双偏振雷达偏振参量产品在宁波的初步释用

介绍了S波段双偏振雷达偏振参量差分反射率Z_(DR)、差分传播相移率K_(DP)和相关系数CC等产品及已有的研究成果,利用宁波市双偏振多普勒天气雷达对两次不同系统降水过程的雷达探测资料进行释用。研究表明:差分反射率Z_(DR)可以识别降水粒子的相态和尺寸,也可以识别上升气流;相关系数CC可以识别粒子相态的均一性,在实际应用中结合Z_H、Z_(DR)可较好地判断降水物的具体形态,特别是可对冰雹进行识别和预警,同时也可清晰地识别融化层;差分传播相移率K_(DP)在强降水过程中能较好地发挥作用,同时可以识别湿冰雹,但是在Z_H40 dBZ时,对降水强度的区分效果不明显。常规参量和偏振参量产品需互相参照,才能更好地体现双偏振雷达的真正价值。     

双偏振雷达产品在福建强对流天气过程中的应用分析

利用高空地面资料和厦门双偏振雷达资料对2016年12月21—22日福建东南部沿海出现的一次冰雹、短时强降水强对流天气过程进行分析。结果表明,21日午后的冰雹天气是在暖区内西南气流暖湿强迫背景下产生的,21日夜里的强降水天气则是斜压锋生类强对流天气。利用双偏振雷达产品可分析出冰雹的相态演变:明显的冰雹特征(Z_(DR)≤0、回波强度≥55 dBz)首先出现在0℃层附近,后向上向下发展,高层出现三体散射现象,但由于干湿球0℃层高度相当,融化层厚度厚,午后地面温度超过20℃,冰雹在下降过程中Z_(DR)、K_(DP)由负值转正值,表明冰雹逐渐融化成大雨滴或外包水膜的冰雹;三体散射回波强度15～20 dBz区域,对应的Z_(DR)出现由负极值到正极值的突变区,CC0. 7,呈现非气象回波的特征。短时强降水对应Z_(DR)、K_(DP)随反射率因子的增大而增大,CC0. 97,说明强降雨是由大量粒子较大的雨滴造成的。     

降雨强度,雨区衰减与双线偏振雷达观测量关系的研究

本文为了改装双线偏振雷达的需要,用扩展边界条件法计算了椭球形雨滴的后向散射截面、衰减截面及吸收截面,得出了任意谱参数情况下,可能产生的散射强度及差反射率因子Z_(DR)值的大小。给出了降雨强度、衰减系数和双线偏振雷达观测量间的关系。为双线偏振雷达定量测量降雨工作及讨论雨区对雷达波衰减打下了基础。     

模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究

根据不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了基本形式为不对称的T型函数的模糊逻辑识别的隶属函数, 完善了该识别方法的流程, 并利用美国KOUN雷达的观测资料, 详细讨论了利用双线偏振雷达观测资料识别降水粒子相态的方法, 并对其在实际业务运用中的合理性和可行性进行分析探讨.通过分析, 作者认为: (1)利用模糊逻辑方法处理双线偏振雷达测量到的偏振参数, 可以识别降水区域的降水粒子相态, 反映降水区域的相态结构, 识别的结果基本合理, 但还需要资料作进一步的研究.(2)从实际资料的分析结果来看, 虽然利用模糊逻辑法识别降水粒子相态得到的结果比较粗, 没有明确的数据特征值, 但是它基本上能反映各种降水粒子的相态结构, 其识别的结果对目前日常的天气预报参考和人工影响天气的作业指挥和效果评估来说还是符合可用的.为中国国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助.(3)根据有限的观测资料分析表明, 降水区域中出现60 dBZ以上的回波强度, 并不一定就会出现冰雹, 还有可能是大粒子的液态降水.综合考虑双线偏振雷达的测量参数, 可以得到更合理的结果.     

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。     

双线偏振雷达识别冰雹的数值研究

利用中国科学院大气物理研究所的三维冰雹云模式,详细地讨论了云雨衰减作用和云中各粒子共存于同一空间给双线偏振雷达识别冰雹带来的影响.在实际工作中,分析双线偏振雷达的回波时,这些讨论结果对分析和理解云降水过程有帮助.另外,本工作能为改装双线偏振雷达提供有益的理论参考.     

X波段双线偏振多普勒雷达资料质量评估

以山东省首部X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达724XSP观测的几次降水过程资料为例,与济南站多普勒天气雷达(CINRAD/SA)资料进行对比分析,并利用XSP雷达观测的层状云降水资料进行偏振参量的质量分析。结果表明:XSP雷达波束在穿越层状云云体时的衰减比较均匀,与SA雷达探测的云体结构比较接近,但XSP雷达对45 dBZ以上强回波的探测能力较差,尤其探测冰雹云云体结构时二者差别较大。对偏振参量分析发现,当SNR10 dB时,Z_(DR)、CC、Φ_(DP)和K_(DP)等偏振参量受噪声影响明显,误差较大不可信;当SNR位于15~23 dB时,Z_(DR)和CC的测量值有明显波动,质量较差;XSP雷达的Z_(DR)测量值较理论值偏低0.5 dB;Φ_(DP)和K_(DP)资料受衰减影响较小,当SNR10dB时,质量比较可靠。     

江淮地区一次冰雹过程的双线偏振雷达观测分析

为了进一步认识冰雹和三体散射的双线偏振雷达观测特征,提高业务预警能力和奠定基于双线偏振雷达的地面降雹识别基础,利用南京双线偏振雷达观测资料,统计分析了2019年3月20日冰雹过程发展、成熟和降雹阶段的观测特征及微物理过程。结果表明:（1）雹暴在成熟阶段具有高悬的强回波中心和较高的顶高,强回波中心差分反射率Z_DR＜?0.5 dB,相关系数（ρ_hv）约为0.9,由于冰雹后向散射相位的影响,该区域比差分相位（K_DP）呈现负值,指示了该区域有冰雹存在,并被相态分类算法（HCA）正确识别;（2）降雹阶段,高层反射率因子减小,强回波中心下降到地面附近,融化层以下ρ_hv增大,指示高层下落的冰相粒子整体尺寸减小;HCA识别到冰雹开始减少时,地面观测到冰雹;（3）三体散射的反射率因子（Z_H）、ρ_hv和反射率因子标准差（SD（Z_H））概率密度分布与北美三体散射比较接近;Z_DR分布更偏向于负值区域,差分相位标准差（SD（φ_DP））分布范围大约是北美结果的2倍。      

双线偏振多普勒天气雷达估测混合区降雨和降雹方法的理论研究

利用冰雹形状和空间取向的模型及降雹和降雨的滴谱分布,分析了C波段双线偏振雷达探测的降雨和冰雹的反射率因子ZH、差反射率因子ZDR和差传播相移KDp的取值范围,及混合区降水中不同大小的降雨降雹强度对这些参量的贡献.结果表明:对于C波段双线偏振雷达来讲,当降雹达到一定强度后,反射率因子反而随降雹强度的增大而减小,反射率因子和降雹强度不一定是一一对应关系,降雹的KDp与相态、空间取向和雹块的尺度均有关系.在混合性降水中,ZH的主要贡献来自冰雹,而KDp主要取决于降雨的大小,降雨和降雹对ZDR均有明显的影响,降雨的ZH和KDP有比较好的对应关系.在此基础上给出了利用ZH、ZDR和KDp定量估测相态混合区冰雹和降雨对应的反射率因子、降雨强度的方法,并从滴谱变化、雷达探测精度和冰雹对KDp的影响分析了这种方法的估测精度.     

雨区衰减和雷达取样误差对713型双线偏振雷达测量精度的影响

为了确定713型双线偏振雷达的探测精度,本文利用电磁波的矩阵传播法计算了考虑椭球形雨滴在不同空间取向下,雨区衰减对713型双线偏振雷达的可测量反射率因子Z_H、差反射率因子Z_(DR)的影响。并利用已有的统计理论讨论了该雷达的取样误差,为实际雷达改装工作提供了依据。     

一次海面降雪的双线偏振多普勒雷达回波特征分析

以X波段双线偏振多普勒天气雷达在葫芦岛探测到的2004年4月1日的一次海面降雪过程为例,概述了雷达主要性能参数。通过分析雷达二次产品开发平台运行后得到的强度、速度、谱宽和双线偏振差分反射率等产品,探讨了海面降雪和海杂波Z值及差分反射率因子ZDR的取值大小及空间变化特征。结果表明:雪花降落过程中,ZDR值由正值逐渐转变到为-0.5～0.5 dB,且Z值随高度降低而增大,而海杂波Z及ZDR值空间变率不大。     

利用贝叶斯方法改进华南地区冰雹识别效果

使用2019年广东S波段双偏振雷达观测的冰雹和非冰雹数据,统计得到冰雹和非冰雹的雷达反射率Z、差分反射率Z_DR和相关系数CC先验概率密度分布,采用贝叶斯方法,根据雷达参量在冰雹和非冰雹条件下的概率以及冰雹和非冰雹的先验概率来确定某一距离库上所测到的（Z、Z_DR、CC）所代表冰雹和非冰雹的概率,并用两个个例,比较分析了WSR-88D冰雹识别算法和贝叶斯方法对冰雹识别的效果,分析表明,两种方法都能较准确地识别出冰雹云,但是贝叶斯方法识别范围较大,这可能与华南地区多为雨夹雹有关。      

陇东地区冰雹云系发展演变与其地闪的关系

利用１９９７年设在陇东地区的闪电定位系统及双线偏振雷达资料,分析研究了该地区冰雹云系发展演变及其地闪的关系。结果表明：在降雹前３０ｍｉｎ左右时,每５ｍｉｎ地闪频数陡然上升,降雹前１８ｍｉｎ,每５ｍｉｎ地闪频数平均上升为３．５,每５ｍｉｎ地闪频数的最大值一般是出现在开始降雹前１６ｍｉｎ到前６ｍｉｎ之间,在冰雹云演变的发展、成熟和消散三个阶段中负地闪数远大于正地闪数,并且起着主导作用。冰雹云中心的冰相     

山东北部一次夏末雹暴地面降水粒子谱特征

为了更好地认识雹暴等强对流降水的微物理特征,利用降水现象仪观测资料和CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的粒子相态识别和反射率因子等产品,分析2019年8月16日出现在山东北部的一次雹暴降水的雨、冰粒子谱（包括直径2~5 mm的霰粒子和直径大于5 mm的冰雹）的识别以及雨滴谱的演变特征,结果显示:济南双偏振天气雷达0.5°仰角PPI上在德州和陵县观测点附近识别的粒子主要为雨滴,临邑为冰雹加大雨;安装在3个观测点的降水现象仪均识别出少量冰粒子,3个观测点的冰粒子谱数密度低、分布不连续。雹暴降水开始阶段,出现少量大雨滴,这是风的筛选和蒸发作用导致的雨滴谱,具有低的小粒子数密度和较多大雨滴;雹暴强降水增大阶段,雨滴谱特征是小雨滴数密度偏低、大雨滴较多,即总的雨滴浓度低、雷达反射率因子高;雨强减弱阶段,小雨滴数密度显著增大、大雨滴数密度偏少,即总的雨滴浓度显著增大,但雷达反射率因子偏低。     

双偏振多普勒天气雷达探测雷电的初步研究

利用S波段双偏振多普勒天气雷达和闪电定位仪数据,分析了2009年6月5日发生在南京地区一次雷暴个例的双偏振雷达参量特征与闪电之间关系及雷达水平反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR和零滞后相关系数ρhv等偏振参量在3 km、5 km、7 km等3个不同高度上的CAPPI图,结果表明：负地闪主要落在强回波中心及其附近,少数...     

平凉地区云的雷达回波和降水的气候特征

利用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达观测基地双线偏振雷达的观测资料和地面资料，分析了雷暴云和冰雹云的ＺＨ和ＺＤＲ及其它参量的统计特征；用ＥＯＦ和相关分析方法研究了该区域的对流云和降水的日、月变化规律及地理分布，得到了这些量与地形高度及坡度的关系，揭示了六盘山对本地区云和降水影响的规律。这一工作为用双线偏振雷达研究冰雹云和下一步用区域模式研究该地区的云和降水机制提供了事实依据。     

2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析

为研究雹暴结构和大冰雹的形成机制,利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测站观测和实地冰雹调查资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大冰雹形成机制进行分析。结果表明,受冷涡天气系统影响,鲁中山区、鲁东南地区低层暖湿、高层干冷,0—6 km高度风矢量差为30.3 m/s,十分有利于强雹暴的发展。雹云发展迅速,历经发生、跃增、酝酿、降雹和消亡等5个阶段,在发生阶段即观测到中气旋、有界弱回波区等结构并不断增强,长时间维持;降雹阶段的雹云具有典型的有界弱回波区—悬垂回波—回波墙和“S”型水平流场等特征,有界弱回波区与旋转上升气流和水平速度为0的“0线”结构相关联,“0线”穿过悬垂回波和有界弱回波区顶部强回波区,指向雹云对流上冲云顶,具有特定的成雹功能;强降雹时段,雹云有界弱回波区北侧回波墙及其上方强回波区的水平反射率因子大于60 dBz,对应的差分反射率因子大多为?1—0 dB,表明为大冰雹的聚集区。依据对成熟阶段雹云雷达回波形态、径向速度和三维风场的分析,给出了实例雹云内主上升气流框架和具有成雹功能的“0线”结构示意图,有助于理解“0线”结构在大雹循环增长中的可能作用机理。      

双线偏振雷达测雨效果的对比分析

本文根据1993、1994年15次层状云和12次对流云降雨过程的地面降雨资料和C波段双线偏振雷达资料，对双线偏振雷达和普通雷达测量不同强度降雨的效果进行了评估和比较。结果表明，从相对误差来看，双线偏振雷达使普通雷达的小雨高估、大雨低估的测量误差趋势减弱，它对小到中雨的测量结果优于普通雷达。双线偏振雷达大雨高估的现象可能与强对流性降雨中冰相粒子的存在有关。