CINRAD/SA雷达冰雹探测算法效果检验及参数本地化

2004年CINRAD/SA雷达新的冰雹探测算法(HDA)代替了原来的算法,新的冰雹探测算法(HDA)估测任意尺寸的冰雹概率(POH)、直径大于等于19 mm的强冰雹概率(POSH)和最大冰雹直径预测(MEHS)。结合济南雷达探测资料对冰雹探测算法预测效果进行了检验,虽然有较高的探测准确率,但同时错误率较高,临界成功率较低,最大冰雹尺寸预测值与实况的平均差值约为14.6 mm。对2002~2005年济南雷达站的历史资料进行了统计分析,降雹单体和非降雹单体在最大反射率因子上存在较大差异,5、6、7月的降雹单体最大反射率因子平均值分别为59.7、61.86、3.9 dBz,非降雹单体最大反射率因子平均值分别为53.8、54.9、55.6 dBz。依据统计数据,对冰雹探测算法中的反射率因子等门限值调整为53 dBz后,冰雹预测仍具有较高的探测准确率,错误率和临界成功率得到了明显改善;对最大冰雹尺寸预测中的算法因子门限值调整后,预测值与实况有较好的对应关系。     

CINRAD/SA雷达强冰雹识别算法的应用检验

为更好地应用HDA算法产品并为进一步优化冰雹识别算法提供参考,应用2004—2010年武汉雷达和2007—2008年济南、青岛、烟台、宜昌、郑州和重庆共7部雷达监测到的28个直径大于等于19 mm的致灾性强冰雹天气个例,对CINRAD/SA雷达的强冰雹识别及最大冰雹直径（MEHS）预测产品进行了检验分析,同时对我国北方（济南、青岛、烟台、郑州）雷达和南方（武汉、宜昌、重庆）雷达的冰雹识别及大小预测效果进行了对比。结果表明：1）在不订正0℃层和-20℃层高度时,该算法对强冰雹天气的识别效果较好,但对MEHS的预测效果较差。2）每个雷达站对强冰雹识别和MEHS预测的效果差别不大,南方雷达和北方雷达对强冰雹的识别效果相近,但南方雷达对MEHS的预测效果较好。3）强冰雹识别和MEHS预测在5月份效果最好,8月份最差;该算法对大冰雹的识别效果较好,但仅对直径为40～49 mm的冰雹直径预测效果较好。4）冰雹识别产品对强冰雹的识别效果随所识别冰雹概率（POSH）增大而增强,当POSH=100时,临界成功指数CSI为100%,发生冰雹天气的可能性非常大。     

2011年龙岩市北部两次冰雹过程分析

利用常规气象探测资料、NCEP/NCAR 1.0°×1.0°再分析资料、自动气象站资料和龙岩天气雷达(CINRAD/SA)等资料.对2011年发生在春季和夏季两次冰雹过程进行分析,找出了春季产生冰雹的天气系统与特征.     

高山上新一代天气雷达的探测分析与效能发挥

以泰山新一代天气雷达CINRAD/CD为例,结合泰山原713天气雷达多年的使用经验,计算并分析了天气雷达的最佳探测仰角和最低探测高度,根据泰山新一代天气雷达(简称泰山CD雷达)与济南新一代天气雷达(简称济南SA雷达)回波的DBZM、C-VIL对比分析,揭示不同海拔高度雷达在相同仰角下观测的回波的差异,指出泰山CD雷达由于使用了与平原雷达统一的0.5°以上仰角的观测模式,造成了对降水回波的探测能力不足,并指出泰山CD雷达要发挥最大效能应如何改进的建议。     

冰雹指数产品剖析及在灾害性强降水预报中的应用

深入研究了新一代天气雷达产品——冰雹指数的算法HDA，并分析讨论了算法的早期版本（7．0）和改进版本（10．0）的设计思路和优缺点，指出冰雹探测算法的思路与预报局地暴雨的思路相似，都是建立在对风暴单体中高反射率因子探测的基础上。据此，首次提出根据不同季节，利用冰雹指数预报灾害性强降水（冰雹和局地暴雨）的设想。通过对大量强降水个例中冰雹指数HI、垂直液态水含量VIL等雷达产品的统计分析和研究，总结了利用冰雹指数预报上海地区灾害性强降水的一些基本方法和算法阈值设置，以期为预报业务部门更好地使用新一代天气雷达导出产品提供一些参考信息。     

CINRAD/CD型天气雷达发射机调制系统故障诊断技术

新一代天气雷达CINRAD/CD发射机调制系统故障,会直接影响雷达信号的发射,导致雷达无法进行天气探测工作.通过对都匀新一代天气雷达CINRAD/CD在运行过程中发射机调制系统的常见故障,列举2个典型例子,从故障现象着手分析,结合实际工作经验,针对调制系统的组成和工作原理,逐级判断、检查,测试关键电路信号,找出引起故障的根本原因,更准确的实现故障的定位,并给出相应的处理方法.     

CINRAD/SA三体散射特征分析

利用新一代天气雷达(CINRAD/SA)探测到的四次"三体散射"现象的冰雹天气过程进行分析,通过分析得出以下结论:"三体散射"现象首先在高层出现,强中心回波强度达60dB z以上,三体散射是降大雹的指示性指标并有一定的提前量,同时可能伴有灾害性大风。     

冰雹指数的误差分析及在冰雹云识别中的应用

利用模拟测试方法研究了几个重要因子对冰雹指数误差的影响,并根据遵义新一代多普勒天气雷达资料,使用探测概率、临界成功指数和误报率为衡量指标,对2008年3月到2012年7月12次冰雹天气过程中25个降雹风暴和72个非降雹风暴的冰雹指数进行分析评估。结果表明：H₀、反射率因子垂直廓线和目标离雷达的距离等因子对POSH误差的影响较大,H_m20对其影响较小。POH识别冰雹云的误报率较高,临界成功指数较小;POSH识别效果好于POH,通过增大阈值可以提高临界成功指数和减小误报率,但是当阈值太大时,探测概率会较低,为了获得较大的探测概率和临界成功指数,减小误报率,以POSH=70为阈值时识别效果最好;在POSH识别冰雹云时加上VIL>20 kg·m^-2的条件对探测概率没有影响,但是当阈值小于90时,可以减少误报率和提高临界成功指数。     

台风“黑格比”的雷达回波分析

南宁CINRAD/SA天气雷达在台风"黑格比"进入其探测范围后,进行连续的跟踪探测,取得了比较完整的台风运动、演变的雷达探测资料.通过对基本反射率、径向速度等雷达产品和台风的运动、演变过程进行分析,探讨CINRAD/SA天气雷达产品在台风中心定位、暴雨预报、判断台风的演变及运动趋势上的应用.     

VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析

介绍了兰州CINRAD/CC(3830)多普勒雷达体扫描资料中垂直累计液态含水量VIL产品资料的生成技术及其估测误差分析,并结合甘肃中部地区降雨和降雹实测资料,提出了VIL(3km×3km)识别冰雹云的判别指标,有益于CINRAD/CC(3830)多普勒雷达在甘肃人工防雹增雨作业中有效应用。     

多普勒天气雷达冰雹探测算法评估及检验改进

利用新一代多普勒天气雷达资料和WSR-88D提供的冰雹指数算法,对2005年1月至2007年8月发生在贵州省黔西南地区的20个冰雹个例进行验证。用此算法对20个风暴日的样本计算了WT（警报阈值）、H（相对雷达的高度）、M（漏报率）、FA（虚警率）、POD／FAR／CSI（探测概率／误报率／临界成功指数）等多个函数,并将这些数据与强冰雹指数（SHI）作对比分析,将SHI作为冰雹尺寸的预报因子进行独立评估,对实际观测到的冰雹尺寸与模式预报尺寸进行比较。在考虑了本地环境、气候特征的前提下对误警率较高的情况进行了算法补尝,并针对误警率较高的现象提出解决办法：①输入当天的正确0℃／-20℃高度,②提高冰雹探测反射率阈值。用改进方法对2007年发生的9次冰雹天气过程进行对比检验。结果表明,误报率有所降低,预报冰雹尺寸更接近实际探测尺寸。     

CINRAD／SA雷达产品在冰雹预警中的适用性分析

使用2003-2005年4—8月发生在宜昌境内17次冰雹个例资料和相应的多普勒天气雷达（CINRAD／SA）产品资料,采用雷达产品特征分析和参量相关分析方法,对反射率产品、速度产品、回波顶高以及其他主要导出产品对冰雹预警的适用性进行了分析。结果表明：（1）反射率因子出现前侧V型槽口时,上升气流强烈,出现冰雹的可能性大。（2）降雹一般发生在正负风暴平均相对径向速度（SRM）对出现且其辐合最强时。（3）回波顶高达到9km以上可作为冰雹发生的参考条件。（4）当垂直积分液态含水量（VtL）密度超过4g·m^-3,出现直径超过2cm大冰雹的可能性极大。（5）冰雹指数（HI）对冰雹预警有一定指示意义;中气旋（M）出现可发布雷雨、冰雹、大风等强天气警报;龙卷涡旋特征（TVS）出现,可考虑发布冰雹和大风的强天气警报,但需参照反射率和速度产品进行具体定位。     

基于多雷达产品的市县级人工防雹作业指挥系统

天气雷达是当前国内人工影响天气作业特别是地面人工防雹作业指挥最有效和最直接的探测、指挥工具,但不同类型、不同探测方式的天气雷达的探测产品难以有效地应用于人工防雹作业指挥。介绍了以市县级人工防雹业务为需求,采用VC＋VB为程序开发语言,应用图形图像处理技术、GIS技术、客户服务器技术、数据库技术和多媒体技术设计研制的基于多雷达产品应用的市县级人工防雹作业指挥系统的系统组成、运行流程和相关技术,并给出了相应的作业指挥判据指标。业务应用个例分析表明,市县级人工防雹作业指挥系统的应用使不同类型的天气雷达的多种探测产品在人工防雹作业指挥中得到了相互补充,有利于人工防雹作业指挥水平的提高。     

一次春季冰雹的新一代天气雷达产品应用分析

分析了克拉玛依市2006年4月一次冰雹天气过程的天气形势及雷达回波演变,利用克拉玛依新一代天气雷达CINRAD／CC基本产品和导出产品,找出了回波顶高、垂直液态水含量等多普勒雷达产品特征,对冰雹的雷达识别,提高克拉玛依市及盆地中下游地区强对流天气的预警能力,提供了参考依据：     

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。     

X波段双线性偏振雷达电磁波衰减对冰雹识别的影响

利用X波段双线性偏振雷达2009年4-10月降雨的ZH-ZDR统计分布,得到基于ZH-ZDR分布的冰雹识别参量(HDR)表达式。雷达发射的电磁波经过雨区导致的衰减会使HDR识别冰雹不准确,需要进行衰减订正。文中利用差分相移(DP)订正了HDR表达式中经过雨区衰减的反射率(ZH)和差分反射率(ZDR)。个例分析表明,经雨区衰减订正后X波段双线性偏振雷达回波与北京南郊观象台CIN-RAD/SA多普勒天气雷达回波具有较高的一致性,在零度层之下,HDR>0的区域能有效地反映出地面降雹情况;在零度层之上,HDR>0的区域可能是冰雹或湿霰,订正后HDR判别冰雹的虚警率有可能提高。     

宁夏“5·16”强对流天气跟踪分析及预报模型建立

利用逐时自动站资料、WRF模式数值产品、卫星云图、雷达产品等资料对2009年5月16日宁夏冰雹、短时强风等强对流天气进行了跟踪预报分析。结果表明：利用水汽通量散度数值产品中大气低层水汽通量的辐合或辐散可作为对流活动产生的重要依据之一。而卫星云图中的强对流云团的识别和新一代天气雷达基本反射率强度、液态水含量、冰雹指数、中尺度气旋产品是短时冰雹天气及短时雷雨大风天气预报的有利工具。并对2004—2008年出现的冰雹天气进行统计分析,建立了宁夏冰雹天气预报预警模型。     

基于决策树算法的鄂东地区冰雹识别技术北大核心CSCD

冰雹是对流性天气常见的灾害之一,雷达是识别冰雹强有利的工具,为克服现有方法主观性强、特征量阈值不明确以及虚警率高的不足,探究机器学习算法用于冰雹识别的可行性,基于决策树算法利用2015年1月1日—2021年12月31日鄂东地区冰雹灾情资料、武汉多普勒天气雷达以及探空资料,将湿球温度高度引入冰雹识别因子中,并根据命中率、虚警率和临界成功指数定量评估其识别能力。结果表明:仅包含回波强度的决策树(强度决策树)和包含回波强度和湿球温度高度的决策树(强度-高度决策树)均能有效识别冰雹,强度-高度决策树较强度决策树的命中率和临界成功指数均小幅提高,且虚警率明显降低;强度决策树识别冰雹的关键因子为组合反射率因子,底层多为0.5°和1.5°仰角反射率因子,强度-高度决策树的关键因子为0.5°仰角反射率因子,底层多为风暴的整体强度属性;个例分析显示强度-高度决策树减少了湿球0℃层高度较高时的虚警次数,展现出良好的应用前景。     

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。