基于自动气象站和风廓线雷达资料的大理机场风切变分析与应用

根据2016—2017年大理机场航空器报告的风切变事件,利用同时段的自动气象观测资料、风廓线雷达资料对大理机场风切变进行了统计和分析。结果表明:①风切变均发生在每年的11月至次年4月,1月、2月最多;主要发生于07:00—13:00,一半出现在晴天;发生在350m以下占83%。②100m以下的风切变,地面均有阵性风,最大最小风速差6m/s;发生在15～91m的6次风切变,5次报告风切变的一端风向变化超过180°,南北两端地面风出现对头风,风速差异明显。AWOS(Automated Weather Observation System)捕捉到风向风速的明显变化可为近地层风切变预警提供参考。③发生在高度较高的风切变,雷达资料在遭遇风切变高度的上下层存在≥8m/s风速差,能确定上下层风不连续的准确高度、开始时间和结束时间。④机场区域常出现地面风速大而上空风速小或地面风速小而上空风速大的情况,结合地面风和风廓线雷达资料可为今后低高度风切变的初步预警提供参考。     

青海省三江源机场低空风切变的初步分析

本文使用三江源机场4个声雷达和10个侧向风观测点风向风速资料,分析了三江源机场风的基本气候特征和低空风切变。结果表明:三江源机场主导风向以偏西风为主,跑道周围风速平均值在2.3~3.1m/s之间;水平风速的水平切变主要出现在跑道东头,侧向风切变要明显大于顺风(顺跑道)切变,侧向风切变跑道两头大于中部,东头大于西头;顺风切变跑道北边出现几率和强度明显大于南边。在285m~315m高度出现严重、强烈水平风速的垂直切变的频率最高,水平风速的垂直切变强度较大,出现严重、强烈风切变频率较高;平均而言15m~195m高度和275m~465m高度表现为上升气流,而在195m~265m高度多表现为下沉气流。在雷暴、阵雪、大风等强对流天气下,风速的水平和垂直切变强度均有明显的加强现象。     

延吉市边界层风场特征分析

利用风廓线雷达在延吉市开展了边界层风场的探测研究,根据2012年4个月逐日的边界层风场探测资料,分析了延吉市大气边界层风场的时空分布特征,得到了逐月的高空风廓线图。结果表明：1000m以下,水平风速和垂直风速随高度均呈现出增加的趋势,地面风速最小,750-1000m高度处存在明显的风切变层;2月和7月高空水平风速随高度的增加而增加,4月和10月高空水平风速变化呈单峰型的变化趋势;2月垂直风速随高度的增加逐渐增加,7月随高度的增加逐渐减少,4月和10月随高度呈双峰型的变化趋势;各月在1000～2000m高度垂直风速较小;各月水平风除个别高度外均以西风或偏西风为主导风向,垂直方向以下沉气流为主。     

AMDAR资料的风温信息在机场终端区强对流天气分析中的应用

强对流天气引起风矢量和温度等气象要素突变,影响飞机正常起降和飞行。高时空分辨率的飞机气象资料中继AMDAR(Aircraft Meteorological Data Relay)是天气预报重要的资料源之一,可为机场终端区的强对流天气短临预报提供高时间密度的垂直探测信息。通过白云机场终端区的AMDAR资料,提取三维风矢和温度廓线,制作了风切变和湍流的预警分析图。以2011年4月17日一次广东省的强对流天气过程为例,将AMDAR资料结合雷达、卫星、探空等多源资料进行了分析。研究表明,在AMDAR资料的风矢-时间高度剖面上形成三维预警指示,对机场的强对流预报有指导意义;当1 km以下发生强风切变,对飞机起降威胁严重,AMDAR资料水平风的垂直分布印证了多普勒天气雷达强辐散区的回波特征;高时空分辨率的AMDAR风速和温度扰动,可揭示大气中的风切变及湍流运动。AMDAR资料为保障飞机的安全起降提供了一种实时、密集的垂直观测信息,有助于研发临近预报预警产品,弥补探空资料的不足。     

风廓线雷达测风精度评估

采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析,用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子,通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析,评估风廓线雷达的测风精度,得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3,6,9,12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析,结果表明:该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km,3月、12月为6 km,基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素:信噪比影响了高空的测风精度,-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值;晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大,降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大,不能满足测风精度要求,特别是对流性降水发生前的1~2 h,水平风向、风速的方差增长迅速,可以作为强降水出现的预警指标。     

2012年12月15日桂林机场低空风切变过程分析

利用自动观测资料和多普勒天气雷达资料,结合大形式环流背景,对2012年12月15日桂林机场的低空风切变过程进行分析,结果显示:在锋面临近时,跑道两头自动观测风场资料和多普勒雷达垂直风廓线资料对风切变预报有较强指示作用.     

乌鲁木齐国际机场风切变颠簸天气个例分析

利用常规天气资料、风廓线雷达探测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及数值模拟资料,对乌鲁木齐2010年12月2-3日对飞行安全有较大影响的风切变颠簸天气进行了多角度分析。结果表明,局地性东南风层的形成和下传造成的水平方向上非东南风与东南风的切变、锋区南压过程中在北疆沿天山一带低空诱发的小范围风场扰动对东南风层短暂破坏而引起的水平和垂直方向上风向风速的迅即变化,是造成机场附近风切变颠簸的原因。中尺度数值预报模式（WRF）对此次风切变天气有较好的模拟能力,有助于在探测资料有限的情况下了解风切变的细微结构及其演变。     

丘陵地区大气边界层风廓线雷达适用性分析

本文利用2010年夏季福建省三明市开展的大气扩散实验资料,研究了大气边界层风廓线雷达在福建丘陵地区的适用性,并探讨了风廓线雷达探测的误差特征和修正方法。结果表明：大气边界层风廓线雷达水平风场的探测结果在300~2 000 m高度范围的偏差与高度和风速具有一定统计关系;通过与100 m气象铁塔水平风场资料对比,说明风廓线雷达对丘陵地区低层大气风场的探测具有一定局限性。经过修正的风廓线雷达探测结果可以较好地反映实验区域大气边界层水平风场的垂直结构。     

大连机场典型低空风切变的成因分析

风切变是指空间两点之间的风的矢量差,风切变分为水平风切变和垂直风切变。航空气象学中,低空风切变通常是指近地面600 m高度以下的垂直风切变,低空风切变严重危害航空活动安全,尤其是在飞机起飞和着陆阶段。为了提高对低空风切变的预报准确率和提前预警时间,利用大连机场话音方式航空器报告统计大连机场出现的低空风切变特点。大连机场低空风切变出现最多的季节是秋末和春季,其中以西北大风和偏北大风造成的低空风切变最为典型,这种切变常常出现在地面风向为360°或350°、平均风速9 m·s^-1、阵风风速16 m·s^-1的观测时次附近。选取3个大连机场典型低空风切变的天气个例,利用NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料分析大连机场出现典型低空风切变时的天气形势特点,利用WRF模式输出资料,分析了大连机场出现典型低空风切变时低层的风场特征。分析结果表明,WRF模式输出的风场变化较小,不能体现低空风切变的突变特征,利用模式输出资料计算得到的反映偏差风相对大小的I值与风切变的出现有明显关系,当I大于0.5且逐渐增加时,容易出现低空风切变,当I小于0.5且逐渐减小时,不易出现低空风切变,可以利用I值及其变化情况进行风切变的预报预警。     

北京城市复杂下垫面条件下三种边界层测风资料对比

利用2016年8月28日至9月2日北京市朝阳区气象观测站激光测风雷达、风廓线雷达和GPS探空仪同步观测数据,对比分析三种测风仪在城市复杂下垫面条件下边界层不同高度处的测风性能。结果表明:(1)激光测风雷达与GPS探空仪测风结果具有较好一致性,风速、风向的相关系数分别为0. 66～0. 96、0. 71～0. 98,其中风速平均绝对误差小于2 m·s-1,风向误差在20°之内。(2)风廓线雷达资料的精度相对较差,与GPS探空仪的风速、风向相关系数分别为0. 66～0. 91、0. 55～0. 86,误差随高度呈现先减后增的垂直分布特征。其中,400～1000 m高度范围两种资料的吻合度最高,相关系数在0. 80以上,为仪器最佳测量范围;此外,风廓线雷达的风速整体高于GPS探空仪,两者最大偏差可达4 m·s-1左右,风向平均误差最大可达30°。(3) GPS探空仪的工作方式及测量结果也存在不足,一是观测频次较低,难以详细、精准地描述边界层风场结构的变化过程;二是当存在垂直风切变时,探测初期具有明显滞后性,由当前状态转变为真实的风场示踪物需要一定时间。     

2016年7月华北特大暴雨过程河北南部垂直风切变观测特征

利用气象观测站小时雨量、不同探测手段得到的高空风资料，对2016年7月19—20日华北特大暴雨过程中河北南部降雨不同阶段水平风的垂直变化特征进行分析。结果表明：（1）在河北南部，太行山沿山一带到山前平原、平原东部分布着两片短时强降雨区，而前者强度更强，体现了地形迎风坡对降雨的增幅作用。（2）本次过程中，三种探测手段计算的深层垂直风切变具有一致的变化规律。西部山区和山前平原降雨显著增强阶段，环境风维持强深层垂直风切变，相应的u风差也显著增强，利于迎风坡降雨增强；降雨结束时，深层垂直风切变为弱垂直风切变。（3）强降雨阶段，水平风垂直切变矢量基本上呈现单一方向顺时针切变，且低层风垂直切变较大；降雨结束阶段，水平风垂直切变矢量方向变化复杂。（4）太行山脉高度以下的东风不断增强，最大东风分量达到8～28 m?s-1，利于山区和山前降雨的增强。     

庐山雨凇积冰日数变化特征及其与海气场关系

利用江西省气象信息中心提供的1970-2016年逐日庐山站电线积冰、NOAA重构延长的逐月海表温度(SST)及NCEP再分析风场等资料,采用线性趋势分析、Man-Kendall检验、Morlet小波分析、合成分析等方法,研究了庐山雨凇积冰日数的变化特征及其与海气场的关系,结果表明:1)庐山雨凇积冰基本发生在当年11月至次年3月。2)雨凇积冰日数总体呈显著下降趋势,且在1981年和2001年分别存在一显著突变,即1970-1980年庐山雨凇积冰日数异常偏多,1981-2001年庐山雨凇积冰均值基本接近常年,2001-2005年庐山雨凇又异常偏少。3)庐山雨凇积冰日数存在2~4年、6~8年及20年左右的振荡周期,2~4年周期变化在20世纪70年代、80年代末到90年代末及2005年以后振荡显著。4)庐山雨凇积冰异常偏多年代,前期410月整个热带太平洋海温异常偏低,同期113月庐山受贝加尔湖异常反气旋东南侧东北气流和来自东太平洋偏南气流的共同影响,有利于出现雨凇积冰。     

风廓线雷达在高空风场分析中的应用

利用大连风廓线雷达高时空分辨率风场观测资料,统计2011年雷达站上空各层水平及垂直风速的分布特征.通过分析发现:最大水平风速通常出现在12 km上下,受高空急流的影响,各季节高空最大水平风速出现高度不同,4 km以下高空水平风速随高度的变化各月份存在一定差异,4 km以上至最大风速层,水平风速随高度的升高而增大,最大风速层以上至雷达测量的上限水平风速随高度增加先减小后增大;高空垂直风速在夏季较为明显,秋季次之,冬春季节最小;6月是全年月均垂直风速最大的月份,在500～1300 m高度层存在一个上升气流中心,平均风速大于0.6 m/s,2月各高度平均垂直风速全年最小.     

登陆台风启德近地层强风特性观测研究

根据Airda3000Q型边界层风廓线雷达获取的台风启德(1213)强风观测数据,分析了强风条件下的近地层风廓线特征,发现以下观测事实:台风中心经过前后风速呈现尖耸的"M"形双峰变化,台风眼壁强风区风速最大,台风眼区经过前后100m高度极大10min平均风速分别为35.7、35.4m/s,眼区经过时出现最小风速为16.2m/s;而风廓线幂指数α则呈现比较平缓的"M"形双峰变化,风廓线幂指数α出现极大值的时间比风速出现极大值的时间分别提前约1h和延后3.5h,台风眼区经过时风廓线幂指数α接近最小,甚至出现负值;台风影响期间,风的垂直变化主要发生在200m以下的低空,风的垂直变化率有波动,最大值出现在台风眼壁强风区和台风中心过境后的外围大风区。     

Comparison of Beijing MST Radar and Radiosonde Horizontal Wind Measurements

To determine the performance and data accuracy of the 50 MHz Beijing Mesosphere–Stratosphere–Troposphere(MST)radar,comparisons of radar measured horizontal winds in the height range 3–25 km with radiosonde observations were made during 2012.A total of 427 profiles and 15 210 data pairs were compared.There was very good agreement between the two types of measurement.Standard deviations of difference(mean difference)for wind direction,wind speed,zonal wind and meridional wind were 24.86?(0.77?),3.37(-0.44),3.33(-0.32)and 3.58(-0.25)m s~(~(-1)),respectively.The annual standard deviations of differences for wind speed were within 2.5–3 m s~(-1)at all heights apart from 10–15 km,the area of strong winds,where the values were 3–4 m s~(-1).The relatively larger differences were mainly due to wind field variations in height regions with larger wind speeds,stronger wind shear and the quasi-zero wind layer.A lower MST radar SNR and a lower percentage of data pairs compared will also result in larger inconsistencies.Importantly,this study found that differences between the MST radar and radiosonde observations did not simply increase when balloon drift resulted in an increase in the real-time distance between the two instruments,but also depended on spatiotemporal structures and their respective positions in the contemporary synoptic systems.In this sense,the MST radar was shown to be a unique observation facility for atmospheric dynamics studies,as well as an operational meteorological observation system with a high temporal and vertical resolution.     

超强台风桑美（2006）登陆前后低层风廓线数值模拟分析

利用ARW-WRF模式,以垂直方向40个模式层（对低层加密）、水平方向最高1 km的分辨率,对台风桑美（2006）进行数值模拟,模拟结果与实况基本一致。基于台风桑美（2006）1 km分辨率的模拟结果,对台风低层（海面或地表以上1500 m以下）风场结构进行了分析。结果表明,在台风登陆前,其最大风速半径附近存在水平风速在垂直方向有很强变化的风廓线,该类型风廓线的最大风速高度有明显变化,表现出类似急流的特征;而台风登陆后,其水平风速垂直变化明显减弱,即风廓线类型发生较大变化;另有一种水平风速在高层少变的风廓线类型在台风中是普遍存在的。还根据高层和低层两个切变因子,将台风登陆前的风廓线分为急流型、普通型和过渡型,并进一步分析各类风廓线在台风中出现的位置和急流高度。对急流型风廓线的形成原因也进行了初步探讨,结果表明,超/次梯度风在垂直方向上的变化是形成急流型风廓线的原因,而外围绝对角动量的输送在其中起关键作用。     

基于多普勒天气雷达的低空多普勒速度的切变识别算法研究

低空风切变是影响航空器起飞和着陆安全的重要因素,利用多普勒天气雷达径向速度数据,从风的空间和时间变化上对低空风切变的识别进行了研究,并利用一次飑线过程和一次低空急流过程的资料对识别算法进行了验证。识别算法的核心是分别计算二维合成风切变、垂直风切变和时间风切变。在计算二维合成风切变时,先利用风切变强度因子自适应地选择拟合“窗口”的大小,再利用最小二乘线性拟合方法,得到水平风切变。结果表明:自适应多尺度最小二乘法得到的合成风切变,在低空风切变识别效果、切变连续性和边缘数据处理等方面都优于我国多普勒天气雷达的PUP合成风切变;垂直风切变反映了雷达径向速度的高低空配置情况;时间风切变可提供径向速度随时间的变化情况。算法还可应用于民航机场低空风切变的识别和预警。