基于雷达回波区域跟踪算法的临近预报技术进展

目前,临近预报技术主要包括外推技术、数值预报技术以及概念模型预报技术等。而业务上主流的临近预报技术以外推为主,主要以雷达资料为基础,采用雷达回波单体质心跟踪算法或雷达回波区域跟踪算法,得到雷达回波以及降水的临近外推预报。本文详细介绍了3种基于雷达回波区域跟踪算法(交叉相关回波跟踪算法、光流法和变分回波跟踪算法)的临近预报技术的国内外研究进展和基本原理。大量的研究和业务实践结果表明,雷达回波区域跟踪算法作为临近预报专家系统的核心部分,在对流天气临近预报方面有较好的可预报性,在临近预报业务时效内,外推预报结果和实况接近,优于数值模式预报。而通过对算法的不断改进,可以提升各临近预报专家系统在临近预报方面的性能。随着天气雷达技术的不断进步,天气雷达在硬件和软件两方面都逐步改进,雷达资料的数据质量明显提高,在对流天气临近预报上,基于雷达回波的区域跟踪技术会凸显其明显优势。     

新一代天气雷达在临近预报和灾害性天气警报中的应用

利用新一代天气雷达制作临近天气预报和灾害性天气警报,必须从天气雷达观测入手.需根据临近预报和灾害性天气警报需求制定观测方法.不同预报对象,要采取不同的雷达资料的数据处理方法,以便突出预报对象的回波特征.制作临近预报和灾害性天气警报的主要依据是雷达回波分析,掌握回波演变的全过程是雷达回波分析的基础,根据回波特征判断识别影响本地区的天气系统,通过回波分析判断回波的未来发展趋势.为了从回波上识别灾害性天气,需要建立各种灾害性天气的识别判据和方法.预报的主要方法是外推法,但预报结果还需要预报员根据预报经验最后作出预报结论.为了做好临近预报和灾害性天气警报,建立预报流程是非常重要的.     

天气雷达回波人工数字化拼图技术

本文介绍了拼图网格的设计、雷达观测报码的编制方法以及雷达回波拼图的计算机处理等。指出应用这种拼图技术制作雷达回波综合图,可充分地利用713型雷达定量探测的降水回波信息,是气象、航空、水利等部门警戒和预报强对流天气和暴雨的有力工具。     

713雷达灾害性天气监测预报系统

利用１９８４ ～１９９７ 年４ ～９ 月驻马店地区雷达探测资料,结合同期高空图、传真图、卫星云图资料,根据不同天气系统下雷达回波的移动规律,采用 Ｆｏｘ Ｂ Ａ Ｓ Ｅ＋ ２ ．１０ 语言在计算机上开发建立了７１３ 雷达灾害性天气监测预报系统。该系统可将实时的雷达回波资料处理后,通过地县计算机网络下传雷达回波信息与短时预报。     

基于雷达回波最大重叠率的一种临近降水预报方法

基于天气雷达的临近降水预报是雷达短时预报业务系统的重要组成部分,本文在回顾雷达临近降水预报技术发展的基础上,充分考虑新一代天气雷达高时间、空间分辨率的优点,提出两个相邻时刻雷达回波具有最大重叠率的移向、移速是与降水系统整体的移向、移速密切相关的论点,再用此移向、移速对当前雷达回波进行平移,最后采用九点平均的回波生消模型...     

变分回波跟踪算法及其在对流临近预报中的应用试验

目前业务上0—1 h对流天气临近预报仍旧以客观外推为主,采用不同外推算法,得到雷达回波以及降水的外推临近预报。以业务应用为目标,开展了变分回波跟踪算法在强对流天气临近预报中的应用研究。利用京津冀地区的8部新一代多普勒天气雷达逐6 min雷达组网拼图资料,选取2016—2018年夏季发生在京津冀地区的18个典型对流个例,开展变分回波跟踪算法和交叉相关法的0—1 h临近预报对比试验及检验评估。与传统的交叉相关法相比,变分回波跟踪算法采用变分技术求解雷达回波运动矢量场,在计算中使用两个严格的约束条件,运用迭代法进行求解,其得到的运动矢量场更为准确。结果表明,变分回波跟踪算法优于传统的交叉相关法,得到的30、60 min内雷达回波的形状、位置及强度的外推预报和实况更接近,定量检验评分更高:（1）京津冀地区4次典型对流天气过程临近预报对比试验表明,和交叉相关法相比,变分回波跟踪算法可以更好地预报出未来1 h内雷达回波的位置、形态和强度。（2）通过对18个典型对流个例定量检验,发现当雷达回波强度阈值为35和45 dBz时,无论是30或是60 min外推预报,变分回波跟踪算法的命中率（POD）和临界成功指数（CSI）都明显高于交叉相关法,且虚警率（FAR）更低;分天气类型定量检验发现,绝大多数天气类型,变分回波跟踪算法外推预报效果优于交叉相关法。      

交叉相关算法在强对流天气临近预报中的应用

利用"雨燕"临近预报系统的雷达回波外推算法,对三次强对流个例的3 km CAPPI反射率因子、回波顶和垂直累积液态含水量进行0～1小时外推预测,将预测结果和组合阈值比较进行强对流天气预警区域预报试验。资料来源于CINRAD-SB雷达基数据经RPG算法处理得到的雷达产品数据。所用的方法是在扩展后的交叉相关追踪算法基础上实现雷达回波移动预测。试验结果表明:3 km CAPPI反射率因子、回波顶和垂直累积液态含水量雷达产品与实况有较好的吻合,能较好地预报出回波的形状、变化趋势和移动方向,回波的范围、位置和强度中心与实况相似,外推时间越短,预报效果越好。交叉相关追踪算法外推得到的雷达回波结果在0～1 h内是可用的;外推预测结果经过组合阈值的过滤后,得出的强对流天气预警区域预警结果也是可行的,对强对流天气临近预报有一定指示意义。     

一次冰雹天气过程的雷达回波分析

从天气背景、雷达回波演变特征的角度分析2003年4月13日的冰雹天气过程,并利用单站资料和雷达回波进行冰雹天气短时预报做出总结.     

一次冰雹天气过程的雷达回波分析

从天气背景、雷达回波演变特征的角度分析2003年4月13日的冰雹天气过程，并利用单站资料和雷达回波进行冰雹天气短时预报做出总结。     

桂林雷暴大风临近预报研究

该文建立了桂林雷暴大风天气潜势CWP算法,结合雷达回波的外推技术给出雷暴大风临近预报方案.算法构建中使用了桂林市多普勒雷达可扫描范围1.5°仰角的回波参数和对应区域的雷暴大风实况资料,对样本的检验表明,CWP对于发生于桂林市的雷暴大风天气具有一定的预报能力.     

新一代天气雷达灾害性天气警报和短时预报系统

由中国气象科学研究院主持，北京、湖北、广东、安徽和厦门等省市气象局科研人员参与的以多普勒天气雷达实时观测资料为基础的新一代天气雷达灾害性天气警报和短时预报系统于2006年底完成，建立了一整套回波特征参数定量提取技术、风场反演技术、灾害性天气自动识别技术以及自动和人机交互的0～2h暴雨、大风、冰雹的预报和0～2h降水预报技术。     

天气雷达回波区域拼图实现方法

针对目前天气雷达存在型号繁多、开机时间不定等问题，提出天气雷达回波图像功率、时间、空间的归一处理方法，将不同雷达的回波图像归一化，为拼图提供统一的数据源，利用重叠区域回波技术构成组网雷达回波图像，采用球面投影技术，得到较为理想的天气雷达区域回波图。     

山东省强对流天气雷达回波气候特征

通过对７１３天气雷达观测资料的统计分析,揭示了山东４￣８月份强对流天气回波时空分布、产生源地、移动路径及回波参数指标等雷达回波气候特征,对强对流天气短时预报具有指导作用。     

第九讲 雷达定量测量降水

天气雷达除了具有探测降水和警戒灾害性天气的能力以外,还具有定量测量降水的能力。它能够较迅速地获得大范围内的降水量分布。应用回波功率(P_r)—降水强度(Ⅰ)统计关系式,可以定量地估算出降水强度的分布情况,这对于水文部门的洪水预报、水库的蓄放及江河流域水量的短时预报都是很重要的。六十年代以来,国外在雷达定量测量降水方面有许多研究,1966年美国国家强风暴实验室曾利用雷达测得的降水资料,经数字化处理后供业务上试用。七十年代初,我国也开始了这方面的工作。本文简要介绍如何利用天气雷达测量降水回波功率。并由此估算降水强度和降水量,以及雷达回波资料的数字处理等几个方面的问题。     

第一讲 天气雷达

本刊从本期起举办雷达气象讲座,共12讲。此讲座目的在于帮助气象预报人员及其他有关人员初步系统地了解雷达气象学知识,进而更加有效地应用雷达回波资料,使雷达设备在灾害性天气的监测和预报方面发挥应有的作用。讲座主要内容包括: 天气雷达的工作原理、雷达气象学基础知识,冰雹、龙卷,(?)线、暴雨、台风等强烈天气的回波特征,利用雷达对它们的探测警戒和预报, 以及雷达的定量测量等。     

基于生成对抗网络GAN的人工智能临近预报方法研究

研究设计了基于生成对抗网络(Generative Adversarial Networks,GAN)的人工智能临近预报方法,并进行了业务试验。该方法利用广东12部S波段天气雷达2015—2017年海量雷达拼图资料进行人工智能学习来做临近预报。GAN方法从一系列雷达观测资料中,运用卷积法提取回波图像信息建立预报模型,并通过损失函数训练模型,得到基于人工智能技术的临近预报。对2018年发生在广东地区的4个天气过程的外推预报试验表明,GAN方法对对流天气过程的回波位置、形状及强度的临近预报多数情况下与实况基本一致,具有较好的预报效果。但是该方法预报的回波范围偏大,对层状云降水的预报效果较差。对西风带系统引起的降水,西南季风降水,东风系统引起的降水以及台风降水的18个个例1 h预报的3个级别的回波强度检验发现,GAN方法对中等强度回波的预报较好,但对强回波的预报效果仍有待提高。     

雷达组网拼图的计算机处理与显示

一、前言本文所说的雷达组网拼图是指将某一区域的所有雷达进行组网,并将其回波资料在计算机上进行处理,从671-20型绘图仪上输出回波综合图。综合图具有直观、醒目的特点,而且比手工制作更迅速、准确,增强了时效。回波综合图能充分利用雷达探测的降水回波信息,在较大的区域内作短时、短期预报和灾害性天气的订正预报。也可应用     

交叉相关算法在哈尔滨机场雷暴临近预报中的应用

本文主要介绍了哈尔滨机场雷暴预报系统之临近预报方法.该方法利用交叉相关算法,通过分析天气雷达回波在连续时次的空间最优相关,计算雷达回波移动矢量特征,根据移动矢量特征推算未来0～1 h回波状况,发布强对流天气临近预报.试验表明,该方法预测的回波状况与实际接近,这对提高强对流天气临近预报效率,保障飞行安全、提高航班正常率,具有较高的应用价值.     

绥化市2009年7月8日冰雹天气分析

本文利用Micaps2.0常规天气资料、FY-2红外卫星云图、数值预报产品以及雷达回波资料进行分析,从大尺度环流特征、雷达回波特征等方面入手,对2009年7月8日绥化地区发生的区域性冰雹天气进行天气学诊断分析,找出区域性冰雹的预报着眼点,以提高冰雹天气的预报水平。     

一次华北平原大雾天气CINRAD/SA雷达超折射回波的射线追踪分析

为准确分析和识别超折射雷达回波,发挥多普勒天气雷达效益,利用石家庄CINRAD/SA型多普勒天气雷达资料,结合探空实况对2005年11月19—21日华北平原大雾天气过程的超折射回波进行了射线追踪分析。结果表明:华北平原大雾天气有利于大气波导的形成,产生3层模式超折射回波。超折射回波使得雷达的目标视位置与实际位置产生偏差,特别是对雷达测高影响较大。超折射回波一般出现在大雾天气的发展和维持过程中,为进行雷达空间定位和华北平原大雾天气的监测、预报提供新的技术手段和科学依据。