两种垂直累积液态含水量产品的应用对比分析

结合雷达体扫工作模式以及风暴单体垂直结构分布，利用CINRAD气象产品软件包提供的基于单体和格点的VIL产品，对滨州SC雷达监测到的几例强对流风暴单体个例进行分析发现，两种VIL产品的变化趋势基本与风暴变化同步，对灾害性天气发生的预警具有较好的指示意义；一般情况下，基于单体的VIL数值大于基于格点的VIL数值，尤其是发展成熟、孤立的强风暴单体表现更加明显，可以作为判断风暴单体强度的定性指标；对于多单体风暴，由于风暴质心识别等因素会造成VIL数值误差增大，而雷达体扫模式的限制可能造成VIL数值失真。     

基于雷达径向风的广东2011年4月17日强对流过程螺旋度特征分析

利用中国气象局广州热带海洋气象研究所数值模式预报的12 km产品,对广州市加密的雷达径向风资料进行修正,计算出较高分辨率的螺旋度分布,从而对2011年4月17日广东省强对流过程进行分析。结果发现,利用较高分辨率的螺旋度可以更方便对较小尺度的强对流及雷雨大风天气的生成、发展过程进行诊断分析和监控预报;而相对螺旋度对强对流发生的指示效果明显好于普通的螺旋度指标。当强对流发生时,螺旋度的分布基本与垂直速度分布一致;在强对流发生地附近的上空,垂直风切变线十分明显,且强对流向上可达100 hPa高度,向下到达地面;在垂直方向上螺旋度大值区具有漏斗状特征,而垂直螺旋度仅在113.18 °E,22.98 °N附近上空存在一条上下垂直分布的较强大值线,说明该强对流天气过程具备一定的龙卷风特征。      

伦茨伺服控制器的功能及其在CINRAD/SB中的应用

介绍新一代多普勒天气雷达CINRAD/SB伺服系统的基本工作原理和伦茨伺服控制器的功能及应用,总结该雷达出厂调试、整改、业务试运行、业务运行过程中出现的技术问题及相应的解决方法。采用半闭环控制方案,通过适当控制传动链精度解决精度定位,采用现场总线[1](CANControllerAreaNetwork)解决通讯和控制,利用伺服控制器的“内部跳闸”功能解决现场总线的自动复位,利用伺服控制器自身的功能解决工作方式切换。经现场测试该雷达方位角和俯仰角的闭环控制精度均优于0·1°,伺服系统能按照指令准确切换各种体扫模式(VCP11、VCP21、VCP31)和接收各种指令。现场实测数据和业务运行效果均表明该系统的设计是成功的。     

副热带高压外围西北侧一次强对流天气的雷达回波特征

2005年7月15日14时到16日08时,宜昌市出现了一次强对流天气过程。根据宜昌多普勒天气雷达每6min一次体扫监测信息,分析了副热带高压外围西北侧强对流天气雷达回波的演变趋势。结果表明,在山地向平原过渡的地带,当对流云发展到最旺盛阶段并出现地面强降水时,在其基本反射率最低仰角产品中存在出流边界;弓形回波、带状回波的走向与环境风场几乎成正交时,给所经之地造成异常剧烈的天气,且灾害性大风均出现在径向速度场中具有旋转性环流的强单体移动的下风方。     

新一代天气雷达中气旋识别产品的统计分析

利用福建龙岩新一代天气雷达资料对2003—2007年中气旋产品进行统计分析,重点对经人为判定确认为中气旋,并持续3个体扫以上中气旋特征及其对应风暴的特征进行分析。分析表明:持续3个体扫以上中气旋对应风暴与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气的产生有很好的对应关系,通过对典型强对流天气过程分析,得出了中气旋发展高度、最强切变高度变化规律,切变、中气旋强弱与不同类型强对流天气的对应关系。为预报员及时准确预报短时强降水、冰雹、雷雨大风提供参考依据。     

.一次强冰雹天气过程双雷达回波特征参数对比分析

利用贵阳、毕节两部新一代天气雷达（CINRAD/CD）的同步观测的体扫资料,对比分析2011年4月15日冰雹天气过程的雷达回波参数特征。结果表明：①贵阳、毕节两部雷达在雷达强度、高度上有明显的差异;②雷达回波强度和高度具有＂跃增＂现象;③雷达回波位于两部雷达的中心地带时,对应强度和高度的波动性一致性好,回波结构形态基本一致。因此,对范围广、持续时间长的强对流天气雷达观测采取组网方式联合观测,其雷达产品以组合反射率因子（CR）、回波顶高（ET）作为初始判断的依据。当出现高度、强度增强或跃增时,应读取任意垂直剖面显示（VCS）产品,分析回波结构以及可能产生的强对流天气过程。     

2020年湖南两次典型混合型强对流天气过程对比分析

利用地面自动站资料、多普勒天气雷达资料、卫星逐小时TBB资料及NCEP再分析资料，对2020年3月下旬两次强对流天气过程（21—22日过程和26—27日过程）进行对比分析。结果表明：①两次强对流天气过程都有较好的动力、热气和水汽条件配合，高层辐散、低层辐合的环流配置有利于上升运动，热力不稳定层结强烈发展，加上有利的水汽条件，在高空低槽与地面辐合线等系统的触发下，导致混合强对流天气发生。②两次强对流天气过程均分为两个阶段，暖平流强迫类强对流和斜压锋生类，在暖平流强迫类阶段不稳定能量积聚很明显，并在斜压锋生阶段开始前得到一定程度的释放，两次过程斜压锋生类阶段的动力条件和水汽辐合较暖平流类阶段更强。③两次强对流天气过程均出现了冰雹、雷暴大风、短时强降水，“21日过程”西南急流发展更加旺盛，暖平流中心强度更强，垂直伸展高度更厚，热力条件更好，以雷暴大风、冰雹为主；“26日过程”冷空气势力更强，显著上升运动维持的时间也较长，有着更充沛的水汽供给，以短时强降水为主。④两次过程怀化沅陵县官庄镇19:00—20:00均出现冰雹，雷达回波均反映出典型的冰雹回波特征，“21日过程”较“26日过程”最大反射率因子更大，中气旋强度更强，垂直累积液态含水量(VIL)跃增更明显，值更大，中气旋扩展高度更高、高空辐散更强，因此冰雹直径更大。     

一次对流性强降雨过程的雷达特征分析

采用新一代多普勒雷达探测资料和自动站雨量资料,针对2008年9月22~23日夜间四川省北川附近的强降雨天气过程,基于反射率因子、液态水含量、体扫雨量等资料,对四川盆地内对流性强降雨天气的雷达回波特征进行了深入分析,分析表明,①四川盆地内对流性强降雨天气的强风暴单体具有前倾、低质心、悬垂结构等特征,且引起强降雨的强对流风暴移动缓慢。②低仰角反射率因子强度与雨强有较好对应关系,2.4~6.0度仰角的回波强度越强,降雨强度也就越强,当2.4度仰角的回波强度超过50dbz时,将出现雨强>1mm/分钟的短时强降雨。③四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴在其生消过程中有一个回波强度质心下移的过程,而当6.0度仰角的回波强度下降迅速时,降雨强度也相应地趋于减弱。④四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴雷达回波特征有较明显的跃增现象,当低仰角的回波强度增率≥14dbz/体扫,垂直液态水含量增率≥10 kg/m2时,20~30分钟后强降雨产生,可作为短时强降雨预警指标。      

重庆地区强对流天气雷达回波统计特征

对过去22年(1982～2003)间重庆市发生的中尺度强对流天气雷达资料进行分类统计，研究中尺度强对流天气过程及其天气雷达回波特征，寻找重庆市中尺度强对流天气的运动规律。建立天气雷达回波资料库，将中尺度强对流天气过程雷达回波资料，按天气类型分类研究，结果表明：①重庆市中尺度强对流系统在时空分布上具有明显的不均匀性；②涡旋状回波是暴雨的显著特征；③冰雹回波以块状为主；④强雷雨大风回波的特征具有带状或弓型。     

基于数值模式和多普勒雷达的强对流天气预报技术

基于数值预报模式MM5,结合不稳定指标和能量指标的诊断结果,得到短时潜势预警指标,进行强对流天气0~12 h的短时预报;利用多普勒雷达信息产品提供的强对流天气风暴追踪信息,提取回波的移向和移速信息,进行强对流天气0~1 h的临近预报;均用一个强对流天气过程,来具体说明短时潜势预报和临近预报状况及其与实际情况的对比;应用短时潜势预报技术对近年来强对流天气过程进行了试用。结果表明,上述方法对强对流天气的短时预报、临近预报技术有一定的预报价值。     

多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析

在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高。当雷达电磁波能量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标。该文利用高分辨率地形高程数据计算波束阻挡率, 确定组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法。根据业务观测模式VCP11及VCP12的14个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、江西、浙江、福建、广东、广西和海南已建多普勒天气雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1500 m, 3000 m和6000 m高度上有效区域图。分析结果表明:CAPPI数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用VCP12模式观测, 与采用VCP11或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组网拼图。     

青藏高原那曲地区地闪与雷达参量关系

基于2014—2015年5—9月西藏那曲地区多普勒天气雷达数据,结合地闪观测数据,识别雷暴单体样本,统计分析了地闪位置附近的雷达回波分布特征,并研究了高原雷暴的雷达参量与地闪频次的相关关系。结果表明:那曲地区地闪发生位置附近的雷达最大反射率因子呈正态分布,峰值分布区间集中于34~41 dBZ。发生地闪位置附近的20 dBZ回波顶主要集中于11~15 km高度,30 dBZ回波顶高分布的峰值区间则为8.5~12 km。分析表明:表征局地雷暴对流发展强度的雷达参量与地闪频次之间一对一的相关关系较差,但相关性随地闪频次增加而增强。基于雷达参量分段统计得到的对应分段平均地闪频次与雷达参量之间表现出较强相关关系,体现了宏观上闪电活动强度与雷暴发展强度之间的正向关系。其中,基于原始数值进行区间划分的强回波（组合反射率因子不小于30 dBZ）面积与平均地闪频次的线性相关系数达0.75,基于对数数值区间划分的7~11 km累积可降冰含量的对数值和地闪频次的线性相关系数达0.95。文中对比了多个雷达参量和地闪频次线性拟合与幂函数拟合结果,整体上幂函数拟合略好于线性拟合。     

中纬度夏季一次深厚对流过程的数值模拟研究:高空热力层结和风切变影响

针对一次发生在中纬度夏季的深厚对流过程进行的数值模拟研究的结果,引入一个较详细描述深厚对流状态下云微物理过程的参数化方案,对一个有限差分三维非静力弹性大气数值模式进行了改进.数值模拟得到了与天气雷达观测一致的结果.结果还显示,对于这次穿透高度超过了对流层顶的深厚对流过程,与高空斜压扰动有关的上对流层弱稳定热力层结对系统的维持起到了重要的作用.另外,还发现强烈的对流发展到对流层顶的高度时,受上曳体的驱动,在对流层顶附近的稳定层结中产生浮力性的扰动;它们与风切变相结合,进而对系统的水平移动产生控制作用.     

宁波非气象雷达回波的人工智能识别及滤波

统计分析2003—2006年宁波雷达的非气象杂波, 影响杂波主要为地物杂波, 包括普通地物杂波 (NP杂波) 和异常地物杂波 (AP杂波) ; 并分析这些杂波在反射率因子、径向速度、谱宽产品上不连续的离散状分布等特征。基于以上特征及传统杂波识别的经验而设计出一种近似模拟人眼模糊识别的稳定安全的多维线性近似的杂波识别及其过滤算法, 在 190 个个例测试中大都效果较好, 尤其在 150 km 以内, 能够在确保降水数据完整、准确的基础上有效过滤非气象杂波。     

干湿地表的湍流特征及其对深对流影响的大涡模拟

利用大涡模式模拟了对流边界层结构演变以及深对流触发过程。通过改变鲍恩比的敏感性试验研究不同大气初始状况下湿润和干旱下垫面湍流特征及其对深对流触发过程的影响。结果表明:干旱下垫面的混合层干而暖,厚度较大;湿润下垫面相反。由于地表感热通量对热力湍流形成的作用更大,干旱下垫面上湍流混合和夹卷作用更强,使得水汽和相当位温在边界层内分布更均一,而在边界层顶有较大的负扰动;干旱下垫面上对流强度较湿润下垫面大,但均表现为泡状对流,水平方向上呈网状结构。不同下垫面上深对流的发生与大气初始状况有关,当初始时刻1—3 km的逆温强度较弱时（0.15 K/（100 m））,边界层内湍流迅速发展,深对流首先在干旱下垫面发生,但因对流有效位能较小,云层厚度小于湿润下垫面。当1—3 km的逆温强度增加到0.55 K/（100 m）时,云层形成时间较晚,云层厚度明显减小,仅当边界层顶的比湿较大时,有深对流发生,但仍首先发生在干旱下垫面,考虑贯穿对流在边界层顶引起的较强冷却作用,云层厚度大于湿润下垫面。      

GOES-16 ABI观测和ERA5全天空模拟亮温揭示的热带对流水平特征尺度对比分析

本研究通过将GOES-16 ABI观测亮温和ERA5再分析资料的全天空模拟亮温进行对比分析,发现观测亮温和模拟亮温对流低值区位置大体接近,也能够定性反映出对流从发展到减弱的日变化过程,但亮温低值区域的强度存在较大差异。即使把高分辨率ABI通道13观测亮温平均到ERA5分辨率(0.25°×0.25°),在热带对流区的低亮温强度仍然高于ERA5全天空模拟亮温。因此利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)对任意选择的两对流区域内的观测和模拟亮温进行了尺度分析和对比。在其中对流较强的区域内,当ABI观测亮温的主成分分量从1增加到9时,水平特征尺度从700 km逐渐减小到150 km。ERA5全天空模拟亮温从主成分1增加到4时,水平特征尺度从950 km减小到270 km空间尺度,但当主成分4增加到9时,特征尺度几乎不变。在对流较弱的另一区域也能够发现ERA5模拟亮温对对流水平特征尺度有明显高估。ERA5模拟亮温各主成分的相位和观测亮温存在2 h以内的误差。由于ERA5全天空...     

移动双偏振雷达野外观测模式探讨

文章分析了WSR-88D或CINRAD/SA中常用的降水模式VCP21的扫描特点与扫描参数,结合移动雷达的参数设置要求与预报服务的需求,探讨了移动雷达体扫描的设定。主要有三个方面:(1)由于起始角度选择不当,使地物杂波对反射率产品与双偏振产品质量产生影响;(2)探讨径向扫描参数,如脉宽、距离库、探测距离、脉冲重复频率等之间相互制约的关系,考虑以62.5km为代表的近距离、125km为代表的远距离与两者之间各参数的预设值;(3)基于移动雷达补充现有两部S波段多普勒天气雷达扫描探测盲区的服务需求,初步研究体扫描中仰角值的设置。     

深对流系统对污染气体CO垂直动力输送作用的数值模拟研究

本文采用高分辨率WRF-Chem模式模拟了2014年7月27日和8月24日发生于长三角地区的两次强度不同的深对流系统对污染气体CO的再分布作用,对比分析了模拟的两次深对流系统在CO垂直输送过程中的差异。通过与实际雷达回波的比较发现,两次模拟的深对流发生时间、回波强度等都与实际观测接近。8月24日深对流过程发生前的对流有效位能和0～6 km垂直风切变强度均高于7月27日个例,因此 8月24日深对流系统更不稳定,发展高度更高。从CO浓度垂直剖面、质量通量随高度的变化特征发现,7月27日的深对流系统最高可以将CO输送到14 km高度处,8月24日的深对流系统最高可以将CO输送到16 km高度处。对CO浓度的垂直通量散度平均垂直廓线分析看出,7月27的深对流系统主要将CO输送到12 km附近,导致7月27日个例对流层中层的CO浓度更高,8月24日的深对流系统主要将CO输送到15 km附近,导致8月24日个例对流层上层的CO浓度更高。对垂直通量求和的分析表明,8月24日的深对流系统每小时垂直输送的CO浓度是7月27的1.3倍,而考虑到8月24日的深对流系统持续时间更长,8月24日的深对流系统对CO的垂直输送作用远远大于7月24日的深对流系统的垂直输送作用。     

一例苏皖中尺度对流复合体模拟结果的诊断分析

利用2010年7月22日苏皖中尺度对流复合体（MCC）数值模拟输出结果,考察了模式对MCC的模拟能力,并对模拟结果做了动力和热力诊断分析,以揭示盛夏江淮下游MCC的特征。结果表明：1） 三重嵌套网格距为3.3 km的区域WRF模式的模拟效果较佳,结果与实况一致,并可利用模拟降水的范围及强度来确定MCC的位置及演变。2） 此MCC维持约10 h,其南北不对称,并随西太平洋副热带高压西伸北抬而随之北抬。MCC核心区对流层低层有水汽丰沛的入流,并有强辐合区,呈对流不稳定层结;中层有深厚的强上升运动,并因凝结潜热大量释放呈中性层结;高层则有出流;MCC核心区对流降水非常强。3） 在垂直剖面上,该核心区散度存在中低层辐合、高层辐散的柱状结构,此配置有利于强对流维持和加强,中低层以上有深厚的强上升气流柱,这些都是MCC核心区存在强对流的标志。该MCC的螺旋结构表明其中的强对流高度有组织。     

襄樊特大暴雨FY-3A微波资料分析

搭载在中国新一代极轨卫星FY-3A上的微波湿度计对于大气湿度以及云雨分布特征具有较好的探测能力。利用其150 GHz极化波段亮温和183.31 GHz附近的水汽吸收波段亮温及其反演产品,对2008年7月22日襄樊特大暴雨中10：00—11：00强降水成因进行了分析。结果表明：襄樊10：00—11：00强降水产生时,微波湿度计5个波段亮温均处于低值区的大梯度带;极化比、极化差出现明显的大、小值分裂;微波湿度计的高频通道资料表明,襄樊处于深对流中心地带,正是这种深厚的对流系统导致了襄樊的强降水。