龙卷雷暴雷达回波识别技术研究

作     者：任兴宇 

作者单位：成都信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖天贵

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：江苏省龙卷风 多普勒雷达 环境场特征 龙卷涡旋特征 

摘      要：龙卷风是一种强烈的、小范围的空气涡旋,是在强烈不稳定天气条件下,由空气强烈对流运动产生的,通常是由雷暴云伸展至地面的漏斗状云产生的强烈旋风。江苏省在我国属于龙卷风灾害的高发地区,中国天气网的统计数据也显示,1961年-2015年发生强龙卷最多的11省市中,江苏位居榜首。因此对该地区龙卷开展深入研究具有重要意义。本文利用国内探空数据、NCEP再分析资料和《中国气象灾害年鉴》等资料对发生于2008至2017年间的44次江苏省龙卷过程进行了龙卷环境场特征合成分析讨论和时空分布特征等,得到以下几个结论:(1)江苏省龙卷主要发生于每年7、8月份占总数的75%以上,与江淮梅雨期的时间呈现良好的对应关系,在一日中超过70%的龙卷发生在下午,说明热力条件对龙卷生成起着至关重要的作用。龙卷高发区主要集中在盐城、淮安、徐州和宿迁。(2)江苏省地区龙卷多发生于海洋中的暖施气流向内陆输送的不稳定环境条件下,并且龙卷过程前后通常抬升凝结高度较低,低层垂直风切变较大。(3)通过合成分析可知龙卷发生时段江苏省地区A指数均在15以上,江苏省中部的大部分地区出现A指数大于20的高值区。并且还可看出龙卷发生时段江苏省全省K指数均大于35,综合A指数和K指数的分析可得知龙卷发生时段大气呈现出明显的不稳定状态有利于龙卷风等强对流天气的生成。(4)江苏省龙卷龙卷时段与降水时段的环境参数对比分析得知,K指数、SI指数在两种情况下差异并不明显,对流有效位能CAPE值在龙卷时段绝大多数要高于降水时段。低层垂直风切变和抬升凝结高度LCL则表现出明显差异:龙卷发生时段的抬升凝结高度主要集中在940-960h Pa,低于900h Pa时龙卷基本不会发生;低层垂直风切变在龙卷时段明显高于降水时段其数值主要集种在10×10/s以上,因此对流有效位能、抬升凝结高度和低层垂直风切变可以作为区分降水和龙卷情况的重要指标。本文利用江苏多普勒雷达数据对苏北地区几次典型的龙卷过程进行了详细分析得出以下结论:(1)为了适应江苏省内地区的龙卷警报算法缺省值可通过调高反射率因子阈值来降低错误警报率,NSSL TDA算法可以此作为龙卷风预警的基础,但是更重要的是应该将其视为龙卷风警报决策过程补充的指导工具,应该与预报员对实测条件和大气预报条件的知识相结合使用。(2)江苏省龙卷风大多发生于钩状回波处,在低层的入流与后侧下沉气流导致的出流的共同作用下形成了中气旋环流。当中气旋的最大切变高度具有明显下降趋势以及其切变值的增加时,中气旋将逐渐加强并向低层发展;当雷达在低层仰角观测到有明显的气旋性旋转并且出现紧挨着的的正负速度对时,表明可能导致龙卷风生成的对流云已经向下发展至低层,无论是否存在TVS特征此时应考虑及时发出龙卷预警,为防灾减灾提供宝贵的时间。