毫米波雷达在小尺度云雾系统监测中的应用

运用毫米波雷达结合地面观测对2017年4月15-16日发生在宁波北部海域的大范围大雾天气过程进行了分析.结果 表明:毫米波雷达可以实现对10 km左右的液态水系统、千米左右游离液态水团和更小尺度的局地短时液态水团等进行有效监测.10 km尺度的液态水系统过境使站点的能见度呈现深V型变化;未有液态水系统过境的站点,在靠近...     

毫米波雷达在港口海雾观测和能见度反演中的应用

利用2014年12月和2015年3月浙江省宁波市北仑海港光明码头毫米波雷达观测数据及分布在毫米波雷达附近的4部前向散射能见度仪观测数据,开展海雾联合观测实验,建立雷达反射率与海雾能见度的关系。结果表明:(1)毫米波雷达可以获取海雾的内部结构、分布范围、云雾强度随距离和高度的变化趋势;(2)当雷达反射率上升时,能见度降低,反之升高。通过毫米波雷达反演的能见度与能见度仪观测值有较好的相关性;(3)订正后的反演算法进一步提高了毫米波雷达反演海雾能见度的准确性。     

两次降水过程的微降雨雷达探测精度分析

垂直指向微降雨雷达(MRR)能够测量从近地面至高空的雷达反射率因子和雨滴谱分布特征,对认识降水微物理结构,改进雷达定量降水估计精度有重要作用。为评估MRR探测的雨滴谱分布、降水和雷达回波精度,利用南京地区夏季观测的两次降水过程,将MRR与业务S波段天气雷达、二维视频雨滴谱仪、常规雨量筒观测进行层状云降水和对流性降水下的定量对比分析。结果表明,MRR垂直探测的雷达反射率因子与S波段雷达观测在中低层(＜4 km)平均差异＜1 dB, 但高层(＞4 km)出现显著低估,且该现象随降水强度增强更明显,这主要是雷达回波衰减导致。MRR在回波强度＜35 dBz时对降水率的探测精度较高,但在＞35 dBz时低估降水。其中,层状云降水的降水率比对流性降水更接近雨量筒观测。常规雨量筒对0.1 mm以下的降水无探测能力,而MRR探测敏感度较高,对于微弱降水率的估计效果也很好。由于MRR最大探测范围的限制,相对于2DVD而言,MRR探测的最大粒子直径低估、最小粒子浓度高估,但在中间段的探测效果和2DVD雨滴谱观测一致性较高。总体而言,MRR是一个有效的降水探测仪器,其探测结果在层状云降水过程中优于对流性降水过程。     

降水现象与雾同时存在的观测

雾是南方常见的影响能见度的视程障碍现象 ,它的特征是大量微小的水滴浮游空中 ,常呈乳白色 ,使水平能见度 <1 .0km。雾有时会伴有降水出现。由于《地面气象观测规范》指出 ,毛毛雨一般降自雾或层云中 ,有些观点就认为 ,出现雾时 ,一定要把同时存在的降水记为或转记为毛毛雨才恰当。其实不然。《规范》并没有硬性地规定雾一定要配合毛毛雨出现 ,有雾时的降水也可以是雨或阵雨。那么 ,在实际工作中 ,怎样来判断有雾时降水的性质呢 ?1　雾形成的条件形成雾的物理过程就是近地面层大气降温增湿的过程。东莞站位于郊外旅游区内 ,观测场四周大都…     

毫米波雷达测云个例研究

云参数是影响降水和大气辐射过程的重要因子,但对云参数的遥感探测存在许多困难。利用35GHz的毫米波雷达进行云探测,并进行云参数反演研究,反演了云水含量、冰水含量和云滴有效直径的垂直廓线,得到了6类云况的垂直分布。结果表明：1）不同类型的云具有不同的云参数分布;2）在低于-15dBz的非降水云情况下,反演的云水含量及云滴有效直径较可靠;3）雷达探测的线性退偏振比因子,可以用于判别云中的过冷却水和冰晶,有助于更好了解云的宏微观特征。     

华南地区降水与雾的关系初探

本文分析了华南地区雾（能见度）的影响因子，重点分析降水与雾的联系。分析表明，华南地区降水与雾有显著的关系，有无降水反映了不同过程和类型的雾，其形成条件和机理相应也不同。轻雾和浓雾在形成条件和机理上有重要差别，而不仅仅是程度的不同。在成因和因子分析基础上对雾（能见度）进行数值模式释用预报是可行的。     

Ka波段毫米波云雷达对青藏高原东南缘降水回波的分析

利用丽江站新建的Ka波段毫米波云雷达获得的高时间分辨率的垂直观测资料,结合同址的地面自动气象站和雨滴谱的分钟数据、常规探空数据和附近C波段天气雷达的强度回波,分析了两次降水过程前后云雷达反射率因子Z、径向速度V_r、速度谱宽S_w的垂直变化规律。分析表明:在发生弱降水时,云雷达Z在垂直方向的变化不明显;但V_r、S_w值在0℃层稍低位置有一个明显的分界层(融化层),粒子通过融化层后V_r、S_w都是快速变大,这个变化主要是粒子的相态由固态变成液态引发的,可以通过V_r、S_w突变值的位置来识别0℃层亮带的高度。从C波段天气雷达回波强度、剖面图及云雷达位置的时间-高度图看,对毛毛雨和小雨的回波,强度和高度差异比较明显,毛毛雨比小雨回波高度低、强度弱,与云雷达相比C波段雷达对高一些的云观测不到,对距离较远的弱降水回波无法观测到;由于相同粒子对不同波长电磁波的散射不一样,造成两种雷达垂直方向观测到的Z变化不同。对比弱降水回波,云雷达在...     

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。      

毫米波雷达在北仑港区海雾监测中的应用

2016年底,毫米波雷达在国内首次作为一种海雾监测的技术手段被引入到宁波北仑港区。本文利用2015—2018年北仑港周边多个区域自动站的能见度监测资料,分析区域内海雾分布特点,并对比了2018年两次低能见度天气个例。结果表明:①不同区域海雾差别较大,沿海区域雾日比陆地多,高海拔的较低海拔多;②港区海雾主要出现在3—6月并有逐月增多趋势;③毫米波雷达监测到的海雾个例,回波强度在-20dBz左右,可完整记录雾的空间分布及其生消过程,毫米波雷达能清晰监测到云、雾的分层分布。毫米波雷达在港区海雾监测中具有明显优势。     

毫米波雷达在台风外围云系研究中的应用

为评估台风条件下毫米波雷达的探测表现,利用上海2018年和2019年4个台风影响期间的毫米波雷达数据,结合雨滴谱仪、静止卫星、S波段天气雷达等资料,探讨了利用毫米波雷达研究台风外围云系的可能性。结果表明：毫米波雷达探测台风外围区域具有良好的性能,对于云降水结构的垂直探测具有一定应用潜力;在降水强度低于5mm·h-1时雷达对于云顶高度的探测较为准确;提出一种融化层亮带判别方法,亮带识别结果与探空观测一致。对比毫米波雷达与S波段天气雷达降水强度反演,结果显示利用毫米波雷达衰减特征能够实现降水强度廓线的反演,但需要对存在显著雨滴碰并增长的降水进行识别并订正,可为毫米波雷达探测台风外围云系提供参考依据。     

Comparison of Liquid Water Content Retrievals for Airborne Millimeter-Wave Radar with Different Particle Parameter Schemes

In the application of the physical iterative method to retrieve millimeter-wave radar liquid water content(LWC) and liquid water path(LWP), particle parameter scheme is the main factor affecting retrieval performance. In this paper, synchronous measurements of an airborne millimeter-wave radar and a hot-wire probe in stratus cloud are used to compare the LWC retrievals of the oceanic and continental particle parameter scheme with diameter less than 50μm and the particle parameter scheme with diameter less than 500μm and 1500μm(scheme 1, scheme 2, scheme 3, and scheme4, respectively). The results show that the particle parameter scheme needs to be selected according to the reflectivity factor when using the physical iterative method to retrieve the LWC and LWP. When the reflectivity factor is less than-30 d BZ, the retrieval error of scheme 1 is the minimum. When the reflectivity factor is greater than-30 d BZ, the retrieval error of scheme 4 is the minimum. Based on the reflectance factor value, the LWP retrievals of scheme 4 are closer to the measurements, the average relative bias is 5.2%, and the minimum relative bias is 4.4 %. Compared with other schemes,scheme 4 seems to be more useful for the LWC and LWP retrieval of stratus cloud in China.     

双偏振多普勒天气雷达差分反射率因子的测量误差

针对同时发射、同时接收体制双偏振多普勒天气雷达,论述了测量差分反射率因子时雷达应满足的基本要求,提出了测量差分反射率因子时能够引入误差的3类因素,即雷达测量基本要求不满足、接收机噪声和散射粒子相对运动引起的回波功率起伏、云雨目标对水平极化波和垂直极化波衰减的不同,并分别对影响差分反射率因子测量误差的各种因素及其影响程度,进行了深入研究和分析.     

双线偏振多普勒雷达估算降水方法的比较研究

用美国KOUN双线偏振多普勒雷达2003年5～6月观测的两次强对流降水的天气过程资料，研究了从冰雹云降水回波中剔除冰雹回波得到液态降水区域的方法，冰雹回波剔除的结果保证了估测降水量不受冰雹的影响；分析了S波段双线偏振多普勒雷达几种估测降水强度方法的差异，并与地面雨量站资料进行对比，研究了KDP计算方法本身对降水估测的影响。结果表明：在实际的估测降水中，不同降水估测方法得到的结果有较大的差异，利用KDP估测降水的方法不适合小雨阶段的测量。     

差分反射率ZDR和反射率Ze测雨精度的对比分析

本文根据大量不同类型降雨的雨滴谱资料，分析了两种雷达测雨与滴尺度分布的关系，模拟计算了双线偏振雷达可测到的(R/ZH)-ZDR和常规天气雷达可测到的Z-R经验关系和它们在测量降雨率精度的对比分析。表明差分反射率ZDR对改进雷达测雨的精度有着明显的优势。     

北京与天津CINRAD雷达回波强度对比分析

认识并消除雷达之间存在的回波强度差异对于跨雷达组网应用有重要价值。利用2012年7月北京、天津两部新一代天气雷达CINRAD降水回波强度的体扫资料,在两部雷达等距离剖面附近对观测值差异进行原因分析,从仰角、方位角、距离、地形、时间序列等角度,讨论匹配样本的一致性和差异特征。结果表明:北京、天津雷达工作状态良好,两者未发现系统性偏差,但两者的方位角可能存在1°左右的偏差;平原地区样本的一致性优于山地;除了距离相关因素(有效照射体体积、高度差异等),电磁波传播路径不同,大气云雨的积分衰减和折射影响不同,也是导致样本差异的原因。     

基于雷达组网拼图和XGBoost的雷达定量降水估测

针对传统方法采用天气雷达进行强降水的定量估测存在较大偏差问题,论文以1 h累计雨量为估测对象,基于雷达组网拼图资料,采用XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)算法,建立新的雷达估测降水模型。该模型设计以前1 h的雷达组合反射率因子作为输入,进一步采用若干个剔除异常样本的策略有效清除建模样本中的部分噪声,更好地构建了雷达组合反射率与估测对象之间的非线性映射关系。在32万个独立检验样本的估测结果中,其均方根误差(RMSE)为6.04 mm、平均绝对误差(MAE)为3.50 mm、预报偏差(BIAS)为1.05;与目前业务系统上使用的ZR(300,1.4)关系方法相比,前者的RMSE和MAE分别下降了20.6%和10.3%,而BIAS指标则显示后者对降水量级的估测明显低估。进一步对小时雨强大于10 mm样本的统计结果表明,新方案的RMSE、MAE以及TS评分均大幅优于ZR(300,1.4)关系方法,可进行实际业务应用。     

一次飑线过程的多普勒雷达资料分析

利用承德多普勒雷达的反射率因子、径向速度、垂直积分液态含水量（VIL）等产品,结合环流形势和自动站资料,对2008年6月25日发生在承德境内的一次飑线天气过程进行了分析,初步探讨了承德地区飑线天气过程的多普勒雷达回波演变特征,分析结果表明：大风位于弓形飑线回波的凸起部位。负速度中心值逐渐增大到〉27m／s且逐渐靠近雷达,预示大风天气的出现。VIL值的剧减、跃增和持续高的ET与大风、冰雹等强对流天气有一定的对应关系。对利用多普勒天气雷达识别和预报强对流灾害性天气提供参考。