淮河下游初夏小时内降水分级与雷达信息特征

利用淮河下游盐城市多普勒天气雷达和雷达扫描范围内建湖县降水量资料,对2008年6月的6次小时内三等级降水过程进行环流背景和局地雷达信息特征分析,其中对不同等级降水又给出夜雨及午后雨降水日变化分类。在环流背景基础上,通过综合分析对应各级各类降水的多普勒天气雷达降水回波的滤波强度分布特征,以及相应时空的雷达径向风场沿体扫倾斜面的分布结构,归纳出小时内降水量级的动力信息特征。在两类主导性天气尺度环流背景下,局地雷达要素空间分布特征为：同等量级降水,夜间的平均回波强度明显弱于白天;上游补充回波范围指示降水连续性质;上游长而强的回波带支持下一小时短时强降水;沿经建湖的局地雷达倾斜体扫半径剖面, 径向风的风向风速辐合中心的高度越低,辐合层次越宽厚,对应的降水级别越大;在同等降雨量级中,沿倾斜的体扫半径的局地风速强切变,通过上下动量传递和水汽混合,维持着更强的降水。     

2010年8月丹东连续两次副热带高压暴雨多普勒雷达回波对比分析

利用丹东多普勒雷达的基本反射率、基本径向速度和风廓线资料,对2010年8月19日和20日丹东地区大暴雨天气过程进行分析,探讨丹东短时强降水天气形势和多普勒雷达回波特征。结果表明：在丹东处于副热带高压内部或边缘时,南下的冷空气与副热带高压后部暖湿空气势力相当时,形成丹东地区较典型的暴雨模式。风廓线产品在强降水前期,会产生一个水汽累积的过程,两次过程中出现短时强降雨时段均表现为高空急流出现和高空动量下传。这种高空动量的下传使低空急流得到加强,低层进一步辐合,使雨强明显增大。两次过程中降水回波区均形成一条40 dBz以上的回波带,回波移动方向与回波带轴向一致,导致沿途站降水时间偏长,降水总量偏多。逆风区出现时间与强降雨时段有较好的配合,其位置与强回波区的对应关系揭示出逆风区厚度越大、对应的反射率因子强度越强,产生的降水强度也越大。     

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。     

风廓线雷达在一次短时暴雨过程中的应用

利用2014年8月24日天津地区一次短时暴雨天气的3部风廓线雷达资料和降水实况资料,对比分析降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,以探讨风廓线雷达对降水天气的监测能力。结果表明:1)风廓线雷达不仅能够反映大气层结上冷下暖的结构,并且能够探测到切变线的存在,对风的垂直结构有较强的探测能力。2)当降水出现时,垂直速度和大气折射率结构常数明显增大。4 m·s~(-1)的垂直速度出现和消失时刻,对应降水的开始和结束时刻;降水期间,4000 m高度以下的垂直速度越大降水越强。西青、静海站的折射率结构常数与降水强度之间有很好的对应关系,但不同地区的大气折射率结构常数值对降水强度的指示标准并不一致。3)在降水最强阶段,风廓线雷达数据获取率明显下降,因此低的数据获取率对强降水有一定的指示意义。     

西宁市2015年7月两次冰雹天气对比分析

分析2015年7月西宁两次冰雹天气的形成原因,结合常规气象观测资料,及红外云图、多普勒雷达等非常规资料进行分析,总结两个个例的异同点。结果表明:两次冰雹天气虽然影响系统不同,但都存在层结不稳定、上干下湿的湿度层结以及适宜的零度层和-20℃层高度;还从雷达回波特征分析出的相同点:a.两次冰雹天气的最大回波强度>55dbz以上,45dbz回波顶高>8km;b.虽然累积液态含水量的差异较大,但都表现出了在冰雹发生时期达到最大值,而值越大冰雹直径越大;c.两次冰雹发生前期冰雹指数都有所提示,不同的是提前时间的长短,但也说明了雷达的冰雹指数的准确率高。     

新型探测资料在滇西北高原一次暴雨过程监测中的应用

应用新型探测资料对2012年9月1日至3日在云南大理发生的暴雨天气过程进行了分析,结果表明:微波辐射计在降水时段的云底高度保持在1km以下,液态水含量越大降水强度越强,温度出现较大的波动,相对湿度高层小值区与较强降水有很好的对应关系;降水时段风廓线雷达的探测高度增高,水平风从地面到高空顺时针旋转(暖平流),垂直风速小于-4m/s,信噪比值大于40dB,信噪比强度与降水强度有正相关关系,分析结果有利于对暴雨天气展开更详尽的监测研究。     

风廓线雷达和多普勒天气雷达在一次强对流天气过程中的分析应用

2018年3月18—19日,贵州省中部发生了一次由地面热低压引起的典型强对流天气过程,该文运用常规观测站资料、风廓线雷达资料和多普勒天气雷达资料对过程前后的雷达回波和风场特征做了诊断分析,得到如下结论:①在多普勒天气雷达的静锥区内,风廓线雷达的产品是很好的补充,两者点面结合可分析出锋面、急流和冷暖平流的变化情况;②在地面热地压和高空槽的引导下,对流单体不断生成并增强,测站上空观测到有近地面低空切变线稳定维持,低空急流出现的时间提前于降水开始的时间,低空急流范围扩大和位置下移时表明对流系统持续发展增强,配合多普勒天气雷达产品能更好的追踪大范围内单体的移动路径,降水结束后低空急流也逐渐减弱消失;③降水开始前,垂直层上垂直速度正负差别越大表明不同层热交换强烈,对流活动越强,当降水开始时垂直速度正值迅速加大,由于存在很大的脉动性,因此这个指数仅作为参考指标。     

基于单站CAPPI格点数据的相邻天气雷达均一性评估系统研究

基于经过严格质量控制后的单站CAPPI格点数据,对相邻天气雷达观测重叠区域内等距离线上的回波强度一致性状况进行研究,根据雷达不同探测距离、不同海拔高度、不同降水强度等因素编制相邻雷达自动配对程序和等高面自动选择程序,建立了相邻天气雷达均一性算法。制定了适合我国天气雷达回波观测差异特征的均一性评估的3类标准(可信、可疑和疑误),并给出了评估标准的满足条件,从而建立了全国天气雷达均一性实时评估系统。从评估效果来看,均一性评估系统能够实时高效检测出全国不同波段、不同型号以及不同省份相邻雷达之间的回波一致性状况,并给出评估结果;对浙江、福建、广东3省雷达一次降水过程的均一性评估,发现参与评估的27部S波段雷达整体可信率为85.19%,可疑率为11.11%,疑误率为3.7%,成功检测出雷达回波强度偏低、波束阻挡以及电磁干扰等问题;对临沂站雷达回波均一性分析,评估系统能及时报警,检测出该站雷达回波位置指向存在偏差,天线方位顺时针偏移16.88°,缩短了故障发现时间。     

雷达回波强度与雨滴谱参数的相关性研究

在雷达定量探测降水方面,目前大都采用雷达回波强度与降水强度的相关性来定量估算,但雷达回波强度与降水强度并非一一对应。本文利用从庐山和南京收集到的雷达观测资料和同步Parsivel观测到的雨滴谱数据,建立雷达回波强度与不同雨滴谱参数的函数关系,将由确定的函数关系式拟合后的雷达回波强度与雷达实测的回波强度作对比,以检验假定函数关系式的合理性,同时通过对比两地两类云降水拟合值的相对误差,给出了函数关系式中的最优y选项,为雷达定量估算降水量寻找新的途径。研究结果表明:庐山和南京两地两类云降水的雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合普遍较好,其中对流云降水的拟合都明显好于层状云降水。两地层状云降水中各个雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合曲线都大体相近,而对流云降水中,不同雨滴谱参数对雷达回波强度的拟合曲线差异较大。南京两类云降水拟合的相对误差要小于庐山两类云降水拟合的相对误差。除庐山对流云降水外,DV是两地两类云降水拟合公式中最优的y选项。而庐山对流云降水拟合式中,以N和DP的拟合最佳。     

河南区域暴雨的若干雷达回波特征

利用新一代多普勒天气雷达资料及国家、区域自动站和常规高空地面资料,分析了2008-2013年河南省9次区域暴雨回波系统的形态、结构特征、移动特点和降水强度等,分析了区域暴雨过程中中γ尺度对流系统的降水特征。结果表明:1)河南区域暴雨落区主要位于高空槽前和副高西北侧、中低层切变线之间、低涡东南侧、低空急流左前侧,以及地面倒槽或气旋顶部偏北到偏东气流中。2)从新一代雷达监测产品来看,河南省区域暴雨主要有积云降水、积层混合降水和层状云降水三种回波类型,其中混合降水包括以积云为主的混合降水和以层云为主的混合降水,是河南省区域暴雨的主要回波类型。3)降水强度与回波类型、结构特征、移动特点等均有关系,特别是≥50 mm/h的短时强降水与γ中尺度对流系统密切相关,强降水超级单体可造成局地50 mm/h以上的强降水,并多伴有雷暴大风、龙卷等剧烈对流天气。一般情况下,积云降水强度最大,混合降水次之,层云降水强度最小。综合分析来看,雨强与回波强度比与回波性质有更好的相关性。≥50 mm/h的强降水多由强降水超级单体和因辐合、气旋、后向传播等使回波加强、合并、发展旺盛的准静止状态的50~60 d Bz的强积云降水回波产生;≥20 mm/h强降水多由积层混合降水中≥45 d Bz的积云回波产生。10 mm/h以上的降水落区和≥40 d Bz的较强回波有很好的对应关系;40 d Bz的层云回波降水强度通常在10 mm/h以下。     

A multisource scheme based on NWP and MSG data to correct non-precipitating weather radar echoes

Weather radar quantitative precipitation estimates (QPE) are one of the usual tools to monitor rainfall intensity remotely by forecasters on duty or by automatic systems such as hydrological models. Derivation of radar QPE requires a set of robust quality control procedures to address a number of different factors. In particular, significant departures from the standard temperature and moisture atmospheric vertical profiles may increase dramatically the refraction of the radar beam. This anomalous propagation (AP or anaprop) of the microwave radar energy may therefore increase the number of spurious echoes due to ground clutter and contribute, with non-realistic rainfall, to the estimated precipitation field. Based on previous experience of geostationary satellite imagery usage to depict cloud-free areas in precipitation analysis systems, a methodology to incorporate Meteosat Second Generation (MSG) observations and NWP data in the quality control of weather radar QPE was implemented considering two different algorithms. They were validated with two different verification data sets, built with manually edited radar data and rain gauge observations using HKS, PC and FAR scores. The evaluation of the scores was performed for weak (<15 dBZ), stronger and all echoes and for day, night and day and night conditions. One of the methods dealing with weak echoes at night improved PC from 80 to 97% and decreased FAR from 0.32 to 0.19. The results obtained indicate that the technique shows potential for operational application complementing other existing methodologies designed to improve the quality of weather radar precipitation estimates.     

一次暴雨过程多普勒天气雷达风场资料分析

通过对１９９御７月１４日的大－暴雨天气过程所获取的３８２４多普勒天气雷达平均径向风场资料的分析，发现边界层急流与较强的降水相伴。表明多普勒天气雷达对中小尺度天气系统和灾害性天气预报有预警作用。     

2012年春季宜春地区降水期间高空风的频谱分析

利用地面和梯度塔的风连续观测数据进行的频谱分析已经开展很多,而受资料限制,高空风的频谱分析仍较欠缺。本文使用风廓线雷达获取的长时间序列连续测风数据,运用傅里叶变换的方法,计算了风的脉动谱密度。脉动谱能够反映不同频率的风速涨落对风动能的贡献。使用2012年4月江西宜春前汛期期间的高空风连续数据,结合地面降水资料进行了1 000～3 000 m高度区间的频谱分析,发现地处前汛期雨带上的宜春地区降水存在着两种不同时间周期的天气系统影响,脉动谱的分布表现出时间周期为5～7 d和2～3 d的峰值区。分别对两种不同时间周期的天气系统频谱进行了分析,并与平稳天气时的频谱进行比较。5～7 d周期峰区的脉动谱密度数值为2～3 d的4～5倍,脉动谱峰区在2 000～3 000 m高度上较强,峰值强度向下迅速降低;2～3 d周期的脉动谱峰区在低层比较明显,峰值强度较弱。风的脉动谱分布与地面降水的时间周期较为吻合。     

基于新一代天气雷达的宁德市人工增雨指挥系统

建立以新一代天气雷达为主的包括卫星、闪电、探空及稠密地面雨量站网的人工增雨技术监测网络,是气象事业现代化建设的任务之一。利用雷达的1 h降水量、回波高度、垂直积分液态水含量等资料,结合天气形势,大气层结状况等因子,采用Visual Basic语言研制人工增雨作业指挥系统。其主要功能包括干旱历史监测、作业条件分析、指挥决策、雷达现场跟踪及效果评估。实践表明,综合考虑回波强度、云顶高度、云中水汽含量、大气层结条件和有利的天气形势,对提高人工增雨作业效果具有积极的意义。     

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

宜春地区三类典型天气的风廓线雷达产品特征分析

选取江西省宜春市晴空、弱降水、强降水三类天气过程个例,结合天气形势、雷达回波、气象要素等资料,对比分析了风廓线雷达产品特征。结果表明：（1）在晴空天气背景下,风廓线雷达探测高度低,水平风速小,垂直风速正负值交替出现,大气折射率结构常数（Cn2）值最小。（2）在稳定性弱降水天气背景下,大气呈稳定状态,风廓线雷达探测高度随降水的产生而逐渐抬升,高低层有明显的风速切变,850 hPa赣南至赣东北有西南急流穿过,赣北有切变线存在,利于降水产生,垂直风速因降水影响出现朝向雷达正速度,Cn2值比晴空时大。（3）在具有产生强对流天气背景下,大气中对流强烈,风廓线雷达的水平风速增大,西南急流深厚且不断下沉,850-700 hPa有强烈的垂直切变,动力条件和水汽条件利于强降水产生,垂直风速表现为更大的朝向雷达正速度,Cn2值比弱降水时的大。     

The impact of radar data assimilation on atmosphere state analysis in the Moscow region

The results of numerical experiments with the data assimilation system including the WRF-ARW mesoscale atmospheric model and WRFDA analysis package in the 3D-Var mode are considered. The focus is on the impact of Doppler weather radar data on the quality of short-range weather forecasting. The maps of weather events and cloud top constructed from the modeling by GIMET-2010 software package are analyzed using the web-GIS METEORAD. The experiments in the Moscow region demonstrated that if only radial wind is assimilated, the intensity of simulated cloud and precipitation formation is the closest to the observed one; however, the spatial mismatches of simulated and observed cloud systems are possible. If Doppler radar data on radial wind and reflectivity are assimilated, the general pattern and location of clouds and precipitation are simulated more accurately, but there is a certain overestimation of convection intensity which leads to the overestimation of the number of thunderstorms and rainfall rate.     

云南不同类型地质灾害的天气诱因分析

2017年6月24日和2019年9月30日云南省昭通市盐津县出现了两次严重的地质灾害,造成重大人员伤亡和财产损失。本文利用NCEP再分析资料、地面自动站观测资料及多普勒天气雷达探测资料,对比分析了两次灾害的天气诱因。结果表明:“6.24”滑坡灾害发生在夏季主汛期,是由冷暖空气长时间交汇造成的持续性降水天气导致,期间伴有几次区域性强降水过程,雷达回波以大范围层积混合云回波特征为主,对流性暴雨特征不明显。“9.30”泥石流灾害发生在大气环流突变的秋季,冷暖空气势力较弱,天气尺度系统造成的区域降水强度不大,而由局地热力作用造成的单点对流性强降水才是灾害发生的主要诱因。