风廓线雷达在北京市气象局的业务应用

简要总结了近年来风廓线雷达探测资料在北京市气象局的业务应用情况。风廓线雷达为实时监测、分析天气系统尤其是中小尺度天气系统的发生、发展提供了可能。其资料直接或二次开发后应用到天气监测、个例分析中,有利于加强预报员对中小尺度天气系统物理机制的进一步认识和理解,提高短时临近预报水平。风廓线雷达和微波辐射计配合使用,可以构建特种探空,用于补充常规探空时空分辨率的不足。该文目的旨在为风廓线雷达的业务应用提供更好的参考和借鉴。     

奥帆赛气象服务风廓线雷达的技术保障

风廓线雷达能够帮助预报员掌握周边冷暖气流的活动概况,为改进短期-短时天气预报提供新的依据,可以提高预报人员对天气系统的诊断、预测能力。针对风廓线雷达在运行中出现的问题,提出解决办法。     

多种探测产品在副高边缘一次短时预报中的应用

综合运用风廓线产品、多普勒天气雷达、GPS水汽探测产品和ANC预报产品以及中尺度数值预报模式,分析了2008年7月9日位于副热带高压边缘的青岛奥帆海区天气的变化,结果表明,风廓线产品可以很好地表征副热带高压的变化趋势,结合多普勒雷达资料、ANC预报产品和GPS水汽探测产品,制作特定区域短时降水预报,效果比较显著。     

多普勒雷达风廓线的反演及变分同化试验

为了将雷达风场资料更好地应用到数值预报模式中, 使用VAD方法反演多普勒雷达风廓线并处理成标准的探空资料进行变分同化试验。结果表明: VAD方法反演的风廓线与探空实况对应较好, 验证了用VAD技术反演风廓线的可行性。用GRAPES-Meso模式的三维变分同化系统对雷达风廓线资料进行同化后, 风场的初始场明显改善, 降水强度和落区预报也有不同程度的改善。其中, 对6 h降水预报的改善明显优于对24 h的预报改善。另外, 在短时强降水预报中, 雷达风场资料的同化频率和同化窗口的不同, 对降水预报的改善情况也有所差异。在个例研究中, 同化间隔为1 h的方案6 h降水预报要优于同化间隔为3 h和6 h的方案, 同化窗口为3 h的试验方案6 h降水预报要好于同化窗口为6 h的试验方案。     

一次弱天气背景下极端短时强降水过程的风廓线雷达分析

基于风廓线雷达、多普勒天气雷达和分钟级自动气象站观测资料,分析了2022年8月3日成都一次极端短时强降水过程中水平风、垂直速度、大气折射率结构常数、低空急流指数和垂直风切变的演变特征,探讨了风廓线雷达对短时强降水天气的应用。结果表明：（1）此次极端短时强降水是在弱天气背景、本地水汽条件好的条件下,由低层东风脉动触发的降水效率极高的暖云降水。（2）风廓线雷达组网资料能够捕捉到大气环流中小尺度的变化,对本次短时强降水的发生及落区有较好的短临预报意义。（3）风廓线雷达测得的风场变化较降水发生时间更早,对降水预报有较好的指示价值。（4）垂直速度和大气折射率结构常数能够很好地反映降水的发生和结束。（5）低空急流指数和垂直风切变在降水发生前40 min出现明显增大。     

风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望

风廓线雷达是目前我国着重规划发展的垂直风廓线探测设备,其探测资料对天气预报预警具有重要价值。本文回顾了风廓线雷达资料在灾害性天气监测和预报中的应用,阐述了业务应用中存在的主要问题和未来发展的方向。风廓线雷达探测产品能够监测不同尺度天气系统的结构和演变,估计降水相态以及雨滴谱分布的云微物理信息,其提供的高空风资料进入快速同化系统和中尺度模式可以提高预报准确率,最后介绍了风廓线雷达单站和组网资料在强对流天气监测和业务中的应用情况,为预报员通过利用风廓线雷达资料了解天气系统的中尺度信息提供了一定的参考。     

二次开发风廓线探测资料及其在天气预报中的应用

简要介绍了北京市气象局4部风廓线探测雷达的基本探测性能。讨论了新型探测数据(风廓线资料)在预报工作中的基本应用情况,重点讨论根据大气物理方程,利用风廓线数据可以进行的一些二次开发利用。通过分析2008年8月北京地区两个天气过程,介绍风廓线资料在天气预报中的应用。结果表明,相比于风廓线基础数据,经二次开发计算的物理量,对天气系统的发生、发展具有更好的指示意义,有助于改进北京地区短时和临近精细化预报。     

风廓线雷达资料在GRAPES-Meso模式中的同化应用研究

以未来业务化应用为目标,本文进行了业务数值预报模式GRAPES_Meso（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中的风廓线雷达资料同化应用研究。基于2015年7月的全国风廓线雷达观测数据,首先建立了面向同化应用的风廓线雷达资料两步质量控制方案。通过对比分析质量控制前后风廓线雷达观测资料集与欧洲中心再分析资料ERA-Interim的差值场特征,论证了质量控制方案的合理性,两步质控后风场误差显著减小,同时观测背景差更接近高斯分布,符合数值同化应用假设。将质量控制后的风廓线雷达资料应用于GRAPES-3DVAR系统,开展有、无风廓线雷达资料同化的对比试验,通过批量试验和台风“莲花”个例分析来探讨风廓线雷达资料同化对数值预报的影响。研究表明:在循环同化过程中加入风廓线雷达资料对数值模式初始场有一定改善,风场、温度场、湿度场的分析误差均有减小,从而使短期降水（0～12 h）的预报技巧得以提高。针对台风暴雨个例分析结果表明,风廓线雷达资料同化能有效地调整台风降水区的动力结构和水汽分布,在模式中形成更有利于对流发展的环境条件,从而更好地预报降水的位置与强度。     

面向资料同化风廓线雷达水平风产品质量初步分析

为了实现我国风廓线雷达资料能尽快应用到业务数值预报同化系统,以改善数值预报模式初始场,文章对风廓线雷达水平风产品质量特点进行分析,为质量控制和同化应用提供依据。通过该类资料与数值预报背景场的对比并结合探空和降水等资料,分析了风廓线雷达水平风产品数值预报应用的质量特点并明确了质量控制需要关注的问题。分析的风廓线雷达水平风产品的数据来源是国家气象信息中心国家级气象资料存储检索系统(MDSS),分析资料时间时段为2012年5月1—31日。结果显示：针对资料同化应用,小时平均采样风优于实时采样风;现有风廓线雷达水平风产品包含大量超过有效探测高度的数据,这些数据相对数值预报背景场偏差异常偏大;在各自设定有效探测高度范围内的资料,PA型号雷达水平风产品相对数值预报背景场偏差最小,PB型号次之,LC型号最大;在设定有效探测高度范围内的资料相对数值预报背景场基本无偏,偏差在一倍标准差范围内的数据量达到89%以上,二倍标准差范围内的数据达到97%以上,三倍标准差数据达到98%以上;降水是影响资料质量的重要原因,应用时需针对降水进行细致分析与质控。     

风廓线雷达资料对华南区域模式预报的影响

设计基于GRAPES_Meso的不同试验模拟2014年3月28日-4月8日的广东前汛期降水过程,评估风廓线资料对同化和预报的影响。对资料同化后分析增量的分析表明:相比同化时仅使用自动气象站资料,风廓线雷达资料对1000 hPa到850 hPa纬向风增量均有贡献,在850 hPa,700 hPa高度以上贡献迅速减小。应用3个试验的预报结果计算探空站、风廓线雷达站预报值与观测值的11 d均方根误差发现,同化加入风廓线雷达资料对各预报要素的改善在850 hPa高度最明显,其中风速预报误差显著降低,为0.7 m·s-1。此外,风廓线雷达资料对700 hPa风速预报有一定改善,而在925 hPa高度模拟效果反而降低。通过对2014年3月30日12:00（世界时）的个例分析发现,同化加入风廓线雷达资料的风速预报均方根误差在大雨级别以上的降水落区更大,其原因还有待于进一步研究。     

风廓线雷达反演温度平流的应用

利用北京延庆站风廓线雷达水平风廓线资料进行大气温度平流的反演,详细分析2014年11月15日夜间冷空气入侵过程,并统计分析2015年9—11月6次冷空气入侵过程,同T639L60模式的预报风场及温度平流预报产品进行对比。结果表明:在一定预报时效内 (约6~12 h),风廓线雷达获取的水平风廓线与模式给出的预报风场有较好的一致性;由风廓线雷达反演的温度平流与模式给出的温度平流量级相同,温度平流属性一致;风廓线雷达6 min完成1次垂直高度分辨率为120 m的探测,高时空分辨率使风廓线雷达获取的温度平流较T639L60模式更能反映大气温度平流的细节。     

风廓线雷达资料对GRAPES_MESO数值预报系统影响的初步研究

针对一个南方切变线系统降水个例,通过观测系统模拟试验(OSSEs)对我国拟建风廓线雷达观测网内的不同类型风廓线雷达观测资料在GRAPES_MESO系统中的影响、对风廓线雷达观测和探空观测及两者混合使用时在GRAPES_MESO系统中的影响差异进行了初步分析和讨论。试验结果表明,在GRAPES_MESO系统中,风廓线雷达资料对500 hPa高度以下水平风速分析场的修正作用明显优于探空资料;风廓线雷达资料对水平风速分析场的影响高度极限大约在300 hPa附近,经过6h的传播,其影响可以向上继续传播至250 hPa以上高度;在300 hPa高度以下,同化对流层Ⅱ型风廓线雷达资料对水平风速分析场的影响比边界层型风廓线雷达资料略大;单独同化风廓线雷达资料对降水预报的贡献较弱,与探空观测混合使用时有助改进降水预报。     

风廓线雷达资料在暴雪天气过程中的应用

通过对2010年12月15日湖州市暴雪过程的风廓线雷达资料分析发现: 风廓线雷达风资料可以清楚地展示暴雪过程风场变化特点,通过分析高低层冷暖平流的分布变化情况,进一步了解暴雪过程的大气层结结构;风廓线雷达探测到的垂直速度、折射率结构常数及探测高度等指标的变化能反映降雪的开始、结束以及降雪的强度,为精细化预报提供参考。     

风廓线雷达资料在暴雪天气过程中的应用

通过对2010年12月15日湖州市暴雪过程的风廓线雷达资料分析发现：风廓线雷达风资料可以清楚地展示暴雪过程风场变化特点,通过分析高低层冷暖平流的分布变化情况,进一步了解暴雪过程的大气层结结构;风廓线雷达探测到的垂直速度、折射率结构常数及探测高度等指标的变化能反映降雪的开始、结束以及降雪的强度,为精细化预报提供参考。     

风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

风廓线雷达资料在3次气旋过程短临预报中的应用

利用2008年8月3次气旋过程中风廓线雷达测得的风数据,结合区域自动站数据和天气学理论,对气旋和高空槽天气系统的移动情况、气象要素变化和对短期或临近预报的指导作用进行了分析和总结。结果表明：可以根据风廓线图中风的演变情况,辅以区域自动站、天气图等资料,对气旋和高空槽天气系统所带来的降水、大风等天气发展趋势提供可靠的指示作用。从而为气旋、高空槽短时临近预报的精细化提供实况和理论上的支持,进而达到提高短时临近预报、特别是对危险天气的预报准确率。     

宁夏一次短时暴雨天气的跟踪预报分析

用卫星云图、雷达对2008年8月7日强对流天气产生的暴雨过程跟踪观测资料,结合自动站地面降水实况和WRF模式风场资料进行短时预报分析.结果表明:扩散东移冷空气和副热带高压边缘偏南暖湿气流的共同影响下,大气层结不稳定发生强烈的强对流天气;利用卫星云图,新一代天气雷达基本反射率强度图、0.5°仰角基本速度图和风廓线产品跟踪监测,综合分析预报短时暴雨天气是有效的方法.     

“麦德姆”台风过程中冷空气活动分析 及风廓线雷达资料的应用

利用NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料、常规气象观测资料和潍坊风廓线雷达资料综合分析了台风“麦德姆”影响山东时的环流背景、冷空气活动和风廓线特征,结果表明：此次台风暴雨过程中,西风槽冷空气渗透到台风倒槽云系,通过在低层形成冷垫强迫暖空气抬升,形成斜压锋区后触发不稳定能量及潜热能释放,对暴雨的产生加强起了巨大作用;风廓线雷达的垂直风场分布对此次降水的强弱特别是短时强降水的预报有明显的指示作用,低层风速迅速加大的时段与潍坊短时强降水出现的时段是一致的。     

2012年7月末天津暴雨过程的扰动特征

利用多普勒雷达和风廓线雷达资料,辅以高分辨率的地面自动气象站资料,对2012年7月25—26日天津地区的一次大暴雨(局部特大暴雨)过程进行扰动特征分析。结果表明:1)大暴雨过程的雷达回波表现为高质心结构,气旋式辐合与对流中上升气流及后侧下沉气流紧密相连,表现出较好的对流组织性,也预示强降雨将持续发展。逆风区的维持与伸展的高度可作为暴雨预报的先兆信号。2)地面辐合线与雷达回波上对流单体出现"列车效应"的区域有很好的一致性。地面形成的气旋性闭合环流和中小尺度环流辐合作用的稳定维持是产生大暴雨的重要因素。3)由风廓线资料可详细分析出暴雨过程中低空急流及边界层急流的扰动过程。在强降雨发生前,急流强度明显增强,与雷达回波上的"列车效应"是一致的,但比雷达更早出现。风廓线资料中低空急流和边界层急流的增强态势,对大暴雨短时临近预报具有很好的指示意义。     

风廓线雷达资料在一次强对流天气过程中的应用

通过分析2010年6月28日广州市南沙区强对流天气过程的风廓线雷达资料发现：风廓线雷达测得的温度廓线资料可以很直观地显示边界层逆温及高温区域随时间的变化;风廓线雷达产品（垂直速度和信号噪声比）能清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度;风廓线雷达可以很好的监测到低空急流的发生发展及水平风的垂直切变．对强对流天气的预报有...