基于星载云雷达资料的东亚大陆云垂直结构特征分析

利用近5年(2006年6月—2011年4月)的Cloudsat卫星资料分析了东亚大陆云垂直结构特征。结果表明:(1)降水(文中可降水是根据观测到的可降水粒子信息计算到达地面的降水,并不是指地面观测到的实际降水)云和非降水云的雷达反射率(回波)垂直分布存在一定差异,除降水云反射率通常接地外,降水云主要集中在8 km以下,反射率通常为-20—15dBz,非降水云主要集中在4—12 km,反射率为-28—0 dBz;降水云雷达反射率频数大值中心在2 4 km,对应的雷达反射率为0—10 dBz,而非降水云出现在8—10 km,且对应的雷达反射率为-26—-24 dBz;(2)从雷达反射率廓线来看,降水云中雷达反射率随高度的变化先增强后减弱,而非降水云几乎不变;(3)液态降水云、固态降水云和毛毛雨降水云反射率的垂直分布明显不同;(4)液态降水云自11至7 km雷达反射率迅速增强,表明此高度是粒子快速增长的优势空间;(5)固态降水云中-15℃温度频数分布与雷达反射率频数大值中心有很好的对应关系,表明在-15℃附近的条件下冰相粒子凝华-碰冻是粒子增长的优势过程;(6)云的垂直结构随着季节变更而变化,降水云春季、夏季和秋季的雷达反射率垂直分布变化不明显,而冬季主要在低层;固态降水云的垂直分布频数大值中心从春季至冬季呈"双-单"中心交替变化,且与云中-15℃频数分布变化一致;非降水云雷达反射率垂直分布没有明显的季节变化;(7)深对流云和雨层云是形成降水粒子的主要云型。     

基于雷达资料的增雨过程分析

应用天津WSR-81S雷达体积扫描资料和地面降水实况资料对2000年8月2日天津市武清区进行的一次雹云高炮人工增雨作业进行了分析。作业后从地面降水实况资料上看,在作业炮点的上游出现了大降水中心,表明人工增雨作业可以改变自然降水的原始分布,增加局部地区的降水。利用降水时段的雷达体积扫描资料分析表明:循环往复的爆炸作业使雷达回波的强度减弱、高度降低、移动速度减慢。由于迎着雹云的移动方向作业,造成上游地区降水较大,大于45 dBz的强回波滞留在作业炮点的上游。     

基于飞机观测资料的降水粒子反射率因子阈值分析

降水粒子对云的生消和演化有非常重要的影响。毫米波雷达适合观测非降水云和弱降水云。利用毫米波雷达数据判断云内降水粒子生成与否有很高的实用价值。本文利用飞机观测的云滴谱数据计算云的反射率因子。将其与雷达探测值进行比对,发现两者有较好的一致性。因此利用滴谱计算的降水粒子反射率因子阈值可以作为雷达判断降水粒子生成的指标。通过分析滴谱计算云滴和降水粒子的反射率因子的概率密度函数可以得到用于区分云滴和降水粒子的反射率因子阈值。通常,云滴的反射率因子不超过-5dBz,降水粒子的反射率因子高于-20dBz,-15~-12dBz可作为判断降水粒子出现的阈值。     

长江流域多普勒雷达回波强度资料对比分析

利用2002年夏季长江中下游外场试验中几对双多普勒天气雷达资料，对比分析了同一时间、同一位置的S波段与C波段雷达的CAPPI和部分PPI回波强度资料。分析结果显示，宜昌和荆州雷达回波强度统计分布一致性较好，合肥、马鞍山、无为三部多普勒雷达回波强度统计分布一致性相对较差。回波强度资料的散点图表明，不同雷达回波强度资料之间的相关性较低。另外进一步证实C波段雷达在大范围降水区域需要进行降水的衰减订正。     

降水-雾过程毫米波雷达探测分析

运用毫米波雷达探测对2017年4月15日夜间造成低能见度天气的降水-雾过程进行了特征分析。水平分布特征分析得出该降水-雾过程空间尺度约为15 km,雷达回波强度范围为-20~25 dBz。对该过程的垂直结构进行分析后显示,此过程经过时,近地面经历了由降水到雾的一系列转变过程。对雷达径向速度的分析显示过程的主体结构较稳定,边缘区域对主体区域进行补偿,使过程维持发展。地面能见度观测站观测的能见度在过程接近时开始下降,并在过程即将离开时达到最低,在过程离开一段时间后能见度恢复,并且过程经过时在毫米波雷达扫描区域未观测到有效降水。根据经验公式较好地模拟了此过程中低空雷达反射率强度和近地面能见度之间的关系,具体公式为Vis=2.2832^-0121。     

广西夏季对流云降水特征分析

利用广西93个站的10年地面雨量资料和南宁714SD雷达资料,分析了广西夏季对流云降水的分布特征和物理特征。从分布特征看,广西夏季对流云降水分布不均匀,具有随地域、时间、昼夜而变化的特征。采用雷达回波资料计算、分析了夏季对流云的回波特征、降水规律,并计算了Z-I关系。     

山东省S波段与C波段天气雷达回波强度的对比分析

山东省济南市的S波段天气雷达与泰山山顶处的C波段雷达相距67 km。为了定量分析两部雷达扫描观测的回波强度在不同个例中的差异程度,从2007—2010年两部雷达观测中选出10次有明显回波的个例,对3个高度的CAPPI及相同观测区域的格点化回波强度资料进行对比分析。结果表明:10次个例的整体对比中,两部雷达在3个高度(2、3、4 km)的CAPPI回波强度资料的概率密度有较好的相似性;两部雷达回波强度均值随着选取高度增加而增大,每个高度上S波段均值较C波段大2 dBz左右。其中,6次降雨个例3 km的CAPPI资料对比中,一次平均强度小于30 dBz的降水过程,且强回波所占比例较小,C波段雷达衰减小,两部雷达测量回波强度一致性最好;其余5次过程中,S波段雷达测量的平均回波强度值均在30 dBz以上,且强回波所占比例较多,C波段由于衰减等原因,两部雷达的测量存在不同程度的差异。     

两次降水过程的微降雨雷达探测精度分析

垂直指向微降雨雷达(MRR)能够测量从近地面至高空的雷达反射率因子和雨滴谱分布特征,对认识降水微物理结构,改进雷达定量降水估计精度有重要作用。为评估MRR探测的雨滴谱分布、降水和雷达回波精度,利用南京地区夏季观测的两次降水过程,将MRR与业务S波段天气雷达、二维视频雨滴谱仪、常规雨量筒观测进行层状云降水和对流性降水下的定量对比分析。结果表明,MRR垂直探测的雷达反射率因子与S波段雷达观测在中低层(＜4 km)平均差异＜1 dB, 但高层(＞4 km)出现显著低估,且该现象随降水强度增强更明显,这主要是雷达回波衰减导致。MRR在回波强度＜35 dBz时对降水率的探测精度较高,但在＞35 dBz时低估降水。其中,层状云降水的降水率比对流性降水更接近雨量筒观测。常规雨量筒对0.1 mm以下的降水无探测能力,而MRR探测敏感度较高,对于微弱降水率的估计效果也很好。由于MRR最大探测范围的限制,相对于2DVD而言,MRR探测的最大粒子直径低估、最小粒子浓度高估,但在中间段的探测效果和2DVD雨滴谱观测一致性较高。总体而言,MRR是一个有效的降水探测仪器,其探测结果在层状云降水过程中优于对流性降水过程。     

青藏高原那曲地区雨季雷达回波、降水和部分热力参量的统计特征

利用1998年青藏高原地面雷达资料、探空资料和地面降水资料，计算分析了青藏高原的雷达回波、层结热力参量及其降水的统计特征。结果表明，在6月中旬青藏高原雨季来临之后，云中对流活动明显增强，雷达回波强度增大，回波顶高和回波面积增加，层结热力参量明显改变，对流凝结高度下降，气块能量增加，降水量显著增大。     

夏、秋积云的雷达回波和降水特征及其估算

利用湖南1979—1988年夏秋外场观测的资料，分析了积云雷达回波和降水的特征，建立了用雷达回波参数估算单站积云降水量、水层厚、总降水量和雨强的回归关系式，并用湖南积云降水资料和广东积云降水资料进行了检验。结果表明:这种估算积云降水的方法对我国南方的广大地区有一定实用性。     

2014-2020年梧州市短时大暴雨雷达回波特征分析

利用梧州市多普勒天气雷达和自动气象站降水资料,分析2014-2020年发生在梧州市的短时大暴雨天气过程的雷达回波特征.结果表明:(1)大暴雨与45dBz以上的强回波和持续时间密切相关,发生短时大暴雨时,最大反射率因子超过50dBz,45dBz以上的强回波持续时间基本在50min以上;(2)质心高度在2km以下,且维持时...     

基于气象卫星资料的天气雷达非降水回波消除方法

在分析天气雷达回波与卫星云图的基础上,利用"点对块"的匹配方式对雷达、卫星资料空间一致性进行处理,提出了基于气象卫星(Himawari-8)高时空分辨率资料的天气雷达非降水回波消除方法,并选取晴空非降水回波分布较广的华北、华中和长江中下游地区为研究范围,以地面气象观测的降水资料为标准,对降水和非降水条件下卫星资料红外亮温(TBB)特性值进行统计分析,得到TBB的概率分布,采用红外亮温阈值法进行天气雷达非降水回波的消除。选取2016年7月1—30日地面气象观测资料对该方法消除效果进行检验评估,该方法的正确识别率达88.5%。个例效果检验表明:该方法能够有效地识别消除大部分非降水回波,在基于现有天气雷达资料质量控制方法的基础上可进一步提高雷达数据质量;该方法对无云条件的非降水识别率较高,对降水回波误判率较低,但对有云条件下的非降水回波识别率较低。     

鄂尔多斯市一次春季暴雪过程分析

2007年3月2—3曰鄂尔多斯市出现暴雪天气。范围大，持续时间长，是有气象资料以来所罕见。在天气图上主要表现为北槽南涡，东高西低，具有夏季降水特征，冷暖空气在鄂尔多斯市交绥且维持时间达24小时。卫星云图和多普勒天气雷达回波表现为降水前后3个时段具有明显特征，降水前涡旋云系完全形成，雷达上只有零星回波，强度为20dBz,垂直风切变随高度变化无序；降水主要阶段，涡旋云系第一象限的中低云控制鄂尔多斯市，雷达回波连成片，强度为25dBz，且有一中心强度为55dBz的强回波中心，垂直风切变随高度变化有序，风速加大，冷暖平流明显，回波顶高度3?8km，并出现了牛眼回波；之后，降水减弱消失，暴雪天气过程结束。     

利用新一代多普勒雷达产品判别重庆市人工增雨作业指标

本文用统计学的方法,主要利用重庆市S波段新一代多普勒雷达产品按照层状云、对流云、积层混合云三类降水型将2009年8月-2010年8月的有效降水过程进行分类,并分析不同降水类型的雷达回波特征参数,初步得出重庆地区人工增雨雷达回波指标.结论显示,重庆地区人工增雨作业指标为:层状云回波强度≥23 dBz、回波顶高≥5 km、VIL特征值≥3 kg/m2;积层混合云在春秋两季回波强度≥30 dBz、回波顶高≥6 km、VIL特征值≥8 kg/m2,夏季回波强度≥35 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2;对流云春秋两季回波强度≥40 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2,夏季回波强度≥43 dBz、回波顶高≥11 km、VIL特征值≥23kg/m2.     

东北冷涡影响下长春地区雷达回波特征

本文利用长春C波段多普勒天气雷达资料、地面中尺度加密站观测资料及其他常规天气资料,对2009-2012年6月1日至7月15日东北冷涡影响下长春地区强对流典型个例的雷达基本反射率和平均径向速度产品特征进行了分析总结,结果表明:东北冷涡影响下长春地区雷达回波呈块(絮)状,结构密实,层次清晰,回波中心最大可达50dBz以上,而且空间梯度大;强降水(含强雷暴和冰雹)回波强度一般大于40dBz,垂直发展旺盛,回拨顶高一般大于8km,甚至10~12km。生命史一般为几十分钟到3小时。不同强度和结构的雷达回波往往对应不同强度的降水量级。典型的"列车效应"回波变化特征在长春地区每年均有发生。其造成的降水在空间上表现为在回波移动方向上单站或者多站降水量大,在回波移动路径的垂直方向上降水量水平梯度大。雷达回波图上的"出流边界"特征显著。各要素在多个加密站之间的变化,能很好反映出流边界在空间和时间上的影响。出流边界其所触发的新生风暴一般是在出流边界影响之后几个体扫的时间内(一般为2个体扫)达到强盛,这与加密观测10分钟降水量的时间分布相一致。东北冷涡影响下,雷达平均径向速度产品中"逆风区"往往表现的范围较小,其位置大致与切变线位置一致。     

2010年3月14日河南省飞机增雨作业效果分析

利用天气图资料、河南省自动站降水资料、郑州新一代天气雷达产品等分析了2010年3月14日影响河南省的降水过程,以及当日飞机增雨作业效果,结果表明:由于受高空低槽东移影响,冷暖空气在河南交汇,且水汽输送良好、不稳定能量小,因而河南全省范围内产生了稳定的层状云降水;层状云降水,具备了飞机增雨作业的天气条件。此次增雨作业后,作业区及下风方向的雷达回波强度增强,面积扩大,降水范围及降水量均增大,且增雨效果能维持3 h左右。说明河南省春季,在有利的大尺度天气背景下,K指数在20～24℃,沙氏指数在6～10℃,雷达基本反射率在20～35 dBz,水汽条件较好时,在降水云系发展的区域进行飞机增雨作业效果比较明显。     

雷达定量降水估计技术及效果评估

为提高雷达定量估测降水的精度,利用广东省6部新一代多普勒天气雷达(CINRAD/SA)回波资料和雨量计降水量观测资料,采用概率配对法(PFT,Probability-fitting technique)建立Z-I关系进行单部雷达降水估测,并采用最优插值法(OI,Optimum Interpolation)对降水估计进行订正;为扩大降水估测的范围,对多部雷达的降水估计进行拼接,采取重叠区域以各部雷达的均方根误差平方的倒数作为权重系数(iω==1/RMSE(K)2/n∑i-1/RMSE(i)2)进行加权平均,并分别分析比较上述方法得到的降水估计与单纯OI雨量计及与雷达拼图回波强度得到的降水估计的优劣。以上各环节误差分析表明,对于单部雷达,雨量计降水强度与其上空9点平均的雷达回波强度关系最为密切;6部相同型号的雷达估测降水精度各异。交叉检验表明,OI雷达法对单部和多部雷达估测降水均可取得较好的校准效果;对于多部雷达的降水估测,单部雷达先分别进行OI订正后拼接,然后对重叠区再次OI订正的结果比直接对未订正的单部雷达降水估计拼接后统一做一次OI订正的效果好。多部雷达降水估计拼接时,前期对于单部雷达降水估计的订正尤为重要;多部雷达降水估计的拼接值精度要明显高于OI雨量计,而相比由雷达拼图回波强度得到的降水估计而言,前者也优于后者。因此,多部雷达降水估计的拼接方法,对雷达资料的应用有较好的参考价值,在业务上也有一定的应用前景。     

X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用

2020年5月19日四川省绵阳地区实施了一次人工增雨作业,利用X波段移动天气雷达产品,对作业前后雷达回波和地面降水资料进行了对比分析。结果表明：反射率因子大于20dBz、垂直累计液态水含量（VIL）达到 0.3kg/m² 以上时,云层具备较好的降水条件,有利于实施人工增雨作业;增雨作业后,反射率因子最大强度、平均强度和降水回波面积都明显增大,回波中心 VIL 显著上升;利用对比区和影响区降水资料分析得到相对增雨率为 18.9%,绝对增雨量达 6.2mm,作业催化取得较好效果。     

乌鲁木齐市强降水雷达回波特征分析及预报研究

利用乌鲁木齐市2004年和2005年的夏半年(5月至9月)新一代雷达降水模式的产品资料及相应的天气图、实时降水量等资料,对乌鲁木齐市强降水个例的降水时雷达回波强度和范围、不同类型性质降水的移速及移向进行了分析研究。得出:当强降水过程(1h内)组合反射率因子强度都在35dBz以上,并出现强度40dBz以上、范围在20km×25km以上且能移过当地时就会出现1h降水量>6mm以上的强降水,概率达75%。当出现强度40dBz以上、范围在20km×25km以上并有成块的>50dBz以上强度的回波且能移过本地时,则会出现雨强很大的短时强阵性降水;连续性强降水的雷达回波移速平均为0.5km/min,阵性强降水雷达回波移速为1km/min;利用雷达产品中速度方位显示风廓线(VWP)的4～5km高度的风向做雷达回波移动方向的临近预报。所得结果应用价值大,对乌鲁木齐市短时临近强降水预报具有一定的指导性,在短时临近强降水预报的服务工作中将会产生很大的社会效益和经济效益。     

川西南山地冰雹雷达预警指标

基于西昌多普勒天气雷达观测资料,分析2006—2013年凉山州境内24块冰雹云特征。结果表明:冰雹云的雷达特征均满足回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2。上述4项雷达参数特征在判别冰雹云的时效性上存在差异,回波强度超过50dBz,回波顶高超过-30℃层高度,45dBz回波顶高超过-10℃层高度等3项判别指标对冰雹云提前判别预警时间为4~40min,垂直累积液态含水量超过8kg·m-2则对冰雹云提前判别预警的时效性效果不佳。与25例短时强降水个例对比发现,45dBz回波顶高超过-10℃层高度作为冰雹雷达预警判别指标有较好的指示作用。