双线偏振雷达产品生成软件系统研究

该项目的目的是以我国新一代天气雷达为工作平台,开发一套利用双线偏振雷达探测物理量,高精度反演降水强度、降水总量、液态含水量和识别冰雹区、过冷水区、降雨区、降雪区、降雹降雨混合区等的软件系统。 双线偏振雷达是继多普勒雷达技术后,将在我国逐步推广的雷达探测技术。在我国新一代多普勒天气雷达系统上增加双线偏振功能后,可以直接探测到与降水粒子的微物理特征有关的差分反射率因子、退偏振因子、差相移、零延迟交叉信号的相关系数等物理量。双线偏振雷达可以改善雷达估测降水的能力,有效识别降水粒子的相态和大小,在人工影响天气、灾害性天气的监测和预警、水库和城市水源的管理、航空等领域有很大应用潜力。     

我国雷达气象工作的新进展

一、前言 雷达用于探测降水天气,在我国已有近三十年的历史。天气雷达在对台风、暴雨、冰雹、龙卷等强对流天气的探测中,显示了它的优异性能;在对中、小尺度天气系统的研究、大面积降水的定量测量、人工影响天气试验以及云和降水物理学研究等项科学实验中,也显示出具有巨大的潜在能力。为了对降水等天气的探测、警戒,全国各地陆续设置了许多天气雷达,开展了日常的探测业务。     

基于气象卫星资料的天气雷达非降水回波消除方法

在分析天气雷达回波与卫星云图的基础上,利用"点对块"的匹配方式对雷达、卫星资料空间一致性进行处理,提出了基于气象卫星(Himawari-8)高时空分辨率资料的天气雷达非降水回波消除方法,并选取晴空非降水回波分布较广的华北、华中和长江中下游地区为研究范围,以地面气象观测的降水资料为标准,对降水和非降水条件下卫星资料红外亮温(TBB)特性值进行统计分析,得到TBB的概率分布,采用红外亮温阈值法进行天气雷达非降水回波的消除。选取2016年7月1—30日地面气象观测资料对该方法消除效果进行检验评估,该方法的正确识别率达88.5%。个例效果检验表明:该方法能够有效地识别消除大部分非降水回波,在基于现有天气雷达资料质量控制方法的基础上可进一步提高雷达数据质量;该方法对无云条件的非降水识别率较高,对降水回波误判率较低,但对有云条件下的非降水回波识别率较低。     

基于雷达回波最大重叠率的一种临近降水预报方法

基于天气雷达的临近降水预报是雷达短时预报业务系统的重要组成部分,本文在回顾雷达临近降水预报技术发展的基础上,充分考虑新一代天气雷达高时间、空间分辨率的优点,提出两个相邻时刻雷达回波具有最大重叠率的移向、移速是与降水系统整体的移向、移速密切相关的论点,再用此移向、移速对当前雷达回波进行平移,最后采用九点平均的回波生消模型...     

兰州新一代天气雷达降水估计的误差来源

兰州新一代天气雷达(C波段)，采用了目前世界上先进的雷达、多普勒、计算机，微电子技术等科技成果，具备了全天候的探测能力和丰富的雷达产品．增强了对兰州及其周边地区中小尺度天气系统的探测及预报能力^I[l]。文中介绍了雷达估计降水原理，并从雷达估计降水原理和外界物理条件方面分析兰州新一代天气雷达对兰州及周边地区降水估计的误差来源。     

区域天气雷达拼图的应用

通过对 1998年 7月开始实行的全国天气雷达拼图产品的生成、使用方法及存在问题进行分析 ,得出了天气雷达拼图应用的优点 ;大范围天气雷达组网拼图资料比天气图的时空分辨率高 ,能及时掌握天气系统的演变及生消过程 ,有利于预报员分析和制作降水预报。     

区域天气雷达拼图的应用

通过对1998年7月开始实行的全国天气雷达拼图产品的生成、使用方法及存在问题进行分析，得出了天气雷达拼图应用的优点；大范围天气雷达组网拼图资料比天气图的时空分辨率高，能及时掌握天气系统的演变及生消过程，有利于预报员分析和制作降水预报。     

遥感、遥测信息在短时预报中的综合分析及应用

利用卫星、雷达、闪电定位、自动雨量计等遥感、遥测设备获取的多种信息,对低纬高原地区所发生的强对流天气系统进行综合分析,着重讨论多普勒天气雷达、闪电定位仪和自动遥测雨量计等先进探测工具,在短时预报中的作用。分析表明:因多普勒雷达具有很强的探测能力,对其所获取的对流天气中的径向速度、回波强度和回波顶高进行仔细分析,可在短时降水和冰雹预报中取得较好效果;闪电定位仪可对整个低纬高原及周边地区的中小尺度风暴系统活动实施全天候监测,是短时强对流预报的有效工具;自动遥测雨量计可与多普勒天气雷达相配合提高对短时降水的监测预警能力;卫星云图与多普勒雷达、闪电定位仪和自动雨量计等遥感、遥测手段结合应用,可提高对低纬高原地区中小尺度风暴系统发生发展天气背景场的监测预警和短时预报能力。     

遥感、遥测信息在短时预报中的综合分析及应用

利用卫星、雷达、闪电定位、自动雨量计等遥感、遥测设备获取的多种信息,对低纬高原地区所发生的强对流天气系统进行综合分析,着重讨论多普勒天气雷达、闪电定位仪和自动遥测雨量计等先进探测工具,在短时预报中的作用。分析表明：因多普勒雷达具有很强的探测能力,对其所获取的对流天气中的径向速度、回波强度和回波顶高进行仔细分析,可在短时降水和冰雹预报中取得较好效果;闪电定位仪可对整个低纬高原及周边地区的中小尺度风暴系统活动实施全天候监测,是短时强对流预报的有效工具;自动遥测雨量计可与多普勒天气雷达相配合提高对短时降水的监测预警能力;卫星云图与多普勒雷达、闪电定位仪和自动雨量计等遥感、遥测手段结合应用,可提高对低纬高原地区中小尺度风暴系统发生发展天气背景场的监测预警和短时预报能力。     

《新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统》应用

主要介绍河南省气象台2007年引进中国气象科学研究院研制的<新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统>的结构和产品,本地化参数设置和资料传输处理,以及在2007年汛期的业务使用情况.该系统充分利用新一代天气雷达基数据,除了可以显示常用产品外,还生成"逆风区识别"、"中气旋识别"、"暴雨回波识别"、"飑线识别"、"风暴识别"、"强冰雹识别"以及1到3小时"降水临近预报"、"回波外推预报"和"雷达雨量计联合估测降水"、"定量估测降水集成"等一系列业务应用产品,在强对流天气监测与预警中具有明显的指导和预警作用,是实际业务工作中不可缺少的工具之一.     

美国天气雷达现况及发展趋势

一、美国的天气雷达美国从开始使用天气雷达到现在已有三十多年的历史,从公布的资料来看,估计美国国内天气雷达的总数不下于三百部.美国的天气雷达主要采用10公分和5公分两个波长,早期曾使用过的3公分天气雷达,由于受降水衰减影响大,不能提供确切的降水和风暴的资料,已被淘汰.国家天气局系统主要使用10公分     

2008年贵州两次大暴雨过程雷达回波演变特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料,分析贵州2008年2次典型的大暴雨过程。分析表明,这2次大暴雨过程呈现雨量大、雨强强,降水成片等特点,其回波演变特征出现了低质心回波、逆风区、低空急流等一般暴雨的雷达回波演变特征。降水直接影响系统为中尺度对流系统(MCS),在雷达回波图上表现为对流型降水和混合云降水,混合云降水贡献相对较大。     

长沙机场阵列天气雷达风场验证

利用2019年4—9月高时空分辨率的长沙机场阵列天气雷达资料开展三维变分（three-dimensional variational data assimilation,3DVAR）风场反演研究。为验证该算法的反演效果,选取外场试验中10次降水过程,在阵列天气雷达的三维精细探测区内,采用阵列天气雷达合成风场和1部L波段边界层风廓线雷达产品作为参考值对阵列反演风场进行验证评估。结果表明:在稳定性降水条件下,阵列反演风场与阵列合成风场、风廓线雷达产品的结果较为一致;在对流性降水条件下,由于不均匀性会造成风廓线测风精度下降,风廓线雷达产品与阵列反演风场和阵列合成风场差异较大。阵列反演风场与阵列合成风场在稳定性、对流性降水条件下水平风速相对偏差分别低于19%,29%,水平风向差分别低于14.92°,26.35°,稳定性降水条件下阵列反演风场更优,误差在可接受范围内。两种算法得到的风场结构符合各类天气系统的基本特征,水平风场空间分布和风速、风向非常接近。     

多普勒天气雷达资料应用培训班圆满结束

西南空管局成都气象中心从美国引进的多普勒天气雷达 ,经过一年多的建设 ,已完成了多普勒天气雷达的安装及调试工作 ,此部雷达的安装调试成功 ,结束了西南地区没有多普勒雷达的历史 ,标志着我们对天气系统 ,特别是对强对流天气系统的探测朝着精细化方向大大地迈进了一步。多普勒雷达是目前世界上最先进的数字化天气雷达 ,它除了具有常规天气雷达的作用外 ,还可以利用多普勒效应测定降水粒子的径向速度 ,并据此推断天气系统的风场结构特征 ,垂直气流速度 ,大气湍流 ,降水粒子谱分布等 ,具有强大的探测功能。为使多普勒雷达顺利开放使用 ,2 0 …     

基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5～6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5～6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

一次暴雨天气过程的多普勒雷达特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料和常规天气资料,详细分析了2008年7月30—31日鄂尔多斯市北部地区出现暴雨的天气过程。结果表明:从雷达资料中可以清楚地看出降水的性质,及降水性质转变的具体时间(从暖区降水转为冷锋后降水)、冷锋的位置、降水云系的强弱、降水天气开始和结束的时段,降水云团何时加强、何时减弱等特征。     

SWAN系统中QPE产品的应用评估

“灾害天气短时临近预报系统”(SWAN)在我国气象预报业务中已得到广泛应用。文章介绍其中雷达定量降水估算QPE算法 (RASIM方法)的技术与特点,选取湖北省6部S波段多普勒天气雷达在2012年探测的暴雨天气过程资料,系统性评估了SWAN系统中QPE产品实用性,初步分析了产生估算误差的原因。评估表明：整体而言该方法在湖北省使用效果较好,平均绝对误差率小于30%;探测距离的增加对S波段雷达QPE精度影响不大;各雷达对30 mm以上降水的估算平均绝对误差率较小,但估算结果较实况偏弱,随着雨量（雨强）增大,低估的比例也增大。就单部雷达而言,宜昌雷达估算降水误差最大,武汉雷达受附近建筑遮挡影响次之,恩施雷达估算降水误差最小。     

2005年一次东北低涡暴雨天气过程分析

对2005年7月27～29日黑龙江省低涡暴雨天气的影响系统、物理量场、云图和雷达回波进行了诊断分析。结果表明低涡暴雨对高、中、低纬度系统的配合要求很高;低涡暴雨有比较固定的降水落区;物理量、云图、雷达回波在暴雨开始前都能有效地用于预报暴雨降水时段。     

天山山区有利人工增雨的综合条件分析

利用天山山区2001～2002年6～7月31次较强降水天气过程的实况资料和20个降水日的28例云系的711数字化雷达资料，对天山山区夏季有利于人工增雨的气象条件、雷达回波资料及探空资料，分析了影响天山山区降水的几种主要天气系统、各种系统下降水回波源地、性质、变化、移向移速等活动规律，归纳出相关雷达回波参数和判据，为今后山区高炮一火箭人工增雨作业提供了一些科学依据。