基于雷达回波区域跟踪算法的临近预报技术进展

目前,临近预报技术主要包括外推技术、数值预报技术以及概念模型预报技术等。而业务上主流的临近预报技术以外推为主,主要以雷达资料为基础,采用雷达回波单体质心跟踪算法或雷达回波区域跟踪算法,得到雷达回波以及降水的临近外推预报。本文详细介绍了3种基于雷达回波区域跟踪算法(交叉相关回波跟踪算法、光流法和变分回波跟踪算法)的临近预报技术的国内外研究进展和基本原理。大量的研究和业务实践结果表明,雷达回波区域跟踪算法作为临近预报专家系统的核心部分,在对流天气临近预报方面有较好的可预报性,在临近预报业务时效内,外推预报结果和实况接近,优于数值模式预报。而通过对算法的不断改进,可以提升各临近预报专家系统在临近预报方面的性能。随着天气雷达技术的不断进步,天气雷达在硬件和软件两方面都逐步改进,雷达资料的数据质量明显提高,在对流天气临近预报上,基于雷达回波的区域跟踪技术会凸显其明显优势。     

用独立参数条件概率法做汕头机场雷暴预报

雷暴是影响飞机飞行安全的危险天气之一,做好雷暴的预报,是保障飞行安全的工作重点。汕头机场对雷暴的预报,目前仍以预报员的经验为主,还没有一种客观定量的方法。 本文采用文献［１］、［２］的独立参数条件概率公式,挑选５个与雷暴生成、发展有密切相关的参数,建立一套适用于雷暴预报的客观、定量预报方法。１　资料的选取及其处理 雷达回波资料：选用１９８０～１９８６年４～９月的雷达回波资料９４个样本,其中５３个为雷雨天气,４１个为阵雨。 探空资料：取与雷达回波资料相对应的当天０８时（或２０时）探空资料,求取５００…     

乌鲁木齐南山中山带对流云降水的雷达回波特征

为了充分发挥新一代天气雷达在乌鲁木齐南山山区的探测作用,利用2003—2005年6—9月101次出现降水的雷达回波资料以及对应天气形势和地面实况,分析得出乌鲁木齐南山中山带对流云的回波顶高、强度、出现的时段、性质等参数特征和演变规律,从宏观上为该地区对流云人工增雨作业及短时预报提供科学依据。     

变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验

目前业务上0—1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016—2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0—1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:（1）京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。（2）通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率（POD）和临界成功指数（CSI）都明显高于交叉相关法,且虚警率（FAR）更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。      

山东省带状降雹回波系统的特征分析

通过对1986—1992年期间(6—8月)69次带状雷达回波降雹过程进行综合分析,总结出带状降雹回波演变特征。重点研究了降雹云雷达回波的移动和传播,指出其降雹特点,并分析中尺度流场对带状回波发生、发展及传播的影响。这些结果对提高山东省带状回波降雹的短时预报有重要参考价值。     

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。     

基于数值预报与雷达外推预报融合方法的降水回波短临预报试验研究

采用傅里叶-梅林变换、多尺度光流法及威布尔分布,对湖北省2020年6—7月4次降水过程雷达回波进行多尺度预报试验及其相位和强度校正。在此基础上,利用双曲正切函数对校正后的模式降水回波预报和雷达回波外推临近预报进行融合。最后,基于预报技巧评分和平均绝对误差及命中率等指标对不同时效、尺度及回波阈值的预报结果进行定量分析。结果表明:(1)融合后的0~3 h降水回波预报在范围和位置上均较模式预报和雷达外推预报改进明显,尤其对强回波预报有明显优势,对对流预报有积极作用;0.01°×0.01°尺度的0~1 h预报效果明显好于其他尺度及预报时效。(2)武汉RUC模式预报效果最差,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)最大为6.1~8.2 dBZ,而融合预报效果最好,MAE最小为4.7~6.5 dBZ。0.01°×0.01°尺度下融合预报的命中率(probability of detection,POD)随回波阈值和预报时效增加而降低,而其他尺度下20 dBZ回波阈值的平均POD最大、MAE最小,平均POD(MAE)均高于(低于)其他2种预报。总体来看,融合预报明显优于单一预报,对改进0~3 h定量降水预报有一定参考。     

天气雷达回波资料与本站短期降水分析

1985年,我站开始利用雷达回波综合图进行短期降水预报,应用的实践表明,雷达回波综合图对短期降水预报是一个有力的工具。 一、基本的统计关系 因为是应用于短期降水分析,所以我们确定: 5时雷达观测对应08—20时(白天)天气, 09~(30)时雷达观测对应12—24时(上午到上半夜)天气; 15~(30)时雷达观测对应20—08时(夜间)天气。 根据天气雷达的基本功能,确定以本站为圆心,从本站到宜昌的距离(约155km)为半径的区域作     

2009年汛期降水性回波特征与临近预报的准确性

基于深圳市自主开发的临近预报系统Tracer,对深圳地区2009年汛期降水性雷达回波的主要参数特征和Tracer的预报准确性进行了初步统计分析。结果表明:主要回波参数(移动方向、移动速度和强度)的分布特征具有明显的规律性,并且与预报准确性有密切的关系。     

阿克苏强对流天气雷达回波统计特征

为了发挥雷达监测和预警强对流天气的作用,制作出精细化的临近短时预报,应用2005-2006年63次冰雹云回波资料对雷达回波参数进行了分析,得到5—8月强对流天气的回波特征。阿克苏强对流回波强度强,96．8％集中在40～60dBz,其负温区厚度很厚,正负温度区的厚度比平均为1：2．0。     

聊城地区强对流天气特征分析

通过对聊城市713天气雷达观测资料进行分析,得出了4—9月份该地区强对流天气的时空分布、产生源地、移动路径、雷达回波参数指标的基本特征,为该地区强对流天气短时临近预报提供了一种客观依据。     

雷达回波外推预报的误差分析

基于天气雷达资料的外推预报是灾害天气临近预报的基础,选取4次强降水过程分析了外推预报的误差.主要分析方法包括3个步骤:(1)采用多尺度回波跟踪方法确定雷达回波的运动场;(2)采用半拉格朗日平流方案对雷达回波进行外推;(3)预报结果和观测结果进行对比.利用去相关时间方法分析了雷达回波的可预报性,利用预报技巧评分和相对绝对误差对外推预报的误差进行了定量分析.此外,还分析了外推预报的误差与尺度之间的关系,以及外推预报中的不确定因素 回波强度变化和回波运动场变化在预报误差中的相对重要性.这4次强降水过程的误差分析表明,预报误差随预报时效的变化基本上是以指数规律递减的,大尺度的降水系统对应较长的持续性,对于发展演变较快、尺度较小的风暴,其持续性较短.     

山东省强对流天气雷达回波气候特征

通过对７１３天气雷达观测资料的统计分析,揭示了山东４￣８月份强对流天气回波时空分布、产生源地、移动路径及回波参数指标等雷达回波气候特征,对强对流天气短时预报具有指导作用。     

多普勒雷达晴空回波识别与应用

在现有多普勒天气雷达资料质量控制基础上,采用徐州雷达站2009年4月和9月雷达资料,统计并对比几种常见的降水回波与非降水回波特性,找出一种有效地识别晴空回波的方法。该方法在不同径向距离区间(小于25km及25～200km)采用不同的识别参数,能够较好地将非降水回波中对临近预报有用的晴空回波信息保留,而将其他非降水回波信息(地物回波、超折射回波等)剔除。依据该方法识别的晴空回波区域所对应Doppler速度可用于判别大气平流状况,从而为预报工作提供帮助。     

新一代天气雷达在临近预报和灾害性天气警报中的应用

利用新一代天气雷达制作临近天气预报和灾害性天气警报,必须从天气雷达观测入手.需根据临近预报和灾害性天气警报需求制定观测方法.不同预报对象,要采取不同的雷达资料的数据处理方法,以便突出预报对象的回波特征.制作临近预报和灾害性天气警报的主要依据是雷达回波分析,掌握回波演变的全过程是雷达回波分析的基础,根据回波特征判断识别影响本地区的天气系统,通过回波分析判断回波的未来发展趋势.为了从回波上识别灾害性天气,需要建立各种灾害性天气的识别判据和方法.预报的主要方法是外推法,但预报结果还需要预报员根据预报经验最后作出预报结论.为了做好临近预报和灾害性天气警报,建立预报流程是非常重要的.     

珠江三角洲锋面暴雨过程的雷达回波特征及其与雨量的关系

对于华南前汛期暴雨过程的雷达回波和卫星云图特征,已有不少定性的研究[1].②,但未能解决用雷达回波作降水定量预报的问题,本文利用珠江三角洲地区75—09—02课题准业务试验期间广州713雷达分层显示和地面加密雨量资料(每小时一次雨量)分析了三次锋面降水过程的雷达回波强度及与地面降水强度之间的Z-R关系、强回波顶高度与地面降水强度的关系,并与国内外利用雨滴谱资料求取的Z-R关系进行了比较。      

强对流天气短时天气预报方法初探

本文介绍一种综合利用高空资料、地面指标和雷达回波参数制作本站强对流天气短时预报的方法和初步试用结果。验证结果表明,该方法对指导雷达探测和制作本站短时预报有较好的效果。     

吉林省雷电识别方法初探

阐述了吉林省雷电预报预警的可闻函数(雷达回波参数方法)、高空物理要素组合因子方法、地面气象观测要素模型识别方法。     

基于4种高分辨率模式的辽宁省雷达回波预报邻域检验结果对比

选取2017—2018年6—9月辽宁省不同降水性质, 具有2种不同特征的20次天气过程个例, 应用模糊检验邻域法中的分数技巧评分(Fraction Skill Score, FSS), 评估华东模式、华北模式、GRAPES_3km模式和睿图东北模式对辽宁省中小尺度系统的预报能力。结果表明: 区域性降水过程和局地性降水过程雷达回波强度越小, 邻域半径越大, 高分辨率模式预报技巧越高。当雷达回波大于30 dBz时, 各高分辨率模式对局地性降水的雷达回波预报FSS评分均较高。当邻域半径为3 km时, 区域性降水过程中, 华北模式预报技巧在各级别雷达回波预报中均高于其他模式, 最大FSS差值为0.031。局地性降水过程中, 华东模式预报效果较好, 最大FSS评分为0.127, 表明华东模式预报中小尺度对流系统能力更强。局地性降水过程, 睿图东北模式在08—23时预报时次中, “中间”时次的预报效果优于“两头”时次的预报, 两个时次最大FSS差值为0.121。     

黔西南州春季强对流天气回波分析

利用多普勒雷达对2008—03—18—19发生在黔西南州的春季强对流天气进行了跟踪探测,并对此次过程中出现的“V”形状、逆风区、有界弱回波区特征及相应的雷达产品做初步分析,得出降雹天气的回波特征和雷达产品指标,以提高利用多普勒雷达资料预报冰雹天气的能力。