用双多普勒天气雷达资料研究暴雨三维风场结构

使用双多普勒天气雷达三维风场反演技术对2005年6月11-12日梅州和汕头多普勒天气雷达探测到的华南暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了详细分析.结果表明:此次暴雨主要是由中低层的中β尺度辐合线、中β尺度切变线和嵌于其中的中γ尺度涡旋共同作用引发的.低层辐合、高层辐散的动力结构,有利于暴雨系统的触发、维持和发展.最后,综合分析结果给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统结构模型的双多普勒雷达研究

使用双多普勒雷达三维风场反演技术对2003年6月26-27日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的江淮梅雨锋大暴雨资料进行了三维风场反演,对其中β和中γ尺度三维动力结构进行了研究.结果表明,中β尺度对流系统(MβCS)及其上的中γ尺度对流云团是此次暴雨的主要降水系统.中低层的中β尺度辐合线对此次暴雨的触发、发展、维持具有重要作用,随着辐合带的逐渐减弱,强降水也逐渐减弱.中尺度对流系统低层的正涡度大值区与辐合中心有较好的对应关系,并且对应地面的强降水区.文中还给出了此次暴雨的三维动力结构模型.     

2003年6月30日梅雨锋大暴雨β和γ中尺度结构的双多普勒雷达反演

2003年6月下旬至7月上旬,淮河流域出现了持续强暴雨,文中使用双多普勒雷达三维风场反演技术(MUSCAT)对6月29～30日合肥和马鞍山多普勒雷达探测到的暴雨资料进行了三维风场反演,对暴雨系统的中尺度三维动力结构进行了研究。此次梅雨锋暴雨是由β中尺度辐合带和嵌在辐合带上的γ中尺度涡旋共同作用引起的,辐合带上的波动活动对降水具有重要的触发和维持作用。在强降水时段的前期,无为附近中低层的γ中尺度涡旋在东—西走向的中尺度辐合带上自西向东移动,γ涡旋的移动与主雨区的移动基本同步,γ中尺度波动是该时段暴雨的重要动力因素;与此同时,在雨带的北区,γ中尺度涡旋活动比较频繁,但基本上是局地生消;在后期,西南暖湿气流和西风辐合,形成雨带上空的β中尺度辐合带,辐合带随着降水的减弱而减弱;最后,给出了此次暴雨的三维动力结构。     

强热带风暴碧利斯 (0604) 引发的特大暴雨中尺度结构多普勒雷达资料分析

强热带风暴 “碧利斯” (Bilis) 于2006年7月14日12:50在福建省霞浦县北壁镇再次登陆, 与南海季风相互作用, 在福建省引发特大暴雨。作者利用双多普勒雷达三维风场反演技术对厦门和龙岩新一代多普勒雷达时间同步探测资料进行了风场反演, 综合利用雷达回波强度资料, 对造成长泰、 漳州特大暴雨的中尺度对流系统的三维结构及其演变特征进行了详细分析。结果表明: (1) 此次特大暴雨主要是由中低层西南[CD*2]东北走向的β中尺度辐合线引发的, 辐合线对于水汽输送以及暴雨的形成、 触发、 维持具有重要作用, 辐合线在暴雨的整个生命史过程中经历了由弱变强、 由强变弱的演变过程, 变化过程与降水的强弱演变过程基本同步。 (2) 由于丰富的水汽供应和中低层辐合线的动力抬升作用, 西南[CD*2]东北走向的β中尺度回波带的西南不断有新的γ中尺度对流单体生成, 在沿着辐合线向东北移动过程中进一步发展、 合并形成β中尺度对流线, 造成持续的强降水。最后, 还给出了此次特大暴雨的三维云系结构模型。     

利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构

山东齐河CINRAD/SA和滨州CINRAD/SC雷达相距125.5km,组成了双多普勒雷达观测网,利用2004年6月21—22日的一次强飑线过程的多普勒天气雷达探测资料,分析了双雷达观测资料的质量控制结果,并根据双多普勒雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构。结果表明,两部雷达探测的回波在水平位置上有2.0km的差别,回波强度滨州雷达低5.2dBz,回波结构也有一定的差别,径向速度在可比较的区域一致性很好。飑线不同位置的水平风场结构有很大不同,在飑线北端,低层是气旋性辐合风场,飑线南端是反气旋性辐合风场,而中部沿强对流窄带的前部是偏西和东南风的风场辐合。中高层云中风逐渐转为西北风,强对流回波带上空对应辐散风场;垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明:成熟阶段,强对流窄带前部的低层是入流气流,即东风气流,它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升,在中高层向前流出形成飑前砧状云。减弱阶段,低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带,导致前面的入流气流风速减弱、下边界抬高,这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致。     

华南一次强飑线过程的三维变分风场反演效果分析

利用三维变分方法对2014年3月30—31日华南一次强飑线过程进行风场反演,经与风廓线雷达探测结果、双多普勒天气雷达反演结果、原始径向速度数据等对比分析,得到如下结论：三维变分方法反演的中低层水平风场与风廓线雷达探测到的结果较为一致,且能很好地表现飑线过境时的风向切变;通过与双多普勒雷达风场反演结果对比发现,两种方法得到的风场空间分布十分相似,均能很好地表现2 km高度上系统内部强带状回波前缘的辐合线以及5 km高度上较弱的辐散;三维变分方法反演的水平风场与径向速度场有较好的一致性,2 km高度强回波带前缘阵风锋处的辐合线位置以及5 km和8 km高度上辐散区的位置均与径向速度场十分吻合;三维变分方法反演的垂直速度能较好地反映该飑线过程中气流的上升和下沉运动,平行于飑线方向的气流变化较小,而系统气流变化主要沿垂直于飑线的方向。三维变分方法反演的飑线系统的三维风场结构合理,反演结果可靠。     

一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究

使用地基双多普勒天气雷达综合和连续调整技术 (MUSCAT), 对2001年7月13日安徽省合肥、马鞍山双多普勒雷达同步探测到的暴雨系统进行三维风场反演.其暴雨系统的流场特点是在低层存在切变线和辐合线, 高层气流辐散, 有明显的垂直环流; 低层的水平辐合区与高层的水平速度的辐散区相匹配, 对应着上升运动; 下沉气流在近地面层形成的向外流出的辐散气流促使暴雨系统前方低层暖湿空气上升; 南北强回波单体在全椒附近合并, 单体合并首先从低层开始, 然后扩展到中高层, 造成全椒地区的局地强降水; 中低层的切变线和辐合线是强回波单体合并的动力因素; 流场特征是在其上空形成中尺度涡旋.最后, 给出了这次暴雨的概念流场模型.     

台风“罗莎”低空流场与降水中尺度结构的观测资料分析

为了进一步了解台风的水平风场结构和降水雨带的分布特征与台风强度变化的关系,利用观测资料和多普勒天气雷达探测资料对0716号台风"罗莎"的降水云系、反演的水平风场和雷达回波进行分析,结果显示:(1)在台风减弱为强热带风暴以前,低空卷入台风中心的强回波带开始出现分裂;减弱为热带风暴时,低空的强回波带出现明显的分离和断裂。雷达探测的向台风中心卷入的低空强回波带的分离和断裂,可以为台风减弱预报提供参考。(2)多普勒雷达探测资料反演的低空水平风场分析显示,虽然所处的环境风场截然相反,我国和美国两地区的热带气旋在低空存在相似的中尺度流场结构。我国东南沿海即将登陆的台风的西南侧外围与环境风场的交汇处,存在一处气流汇合带和气流辐散带,气流汇合带对应台风南侧的强降水中心。(3)通过多普勒雷达反演的低空水平风场与强度回波的叠加分析显示:台风的螺旋雨带与反演的低空水平风场的中尺度风切变线对应。这种中尺度切变在常规观测中难以发现。     

双多普勒雷达对淮河流域特大暴雨的风场反演

在 2 0 0 3年 6月下旬至 7月上旬梅雨期 ,淮河流域出现了持续强暴雨。 7月 4日0 8时～ 5日 0 8时 ,安徽省部分地区出现特大暴雨 ,其中滁州 2 73 7mm ;滁州 4日 2 0时～ 5日 2 0时日雨量为 351 7mm。使用MUSCAT技术对这次特大暴雨进行了双多普勒雷达三维风场反演 ,研究表明 ,中低层辐合线和中尺度气旋是造成此次暴雨的重要原因 ;辐合线造成低层水汽的大量集中也为其提供了有利的环境条件     

三维变分方法反演风场的效果检验

为研究三维变分方法反演风场的能力、在不同天气系统中的适用性以及在实际业务工作中的应用潜力,利用广州、深圳、海口、湛江、龙岩和厦门六部多普勒天气雷达构成三个双多普勒雷达系统,选取热带风暴、飑线和层状云降水三种不同类型的天气过程。以双多普勒雷达反演的风场为"真值",对风场三维结构进行了对比分析,并根据绝对误差、均方根误差和相关系数进行了定量的效果检验。结果表明,使用双雷达资料进行三维变分方法反演获得的风场结构与各类型天气的基本特征一致,能够较好地反演出飑线系统低层强对流区前缘阵风锋处的风场辐合以及热带风暴的气旋式环流。基于单部雷达资料和双雷达资料得到三维变分风场对比表明,使用单部雷达资料不能很好地表现强天气过程中的风场结构,对热带风暴的涡旋结构和飑线系统内部的辐合线结构的反演效果都较差,只有在风向沿雷达径向时才能得到较准确的风场结构;同时使用两部雷达资料进行风场反演,不仅降低了水平风向的反演误差,而且解决了单雷达反演风场时,雷达径向风分量反演结果较好、切向风分量反演结果较差的问题。误差分析结果表明水平风速和水平风向的反演结果都比较可靠,层状云降水的风场反演效果优于热带风暴和飑线系统的风场反演效果。     

"7.23"大暴雨动力机理的双多普勒雷达反演

使用地基双多普勒雷达MUSCAT三维风场反演技术，利用宜昌和荆州双多普勒雷达同步体积扫描资料，对2002年7月22—23日湖北省境内的一次混合型大暴雨进行了三维风场的反演。分析表明，中低层的中尺度气旋和气旋性切变线是触发和维持此次大暴雨的重要动力因素；低层辐合，高层辐散的动力配置也有利于强降水系统的发生和发展。     

双雷达反演闽南地区一次暴雨过程三维风场结构特征研究

前汛期暴雨是华南地区最常见且预测难度较大的灾害性天气之一,而造成暴雨最直接的系统是中尺度对流系统。利用区域自动站资料,NCEP再分析资料,厦门、泉州新一代天气雷达(CINRAD/SA)基数据,采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术,分析了2015年5月20日闽南地区一次暴雨过程中尺度对流系统的三维风场结构特征。结果表明:此次暴雨过程是由低层的冷暖空气在闽南沿海地区交汇形成的切变线引起的,风场反演方法能够清晰地再现低层切变线的移动过程、处于不同生命阶段对流单体的三维风场结构。强回波区跟随切变线向南移动并分布于其两侧。当切变线过境、风向较为一致时,不利于强回波的进一步发展,降水开始减弱。如果对流单体中存在一致的上升气流,低层有明显的辐合,表明此单体仍处于发展状态,回波将会继续增强;若已经出现了一致的下沉运动且没有明显的入流,则回波处于消散阶段。相比于传统方法,"基于动态地球坐标系的双雷达反演风场方法"实现了对雷达径向数据的定量化应用,能够更直观地揭示中尺度对流系统的三维风场结构,并通过对垂直速度的计算及显示,可以快速判断回波未来的演变趋势,对快速预测回波的强度变化有非常好的参考意义。     

2008年8月1~2日滁州特大暴雨双多普勒雷达三维风场反演试验的初步结果

受“凤凰”低压和冷空气共同影响, 2008年8月1~2日安徽省东部和江苏西部部分地区出现大雨, 局部地区暴雨到特大暴雨。滁州和全椒24 h雨量分别为429 mm和414 mm, 此次特大暴雨具有局地性和降水强度大的特点。使用南京和马鞍山双多普勒雷达时间同步观测资料, 对此次暴雨的三维风场进行反演, 在此基础上, 研究了暴雨的三维风场结构。由雷达回波分析可知, 此次暴雨是由β中尺度对流系统造成的, 在β中尺度对流系统内部还有γ中尺度对流单体, 对流单体发展非常旺盛。中低层切变线自西向东移入降水区后, 在该地区停留较长时间, 加之有充足的水汽供应, 造成了局地特大暴雨。在垂直剖面内, 对流系统发展旺盛, 强降水区上空回波较强且对应着较强的上升气流区, 而在强回波中心区的两侧均有下沉气流。当切变线减弱并移出降水区后, 强降水停止。     

一次大范围海效应暴雪的雷达反演风场分析

用EVAP(Extended Velocity Azimuth Processing)方法对2010年12月30日发生在山东半岛的一次海效应暴雪过程进行风场反演,以了解暴雪过程中雷达回波和低层风场的特征。得出以下结论:(1)烟台和威海暴雪发生时间不同步,降雪带有明显东移的过程,对应烟台强回波带逐渐向东移动,而威海回波位置少动。(2)雷达回波开始产生于渤海,减弱也始于渤海;强回波带的位置与风场的辐合区有很好的对应关系。(3)反演风场水平切变线的移动,会引起强回波带的波动;烟台北部切变线相对稳定,南部切变线西移,致使强回波带沿顺时针方向旋转;威海南部切变线位置相对稳定,北部切变线西移,引起强回波带沿逆时针方向旋转。(4)辐合切变线是由经过辽宁南下的东北风与山东半岛的西北风(西风)辐合构成;切变线受西风分量减弱的影响而发生移动。     

“7·23”大暴雨动力机理的双多普勒雷达反演

使用地基双多普勒雷达MUSCAT三维风场反演技术,利用宜昌和荆州双多普勒雷达同步体积扫描资料,对2002年7月22-23日湖北省境内的一次混合型大暴雨进行了三维风场的反演。分析表明,中低层的中尺度气旋和气旋性切变线是触发和维持此次大暴雨的重要动力因素;低层辐合,高层辐散的动力配置也有利于强降水系统的发生和发展。     

多源数据融合在强对流天气中地面风场的识别应用

利用多普勒天气雷达探测数据、常规观测资料和ERA5再分析资料,综合分析了2019年7月6日发生在江苏省的一次强对流天气过程的天气形势和雷达回波强度演变特征,并进行了多源数据融合的试验。试验通过VAP技术将雷达径向速度数据反演为矢量风场,并利用典型相关分析的方法（CCA）对雷达径向速度资料反演的风场、再分析资料的风场和气象自动站资料的风场进行数据融合。通过风场融合试验,获得了强对流系统更加丰富准确的地面风场信息,与雷达探测的特征对应,消除了反演风场的量级误差,填补了被过滤的风场信息,恢复了气流的旋转特征。强对流天气过程中,江苏省地区受高空冷涡影响,在高空冷槽、高空急流、低层切变线和地面辐合线的配置条件下,形成了上干冷、下暖湿的层结不稳定结构。通过融合风场的识别：强对流天气系统发展阶段,地面有气旋性辐合流场,包含中γ尺度气旋和辐合线,与反气旋和辐散相伴。气旋性气流对应着雷达回波中的入流缺口,辐合线位于风暴前沿（移动方向）。强对流天气系统强盛阶段,地面流场转变为强辐合弱旋转,灾害性天气发生。     

一次消（减）雨试验过程风场特征及作业效果分析

根据济南齐河多普勒雷达体扫资料,采用EVAP方法对山东2009年9月19—20日一次积层混合云降水进行风场反演,反演风场能细致地揭示本次降水过程中尺度风场的演变过程,清楚地给出了风场中尺度结构、辐合线的位置及二者演变特征。各个层次风场变化与常规探空观测的结果基本一致,降水过程前半段存在中尺度辐合线,后期随着冷空气加强南侵并完全控制了中低层,对应的地面降水也由强减弱并逐渐结束。由于反演风场能实时反映出中尺度辐合线的位置,有利于人工影响天气作业的时机及部位的选择。     

上海“8.5”特大暴雨的成因和特点

利用WSR－88D多普勒雷达资料，通过分析2001年8月5日到8月6日产生于上海地区的特大暴雨过程的雷达回波特征，研究探讨这次过程的降水成因和降水特点。发现副热带高压边缘偏南气流的风速辐合、螺旋雨带中强回波短带的合并加强、风的垂直切变产生的辐合以及热带系统的高效率降水作用是这次暴雨过程的降水成因和降水特点。并提出了预报这类暴雨系统需要注意的要点：强降水回波的发生和发展加强往往和风场中的局地强辐合区相联系，利用多普勒雷达连续演变的风场资料，可及时了解辐合区的形成和演变过程，提前作出强降水可能性的预测。     

山东省一次积层混合云暴雨三维风场的双多普勒雷达探测

使用地基双多普勒天气雷达监测资料和常规探测资料,对2005年9月19日凌晨发生在鲁中地区的一次暴雨进行分析,结果表明：本时段暴雨是积层混合云降水所致,中低层存在切变线和辐合线,风场中尺度结构造成小尺度对流单体的发展,这些对流单体以带状结构组成回波群镶嵌在大面积的层状云中;伴随弱冷空气侵入,风场的中尺度结构主要出现在4km以下的层次,中低层切变线和冷空气的侵入是强回波单体发展的动力因素;在垂直方向上,强回波区有明显的垂直运动。风场的中尺度结构对鲁中强降水的发生和维持有重要作用。     

新疆一次强飑线过程双多普勒雷达观测的中尺度风场结构分析

利用新疆乌鲁木齐和五家渠的双多普勒雷达同步观测资料与双多普勒雷达风场反演技术,结合多种气象资料(1 min间隔的地面自动站资料、探空资料和NCEP再分析场资料等),综合分析了2005年6月26日新疆乌鲁木齐附近一次强飑线过程。其流场特征是低层存在明显的辐合线,中层辐合,高层辐散。中低层的风场辐合使旧回波右侧(西南侧)一定距离处依次生成新回波并与旧回波合并,对流单体间的辐合线促使其迅速合并,是飑线发展的重要原因。对流单体间的合并是从中层开始的,然后扩展到低层。在低层对流单体合并后,飑线前部有一明显的辐合线,入流区、大的回波强度梯度区和弱回波区非常明显;同时,不同发展阶段的风场配置有明显的不同,上升气流和下沉气流在多单体风暴中同时存在。本次飑线过程中低层是东南风的入流气流,与对流带后部的西北风气流相遇后向上倾斜上升,在中高层形成飑前砧状云,这与国内外中纬度飑线的结构基本一致,但本次飑线过程只有前缘强烈的对流区,没有尾随的层状云降水。自动气象站、多普勒雷达及其反演的风场很好地揭示了该飑线的发生、发展、爆发过程及其回波和风场的空间结构特点。