两次大气波导CINRAD/SA雷达超折射回波分析

利用石家庄CINRAD/SA型多普勒天气雷达资料,结合探空实况对2006年9月5日和2005年11月21日的CINRAD/SA雷达超折射回波、气象条件、及大气波导进行了对比,并对不同类型的大气波导的电磁波传播情况进行了分析。结果表明:电磁波在华北平原有利的气象条件下能够形成大气波导传播,大气波导层使得CINRAD/SA雷达杂波增加,产生超折射回波。大气波导影响超折射回波的强度和分布,2006年9月5日由于雷达站上空存在表面波导,形成了2层模式超折射回波;2005年11月21日雷达站上空存在抬升波导,形成了3层模式超折射回波。超折射回波目标的视在位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。受太行山地形影响,超折射回波主要分布在东部平原地区。     

华北平原两次大气波导CINRAD/SA超折射回波分析

利用CINRAD/SA雷达资料结合探空实况对2007年7月8日和8月23日发生在华北平原的两次不同类型的大气波导进行了分析。结果表明:大气波导与大气温度、湿度等气象要素的垂直分布密切相关,不同类型大气波导的气象要素垂直分布存在差异,并在CINRAD/SA雷达产生不同类型的超折射回波,当雷达站存在表面波导时,形成了2层模式超折射回波;当雷达站存在抬升波导时,形成了3层模式超折射回波。超折射回波能够反映低层大气的垂直结构变化,2层模式超折射回波预示着雷达站附近大气层结稳定;3层模式超折射回波表示雷达站附近存在低层湿冷、上层干热的大气垂直结构。超折射回波主要分布在太行山东部平原地区,超折射回波目标的可视位置与实际位置存在偏差,特别是高度偏差较大。不同类型的超折射回波对未来天气具有一定的指示意义,可为雷达回波空间定位及强对流天气的监测、预报提供科学依据。     

一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达弱杂波识别方法

多普勒天气雷达探测时常会出现电磁干扰和超折射等杂波干扰问题,通过对弱径向干扰回波的规律性特征分析,提出了一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达干扰回波识别算法,并成功应用于多普勒天气雷达径向干扰回波的识别中。研究表明,一些干扰回波具有明显的空间周期性规律,对反射率因子进行快速傅里叶变换,得到的频域上能量分布具有与常规回波明显的差异。依靠这些差异可以较好地对一些弱的干扰回波进行识别并剔除。该方法对径向上离散分布的干扰回波均有较好的识别能力,但对相对均匀和密实的径向干扰回波识别能力较弱。     

基于模板匹配法的长乐雷达强超折射回波识别

我国有许多新一代天气雷达架设在高山上,由于海拔高度较高,加上地球曲率的影响,在使用VCP11/VCP21模式探测时,造成较大的探测盲区,对低层降水回波的探测能力严重不足。长乐新一代天气雷达经过调整观测模式后,采用负仰角扫描有利于中小尺度灾害性天气系统的监测和预警,但同时会带来地物回波增强、海浪回波及超折射等负面效应。基于此,通过大量个例统计并分析长乐雷达在特定大气条件下的强超折射回波特征,借助模式识别理论提出了一个新方法"模板匹配法"识别强超折射回波。利用大量强超折射回波数据的检验和分析,结果表明该方法能够在不影响负仰角扫描模式下有效滤除长乐雷达的强超折射回波。目前该方法正在试运行,即将应用到中国新一代天气雷达建设业务软件系统开发ROSE项目中。     

灵璧强龙卷个例的多普勒天气雷达分析

本文利用阜阳CINRAD/SA型新一代多普勒天气雷达的基本产品和部分导出产品等综合分析了2005年7月30日下午发生在灵壁县境内的一次强龙卷天气过程,分析了导致这次强对流天气的环流背景和多普勒天气雷达回波特征,发现该过程是由一个超级单体产生的。通过对阜阳和徐州雷达资料的对比分析,揭示了产生强龙卷天气的龙卷涡旋特征和垂直累积液态水的规律,总结出应用新一代多普勒天气雷达回波资料做临近预报的一些经验,为0~2 h局地强对流天气的临近预报提供了依据。     

超折射与未来降水

我们在雷达观测工作中发现,当出现“强超折射”时,常在其后1—2天内出现降水天气过程。超折射的强度,我们是以江西玉山县境内的大茅山王京峰的回波为参考的。该山海拔1500m,处在本站的265度方位、155—160km距离上。在无超折射的情况下,天线仰角为零度时,只能观测到该山的顶部。而当出现超折射时,王京峰周围的地物回波增加;回波外观高度增高,一般达到3.5—4km,最强时达6.1km,比无超折射时增高4km多。当本站观测到这样强度的超折射时,当天下午至第3天内将可能出现一次降水天气过程。 于是我们根据超折射与天气过程有一定联系这一现象,寻找相应的指示关系,以延长雷达天气预报时效。1977年9月—1978年10月的超折射回波记录共     

CINRAD／SA雷达超折射回波抑制技术分析与应用

结合WSR-88D雷达地物杂波抑制原理和济南CINRAD/SA雷达的探测应用,分析了济南CINRAD/SA雷达超折射回波的时空分布特征及对基数据和导出产品的影响,介绍了如何根据雷达站的具体情况和气象条件的变化,进行CINRAD/SA雷达超折射回波抑制控制参数的设置。恰当的杂波抑制可显著改善基数据和下游产品质量,晴空模式可采用强等级杂波抑制,层状云降水区域受到超折射污染时,多普勒通道和监测通道可采用中等级抑制。对流单体受到超折射污染时,零速度线所在区域多普勒通道可采用中等级抑制,监测通道可采用强等级杂波抑制。     

超折射回波自动探测算法在临近预报中的应用

本文介绍了一种对雷达基资料进行处理的超折射回波自动探测算法,该算法针对超折射回波的特征,利用多普勒径向速度中值、反射率因子水平突变率和反射率因子垂直梯度,在雷达体扫描最底层PPI上逐库处理,以识别超折射回波.在北京奥运会天气预报示范项目测试期间,超折射回波自动探测算法在"葡萄-雨燕"临近预报系统中得到应用,结果表明:该算法能够剔除天津雷达探测到的大量的超折射回波,尤其是反射率因子水平突变率参数和反射率因子垂直梯度能够有效的分离出与降水回波混合在一起的超折射回波;进而,在定量降水产品中运用该算法的处理结果,可以明显的改善其精度.     

S波段相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短雷达扫描周期,但是由于相控阵雷达其波束宽度的增加以及波束宽度与增益不再是定值而是随着仰角而发生变化,必然在一定程度上牺牲雷达探测分辨率,造成其回波细节的缺失。为了比较该S波段相控阵天气雷达与S波段多普勒天气雷达在探测云反射率因子大小和结构方面的差异,采用双线性插值方法,模拟出空间分辨率很高的降水云团,并模拟相控阵天气雷达和S波段新一代天气雷达的波束特性对其进行扫描,通过模拟扫描得到的反射率回波,分析了对同一降水云团、相同距离位置,相控阵天气雷达与S波段常规多普勒天气雷达回波在水平方向和垂直方向的差异,结果表明:相控阵雷达对回波水平方向上和垂直方向上的平滑作用在一定程度上改变了回波的结构,减弱了回波的中心强度,使一些小的强回波中心消失。相对于S波段多普勒天气雷达,减少了极弱回波与强回波的面积,增加了中间强度回波的面积。探索了模拟分析相控阵天气雷达与多普勒天气雷达数据的方法,为相控阵天气雷达的定标和定量测量提供了理论参考。     

决策树算法在雷达反射率因子质控中的应用

基于决策树算法，利用2020年武汉多普勒天气雷达探测资料，分析决策树算法对反射率因子的质控效果，得到以下主要结论：（1）决策树算法能有效滤除湖北东部地区由于山脉和城市建筑所导致的固定地物回波和超折射地物回波。（2）对于降水回波而言，决策树算法不改变雷达近距离范围内回波的位置、形状和强度，而远距离处（≥160 km）回波则存在一定程度的过度质控，主要是由于雷达波束随距离增加而抬高以及回波垂直梯度较大导致。（3）决策树算法对辐射状和弧状杂波的质控能力较好，其滤除率达到95%以上。     

边界层辐合线对强对流系统形成和发展的作用

应用天津CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合线信息,对2008—2009年6—9月发生在天津地区的边界层辐合线进行了统计分析,与2002—2007年海风锋触发形成的局地强对流天气分析相结合,研究结果表明:天津地区边界层辐合线的雷达低仰角基本反射率因子产品的回波特征一般表现为弱的窄带回波,回波强度仅为15~25 dBZ,宽度一般为3~10 km。在合适的层结状态和水汽条件下,这些边界层辐合线的演变和碰撞与强对流天气的发生、发展密切相关。单一边界层辐合线一般不能形成大范围的雷暴天气;两条以上边界层辐合线之间碰撞,一般在碰撞交叉处能够形成强对流天气。若已存在强对流天气,则强对流天气将加强。     

新一代天气雷达晴空回波反射率因子特征分析

本文基于新一代天气雷达、地面自动站、探空资料和卫星资料，综合利用天气雷达反射率因子和气象要素等资料分析了晴空回波的特征。结果表明:我国不同地域（华北、华中、华东和华南）晴空回波具有明显的日变化和年变化特征，具体表现为每年的春秋两季天气雷达可探测到明显的晴空回波，而且晴空回波主要出现在傍晚到第2天清晨之间。进一步的分析表明雷达探测的晴空回波和折射指数的涨落关系密切，此外逆温层和高湿区的存在也与雷达是否能够探测到晴空回波存在较高的相关性。     

强对流天气雷达回波强度相关性对比分析

为了提高山区复杂地形条件下局地强对流天气监测预警能力,有效减小天气雷达之间对降水目标物回波的测量误差,选取贵阳、毕节、遵义三部多普勒天气雷达同步观测体扫资料,以贵阳多普勒天气雷达站为基准,对比分析了强对流天气的雷达回波强度的变化特征。初步分析结果表明:贵阳与遵义、毕节雷达之间观测的回波强度具有一致性的波动特征,且存在较大的相关性;贵阳雷达观测的回波强度总体低于毕节、遵义雷达观测数据结果;两部雷达之间回波强度差异主要是由云和降水对雷达波的衰减所产生。     

C波段多普勒天气雷达地物识别方法

地物回波对雷达数据应用会造成负面影响,是影响定量降水估测等产品精度的重要因素,识别并剔除地物回波是雷达基数据质量控制的一个重要内容。该文在现有S波段雷达地物识别方法的基础上,使用长治、哈尔滨两部CINRAD/CC雷达2011年观测数据,对C波段雷达地物回波特征进行分析,改进识别参量的隶属函数,建立适合C波段多普勒天气雷达的地物识别方法 (MCC方法),并对该方法进行效果检验。结果表明:S波段及C波段雷达地物回波与回波强度有关的参量分布较为相近,与降水回波的参量分布有明显区别;S波段雷达地物识别方法中与回波强度有关的参量可用于C波段雷达地物的识别,与速度有关的参量中仅中值速度可用于C波段雷达。通过统计分析与个例分析,相对于现有S波段雷达识别方法,MCC方法可显著提高C波段雷达地物回波的识别正确率,并可减少层状云降水回波的误判。     

一次强对流过程中的闪电特征分析

利用闪电定位系统和多普勒雷达资料,通过2007年4月24日广东省一次强对流过程,剖析了不同阶段的闪电特征和雷达回波的关系。结果表明,(1)对流云带放电整体上呈带状分布,闪电随云带的移动而移动,强对流单体发生的闪电频数大且密集。(2)强降水过程中闪电活动呈双峰型分布,负闪占绝对优势,正负闪同步增加或减少,正闪电流平均幅值大于负闪,基本上是负闪的2倍。(3)闪电频数、强度和雷达回波强度在时间序列上对应较好;发生发展阶段,闪电出现位置超前雷达回波约10~40 min;在成熟和消散阶段,闪电主要发生在雷达回波>40 dBz和VIL>20 kg/m2所对应的区域,并在其周围形成一个小范围的闪电密集区。     

双基地多普勒雷达在云内风场探测中的应用研究

与双多普勒雷达联合观测相比，双基地多普勒雷达价格低廉，易于观测和维持，并且可以同时探测到不同方向的径向速度，利用它探测的资料可以很好地反演出风场的三维结构。但它的探测范围小，由于双基地多普勒雷达采用了低增益的天线系统，它易受到雷达波旁瓣和多次散射的影响；同时，它对频率的稳定要求更高，在时间同步等方面还有很多问题需要研究。比基地多普勒雷达技术是一种很有应用潜力的探测手段。     

多普勒天气雷达资料在沙尘天气监测中的应用

利用3830型多普勒天气雷达回波资料以及常规气象资料，研究了2002年3月20日发生在从我国西部一直延伸至黑龙江省的沙尘暴、浮尘天气过程。初步分析了沙尘暴在PPI(平面位置显示器)和RHI(距离高度显示器)上的特征，如沙尘暴的高度、厚度、浓度、移动特点、速度场分布以及垂直风速分布等特点。为多普勒天气雷达监测沙尘暴天气提供依据。     

多普勒雷达晴空回波识别与应用

在现有多普勒天气雷达资料质量控制基础上,采用徐州雷达站2009年4月和9月雷达资料,统计并对比几种常见的降水回波与非降水回波特性,找出一种有效地识别晴空回波的方法。该方法在不同径向距离区间(小于25km及25～200km)采用不同的识别参数,能够较好地将非降水回波中对临近预报有用的晴空回波信息保留,而将其他非降水回波信息(地物回波、超折射回波等)剔除。依据该方法识别的晴空回波区域所对应Doppler速度可用于判别大气平流状况,从而为预报工作提供帮助。     

利用CINRAD WSR-98D探测飑线天气过程

根据南昌CINRAD WSR-98D天气雷达获取的2002年4月5日的平均径向速度场和强度场回波资料，结合当日探空、500hPa及地面天气形势等资料分析发现：2002年4月5日的强风夹带飑线天气过程的发生、发展，在高空、地面天气形势及层结稳定度方面均表现出明显特征，同时在多普勒天气雷达回波上也有明显特征。