梅州多普勒雷达反射率因子与雨强的统计规律

利用2007年4～9月、2009年4～8月梅州雷达PPI、CAPPI回波强度和地面气象站雨量有显著相关,6、18、30、60 min平均后的回波强度与雨量的相关系数依次提高。空间平滑后的回波强度与滞后2 min的雨量相关性最好。分段最优化Z-I关系的结果与Z=300I1.4的比较,20 dBz以下两者的估测值基本一致,20～45 dBz后者估测值偏低,45 dBz以上后者估测值偏高。2年的观测数据表明,各时段最优化得到的Z-I关系式系数变动较大,但30 dBz以上回波强度与地面平均雨强的变化不大,可在强降水估测时作参考。     

基于雷达资料的上海地区暴雨面雨量计算及应用

根据上海地区小时雷达资料的定量降水估测(quantitative precipitation estimation,QPE)网格产品和经过质量控制的自动站雨量资料进行暴雨面雨量计算方法研究,计算方法为:将暴雨区内自动站周围9个网格点的QPE平均值作为自动站的雷达估测雨量,计算各测站雨量与雷达估测雨量的差值,用克里金插值方法将差值场插值到雷达降水估算产品相同的网格点上,再将网格点上残差插值数据加上网格点上雷达估测雨量,得到各网格点用自动站订正后的雷达估测小时雨量资料。文中24个典型暴雨各测站订正后QPE与实测雨量的平均绝对误差比订正前减小了27%;两个典型暴雨主要降水阶段经国家气象站资料订正后QPE与实测雨量的平均误差比订正前减小了33%～39%,暴雨过程总雨量经国家气象站资料订正后减小了34%～59%。根据以上方法得到的网格点雨量计算和绘制上海地区2007—2015年24个典型暴雨降水区域的小时面雨量值和图、过程面雨量值和图、行政区和水利片面雨量值和图。最后基于.NET Framework 4.0基础架构软件开发平台,使用Microsoft Visual Studio 2012和Microsoft Visual Studio软件开发工具制作"基于雷达资料暴雨面雨量自动化计算查询系统",供业务科研人员实时查询和计算。     

沂沭河流域不同多普勒雷达降水量估算方法的效果评估

利用2005年和2006年九次大型降雨过程的多普勒雷达体扫复合仰角的回波强度资料及相应的雨量计观测资料, 通过改进的最佳窗概率配对法、 遗传算法和最优化法分别得到沂沭河流域多普勒雷达降水Z－R关系, 对不同算法的优化结果和降水误差进行比较分析及验证, 并将最优的Z－R关系用于估算区域降水量。同时利用雨量计资料采用卡尔曼滤波、 变分等6种估测方法进行面雨量估算的校正, 并对上述几种方法的估测精度进行比较分析。结果表明: 将地面雨量计观测值作为真值, 在站点降水的估测上, 卡尔曼最优插值法和卡尔曼变分法估测的降水量计算精度最高, 最优插值法和变分法次之, 卡尔曼滤波法和平均校准法的计算精度要低于最优插值和变分法, Z－R关系法的精度最低。在区域面降水量的估测上, 雷达探测到的降水量的分布形势与雨量计得到的降水场比较一致, 但中心的降水强度上有较大的偏差。Z－R关系法的平均相对误差为70.51%。经过雷达雨量计联合校正后, 使估算精度明显提高, 其中卡尔曼最优法计算精度最高。平均校准法、卡尔曼滤波法、最优插值法、变分法、卡尔曼最优法和卡尔曼变分法的平均相对误差分别为: 16.55%、16.27%、13.44%、13.86%、13.16%、13.51%。     

雨量计密度对校准雷达估测降水的影响及单点对校准的贡献

利用新一代天气雷达基数据资料和天津三次不同类型降水天气过程的降水量资料,采用变分校准方法,以校准区域内所有雨量计校准雷达得到的估测降水场作为"真值场",对比分析14种不同密度雨量计网校准雷达估测降水的效果,并对雨量计网中单个雨量计站点对校准雷达的贡献进行试验分析。结果表明:（1）参加校准的雨量计密度较小时,雷达估测降水的误差较大,估测效果不好;随校准雨量计密度的不断加大,雷达估测降水的偏差明显减小、估测精度不断提高并逐渐趋于稳定。（2）校准不同类型降水需要的雨量计密度不同,这与降水的性质有关;当校准雷达估测降水的效果与"真值场"的相当时,所需的雨量计密度为121 km²·部^-1。（3）在雨量计校准网中任意增加降水量不为零的站点,会在增加的站点周围出现估测偏差（高估或低估）,偏差的大小与站点降水量相对于其周围雨量计平均值的大小有关、偏差的影响范围则与站点周围雨量计的分布密度有关。（4）任意增大（减小）雨量计校准网中单个站点的降水量会使雷达对站点周围降水的估计偏高（偏低）,高（低）估的程度及影响范围与站点降水量增大（减小）的多少及站点周围雨量计分布密度有关,而与降水类型及降水随时间的演变无关。     

对流云总降水量和降水效率估测

1对流云定量降水估测多元回归分析 为使雨量资料和雷达资料在空间上取得较好一致性，设定雷达资料取样原则为：①考虑到距离衰减作用，在50～100km内使用相同阈值15dBz(即Zt为15dBz)，小于该强度的回波认为是非降水事件；②为了使雷达资料在空间上有较好连续性，雷达回波参数值采用5点平均方法。     

卡尔曼滤波法在西峰雷达估测降水中的应用

应用卡尔曼滤波校准法,利用地面自动雨量计的降水量值,对庆阳市2007年7月和9月2次降水过程中的2个雨量较明显时段的雷达估测值进行了校准分析,并与雨量计测量的雨量值进行了误差比较分析。结果显示：混合降水过程的校准效果要优于均匀降水过程。校准后,混合降水过程的相对误差从166.4%下降到了7.6%,均匀降水过程的相对误差从284.3%下降到了56.9%。由此可以看出卡尔曼滤波校准法能有效消除雷达估测降水过程中的各种随机噪声,并能提高雷达定量估算区域降水量的精度,同时还较好地保留了雷达探测降水的精细结构。     

优化ZI关系及其在淮河流域面雨量测量中的应用

利用合肥新一代天气雷达2003年6—7月观测数据和地面观测的逐时雨量资料，得到分段最优化Z-I关系，在淠河灌区的水源地响洪甸流域和佛子岭流域进行降水测量。结果表明：强降水阶段流域面雨量，优化Z-I关系后得到的流域累积面雨量与雨量计比值从39％提高到73％，同时相关系数从0．78提高到0．8。528小时时间序列上佛子岭流域在优化Z-I关系之后，流域平均面雨量与雨量计的回归线斜率从0．4提高到0．72，lmm·h^-1以上流域平均面雨量累积值与雨量计累积值的比值从48．4％提高到了85．9％。可见，优化Z-I关系后雷达反演值更接近于雨量观测值，同时雷达定量估测流域面雨量的精度得到很大提高。     

雷达定量估测不同类型降水

利用2002、2003年自记雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出福建中北部不同区域不同降水类型的z-I关系,并将统计结果用于2005年、2006年的降水估测.同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优(卡尔曼滤波 最优插值)、变分等估测方法进行实时雨量校正,用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值,并对上述几种方法的点及面的估测结果进行比较.结果表明:卡尔曼最优法及100 km距离范围内的最优化法对站点及面平均降雨量估测误差最小,Z=300I1.4估测的误差最大.     

Z-I关系最优化在海口雷达估测热带气旋降水中的应用

利用海口新一代天气雷达2008—2013年观测数据和地面观测的逐时雨量资料,得到分区域最优化Z-I关系,在海南岛全省范围内进行降水估测。结果表明:优化Z-I关系后得到的雷达与雨量计平均比值基本接近1,同时平均绝对误差和均方根误差也明显偏小,说明雷达测量值接近于雨量计,明显优于雷达默认的Z-I关系值,可见,优化Z—I关系后雷达反演值更接近于雨量观测值,同时雷达定量估测各区域雨量的精度得到很大提高。     

一种改进短临降水预报的雷达产品应用方法

通过将组合反射率因子、垂直累积液体水两种雷达产品合并成一种新的雷达产品CR_VIL,使用6万多张CR_VIL产品与对应时次6min自动站雨量数据,通过统计分析得到CR_VIL的6min雨量均值表。在短时临近预报系统中根据雷达回波外推结果,使用CR_VIL的6min雨量均值表求得各时段定量降水估测值(QPE)作为该时段的定量降水预报值(QPF),得到预报时效2h,时间分辨率为6min的定量降水预报数据,业务运行中对1h的预报结果进行检验,晴雨预报准确率为87.0%,短时强降水TS=0.106,Bias=1.09,表明CR_VIL应用在业务系统中对短时强降水具有一定预报能力。     

THE STATISTIC RELATION BETWEEN LIGHTNING AND CINRAD DOPPLER RADAR ECHOES IN CENTRAL GUANGDONG

Based on the CINRAD Doppler radar data in Guangzhou and the lightning data in 2004 by power suppliers of Guangdong, statistical study is done by overlaying lightning’s position on radar’s echo. The result shows the followings. The concentrated period in which more negative lightning occurred at the middle levels (2 – 14 km), where radar echo was moderate (12 – 45 dBz), rather than at the low levels with the weakest echoes or at high levels with the strongest echoes. At levels 3 – 11 km, where the radar echo was between 10 dBz and 35 dBz, the area of negative lightning was much larger in central Guangdong than in the rest of the province. At levels 0.5 – 7 km where the radar echoes were between 44 dBz and 51 dBz, the probability for a point to have negative lightning varies from 0.4 to 0.7.     

广东中部地区雷电和CINRAD雷达回波的统计关系

应用2004年4～8月广州雷达资料和广东省电力部门闪电资料,采用闪电位置资料与雷达回波强度相叠加的方法进行统计。结果表明,负闪频次的值偏多时,既不在低层的弱回波上,也不在高层的强回波上,而是在中间层4～16层(2～14 km)的12～45 dBz较强回波上。在6～14层(3～11 km)10～35 dBz回波上,广东中部地区负闪面积偏大。在第1～10层(0.5～7 km)44～51 dBz强回波上,出现负闪雷电的概率是0.4～0.7。     

一次雹灾天气过程的三体散射研究

利用自动气象站资料、CINRAD/CD多普勒雷达资料、实地冰雹调查资料及NCEP/NCAR再分析资料，分析2020年一次呼和浩特市托克托县地区强冰雹事件发生时出现的三体散射与风暴云团三维结构、发展特征，结果表明：（1）C波段雷达较S波段雷达容易出现三体散射。（2）三体散射现象和55 dBZ或60 dBZ等强回波密切相关，尤其是60 dBZ强回波出现时，三体散射现象也随之出现。（3）从三体散射与冰雹云体积变化情况来看，60 dBZ冰雹云体积即使在50 km3以下也会出现三体散射。（4）在本个例中发现多重三体散射，其特征是在雷达径向上三体散射长度较长，为强回波距地高度的3~5倍，随着多重散射次数的增加，散射越来越弱，故多重三体散射强度沿着强回波径向上逐渐减弱。（5）三体散射现象首次出现后，开始出现冰雹,下沉气流使冰雹云回波顶高迅速下落，其中60 dBZ回波顶高下落最为明显，垂直厚度减少最为严重。大冰雹降落后60 dBZ回波底高迅速抬升,体积急剧减小,之后风暴云团回波顶高、体积进入平稳阶段。     

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。     

两次雷暴过程的地闪及回波特征

利用闪电定位系统、多普勒天气雷达、探空和降雨量资料,对南通地区2009年两次雷暴过程的地闪、降雨量和雷达特征进行了详细分析。结果表明:闪电主要集中在较强回波区域,40dBz及以上回波区域地闪尤为密集,但也有部分地闪尤其是正闪,发生在强回波边缘或回波弱的地方;40dBz回波高度突破-10℃温度层结高度的时间提前于第1次地闪,与地闪频数的变化一致性高;雷暴云发展过程中40dBz及以上雷达回波面积和地闪频数跳变较为一致,但出现连续降水时回波面积虽大,地闪频数反而减少;逐时降雨量和观测站周围20km范围内的地闪频数与时均40dBz及以上回波面积的相关性非常好。     

粤西北对流性大风的物理参数及雷达回波特征

为了解粤西北对流天气的特点,对2015—2020年粤西北发生的60个大风和冰雹天气个例的物理参数、雷达产品的特征进行分析,结果表明:粤西北对流性大风的物理参数有明显的季节性和地域性,其中在春季K指数为27~40℃,出现冰雹时普遍≥32℃,TT为30~55℃,t₇₀₀-t₅₀₀>14℃、t₈₅₀-t₅₀₀>22℃,IQ为2800~5000 g·hPa·kg^-1;夏季K指数为35~42℃,TT为42~46℃,IQ为4200~6600 g·hPa·kg^-1。沙氏指数、垂直风切变、特殊高度层等物理参数在对流性大风、冰雹的潜势预报指示意义有一定的局限性。对流性大风的雷达回波春季多为带状和块状,夏季以点状、块状发展为主,径向速度>12 m/s、ET为10~13 km、VIL值30 kg/㎡以上并有急增或急降现象;出现冰雹时多为超级单体,有三体散射现象、V形缺口等特征,回波强度>60 dBz、径向速度>18 m/s、Z_DR>2.4、K_DP>2.8 dBz。     

高分辨率模式雷达回波预报能力分析

利用2018年7—8月GRAPES_3 km、东北短临(WRFRUC)高分辨率模式综合雷达回波预报数据和辽宁省SWAN雷达组合反射率(MCR)实况,基于邻域法FSS评分指数,分析模式在台风北上和副热带高压边缘暴雨过程中的雷达回波预报能力。结果表明:两家模式在不同降水过程中对小阈值雷达回波有较好的预报技巧,随着回波量级增大,模式预报FSS逐渐减小,雷达回波55 dBz时,FSS甚至为0。当邻域半径是3时,35 dBz以下的回波预报中GRAPES模式在台风北上暴雨中的预报技巧低于副热带高压边缘,35 dBz则相反。WRFRUC模式始终表现为台风北上暴雨中预报较好。当邻域半径9时,WRFRUC模式在台风暴雨中的FSS评分高于GRAPES模式,GRAPES模式在副热带高压暴雨中的FSS评分始终高于WRFRUC模式。GRAPES和WRFRUC模式的最大FSS评分技巧均出现在邻域半径是11时,分别为0.239和0.195。GRAPES模式中FSS评分在12 h逐小时预报中前3个时次较强,WRFRUC模式则表现为中间时次强,两头弱。     

河南省强雷暴地闪活动与雷达回波的关系探析

利用ADTD雷电定位显示监测系统资料和郑州714CD多普勒雷达回波资料,对河南省2004--2006年8次雷雨大风伴局地冰雹和强暴雨两类强雷暴天气的地闪和雷达回波的特征及关系进行了分析,从观测事实出发,分析了河南8次强雷暴地闪活动与雷达回波的关系。结果表明:大风冰雹类回波强度为50～60 dBz,暴雨回波强度一般为40～55 dBz。暴雨地闪频数明显多于大风冰雹类;大风冰雹类天气以正闪为主,正闪比例在50%以上,暴雨正闪比例在6%以下;最大正、负闪强度可以出现在强雷暴过程的开始、持续、结束时段。块状单体回波出现或出现前,地闪已经出现,移动过程中的强回波带,少量地闪出现在强回波移动方向的前方20～30 km内,此地闪能很好地预示强回波未来移动方向;对于暴雨类天气,地闪不能很好预示降水的开始,地闪频数的增加预示强暴雨进入持续阶段,地闪减弱比暴雨回波减弱有明显的提前量。雷雨大风冰雹和暴雨持续阶段其正闪密集区和负闪密集区都同40 dBz的强回波区有很好的对应关系。雷雨大风持续阶段地闪数频数突增,整个时段地闪频次具有单峰特征;暴雨整个时段地闪频次具有双峰或多峰值特点以及高频数地闪持续性特点;1小时地闪频数强暴雨远大于雷雨大风冰雹类。暴雨类0℃、-10℃、-20℃层高度及云顶高度一般高于大风冰雹类,△H_(-10～0℃),△H_(-20～0℃),△H_((?)～0℃)三层高度差也大于大风冰雹类。     

准噶尔盆地南缘一次强对流风暴雷达回波演变特征

利用Doppler雷达产品,结合常规观测资料对2008年7月25日中国准噶尔盆地南缘冰雹、强降水的雷达回波结构演变特征进行分析。结果表明：此次冰雹、强降水天气过程发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限的对流不稳定层结中,近低层至地面有中尺度辐合切变线。强风暴的演变可归为＂逗点—‘人’字形—螺旋形＂3个回波阶段,相应径向速度图上出现＂逆风区＂、中气旋和辐合区。冰雹的雷达回波强度中心值超过65 dBz6,0 dBz回波顶高为5.5 km,65 dBz回波顶高为3.0 km。垂直累积液态含水量由10 kg·m^-2增至70 kg·m^-2。强降水的雷达回波强度中心值达60 dBz,55 dBz回波顶高为3.7 km6,0 dBz回波顶高为2.2 km。垂直累积液态含水量由15 kg·m^-2增加至55kg·m^-2。Doppler雷达产品对冰雹、强降水天气监测预警具有指示意义。     

2017年江西汛期设区市城区暴雨回波特征分析

使用江西WebGIS雷达拼图和自动站雨量、雷电监测、强天气监测等数据,以及MICAPS常规天气图资料,对2017年3—7月江西汛期11个设区市26次城区暴雨过程的雷达回波特征进行分析。结果表明:2017年江西汛期共出现52日暴雨过程,其中江西11个设区市所在地城区出现26次暴雨。在这26次城区暴雨个例中,有23次伴随出现短时强降水,有3次降水比较均匀。暴雨维持时间长短不一,最长的有15 h,最短只有3 h,平均是10 h。有5次出现大风天气,21次没有大风出现。雷达回波特征主要有3种:块状(强单体、超级单体)、带状(飑线、回波带)、絮状(絮带、絮团)。这3种回波形态特征,出现率最高的是絮状回波,即比较宽、嵌有中等强度的对流单体絮带状回波带,强度40～55 dBz,出现16次,概率62%;其次是窄而长、紧密排列由强单体组成的飑线回波带,强度50～60 dBz,出现8次,概率30%;块状(强单体、超级单体)回波强度最强,中心强度达到60～70 dBz,出现2次,概率8%。