基于卫星和雷达的青海高原对流云团与环境参数特征研究

The Qinghai-Tibet Plateau is the High-rise area of thunderstorm and severe convection, up to now, the severe convection studies are few and incomplete for the Qinghai-Tibet Plateau, especially its Northeast(Qinghai Plateau). So, this project systematically studies on the convective cloud clusters over Qinghai plateau, because of its comparatively more Doppler radars over Qinghai-Tibet Plateau. using the datum of FY2 from 2005 to 2016 and some FY4, Himawari Satellite from 2016, 10 Doppler radars in Qinghai Province and 3 radars in nearby province，and Lightning Locator with variety of meteorological observations. Correcting the sounding data of severe convection process and analyzing its atmospheric background. Radars and Satellite data fusion to fetch convective clouds is adopted, and the cloud clusters divided into the clouds associated with different atmospheric background, different shape, different development stage. The multiple key parameters are respectively study for which clouds based on Satellite image and radar echo, and atmospheric environment included surface to high altitude observation, and Trying to get the intrinsic relationship between convection clouds distortion and atmospheric environment. Finally, preliminary establishing research-based objective forecasting system of thunder storm newborn and severe convective clouds extrapolation over Qinghai plateau with the above research results in order to adjust and improve parameters of clouds and enviroment. In addition, the forecasting effect , the research ability and professional skill on the severe convection over Qinghai plateau in the past can be improved.

青藏高原是全国雷暴和强对流高发区，截止目前针对青藏高原特别是其东北部（青海高原）的对流研究较少且不完整。本项目针对在青藏高原上雷达站相对较多（目前省内10部雷达）的青海高原的对流云团进行较系统的研究。使用2005 -2016年FY2和获得的部分FY4卫星数据、2016年开始的葵花卫星数据、省内10部及邻省3部雷达基数据和产品资料，结合闪电定位仪和各类气象观测资料。订正强对流过程的探空数据和分析大气背景。将卫星和雷达数据融合处理、提取对流云团，并将云团分成与不同天气背景相联系的云系、不同的云形、不同的发展阶段，分别研究对应的云团（卫星云图和雷达回波参数）和环境场的多种关键参数特征，并试图从中获得对流云团变形与环境场之间的内在机理关系。综合应用上述研究结果初步建立青海高原雷暴云初生和强对流云团外推的研究型客观预报系统，以调整和改善云团和环境参数。期望能改进青海高原地区以往在强对流方面的预报效果，提高科研能力及业务水平。

本项目使用了青海高原（简称“高原”）2005年-2021年的强对流天气过程的地面到高空的常规和非常规气象探测资料，研究强对流天气的大-中-小尺度特征，中尺度概念模型、探空模型及预报指标，卫星-雷达探测强对流的监测预警特征及指标，地形和地面气象要素对雷暴云初生的敏感因子等。研究首先获得高原强对流天气的时空分布特征和对流系统类型，天气背景分为西风型、西太平洋副热带高压型（副高型）、低涡切变型，强对流天气分为雷暴大风、冰雹、短时强降水、混合型强对流。接着在不同天气系统下研究不同的强对流天气并获得对应的中尺度概念模型，其中，高原上产生强对流的共同特征是：①地面到中层至少有一湿层，②中低层温差达到一定程度（或有显著降温或降压），③有中层（或低层）的风场切变线（或低压槽）存在。其中①是必不可少的条件，②和③对于背景场来说至少具备其一。研究得到高原的探空T-logP形状多为“倒V”型，整个T-logP形状绝大部分为“X”型，少数情况下会出现“V”型。0 ℃ 和-20 ℃ 层高度越高厚度越厚越不利于产生冰雹天气，而更有利于产生非降雹的雷雨天气，短时强降水比冰雹和雷暴大风更需要有深厚的湿层才能产生等等。研究获得高原雷暴云初生与水源地和河谷地形以及与引导气流等之间的关系特征，并获得对强降水敏感的主要地形因子以及高原强对流的传播特征。研究获得高原易发强对流的机理模型，该模型主要解释了由于高原的海拔高等引起高原大气温度垂直递减率和白天太阳辐射加热下垫面均比平原更快，造成高原上由热力不稳定主导产生的对流相对平原更容易产生。研究并得到高原上分类强对流云团和对流风暴单体在对流发展不同阶段的对流组织结构和预警参数特征，获得高原强对流的大-中-小尺度的预报预警特征及指标，并形成当地气象业务部门的执行标准。使用研究所得指标建立强对流天气监测预警模型，初步检验结果表明在含有强降水的混合型强对流天气过程中的预警效果较好。项目研究结果可为气象监测预警预报业务、气象防灾减灾、航空飞行安全等提供科学依据和参考。