3836C波段双线偏振多普勒雷达及其在一次降水过程中的应用研究

该文介绍了2004年完成的在北京市气象局升级改造后的3836C波段双线偏振多普勒雷达的技术状况, 并通过对2004年11月9日北京地区一次大范围层状云降水观测资料的分析, 讨论了其探测资料的质量情况和对降水粒子的探测性能, 同时还根据零度层亮带内不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了一种利用双线偏振雷达观测资料识别零度层亮带的方法, 并利用该雷达的观测资料对识别结果做分析检验, 最后讨论了零度层亮带内各种降水粒子相态的变化规律。研究结果表明:除线性退极化比L_DR未作分析外, 3836雷达探测到的这次降雨过程的分析结果与国外双线偏振雷达的研究结果相似, 其对降水粒子相态结构的反映比较有效合理。建立的零度层亮带识别模式合理, 识别得到的结果能反映零度层亮带的特征。通过对零度层亮带内各偏振参数的变化特点分析, 从双偏振雷达测量参数的角度解释了“零度层亮带”现象的形成是由于在零度层以下的冰相粒子融化成大雨滴然后再裂碎为小雨滴, 从而造成在该层内水平偏振反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR先增大后减小、水平/垂直偏振波零延迟相关系数ρ_hv (0) 先减小后增大的规律。     

双偏振雷达偏振参量产品在宁波的初步释用

介绍了S波段双偏振雷达偏振参量差分反射率ZDR、差分传播相移率KDP和相关系数CC等产品及已有的研究成果,利用宁波市双偏振多普勒天气雷达对两次不同系统降水过程的雷达探测资料进行释用.研究表明:差分反射率ZDR可以识别降水粒子的相态和尺寸,也可以识别上升气流;相关系数CC可以识别粒子相态的均一性,在实际应用中结合ZH、Z...     

一次强对流天气的雷达资料分析

针对2019年4月9日发生在宁波机场的强对流天气过程,利用常规气象观测资料、天气图资料和多普勒雷达资料等,探讨了此次强对流天气的成因,重点分析了这次过程的雷达回波特征及其偏振特性。主要结论有:1)强冷空气南下配合高空槽东移过境,形成了本次强对流天气过程;2)垂直风切变对强对流的发生、发展和维持有很好的指示意义;3)双偏振参量在雷达定量测量降水、降水粒子的相态识别、杂波抑制等方面应用更具优势,粒子相态识别产品有助于快速定位和预警区域灾害性天气。     

一次强寒潮过程的多相态降水分析

综合利用常规观测资料、双偏振雷达和雨滴谱仪探测资料,对2020年3月28日发生在常州地区的一次罕见强寒潮引起的降雨、雨夹雪和雪不同相态降水天气进行了分析。结果表明：(1)此次3月末罕见强寒潮和降水主要是在高空槽、中低层切变线和西南急流与地面冷高压配合下,强冷平流入侵以及850 hPa明显干层的蒸发(或升华)吸热的共同作用引起的,中低层温度的急剧下降,导致降水相态发生变化。(2)双偏振雷达监测到3种降水相态呈现出不同的偏振变量特征：降雨相态向雨夹雪转变时,反射率因子Z增大,差分反射率因子Z_DR增大,相关系数C_C有明显的低值带状分布,呈现出Z>30 dBz,Z_DR>1 dB,C_C<0.95组成的雨雪相态混合区域;而纯雪则为Z>22 dBz,Z_DR<1 dB,C_C>0.98。(3)雨滴谱仪显示降雨阶段主要由高浓度小粒子构成,雨滴速度-尺度谱呈现为倾斜的带状;雨夹雪阶段数浓度减小,粒径范围较宽,质量加权平均直径明显增大,雨滴速度...     

双偏振雷达基本产品和回波分析

双线偏振技术扩展了常规多普勒雷达功能,可以直接探测到与降水粒子微物理特征有关的物理量,本文介绍了差分反射率因子Z_DR、传播常数差K_DP、相关系数ρ_hv(0)等双偏振雷达的主要基本产品生成原理,并利用空军最新721型双偏振天气雷达2008年7~8月探测资料进行了降水粒子相态识别和估测降水量分析,试图为双偏振雷达在飞行气象保障业务运行提供参考依据和帮助。      

模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究

根据不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了基本形式为不对称的T型函数的模糊逻辑识别的隶属函数, 完善了该识别方法的流程, 并利用美国KOUN雷达的观测资料, 详细讨论了利用双线偏振雷达观测资料识别降水粒子相态的方法, 并对其在实际业务运用中的合理性和可行性进行分析探讨.通过分析, 作者认为: (1)利用模糊逻辑方法处理双线偏振雷达测量到的偏振参数, 可以识别降水区域的降水粒子相态, 反映降水区域的相态结构, 识别的结果基本合理, 但还需要资料作进一步的研究.(2)从实际资料的分析结果来看, 虽然利用模糊逻辑法识别降水粒子相态得到的结果比较粗, 没有明确的数据特征值, 但是它基本上能反映各种降水粒子的相态结构, 其识别的结果对目前日常的天气预报参考和人工影响天气的作业指挥和效果评估来说还是符合可用的.为中国国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助.(3)根据有限的观测资料分析表明, 降水区域中出现60 dBZ以上的回波强度, 并不一定就会出现冰雹, 还有可能是大粒子的液态降水.综合考虑双线偏振雷达的测量参数, 可以得到更合理的结果.     

基于多源观测资料对张家口一次雨雪天气降水相态特征的分析

利用ERA5再分析资料及云雷达、微波辐射计和SA双偏振多普勒雷达等多源观测资料,分析2020年11月17—19日张家口地区一次雨雪天气的降水相态演变特征。结果表明:在高空低槽、中低层低涡与地面倒槽配合下,高空槽后西北气流引导冷空气南下造成气温迅速下降,导致降水相态变化。过程前期整层大气均为强暖平流,且地面气温较高,降水相态为雨。18日傍晚冷平流发展强烈,各层温度迅速降低,整层变为冷层,导致降水相态转换为雪。散度和垂直速度的诊断表明降雨时段的动力强迫主要位于高层,降雪时段则主要位于低层。云雷达高分辨率资料可以反映0℃层变化,大于10 dBZ的质心变化可以指示降水强度变化,降雨时的基本速度最大可达6~8 m·s^(-1),而降雪时则小于2 m·s^(-1)。微波辐射计高分辨率时空资料可以准确判断雨雪转换时间,降水开始之前3~5 h积分水汽含量出现跃升与峰值。双偏振雷达和微波辐射计结合可以对降水粒子相态实现准确判断,可用于降水相态转换的临近预报。     

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

双偏振雷达对一次水凝物相态演变过程的分析

联合利用3 GHz双偏振雷达RHI探测数据和温度廓线数据, 建立了云粒子相态反演的模糊逻辑算法, 算法采用Beta型成员函数, 成员变量包括:水平反射率因子、线性退偏比、差分反射率及温度0℃,-40℃对应高度, 反演出的相态包括毛毛雨、雨、低密度干冰晶、高密度干冰晶、湿冰晶、干霰、湿霰、小冰雹、大冰雹、雨夹雪和液态云滴等11种, 并利用雷达的连续探测数据对一次层状云降水过程中水凝物相态的演变情况进行了分析, 得到如下结果:初始阶段层状云相态呈现分层结构, 从上至下依次为高密度干冰晶、湿冰晶和液态云滴; 初始阶段云体中的回波大值区核心区域为大的冰相粒子, 其余部分为液态粒子; 在初始到成熟阶段演变中, 回波大值区上部液态粒子逐步向冰相转化; 消散阶段云中零度层亮带逐步消失, 零度层以上云粒子结构呈现高密度干冰晶包裹湿冰晶的情况。关键词:双偏振雷达; 模糊逻辑; 水凝物相态反演; 层状云降水过程; 水凝物相态演变     

乌鲁木齐机场一次寒潮多相态降水过程分析

利用常规观测资料及新疆区域自动站、乌鲁木齐风廓线雷达、多普勒雷达资料,针对2015年2月13日发生在乌鲁木齐地区的一次雨雪天气过程,从大气背景环境、风温垂直结构、冷暖平流及雨、雪相态转换成因等方面进行分析。结果表明:此次寒潮降水天气的大尺度环流背景是中亚地区高空脊向极区发展,脊顶北风引导极地冷空气南下,在西西伯利亚地区发展成大槽。大槽东移进入新疆地区后,槽后冷空气与北上的西南暖湿气流在天山山区汇合造成此次寒潮降水天气。乌鲁木齐机场出现雪转雨再转雪等相态转换,是由于先受冷平流控制,随着地面冷锋前部暖平流临近,低空暖层厚度加大,降雪粒子在降落过程中融化为雨滴,地面降水相态转为雨夹雪和雨,冷锋系统进入后,再次处于冷平流控制下,降水相态再由雨转为雪。风廓线雷达风场资料的分析结果表明,空中冷暖平流的性质和转换与降水相态变化有较好的对应关系;风廓线垂直速度显示,降雪粒子与雨滴粒子相比,垂直速度较小且雨滴粒子主要集中在1000 m以下。利用多普勒雷达产品分析地面冷锋的移动、空中冷暖平流的变化,有助于对降水相态变化的预报。     

近10年严重影响云浮市台风的特征

通过对云浮市2009—2018年致灾严重(直接经济损失达到1 000万元以上)的台风资料进行统计分析,结果表明:对云浮市致灾严重的台风其生成源地多为西北太平洋。移动路径为西北太平洋西北行或者西行的台风、南海的北行台风。登陆地点在珠江口以西,特别是在江门地区附近。登陆时强度达到台风级别。登陆月份在8和9月。台风影响云浮市时的最大风力点多出现在新兴县和罗定市。台风影响云浮市24和48 h最大雨量点均出现在新兴县和罗定市。     

1954—2017年连州市高温热浪的特征

基于连州市基本气象站逐日最高气温观测资料,采用统计学方法分析了连州市高温的气候变化特征。结果表明:1954—2017年连州市年高温热浪频次、持续时间和强度呈现显著增加趋势,每年平均出现34 d高温日和4次高温热浪事件,高温日主要分布在5—10月,而高温热浪事件则出现在6—9月,月分布呈单峰型,峰值在7月。近64年来的高温变化大致能分成2个阶段:20世纪50年代初到90年代中期主要为高温少发期;进入21世纪后,主要为高温多发期。用M-K法检测出高温热浪事件在1982年发生了突变。用小波分析方法分析得出连州市高温有2个不同时间尺度的周期震荡互相嵌套,分别为准5和准10年。连州高温热浪事件的主要影响系统为副热带高压,且2007年的极端高温热浪过程是由于副高的长时间控制和西北向台风西侧的下沉气流影响造成的。     

广东“4.21”飑线过程的中尺度分析

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°的再分析资料,对2017年4月21日广东出现的一次大范围飑线过程进行中尺度分析,结果表明:冷锋和切变线南压是产生该次飑线的主要机制,高空小槽东移、冷锋南下、切变线南压、高空急流和中低层西南急流是该次飑线过程的主要影响系统;各层急流有相交,上干下湿和上冷下暖的垂直结构明显,是该次飑线过程重要的动力和维持机制;850hPa低空急流没有形成是该次飑线过程没有出现大范围强降水的主要原因;双偏振雷达参量对冰雹有指示作用。     

基于Morlet小波的四会气温周期分析

根据1961—2018年四会国家气象站逐年平均气温和逐年高温日(日最高气温≥35℃)数资料,采用Morlet小波变换,对四会市近60年的平均气温和高温日数时间序列变化特征进行多尺度分析,结果表明:(1)年平均气温存在明显的8、13、21和46年左右的周期振荡;年高温日数存在9、12和47年左右的周期振荡,并且两者的周期振荡存在较好的同步性。(2)从对气温的小波变换判断,由于8、13、21和46年左右特征时间尺度的周期皆未闭合,所以未来几年四会市仍将处于增暖期,但从长期时间变化尺度上则是开始进入变冷期。(3)从Morlet小波变换方差可知,在50年时间里,年平均气温13年左右为第1主周期,9和20年左右为第2主周期;年高温日数则是9年左右为第1主周期,12年左右为第2主周期。     

1962—2017年恩平市气温与降水的气候特征

采用数理统计、线性趋势、复Morlet小波变换、M-K突变检验和滑动平均T检验等方法,分析了恩平市1962—2017年气温和降水的气候特征,结果表明:恩平市近56年年平均气温上升趋势极端显著,在1993年发生由偏低向偏高的突变,并包含13、9、4年左右的多重周期变化。气温波动的幅度先增大后减小,气温冷和暖的年份相对集中。年、汛期、前汛期、后汛期降水均呈递减趋势,在1999年年降水发生由偏多向偏少的突变,并包含20、13、10、5、3年左右的多重周期变化。年降水呈Weibull分布,50年一遇年降水对应重现期的雨量阈值为3 665.6 mm。近10年年平均气温呈自东向西降低分布,年平均降水呈自西南向东北递减分布。     

BP人工神经网络法在大同市日极大风速预报中的应用

文章利用2010年1月1日—2013年12月31日逐日NCEP再分析资料(1°×1°)和大同地区地面常规观测资料,采用BP人工神经网络法建立大同市分站点、分季节日极大风速人工神经网络预报模型并且在对T639数值预报产品和EC细网格数值预报产品释用基础上建立了台站日极大风速的客观预报系统,对2015年9月1日—2016年7月31日进行了24h预报,试用结果显示,各季模式平均绝对误差在3.2~5.7m·s^-1之间,因此,该系统可以为预报员快速做出日极大风速的预报提供客观参考依据。     

2018年5月佛山市持续性高温天气成因初探

利用NCEP再分析、Micaps高空资料和地面气象观测站资料对2018年5月18—31日发生在佛山的持续性高温天气过程进行分析,结果表明:西太平洋副热带高压稳定西伸是对流层整层高压系统的表现,其长时间的稳定维持是造成该次持续性高温天气过程的主要原因;副高中心的下沉增温配合低相对湿度和长日照时数可出现37℃以上的灾害性炎热天气;对于少数高温日除副高作用外,"焚风效应"也有一定的贡献;当低云量≤6成时,10:00的气温≥30℃并且10:00的2 min平均风速≤2级时,可作为5月高温预警信号发布指标。     

广东清远一次暖区暴雨过程分析

利用实况常规气象资料、FY-2E卫星资料及地面自动站资料,从天气形势、物理量、中尺度系统演变等方面综合分析了2017年7月上旬清远市的一次大暴雨天气过程。结果表明:该次暴雨过程是由与低空急流相对应的低层正涡度区触发的一次暖区暴雨天气过程,200 hPa辐散场起到了良好的抽吸作用,500 hPa槽前西南气流和850 hPa西南急流,促进了不稳定能量和低层水汽的积累,为暴雨的中小尺度系统发展提供了有利的条件。充足的水汽输送以及高低层涡度场的配合为该次暴雨的发生提供了水汽及动力条件。另外,该次暴雨过程与中尺度对流系统的活动直接相关,是由2个中尺度对流系统直接影响造成的。     

2017年9月一次夏季暴雨天气的特征分析

利用卫星云图、雷达、探空和地面自动气象站等气象资料,对2017年9月12日福建省西部的一场暴雨过程进行特征分析,探讨在副热带高压控制下出现较大范围暴雨过程的原因,结果表明:东亚大槽深入副热带高压北部,使得冷暖气流交汇于长江中下游以南地区,为处于副热带高压控制下的福建西部午后出现强降水创造有利环流条件;低层东北冷湿气流、中高层西南暖湿气流和地面冷锋是主要影响系统;副高控制下的福建西部白天升温明显,增强该地区上空的层结不稳定,沿海有云系增温不明显和台风"泰利"外围环流增强了闽浙沿海低层东北气流,两者共同作用增强地面冷锋强度和走向,有利于冷锋向西南移动,触发福建西部强对流的发展;从雷达回波特征看,该次过程既具有块状对流性强降水回波特征,又具有絮状稳定性降水回波特征,是锋面降水与局地热对流降水叠加结果。     

基于Logistic回归的肇庆市区雾天气的预报模型

利用2015—2018年高要区国家基本气象常规观测资料,选取11个与雾天气事件相关的气象要素,通过主成分分析降维得到新的公共因子后构建Logistics回归方程,并根据ROC曲线、约登指数选出作为判别雾天气事件的最优临界值。结果表明:气压、温度露点差、相对湿度、水汽压、绝对湿度、露点、10 min平均风速、能见度、总云量、低云量、日照与雾天气现象具有很好的相关性;从这11个气象要素中提取3个具有代表性的主成分因子分别为水汽因子、辐射因子和风速因子。建立的Logistic回归预报模型对有雾和无雾的判别效果较为理想,比判别大雾和轻雾效果好。