2010～2011年西藏雷暴的雷达回波统计特征分析

为了揭示西藏雷暴的雷达回波特征,利用雷暴观测资料和新一代多普勒雷达资料,采用统计分析方法对西藏地区2010、2011年6～9月108个雷暴个例进行了研究,结果表明:西藏高原地区雷暴类型多样,时空分布不均匀,雷暴生命史较短,与平原雷暴有明显的区别。西藏雷暴天气雷达回波源地、移动等有一定的规律性。西藏地区雷暴的回波形状多表现为团块状,其次是孤立的对流云回波;日喀则热力雷暴雷达回波强度大部分在40～50dBz,次之是50～70dBz,动力雷暴回波强度主要在40～60dBz,拉萨热力雷暴和动力雷暴回波强度均主要在30～50dBz;日喀则热力雷暴回波顶高平均5.07km,拉萨热力雷暴回波顶高平均4.79km,日喀则和拉萨地区动力雷暴回波顶高主要集中在6～10km;西藏地区热力雷暴和动力雷暴的垂直液态含水量较低,大部分在30kgm-2以下。     

一次持续大暴雨过程新一代天气雷达回波特征分析

为探讨西北地区东部的持续大暴雨过程成因及预警指标,利用2010年7月22~23日500~700hPa大气环流背景及天气影响系统和西峰新一代多普勒天气雷达回波资料分析,结果得到:500hPa西太平洋副热带高压外围河套地区环境场的演变高压外围低涡发展及维持,是这次持续性大暴雨过程的大气环流背景和影响天气系统,700hPa强盛的水汽场输送场与汇聚作用为这次持续性大暴雨过程提供了充沛的水汽条件,随着500hPa河套地区低涡-切变辐合系统的准静止维持造成这次持续性大暴雨过程;大暴雨前1.5~9.7km垂直方向上,存在明显的东南风场与西南风场的切变,风向随高度顺转,对应持续的暖平流;天气雷达强度回波反射率因子≥40dBz,暴雨期间维持少变;径向速度回波的水平辐合和气旋性涡旋运动与河套低涡切变天气系统对应一致;垂直液态水含量≥35kg.m2的雨团范围大、持续时间长;云顶回波高度维持在8km以上,对监测预警持续大暴雨天气具有一定指示意义。     

基于深度学习的高时空分辨率降水临近预报方法

降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利用上海地区多年的高时空分辨率天气雷达探测资料,基于数据驱动的深度学习方法进行雷达回波外推,提出了一种新的降水临近预报模型——SwinAt-UNet模型。该预报模型通过融合UNet模型和Swin Transformer结构捕捉历史天气雷达探测资料中的短期和长期动态变化特征,可以自适应地学习潜在的雷达回波生消演变规律。此外,为提高模型的泛化能力和预报准确率,引入深度可分离卷积和卷积块注意力模块。结果表明：在不同基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型的预报准确率均高于UNet、SmaAt-UNet、TransUNet和AA-TransUNet模型;在45 dBZ的基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型临界成功指数提高了13%,同时在预报时效上具有一定的优越性;SwinAt-UNet模型外推图像具有更加清晰的边缘和细节性纹理,对降水范围、移动方向和强度变化的预测更为准...     

强对流天气过程中降水结构和雷电活动关系的研究

利用TRMM卫星等资料,运用统计与对比的方法,分析了川南的一次暴雨过程的闪电活动及其与降水结构之间的关系。结果表明,绝大多数闪电发生在对流区域,有少数闪电发生在层云区域,并进一步分析了两个时刻的MCS在6km高度处的雷达回波特征及其和闪电的关系,发现处于发展到成熟阶段的MCS绝大部分事件(闪电资料的一种)集中发生在MCS中的强对流单体回波区。对闪电与85.5GHz的亮温的研究表明,大多数闪电发生在低亮温值区域,负地闪在低亮温区域相对分散,在高亮温区域相对集中。     

基于大气电场与闪电资料的雷电临近预警方法

针对大气电场仪进行雷电预警误报率高的问题,提出了一种利用多站大气电场仪组网观测地面电场,并结合闪电定位系统的观测进行雷电预警的方法。该方法结合了大气电场仪与闪电定位仪的优点,利用电场强度阈值和闪电发生的距离阈值,得出雷电预警等级的方法。采用此方法可以降低仅用电场强度来预警所造成的误报率,并能估计出雷暴的移动方向。经检验,此方法TS评分为0.73,漏报率为0.21,空报率为0.09。此算法对于由远及近的雷电活动,或者距离很近的雷电活动有较高的预警准确率。算法对10km内的强雷暴预警效果最好。     

四川凉山平川镇“7.14”泥石流灾害的气象成因

以盐源县的泥石流发生为例,研究了凉山地区出现局地强降雨引发的中型泥石流灾害的气象成因。运用天气学方法,使用NCEP再分析资料以及卫星云图和雷达回波等遥感资料,从环流形势、强对流不稳定、卫星云图和雷达回波图像演变特征,研究了台风登陆时凉山地区强降雨引起泥石流灾害形成的气象成因,并讨论了应用多普勒雷达回波对局地强降水及泥石流灾害短时临近监测和预报预警的思路。     

三亚凤凰机场一次飚线过程的特征分析

利用三亚凤凰机场实时观测数据、常规地面观测资料、高空观测资料、三亚地区多普勒雷达资料及闪电定位资料,从天气形势、物理机制、雷达回波和闪电特征等方面对2012年4月21日的飚线天气过程进行了详细分析。结果表明:地面冷锋、低涡切变线以及高空槽相互配合是产生此次强对流天气的天气尺度系统,飑线是此次对流天气的直接影响系统;欧阳位温图和雷雨顺能量图对此次强对流飚线过境有一定的指示意义;多普勒雷达图和闪电定位资料在临近预报中能够有效识别飚线特征,对飚线的移动方向、维持时间的预报有指导意义。     

使用模糊逻辑法区分层状云和对流云降水

多普勒天气雷达已广泛应用于定量降水的估测,为了提高雷达降水估计的精度,要求能够识别层状云和对流云降水.使用模糊逻辑法区分区域中的层状云和对流云降水.根据层状云和对流云降水的反射率分布特征,建立了最大反射率因子、回波顶高、垂直反射率梯度和水平反射率梯度4个识别参数,读取雷达资料并计算出这些识别参数,使用梯形隶属函数对识别参数进行模糊化,对得到的数据进行加权平均处理,选择一个合适的阈值区分层状云和对流云降水.结合实际的天气实例,对该方法的识别效果进行检验,结果表明：模糊逻辑法能够有效的区分降水区域中的层状云和对流云降水,为改善降水估测提供了方法和依据.     

丽江市冰雹天气的红外云图和雷达回波特征分析

利用丽江市2006—2008年3—9月的25次降雹资料，分析了丽江市冰雹时空分布特征和大气环流特征。选取2008年3月22日、6月9日和9月24日发生在丽江3次冰雹天气过程的红外云图和雷达回波进行分析，结果表明：春季南支槽冰雹天气云层厚度小（类似层状云降水）且TBB值较高，冰雹云雷达回波强度弱，高度低；夏秋季节在典型环流背景下，强对流冰雹云的TBB值最低、最集中、附近强对流天气单体活动最剧烈，在雷达回波上表现为较大区域内出现有组织、相对孤立的点状回波，这些点状回波发展较快、生命史较长，通过雷达加密监测，可及时发现对流天气并及时预警。     

粤西沿海“4.20”特大暴雨特征分析

根据气象常规观测资料、湛江新一代天气雷达资料、CFL-08风廓线雷达资料及卫星云图,分析2012年4月20日粤西沿海特大暴雨的天气环流形势、能量场、对流不稳定度、水汽输送和辐合辐散等环境特征及物理量场特征。结果表明:这次暴雨过程粤西地区共经历两次强降水过程,分别是受飑线系统、以及高空槽和低空切变影响;西南低空急流的出现有利于粤西暴雨的形成、维持和发展;暴雨过程粤西上空垂直累积液水含量达25~30g/m2;暴雨期间风向随高度明显逆转,有冷平流输送;约2.0 km高度以下低空急流的下传和增强与暴雨的产生有密切关系;短时间内多普勒天气雷达的速度回波低层辐合区域远远大于辐散区域是可能产生强降水的标志。     

四川2008年“9．23”强对流天气中雷电活动和降水结构关系的研究

利用常规气象资料、地闪及TRMM卫星等资料,运用统计和对比的分析方法,对四川“9．23”雷暴过程中地闪的时空演变特征及其与降水结构的关系进行了研究分析。结果表明：沿副高边缘移动的“9．23”雷暴过程主要发生在川西高原以东地区,地闪空间分布集中连续,且主要以双单体雷暴系统的形式出现。处于雷暴系统或单体中心的地面站其地闪频数的峰值提前或同时与降水量峰值出现;而处于雷暴系统或单体边缘的地面站其地闪频数的峰值则更易滞后于降水量峰值。地闪的发生与雷暴云中的水成物粒子的分布状态都有直接的关联性,负地闪放电主要源于雷暴系统中较低的云水及可降水强中心区域,而正地闪放电则源于较高的云冰强中心的边缘处。     

X波段双偏振雷达反射率的衰减订正

雷达在探测降雨时,回波都有衰减。波长较短的X波段雷达地衰减更严重,所以有必要对其回波进行衰减订正。X波段雷达回波差分传播相移(KDP)比C、S波段的要高1.5~3倍。因此可以合理地考虑利用KDP对X波段雷达回波信号反射率的衰减进行订正。又由于当KDP的值较小时,对回波反射率订正效果受到其他因素影响。所以当KDP值较小时,使用反射率(ZH)自身进行订正。利用成都信息工程学院X波段双偏振天气雷达的探测降雨过程的回波数据,在已经提出的算法的基础上,利用ZH-KDP综合算法进行软件设计,并分析回波反射率在算法处理前后的效果。通过订正处理前后的数据绘制曲线图,定量对比分析订正处理前后的反射率值,订正处理后的值比订正处理前的值有增强,又用相同时刻S波段的回波数据对X波段的订正效果进行验证,二者值的大小相差不多,说明ZH-KDP法对回波反射率的衰减有改善。     

四川盆地雷暴动力及微物理模拟参量与地闪关系的研究

为探讨地闪活动与中尺度数值模式输出量之间的关系,利用新一代中尺度数值模式WRF模拟2011年7月23日四川盆地中的一次强雷暴过程,并对比研究模式输出的动力和微物理场量与地闪频数的关系。结果表明,在WRF模式中采用Kain-Fritsch积云参数化方案和Thompson微物理方案的组合方案能较为成功模拟出此次雷暴过程,模式输出的上升气流和冰相粒子与地闪关系密切,500hPa霰和300hPa冰晶含量在时间上比地闪频数超前约15min,300hPa雪晶含量与地闪频数在时间上基本同步;上升气流速度对冰相粒子的分布起关键作用,上升气流速度较大地区附近相应地闪活动比较频繁。     

2006-2009年安徽省闪电活动时空特征分析

根据安徽省2006~2009年4年来10个地面测站的闪电定位数据资料,分析安徽省闪电活动的时空分布特点。从时间分布来看,闪电频次分布具有明显的季节性,春季闪电发生频次上升,夏季7月达最大值,秋季下降,至冬季达最小值。在闪电发生频次逐时分布中呈现出一定规律性,闪电多发生在1天中15:00-17:00,而在9:00发生频次最少。通过分析闪电空间密度分布图可以发现,南部闪电密度大于北部,原因是北部以平原为主,南部以山丘为主,且南北气候类型不同,北部为暖温带半湿润季风气候,南部为亚热带湿润季风气候,而且与北部相比南部经济发展快,城市高层建筑多,人口密度大,和空气污染相对严重。     

基于SRTM数据的广东新一代天气雷达覆盖研究

本文利用SRTM3高分辨率的数字高程模型（DEM）对广东省已建成的12部新一代天气雷达分别进行地形阻挡分析。结果表明,在低仰角（0.5°）的观测结果中,韶关、连州以及肇庆雷达受地形阻挡较严重,深圳、阳江、梅州和汕尾的雷达也有大面积阻挡区域,其余雷达的覆盖效果均很好。随着扫描仰角的抬高,地形对雷达波束的阻挡有所减弱。从第4个仰角 （3.4°）开始,所有雷达均无地形阻挡。在海拔5 km范围内12部雷达可以完全覆盖广东全省,大部分地区至少有4部雷达重叠。离地3 km和海拔3 km的雷达覆盖情况均显示,除广东省北部和西北部极少部分地区没有雷达覆盖外,大部分地区均有2部以上雷达覆盖,珠江三角洲入海口一带甚至有4~6部雷达重叠。在离地2 km范围内,广东省雷达组网能够有效覆盖广东省大部分区域。在离地1 km范围内,广东省北部和西北部雷达覆盖效果不太理想,存在较大的空白区。在离地高度2 km和海拔高度3 km以上,雷达组网基本可以覆盖广东全境,因此可以认为广东省雷达的总体布局较好。     

浙中金华地区“2013.3.20”春季雷暴天气过程研究分析

为了探索春季强对流发生发展的机制,利用常规观测资料、MICAPS资料以及新一代多普勒天气雷达资料,采用天气学诊断方法,对2013年3月20日凌晨发生在浙中金华地区的一次大范围的强雷暴天气过程进行分析。结果表明:(1)高空槽和地面倒槽是此次强对流天气过程的主要影响系统;(2)高空三层为一致的西南急流,水汽输送强;(3)中低层急流附近存在强的垂直上升运动中心且几乎重合,500hPa到地面存在强的垂直风切变,动力条件好;(4)中低层深厚的暖平流与高层弱冷平流相互作用形成了上干冷、下暖湿的不稳定层结;(5)中层冷空气渗透,促使强对流进一步发展,风暴发展为中-β尺度飑线系统,但前沿无阵风锋产生;(6)飑线南段的超级单体风暴发展为非超级单体强风暴,在雷达图上表现为"弓形"回波,其顶点经过武义站时造成27.4m/s(10级)的瞬时大风;(7)VIL高值维持时间较短,不利于冰雹出现。     

应用多普勒雷达资料对成都地区暴雨的研究

利用多普勒天气雷达资料结合其它实测资料,分析研究了2003年8月28～31日发生在大成都地区的区域性暴雨过程.从回波的强度、结构、风场以及影响系统等方面得知:由冷锋激发的絮状回波有利于区域性降水的产生;回波强度、VIL和RZ值与降水有很好的相关性;当近地层具有低空急流和强烈垂直风切变以及低层径向速度辐合时对暴雨的发展十分有利.     

基于小波变换改善天气回波信噪比的模拟分析

为了提升天气雷达对弱气象目标的发现能力,扩展系统观测的动态范围,可以从改善雷达回波的输出信噪比方面来考虑.从信号处理算法层面寻求改善天气雷达回波的输出信噪比的方法,提出运用小波变换的方法来达到这个目的.首先介绍了小波消噪的基本原理,再结合具体雷达系统参数,进行了相关的算法模拟,其结果表明,在符合高斯谱特征分布的模拟回波在不同信噪比（-20～10dB）设定条件下,运用小波变换的去噪方法可以使其信号的输出信噪比提高大约5～11dB,为天气雷达探测更多的弱气象目标提供了有利条件.     

利用地物杂波进行天气雷达强度标定

地物杂波的回波强度相对稳定 ,对成都和新疆地区的地物杂波强度的统计表明 ,地物杂波的雷达反射因子方差分别小于 3db和 1.5db ,因此 ,地物回波可作为一个标准目标 ,用来对天气雷达进行强度的标定。本文给出了这种强度标定的流程图、标定方法和标定结果。使用这种标定方法将大大改善天气雷达的维护和使用质量。