²^,⁵

1.贵州省人工影响天气办公室,贵州贵阳 550001
2.贵州省冰雹防控技术工程中心,贵州贵阳 550001
3.贵州省山地环境气候研究所,贵州贵阳 550001
4.贵州省大气探测技术与保障中心,贵州贵阳 550001
5.贵州省威宁彝族回族苗族自治县气象局,贵州威宁 553100

收稿日期:2020-08-17 修回日期:2021-04-01 出版日期:2021-12-30 发布日期:2021-12-31
作者简介:邹书平(1967— ),男,正研级高级工程师,主要从事天气雷达与人工影响天气研究. E-mail: 873714769@qq.com。
基金资助:
贵州省科技计划项目“雹胚形成演变微物理环境条件观测与模拟试验研究”(黔科合支撑〔2019〕2387号);国家自然科学基金项目“雹胚形成及演变的微物理环境与热动力特征的观测研究”共同资助(41875169)

Similarity characteristics analysis of radar echo of a typical strong convection monomer pair

ZOU Shuping¹^,²(), HUANG Yu¹^,², ZENG Yong¹^,², LI Lili²^,³, YANG Zhe²^,⁴, CAO Shui²^,⁴, KE Liping²^,⁵

1. The Weather Modification Office of Guizhou Province, Guiyang 550001, China
2. Guizhou Meteorological Disaster Prevention Technology Center, Guiyang 550001, China
3. Guizhou Institute of Mountainous Environment and Climate, Guiyang 550001, China
4. Guizhou Atmospheric Sounding Technology and Support Center,Guiyang 550001, China
5. Weining County Meteorological Bureau of Guizhou Province, Weining 553100, Guizhou, China

Received:2020-08-17 Revised:2021-04-01 Online:2021-12-30 Published:2021-12-31

摘要/Abstract

摘要：

基于值相似和形相似相关方法,分析2015年4月30日贵州大娄山脉一次多单体强对流天气过程中2个对流单体对(A、B单体,C、D单体)的回波特征参量随时间变化的一致性特征,并通过时移(相移)技术和数理统计方法分析强对流单体与回波特征参量的相关性。结果表明:(1)单体对的最大回波强度Z_max、0 dBZ高度H₀、45 dBZ高度H₄₅的值相似程度较高,垂直累积液态水含量VIL的值相似程度较差。(2)通过时移技术处理后,2个单体对的特征参量变化趋势一致性更好,相似性程度更高。(3)2个单体对的Z_max和VIL波动周期均具有很好的一致性,C、D单体对H₀、H₄₅的波动周期一致性更好。(4)导致单体对VIL值相似性较差的主要原因是每个体扫层雷达反射率因子Z的大小及Z所在垂直高度的不同。

关键词: 对流单体对, 雷达回波, 相似性, 时移(相移)

Abstract:

Based on the methods of value similarity and shape similarity, the consistency characteristics of the echo parameters of two strong convective cell pairs during a strong convective weather process caused by multiple convective monomers in Dalou Mountains in Guizhou Province on April 30, 2015 were analyzed and the time shift (phase shift) technology and mathematical statistical methods were used to analyze the similarity of the convective characteristic parameters of strong convective cell pairs. The results are as follows: (1) The value similarity of the maximum echo intensity Z_max, 0 dBZ height H₀, and 45 dBZ height H₄₅ of the cell pairs were relatively higher, but for the vertical cumulative liquid water content (VIL) it was relatively poor. (2) After processing by using the time shift technique, the change trends of the characteristic parameters of the two cell pairs were more consistent and the degree of similarity was higher. (3) The fluctuation periods of Z_max and VIL of both two cell pairs had good consistency, and fluctuation periods of H₀ and H₄₅ of C and D cell pair had better consistency. (4) The main reason for the poor value similarity of VIL of the cell pairs was the difference in the value of the radar reflectivity factor Z of each scan layer and the vertical height of Z.

Key words: convection monomers pair, radar echo, similarity, time shift (phase shift)

中图分类号:

P412
P482

邹书平, 黄钰, 曾勇, 李丽丽, 杨哲, 曹水, 柯莉萍. 一次典型强对流单体对的雷达回波相似性特征分析[J]. 干旱气象, 2021, 39(06): 974-983.

ZOU Shuping, HUANG Yu, ZENG Yong, LI Lili, YANG Zhe, CAO Shui, KE Liping. Similarity characteristics analysis of radar echo of a typical strong convection monomer pair[J]. Journal of Arid Meteorology, 2021, 39(06): 974-983.

图/表 17

参考文献 19

[1]	符式红, 王秀明, 俞小鼎. 相似环流背景下海南两次不同类型强对流天气对比研究[J]. 气象学报, 2018, 76(5):742-754.
[2]	杨波, 孙继松, 刘鑫华. 两类不同风灾个例超级单体特征对比分析[J]. 气象学报, 2019, 77(3):427-441.
[3]	何邓新, 邵爱梅. 判断大气要素场相似度的相似面积比方法[J]. 高原气象, 2014, 33(3):658-665.
[4]	叶朗明, 伍志方, 张华龙, 等. 相同季节和相似区域华南两次飑线过程比较分析[J]. 暴雨灾害, 2016, 35(5):445-454.
[5]	刘卫国, 陶玥, 党娟, 等. 2014年春季华北两次降水过程的人工增雨催化数值模拟研究[J]. 大气科学, 2016, 40(4):669-688.
[6]	祝晓芸, 姚展予. 江西省对流云火箭增雨作业个例分析[J]. 气象, 2017, 43(2):221-231.
[7]	罗阳, 聂新旺, 王广山. 几种统计相似方法的适用性比较[J]. 气象, 2011, 37(11):1443-1447.
[8]	唐茂仁, 袁正腾, 向玉春, 等. 依据雷达回波自动选取对比云进行人工增雨效果检验的方法[J]. 气象, 2010, 36(4):96-100.
[9]	陈羿辰, 张龙斌, 金永利, 等. 利用双线偏振雷达分析人工防雹作业效果[J]. 气象科技, 2016, 44(3):479-488.
[10]	陈军, 李小兰, 喻义军, 等. 贵州铜仁一次大范围高架雷暴降雹天气过程分析[J]. 干旱气象, 2017, 35(4):649-656.
[11]	高晓梅, 孙雪峰, 秦瑜蓬, 等. 山东一次强对流天气的环境条件和对流风暴特征[J]. 干旱气象, 2018, 36(3):447-455.
[12]	覃靖, 潘海, 刘蕾. 柳州“4·09”致灾冰雹的超级单体风暴过程分析[J]. 气象, 2017, 43(6):745-755.
[13]	王莎, 沙勇, 宋金妹, 等. 冀东地区冰雹云多普勒雷达参数特征分析[J]. 气象, 2019, 45(5):713-722.
[14]	李聪, 姜有山, 姜迪, 等. 一次冰雹天气过程的多源资料观测分析[J]. 气象, 2017, 43(9):1084-1094.
[15]	宋强, 王基鑫, 傅朝, 等. 甘肃一次冰雹过程降水及闪电活动特征[J]. 干旱气象, 2019, 37(3):400-408.
[16]	杨淑华, 赵桂香, 程海霞, 等. 脉冲风暴造成的山西北部三次冰雹天气对比分析[J]. 干旱气象, 2019, 37(1):67-75.
[17]	张玉洁, 苑文华, 徐百言. 江苏阜宁龙卷超级单体风暴的雷达资料分析[J]. 干旱气象, 2019, 37(3):409-418.
[18]	黄嘉佑. 气象统计分析与预报方法[M]. 4版. 北京: 气象出版社, 2016:188-189.
[19]	吴洪宝, 吴蕾. 气候变率诊断和预测方法[M]. 北京: 气象出版社, 2005:8-9.

降雹区域		降雹点	降雹时间	冰雹大小及灾情信息
贵州	大方县黔西县修文县	羊场、理化、黄泥塘、鸡场锦星、林泉钟山久长	17:30左右 18:00左右 18:40 20:40	冰雹直径5~10 mm 部分农作物受灾
四川	叙永县古蔺县	观兴、后山箭竹、双沙、马嘶	16:00左右 18:00左右	冰雹直径约10 mm 烤烟、玉米等农作物受损

降雹区域		降雹点	降雹时间	冰雹大小及灾情信息
贵州	大方县黔西县修文县	羊场、理化、黄泥塘、鸡场锦星、林泉钟山久长	17:30左右 18:00左右 18:40 20:40	冰雹直径5~10 mm 部分农作物受灾
四川	叙永县古蔺县	观兴、后山箭竹、双沙、马嘶	16:00左右 18:00左右	冰雹直径约10 mm 烤烟、玉米等农作物受损

单体	整个对流过程				Z_max≥45 dBZ
单体	持续时间/min	Z_max/dBZ	H₀最大值/km	H₄₅最大值/km	起始时间	Z_max/dBZ	H₀/km	H₄₅/km
A	160	57.0	13.2	10.0	16:06	48.0	10.9	8.1
B	135	61.5	12.1	9.0	16:02	49.0	8.6	5.1
C	340	65.0	17.5	8.8	16:22	46.5	9.2	6.5
D	304	63.0	15.5	9.3	17:13	55.0	13.8	9.1

单体	整个对流过程				Z_max≥45 dBZ
单体	持续时间/min	Z_max/dBZ	H₀最大值/km	H₄₅最大值/km	起始时间	Z_max/dBZ	H₀/km	H₄₅/km
A	160	57.0	13.2	10.0	16:06	48.0	10.9	8.1
B	135	61.5	12.1	9.0	16:02	49.0	8.6	5.1
C	340	65.0	17.5	8.8	16:22	46.5	9.2	6.5
D	304	63.0	15.5	9.3	17:13	55.0	13.8	9.1

特征量	平均线性比例常数	海明距离	余弦相似系数	协方差
Z_max	1.05(1.05)	160.5(131.0)	0.99(0.99)	2.84(8.68)
VIL	1.63(1.51)	317.5(282.5)	0.83(0.89)	15.29(32.56)
H₀	0.99(1.00)	50.6(39.7)	0.99(0.98)	-0.15(-0.05)
H₄₅	0.94(0.91)	53.0(44.4)	0.97(0.96)	0.43(0.89)

一次典型强对流单体对的雷达回波相似性特征分析

Similarity characteristics analysis of radar echo of a typical strong convection monomer pair

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 17

参考文献 19

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/dBZ	幅度变化率/ (dBZ·min^-1)
A	T1	16:14—16:34—16:46	32(20,12)	48.0(57.0,50.0)	0.45(-0.58)
	T2	16:46—16:59—17:21	35(13,22)	50.0(55.0,49.5)	0.38(-0.25)
	T3	17:21—17:29—17:41	20(8,12)	49.5(56.5,47.5)	0.87(-0.75)
B	T1	16:18—16:42—16:59	41(24,17)	43.0(59.5,56.0)	0.68(-0.20)
	T2	16:59—17:13—17:25	26(14,12)	56.0(61.5,56.5)	0.39(-0.41)
	T3	17:25—17:41—17:56	31(16,15)	56.5(60.5,48.5)	0.25(-0.80)

单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/(kg·m^-2)	幅度变化率/(kg·m^-2·min^-1)
A	T1	16:18—16:34—16:46	28(16,12)	7.5(22.5,7.5)	0.93(-1.25)
	T2	16:46—16:59—17:17	31(13,18)	7.5(17.5,7.5)	0.76(-0.55)
	T3	17:17—17:29—17:41	24(12,12)	7.5(12.5,7.5)	0.41(-0.41)
B	T1	16:26—16:46—16:59	33(20,13)	7.5(32.5,22.5)	1.25(-0.76)
	T2	16:59—17:13—17:21	22(14,8)	22.5(32.5,17.5)	0.71(-1.87)
	T3	17:21—17:41—17:56	35(20,15)	17.5(32.5,7.5)	0.75(-1.66)

回波参量	单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/km	幅度变化率/ (km·min^-1)
H₀	A	T1	16:14—16:30—16:46	32(16,16)	10.6(13.2,11.1)	0.16(-0.13)
		T2	16:46—16:55—17:21	35(9,26)	11.1(12.5,10.6)	0.15(-0.07)
		T3	17:21—17:29—17:41	20(8,12)	10.6(11.6,10.6)	0.12(-0.08)
	B	T1	16:14—17:37—18:17	123(83,40)	8.3(14.8,8.7)	0.07(-0.15)
H₄₅	A	T1	16:14—16:30—16:46	32(16,16)	7.8(10.1,7.2)	0.14(-0.18)
		T2	16:46—16:55—17:25	39(9,30)	7.2(9.3,6.3)	0.23(-0.10)
		T3	17:25—17:29—17:41	16(4,12)	6.3(8.5,6.1)	0.55(-0.20)
	B	T1	16:22—17:03—18:17	115(41,74)	5.4(9.2,3.9)	0.10(-0.07)

特征量	平均线性比例常数	海明距离	余弦相似系数	协方差
Z_max	1.09	145.5	0.99	2.11
VIL	1.70	280.0	0.83	-9.08
H₀	1.22	75.0	0.99	0.95
H₄₅	1.33	63.1	0.97	-0.12

单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/dBZ	幅度变化率/(dBZ·min^-1)
C	T1	16:30—16:38—16:59	29(8,21)	49.5(54.0,48.5)	0.56(-0.26)
	T2	16:59—17:07—17:25	26(8,18)	48.5(55.5,51.0)	0.87(-0.25)
	T3	17:25—18:09—18:25	60(44,16)	51.0(56.5,48.5)	0.13(-0.50)
D	T1	17:29—17:52—18:00	31(23,8)	53.5(58.0,50.0)	0.02(-1.00)
	T2	18:00—18:21—18:40	40(21,19)	50.0(61.0,55.5)	0.52(-0.29)
	T3	18:40—19:06—19:18	38(26,12)	55.5(61.0,56.0)	0.21(-0.42)

单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/(kg·m^-2)	幅度变化率/(kg·m^-2·min^-1)
C	T1	16:30—16:46—16:59	29(16,13)	7.5(22.5,7.5)	0.94(-1.15)
	T2	16:59—17:17—17:33	34(18,16)	7.5(22.5,12.5)	0.83(-0.62)
	T3	17:33—17:52—17:56	23(19,4)	12.5(22.5,12.5)	0.53(-2.50)
	T4	17:56—18:09—18:29	33(13,20)	12.5(27.5,7.5)	1.15(-1.00)
D	T1	17:29—17:41—18:00	31(12,19)	12.5(22.5,7.5)	0.83(-0.79)
	T2	18:00—18:29—18:44	44(29,15)	7.5(37.5,17.5)	1.03(-1.33)
	T3	18:44—18:52—19:02	18(8,10)	17.5(27.5,17.5)	1.25(-1.00)
	T4	19:02—19:10—19:18	16(8,8)	17.5(27.5,17.5)	1.25(-1.25)

回波参量	单体	周期序号	体扫时段	波动周期/min	幅值/km	幅度变化率/ (km·min^-1)
H₀	C	T1	16:30—16:38—17:03	33(8,25)	10.9(11.1,8.8)	0.02(-0.09)
		T2	17:03—17:29—18:29	86(26,60)	8.8(13.1,10.1)	0.16(-0.05)
	D	T1	17:29—18:00	31(0,31)	13.4(13.4,12.1)	0.00(-0.04)
		T2	18:00—18:29—19:35	95(29,66)	12.1(16.7,12.1)	0.16(-0.07)
H₄₅	C	T1	16:30—16:38—17:03	33(8,25)	6.3(7.5,5.3)	0.15(-0.09)
		T2	17:03—17:52—18:29	86(49,37)	5.3(9.0,4.0)	0.06(-0.13)
	D	T1	17:29—17:33—18:00	31(4,27)	9.4(10.4,6.3)	0.25(-0.15)
		T2	18:00—18:29—19:06	66(29,37)	6.3(10.8,8.1)	0.15(-0.73)
		T3	19:06—19:22—19:35	29(16,13)	8.1(9.7,8.8)	0.10(-0.07)

单体层数	A			B
单体层数	Z/dBZ	h/km	M/(g·m^-3)	Z/dBZ	h/km	M/(g·m^-3)
1	33.5	1.2	0.21	37.0	1.3	0.37
2	50.0	3.6	2.48	58.0	3.8	4.78
3	49.0	5.9	1.60	58.5	6.1	4.78
4	36.5	8.4	0.41	49.5	8.6	1.81
5	18.0	9.2	0.03	25.0	10.8	0.09

[1]	杨涛, 杨莲梅, 张云惠, 庄晓翠, 黄艳. 新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征[J]. 干旱气象, 2021, 39(4): 631-640.
[2]	朱义青, 王庆华. 台风“摩羯”螺旋雨带中衍生龙卷的非超级单体特征[J]. 干旱气象, 2020, 38(2): 263-270.
[3]	赖珍权1，罗静2，农孟松1，翟丽萍1，刘日胜1. 2013年春季广西两次不同类型强对流天气过程的对比[J]. 干旱气象, 2017, 35(2): 260-266.
[4]	杨磊1，蒋大凯1，王瀛1，才奎志1，孙丽2，杨雪1，曹世腾1. “8·16”辽宁特大暴雨多尺度特征分析[J]. 干旱气象, 2017, 35(2): 267-274.
[5]	卢秉红，杨青，高松影，韩江文，阎琦，梁寒，苏航，刘硕. 两次不同类型暴雪的雷达回波特征分析[J]. 干旱气象, 2016, 34(5): 836-840.
[6]	王清平1，彭军2，茹仙古丽·克里木2. 新疆巴州“6.4”罕见短时暴雨的MCS特征分析[J]. 干旱气象, 2016, 34(4): 685-692.
[7]	陈关清，杨群，李伟栋，茅海祥，方标. 贵州铜仁连续两次冰雹天气过程的对比分析[J]. 干旱气象, 2016, 34(1): 163-172.
[8]	王莹，杨毅，邱晓滨. 集合均方根滤波同化地闪资料的试验研究[J]. 干旱气象, 2015, 33(5): 761-768.
[9]	王艳兰1，王军君1，伍静1，王娟1，刘国忠2，李向红1. 广西3次不同类型强对流天气对比分析[J]. 干旱气象, 2015, 33(4): 635-643.
[10]	陈鹏，刘德，甘薇薇，周盈颖，翟丹华，何跃. 重庆一次暴雨过程的雷达产品特征分析[J]. 干旱气象, 2015, 33(3): 468-473.
[11]	李宝东，孙玉稳，孙霞，刘伟，韩洋，蒋元华. 河北春季一次飞机人工增雪的综合分析[J]. 干旱气象, 2014, 32(5): 819-829.
[12]	陈豫英，陈楠，谭志强，聂晶鑫，马国涛，辛尧胜. 2012年 6月26~29日宁夏强降水成因[J]. 干旱气象, 2014, 32(4): 599-607.
[13]	张婉莹, 花家嘉, 侯书勋, 马前进. 河北唐山一次飑线过程的中尺度天气分析[J]. 干旱气象, 2014, 32(4): 636-641.
[14]	徐娟，纪凡华，韩风军，吕博，王健，衣霞. 2012 年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制[J]. 干旱气象, 2014, 32(3): 439-445.
[15]	许俊卿,陈蓓莹，隋晓霞. 森林近地层大气湍流特性观测分析[J]. 干旱气象, 2014, 32(1): 1-9.