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基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析

李金辉 田显 岳治国

李金辉, 田显, 岳治国. 2020. 基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析[J]. 大气科学, 44(4): 748−760 doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118
引用本文: 李金辉, 田显, 岳治国. 2020. 基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析[J]. 大气科学, 44(4): 748−760 doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118
LI Jinhui, TIAN Xian, YUE Zhiguo. 2020. Case Study of Hail Cloud Internal Structure Based on Rocket Sounding Data [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 44(4): 748−760 doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118
Citation: LI Jinhui, TIAN Xian, YUE Zhiguo. 2020. Case Study of Hail Cloud Internal Structure Based on Rocket Sounding Data [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 44(4): 748−760 doi:  10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118

基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析

doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1907.19118
基金项目: 公益性行业(气象)科研专项GYHY201306060,国家重点研发计划项目2016YFA0601704,西北区域人影科学试验研究项目RYSY201905,陕西省重点研发计划项目2020SF-429
详细信息
    作者简介:

    李金辉,男,1967年出生,正研级高工,主要从事人工影响天气的研究。E-mail: 2888ljh@163.com

    通讯作者:

    田显,E-mail: tion916@163.com

  • 中图分类号: P482

Case Study of Hail Cloud Internal Structure Based on Rocket Sounding Data

Funds: Special Scientific Research Fund of Meteorological Public Welfare Profession of China (Grant GYHY201306060), National Key Research and Development Program of China (Grant 2016YFA0601704), Scientific Research Projects of Weather Modification in Northwest China (Grant RYSY201905), Key Research and Development Program of Shaanxi Province in China (Grant 2020SF-429)
  • 摘要: 利用探空火箭、新一代天气雷达和气象探测资料对2015年7月17日延安宝塔区冰雹云进行了综合探测,结果表明:(1)当日08:00(北京时,下同)500 hPa河套低涡分裂东移,有较强冷平流且移动速度较快,地面14:00升温明显造成了这次降雹。(2)偏后位置的冰雹云内部温、湿条件以及对流指数(Tg)、整层比湿积分(IQ)、总指数(TT)均小于外部的自然大气;层结稳定度指数(K)、抬升指数(LI)、沙氏指数(SI)冰雹云内部比外部自然大气偏小;热力参数风暴强度指数(SSI)冰雹云内部低于外部自然大气;冰雹云内部能量参数(CAPE)明显低于自然大气;冰雹云内部0°C层高度低于冰雹云外部自然大气。(3)火箭探测的位置偏冰雹云后部,冰雹云由低层到高层风向呈逆时针变化,探空仪摆动明显,−20°C温度层偏高,气流较强,整层偏下沉气流。(4)冰雹云0°C附近,在温度区间−1.8~5.0°C、厚度1.0 km范围内有最大湿度区,湿度达80%以上,最大湿度87.1%,为冰雹的形成提供了水汽条件。(5)紧贴0°C下正温区,有最大水平风速为19 m s−1急流,厚度为0.022 km。在温度区间−4.8~5.0°C、厚度1.6 km范围内维持13 m s−1以上水平风速,为冰雹的形成提供了动力场条件。(6)在温度区间−8.7~−9.2°C、厚度0.2 km,有小于或等于2 m s−1弱风区;弱风区下方,在温度区间−4.6~−8.8°C、厚度0.889 km有上升气流,平均上升速度1.79 m s−1,最大上升速度4 m s−1,这种配置为冰雹的生长提供了环境场。
  • 图  1  探空火箭布设的位置示意图。加号表示雷达探测位置,实心圆表示探空火箭发射位置,实心三角表示降雹地点

    Figure  1.  Map of sounding rocket position. Cross symbol represents the position of radar detection, solid circle represents the position of sounding rocket launched, and solid triangles represent the position of hailstorm

    图  2  2015年7月17日08:00(北京时,下同) 500 hPa天气图。紫色实线为等高线,红色虚线为等温线,棕色实线为槽线。

    Figure  2.  The 500 hPa weather map in Shaanxi Province at 0800 BT (Beijing time) on 17 July, 2015. The purple solid line is the contour line, the red dotted line is the isotherm,and Brown solid line is groove line

    图  3  2015年07月17日08:00银川探空站温度对数压力图。蓝色粗实线为温度层结曲线,绿色粗实线为露点温度层结曲线,棕色粗实线为状态曲线,状态曲线与温度层结曲线之间的红色区域为不稳定能量区,黑色长直线为0°C层高度

    Figure  3.  T-lnp chart in Yinchuan at 0800 BT on 17 July, 2015. The blue thick solid line is the temperature profile, the green thick solid line is the dew point temperature profile, the brown thick solid line is the equivalent potential temperature profile, the red area between the equivalent potential temperature and the temperature profile is the unstable energy area, and the long black line is the 0°C layer height

    图  4  2015年7月17日延安雷达站(a)17:20组合反射率图以及(b)17:14、(c)16:52、(d)17:20回波强度垂直剖面

    Figure  4.  (a) The diagram plane of radar composite reflectivity at 1720 BT, vertical cross sections of radar composite reflectivity, at (b) 1714 BT, (c) 1652 BT, and (d) 1720 BT on July 17, 2015 at Yan'an station

    图  5  2015年7月17日火箭探空雷达回波及位置:(a)开始时间18:06(飞机的位置为开始位置);(b)结束时间18:28。曲线为火箭探空轨迹

    Figure  5.  Radar echo and sounding rocket position on July 17, 2015: (a) Start working time at 1806 BT; (b) after working time at 1828 BT. The curve is rocket sounding trajectory

    图  6  2015年7月17日18:04~18:28火箭探空湿度变化

    Figure  6.  Changes in humidity detected by sounding rocket during 1804 BT–1828 BT on July 17, 2015

    图  7  2015年7月17日18:04~18:28火箭探空温度(单位:°C)变化

    Figure  7.  Changes in temperature (units: °C) detected by sounding rocket during 1804 BT–1828 BT on July 17, 2015

    图  8  2015年7月17日18:04~18:28火箭探空风向变化

    Figure  8.  Changes in wind directions detected by sounding rocket during 1804 BT–1828 BT on July 17, 2015

    图  9  2015年7月17日18:04~18:28火箭探空风速变化(单位:m s−1

    Figure  9.  Changes in wind velocity detected (units: m s−1) by sounding rocket during 1804 BT–1828 BT on July 17, 2015

    图  10  2015年7月16日17:22~17:48火箭探空仪下降速度变化(单位:m s−1

    Figure  10.  Changes in decline velocity (units: m s−1) of sounding rocket instrument during 1722 BT–1748 BT on July 17, 2015

    图  11  2015年7月17日18:04~18:28火箭探空冰雹云内部气流上升速度变化(单位:m s−1

    Figure  11.  Changes in airflow rising velocity (units: m s−1) detected by sounding rocket in hail cloud during1804 BT–1828 BT on July 17, 2015

    图  12  火箭探空冰雹云内部结构示意图

    Figure  12.  Schematic of interior structure of hail cloud detected by sounding rocket

    表  1  2015年探空火箭发射时间、地点

    Table  1.   The launch time and site of sounding rocket in 2015

    序号火箭发射时间火箭发射地点天气情况降雹区域及时间备注
    12015年6月16日20:14富县北道德乡晴天无云
    22015年7月5日16:57富县北道德乡雷雨上游咸阳市长武县21:26入对流云
    32015年7月14日14:39富县北道德乡雷雨上游旬邑县13:30、麟游县13:18没有入云
    42015年7月15日16:00富县北道德乡对流前咸阳彬县入云
    52015年7月16日17:22延安市宝塔区雷雨没有入云
    62015年7月17日18:04延安市宝塔区冰雹云延安市宝塔区16:00~20:00入云
    72015年7月20日14:26富县北道德乡雷雨延安市宝塔区14:30入云
    82015年7月21日15:41富县北道德乡雷雨延安市富县降雹16:30~17:35入云
    92015年7月21日16:25富县北道德乡冰雹云延安市富县降雹16:30~17:35入云
    102015年8月9日16:18富县北道德乡晴天没有入云
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    表  2  探空火箭主要技术参数

    Table  2.   The key technical indexes of sounding rocket

      参数名称单位参数数值
    弹径mm81
    弹长m1.56
    全弹质量kg8.6
    发射最大高度km≥8(射角75°)
    仪器舱降落速度m s−1≤7
    残骸降落速度m s−1≤10
    数据采集频率Hz1
    气压测量范围hPa10~1100(±0.5)
    气温测量范围°C−50~+60(±0.2)
    湿度测量范围百分率0~100%(±2%)
    风速测量范围m s−10~25(±0.3)
    风向测量范围(°)0~360°(±3°)
    工作时间h>1
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    表  3  降雹前后探空对流参数比较

    Table  3.   Comparison of convection parameters before and after hail shooting


    探空时刻

    探空地点
    对流参数
    Tg/°CIQ/g kg−1TT/°CSI/°CK/°CLI/°CSSICAPE/J kg−1H0/mH-20/mLCL/hPa
    2015年7月17日08:00银川25.82043.353−2.3933−1.86251.9241.83994.56792.7794.6
    延安23.72489.749−0.63352.76195.70.04022.47010.0851.9
    2015年7月17日14:00延安33.62992.250−2.634−4.9262.01407.54361.27338.3816.3
    2015年7月17日20:00延安25.92611.0450.32291.61261.224.04326.57582.4850.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-30
  • 网络出版日期:  2019-09-30
  • 刊出日期:  2020-07-25

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