非线性VAD反演低层风廓线拟合阶数优化方法

结合理论和SoWMEX试验 (西南气流试验,Southwest Monsoon Experiment) 的连续多普勒天气雷达观测资料和广东省阳江雷达资料, 对非线性速度方位显示 (非线性VAD) 方法反演低层低于2 km垂直风廓线精度和能力进行定量分析。结果表明:非线性VAD基本能反演出低层风廓线在空间和时间上的演变。但当雷达径向速度数据在方位存在较大的连续性缺测、体积扫描仰角较少时,因传统非线性VAD采用的速度方位显示 (VAD) 方法拟合阶数和垂直拟合阶数过高,反演的低层风廓线会存在较大误差,造成不合理高风速区和风廓线不连续。通过实际观测资料统计分析反演参数对非线性VAD的影响,提出基于连续性数据缺测间隔和不同仰角的多少的VAD和垂直拟合阶数动态调整方法。同锋面降水和台风降水两典型个例的实际探空比对显示,调整后的非线性VAD显著改进低层风廓线反演精度,反演的风廓线结构和变化与实况相符,反演平均误差小于2 m·s-1。     

OIQC技术在雷达反演VAD廓线资料退模糊中的应用研究

多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格点圈层上的资料,以简化的多变量统计插值技术(Cressman插值),为被检查的资料提供一个对比分析的参考值,从而确定折叠次数,修正模糊速度。根据多普勒雷达径向速度资料的特点,水平方向采用非各向同性的单变量背景场误差协方差函数,垂直方向协方差函数取为高斯型。修正模糊速度后运用VAD技术得到水平风的垂直廓线。对强龙卷天气过程的数值试验结果表明,OIQC技术应用于雷达资料质量控制,无需引入外界风场,有能力修正模糊速度。结合VAD方法,可以从存在严重折叠的雷达资料中反演出较为准确的风廓线。     

基于多普勒雷达VAD算法的业务应用讨论

多普勒天气雷达垂直风廓线（V WP ）产品在业务预报中已有较广泛的应用,并得到了风廓线的某些特征结构与雷暴及强对流之间的对应关系。由于对多普勒径向速度反演得到风廓线产品的VAD算法缺乏了解,目前对VWP 及速度方位显示（VAD）产品的应用还存在一些误区。文章由单多普勒雷达反演水平风场的基本原理入手,回顾了VWP 及VAD产品在暴雨与强对流临近预报中的应用,并重点对VWP及VAD产品的业务应用误区进行了讨论。     

雷达风廓线反演在云南强降水预报中的应用

利用VAD(Velocity Azimuth Display)方法反演多普勒雷达垂直风廓线,并将反演风场应用于云南强降水过程的诊断预报。通过反演风廓线资料与探空实况、NCEP再分析资料的对比分析,发现VAD方法反演的风廓线与实况资料具有较好的一致性,表明该方法在云南是可行的;通过反演风廓线资料可以较为精细地监测和分析大气垂直方向上水平风场的不连续性,由此得到低空切变、温度平流和低空急流等系统的厚度和强度演变特征。相对于时、空分辨率不足的常规探空资料,雷达反演风廓线具有较高的时间和垂直分辨率,能够更为详细地揭示强降水天气过程中起重要作用的天气系统的主要特征和演变过程。因此,VAD风廓线产品对云南强降水天气过程的预报具有较好的参考价值和应用前景。     

基于MVAD技术的多普勒雷达径向速度退模糊方法的改进研究

对Gong（2003）提出的基于Modified VAD技术的多普勒雷达径向速度退模糊方法进行了改进。原方法从各高度上径向风速的方位梯度信息中估计水平风廓线的分布,在使用各高度参考风进行一次退模糊的基础上,进行连续性检验完成整个退模糊过程。使用参考风进行退模糊能在很大程度上提高退模糊的效率。但是由于中小尺度系统的扰动和复杂的采样覆盖的影响,一般很难获得比较准确的估计水平风速,这将对进一步的退模糊过程产生很大的影响。针对这个问题,在水平风估计过程增加了质量控制参数,使其能够更好地估计水平风。此外,还对原方法中的几项参数的选择进行了讨论和调整。通过对两个个例的退模糊试验,检验了改进后方法的效果。     

新一代天气雷达径向速度质量分析

径向速度的模糊问题是制约新一代天气雷达径向速度资料应用的关键问题,且影响制约速度退模糊效果好坏的因素比较多。利用上海站和舟山站雷达资料,分析WSR-88D天气雷达和国内新一代天气雷达(SA、SB)径向速度资料质量上的差异,同时利用南京站、广州站及承德站雷达资料,详细说明信噪比对新一代天气雷达(SA、CB)径向速度质量的影响。从理论分析和个例资料的分析中发现:SA(SB)雷达相对于WSR-88D雷达而言,径向速度值跳跃性较大;同时,信噪比与径向速度质量及速度模糊之间存在一定的关系,信噪比越大,径向速度差值相对越小,则径向速度跳跃性较小,径向速度资料质量相对较好,发生速度模糊的可能性就越小;反之,信噪比越小,径向速度差值相对越大,则径向速度跳跃性较大,径向速度资料质量相对较差,发生速度模糊的可能性就越大。     

基于多普勒天气雷达的两种垂直风廓线反演方法的对比分析

利用2010年阳江高精度探空仪国际比对试验中观测的探空测风资料、CINRAD-SA型多普勒天气雷达体扫资料及基于PUP-VAD方法反演的垂直风廓线产品资料,使用三种不同复杂程度的分层VVP方法(VVP1、VVP2和VVP3)反演了阳江雷达站上空的垂直风廓线,以探空测风为参考,以平均风向、风速均方差和相关系数作为评估因子,将雷达站周围降水回波分布分为较均匀和不均匀两种情况,对比分析了基于分层VVP方法和PUP-VAD方法反演的垂直风廓线。结果表明,相比PUPVAD方法,分层VVP方法都能提供更实用、质量更好的垂直风廓线,特别是在雷达周围降水回波分布不太均匀的情况下。主要原因是在某一高度,相比PUP-VAD方法只分析某仰角某距离圈上的径向速度资料来说,分层VVP方法是通过对该高度层10~100 km范围内的所有有效径向速度资料进行多元线性回归来求解该高度层的平均水平风向、风速,受资料覆盖率的影响程度要小于PUP-VAD方法。     

资料同化中雷达VAD风质量控制研究

新一代天气雷达VAD(Velocity Azimuth Display)风作为多层次水平风矢量的垂直廓线,具有时间频次高、易与业务数值预报模式分辨率相匹配、影响质量因素复杂等特点。在数值预报中有效同化该资料,可改善低空风场资料不足等状况。本文根据变分同化中对资料质量的特殊要求,集成现有VAD质量控制方案后,设计了逐步拟合质量控制方案。再根据VAD资料不同误差来源,综合集成了现有的VAD质量控制方案,形成逐级综合质量控制方案。通过分析逐级质量控制方案得到VAD资料在同化中的适应性,发现该资料相对背景场存在偏差。进一步分析表明,出现这种偏差的原因在于选择用以反演VAD径向原始数据中存在许多不符合VAD廓线的数据。据此设计了逐步拟合质量控制方案,该方法可逐步筛选出用以反演VAD的径向速度数据,提取出数据中的简谐波特征。通过北京站雷达获取的VAD廓线与分钟级探空实测对比,发现通过逐步拟合质量控制得到的风速更接近实况。相对背景场偏差分析也表明,通过逐步拟合质量控制,观测相对于背景场的偏差得到有效修正。一个月的连续试验结果显示,质量控制后获取的VAD资料可基本满足同化中对资料的无偏要求。     

一次对流系统引起奥帆赛场风速突然减小的多普勒雷达特征

根据青岛黄岛新一代天气雷达和浮标站等观测资料,对2006年8月青岛国际帆船赛期间一次赛场风速突然减小的多普勒雷达特征进行了分析,以探讨雷达产品对地面风变化的指示意义.结果发现,对流系统周围的环境风场存在较强的风垂直切变,在对流系统移动和发展过程中,风切变层的高度发生了变化.当赛场附近近地面风切变层高度降低、切变层风速减小时,赛场附近风速也减小;切变层升高后,赛场附近的风速又重新增大,表明近地面风切变层的高度和切变层风速的大小对地面风速有影响.新一代天气雷达VAD风廓线产品可以较好地反映出雷达站附近风切变层以及风速的垂直变化,对地面风速的变化有指示意义.     

二维多途径退速度模糊算法的应用及效果研究

径向速度的模糊问题是制约新一代天气雷达径向速度资料应用的关键问题.本文将美国强风暴实验室Zhang Jian 提出的二维多途径退速度模糊方法应用到我国新一代天气雷达(SA、CB)观测的台风以及强对流风暴天气过程的资料质量控制中,进行了退模糊试验,详细分析了新算法的特点,并提出了数据预处理的方法.个例资料的分析表明:该算法不仅能处理连续性风场的速度模糊,也能处理存在大量数据缺失以及距离折叠的不连续性风场的径向速度模糊,但对于孤立回波的速度模糊的处理,也会出现问题.同时,在个例研究中发现,地物回波对于退速度模糊效果也有一定的影响.     

Group velocity of anisotropic waves—Part I: Mathematical expression

The group velocity used in meteorology in the last 30 years was derived in terms of conservation of wave energy or crests in wave propagation. The conservation principle is a necessary but not a sufficient condition for deriving the mathematical form of group velocity, because it cannot specify a unique direction in which wave energy or crests propagate. The derived mathematical expression is available only for isotropic waves. But for anisotropic waves, the traditional group velocity may have no a definite direction, because it varies with rotation of coordinates. For these reasons, it cannot be considered as a general expression of group velocity. A ray defined by using this group velocity may not be the trajectory of a reference point in an anisotropic wave train. The more general and precise expression of group velocity which is applicable for both isotropic and anisotropic waves and is independent of coordinates will be derived following the displacement of not only a wave envelope phase but also a wave reference point on the phase.     

Group Velocity of Anisotropic Waves-Part Ⅰ: Mathematical Expression

The group velocity used in meteorology in the last 30 years was derived in terms of conservation of wave energy or crests in wave propagation. The conservation principle is a necessary but not a sufficient condition for deriving the mathematical form of group velocity, because it cannot specify a unique direction in which wave energy or crests propagate. The derived mathematical expression is available only for isotropic waves. But for anisotropic waves, the traditional group velocity may have no a definite direction, because it varies with rotation of coordinates. For these reasons, it cannot be considered as a general expression of group velocity. A ray defined by using this group velocity may not be the trajectory of a reference point in an anisotropic wave train. The more general and precise expression of group velocity which is applicable for both isotropic and anisotropic waves and is independent of coordinates will be derived following the displacement of not only a wave envelope phase but also a     

多普勒天气雷达资料在9806号台风定位中的应用

应用上海中心气象台ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达资料分析了９８０６号台风过程的回波强度图及径向速度图的特征,并结合这两种资料对９８０６号台风跟踪定位及实际应用作了探讨     

多普勒天气雷达探测中气旋分析

利用南京多普勒天气雷达资料,对南京地区2003年7月8日出现的一次雷雨大风和短时强降水过程进行了分析,结果表明:这次强天气过程与多普勒天气雷达观测到的中气旋相联系,文中结合环境风场分析了中气旋的特征,计算了中气旋的主要参数。     

多普勒天气雷达资料在9806号台风定位中的应用

应用上海中心气象台ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达资料分析了９８０６号台风过程的回波强度图及径向速度图的特征,并结合这两种资料对９８０６号台风跟踪定位及实际应用作了探讨。     

径向速度资料在预报工作中的应用

就首都机场ＴＤＲ－３６００多普勒雷达探测资料分析了超级单体,飑线,切变线等中小尺度强对流天气的径向速度图特征,解释其提供的风场信息。     

新一代天气雷达测速定标精度检查方法

通过对新一代天气雷达速度测量原理介绍,阐述了速度模糊产生的原因,在此基础上介绍了当前几种退速度模糊方法,并比较了这几种方法的特点和需要改进的地方。介绍了新一代天气雷达测速定标检查时理论计算速度值的方法和速度模糊时显示的实际速度值计算方法。为确保雷达采集的数据尤其速度场资料的可靠性,各厂家采用了不同的定标和检查方法,通过对各厂家速度定标和检查方法的分析与比较,指出了各自的特点和需注意问题,为新一代天气雷达技术保障提供借鉴。     

复合风场的单多普勒速度特征

本文对复合风场的单多普勒天气雷达径向速度图象进行模拟，复合风场包括不同风速情况下的大尺度运动的辐合辐散风场与冷暖平流的迭加。不同的风场在单多普勒径向速度场上有着不同的特征，本文的一组模拟，可以帮助用户正确识别单多普勒径向速度场中的有用信息。     

梯度法计算空气动力学粗糙度存在的问题

利用2009年春季内蒙古苏尼特左旗风速、空气温湿度的野外观测资料,用梯度法研究荒漠化草原区空气动力学粗糙度Z0时发现,Z0有明显的日、月分布规律。中性条件下,根据风速对Z0的不同影响可分为3个特征区。梯度法计算Zn有风速条件约束,只有在风速较大时计算的Z0真实可靠,确定可靠风速区域是正确应用梯度法计算Z0的关键。乙随风速值的增大成指数关系递减,可从指数函数的收敛性确定Z0。     

低空急流的单多普勒速度特征

对低空急流的单多普勒天气雷达径向速度图像进行数值模拟，并利用合肥多普勒天气雷达的观测资料，对2000年6月24—27日安徽省境内发生的暴雨过程进行了分析。结果表明：不论风向如何变化，低空急流的多普勒正负速度区关于显示中心成对称分布，从多普勒速度的零速度线分布可以得到实际风场的风向廓线。在多普勒速度图上，安徽淮北地区暴雨过程主要发生在正负速度中心的中心轴的左侧200km范围内。低空西南急流的维持，为暴雨的产生和维持提供了充足的水汽。