基于VAD技术的迭代法在实测多普勒速度缺测区域的填补研究

多普勒天气雷达径向速度场缺测区域的存在是影响速度二次产品算法精确度的重要因素,在实际风场为线性分布的假设条件下,文中详细介绍了一种基于VAD技术的迭代填补技术.在合理考虑迭代约束条件的情况下,应用实测多普勒速度数据,根据缺测区域类型随机制造非连续累积10°-180°缺口的缺测区域和连续累积10°-180°缺口的缺测区域...     

2017年内蒙古赤峰“8.11”龙卷环境场及雷达特征分析

利用多普勒雷达观测资料,结合NCEP FNL 1.0°×1.0°再分析资料、探空资料,对2017年8月11日内蒙古赤峰市龙卷进行了分析。分析表明:(1)大尺度环境场提供了上干下湿不稳定层结条件,切变线和地面干线为对流触发条件;对流有效位能超过2 000 J/kg,抬升凝结高度低于1 km,低层垂直风切变10×10~(-3)s~(-1),为龙卷发生提供了有利条件。(2)发生龙卷的超级单体风暴低层有明显的钩状回波,弱回波区及与之对应的前侧V型缺口及后侧V型缺口特征;雷达距离龙卷发生地超过100 km,未识别出龙卷涡旋特征,但识别出了三维相关切变和中气旋,中气旋最大转动速度达到了18 m/s,为中到强等级的中气旋。(3)产生龙卷的超级单体风暴最大反射率因子在60 d BZ左右,而且在龙卷发生前基于单体的垂直累积液态水和风暴顶高有明显的跃增。(4)龙卷接地前,对应的中气旋顶高≤6 km,切变≥15×10~(-3)s~(-1)。     

中小尺度的多普勒径向速度场特征分析

本文选取2003—2005年太原多普勒雷达资料,对中小尺度的多普勒速度场特征进行了深入研究。从逆风区厚度、尺度、强度(速度切变)等方面作了详细地分析,并与相应的回波反射率因子Z及VIL(垂直累积液态水含量)值对照。结果表明:逆风区强度与反射率因子,逆风区厚度与VIL值,逆风区底层流场结构与强回波发展趋势密切相关。而且,绝大部分逆风区出现时间较降水开始时间有1—2 h的提前。     

CINRAD/CC雷达探测冰雹云特征个例分析

利用马鞍山C波段多普勒雷达对2005年6月15日凌晨发生在安徽省江淮地区的冰雹云进行追踪观测,应用探测获得的资料结合大气层结热力结构,分析了产生冰雹云的大气稳定度和对流不稳定能量(CAPE)。雷达回波分析表明,这次冰雹云在平面位置显示(PPI)上具有入流缺口和辉斑回波(TBSS),在垂直剖面上具有强大的回波悬垂和有界弱回波区的回波墙等特征。对气象产品如风暴跟踪信息(STI)、垂直累积液态含水量(VIL)和中气旋的分析,证实了这次降雹的最大直径为50 mm左右。     

天山北坡一次致灾冰雹的多普勒雷达回波特征分析

利用石河子c波段多普勒天气雷达资料,对2007年7月3日下午发生在石河子垦区南部山脉与平原交界区151团的冰雹等强对流风暴的多普勒雷达回波演变特征进行详细分析。结果表明：该强对流风暴具有超级单体风暴的典型特征,强风暴前进方向的右侧出现钩状回波,西北侧呈现出“V”字型缺口;反射率因子垂直剖面呈现出弱回波区、回波悬垂和弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度超过65 dBz,垂直累积液态水含量超过70 kg/m²;相应的径向速度图上出现中气旋。该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约30°,属于右移风暴。     

“20090719”致灾冰雹的多普勒雷达回波特征分析

利用石河子c波段多普勒天气雷达资料,结合常规观测资料对2009年7月19日傍晚发生在准噶尔盆地南缘沙漠边缘下野地地区的冰雹等强对流风暴的多普勒雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明:该强对流风暴具有超级单体风暴的典型特征,强风暴前进方向的右侧出现钩状回波,西北侧呈现出倒V字型缺口;沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子垂直剖面呈现出有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,其值达到65dBz,垂直累积液态水含量达到65kg/m2。相应的径向速度图上出现中气旋,中气旋所对应的钩状回波反射率因子从低层往高层明显向低层入流一侧倾斜。回波顶高和垂直累积液态水含量的明显跃增及弱回波区和有界弱回波区的形成,为预测冰雹出现的时间和落区提供了一定的参考依据。弱回波区的出现超前冰雹发生近40分钟,对冰雹的预警、人工影响天气消雹具有较强的指示意义。     

云南中部一次出现多个超级单体雹暴的强对流过程环境场和雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达、NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2017年8月23日云南中部地区一次强对流风暴的环境参数和雷达回波特征进行分析,结果表明:此次强对流风暴发生在台风低压前侧、中高纬冷槽后部的强不稳定层结背景下,地面辐合线和强垂直风切变有利于对流风暴的维持和加强。强对流风暴受地形影响较为明显,共激发形成6个超级单体或类超级单体,在超级单体发展成熟前10 min,3个降雹超级单体强中心沿地形爬升,未降雹和小雹超级单体沿地形下降。6个超级单体或类超级单体呈现出中气旋或γ中尺度弱涡旋特征,最大速度对转动值超过10 m·s~(-1)时出现不同程度冰雹,冰雹直径15 mm的超级单体在2.4°～3.4°仰角上径向速度值达到中气旋标准,冰雹直径为15～20 mm的超级单体反射率因子质心点较高,回波核前倾,具有悬垂回波、弱回波区、回波墙和三体散射特征,其零速度线后倾,辐合区高度超过- 10℃层,顶部为强辐散区,- 20～0℃层回波最大强度超过55 dBz,50 dBz回波厚度6 km,垂直累积液态水含量(VIL)密度2.2 g·m~(-3)。冰雹直径5～8 mm和未降雹超级单体回波核直立,悬垂回波特征不显著,辐合区高度偏低,辐散区厚度大于辐合区厚度,不同等温层回波强度差别小,但50 dBz回波厚度6 km,VIL密度2.2 g·m~(-3)。     

云南一次强对流冰雹过程的环流及雷达回波特征分析

详细分析了云南2001年7月6日强对流冰雹天气过程的多普勒雷达加密观测回波资料和各种物理量场。结果表明,高层辐散流场和低层辐合流场的配置形成大气强烈不稳定,在有利的大尺度背景条件下产生的三个中-β系统直接导致此次滇中强对流冰雹天气过程,在多普勒雷达回波上具有典型的右后侧V型槽口回波、弱回波区(WER)、弓形回波、阵风锋回波、钩状回波、回波墙穹隆(弱回波区)和悬挂回波等特征,并且强回波区与多普勒雷达速度场上的逆风区、大风区和风辐合区相关。     

“7.17”庐山雷击事件分析

通过对 2 0 0 2年 7月 1 7日雷电过程的天气形势、卫星云图、多普勒雷达资料 ,以及雷电探测定位系统资料的分析 ,指出水汽云图上的强水汽累积区、雷达回波上的回波合并与高层强回波区以及雷达回波速度场上的“零值线”等特征 ,是判断雷电发生和强对流天气的重要依据     

呼和浩特地区一次对流天气过程分析

利用多普勒雷达资料的强度场、速度场、垂直累积液态水含量等资料,对2009年7月29日呼和浩特市及以西地区的1次中到大雨天气过程进行了分析。结果表明：由不同仰角的PPI图和多普勒雷达径向速度场的变化来判断未来雷达回波的强度及移动方向,对临近预报有重要作用;观测垂直累积液态含水量VIL值的变化可以预报对流天气形成的可能性。     

用雷达反演资料诊断江苏地区一次暴雨过程

对2010年7月12日发生在江苏中部地区一次暴雨天气过程产生的原因、多普勒雷达图像产品特征及由雷达数据反演的物理量场进行了诊断分析和定量评估,得出如下结论:雷达径向速度图像特征变化反映了风场辐合辐散特征的变化,有助于了解雨势增减情况。多普勒雷达径向速度提取的散度数据与NCEP散度数据整体趋势上是一致的,但辐合辐散中心区位置及强度存在差别,雷达反演散度强度较NCEP大4~5倍,天气过程变化期间两者散度在垂直高度场的配置调整均能反映降水动力场变化;400hPa及以下高度反演的平均散度更可信;对于雨强小于等于16mm/h的降水天气过程效果更好。由雷达基数据定量计算得到的平均散度特征和垂直速度随时间和高度的变化,能较好的反映出强降水过程的动力学特性;雷电频次与强降水出现时次有一定相关性,约有1~2h提前量,雷电发生随时间演变与雷达回波强度时空分布较为吻合,云底动能施力参量一定程度可以描述闪电增长情况,较降雨量约有40min左右的提前量,有一定预警能力。     

用非线性近似方法反演单多普勒雷达风场(英)

回顾了近年来由单多普勒雷达观测反演风场的各种方法。这些方法大部分基于线性假设,因此风场的非线性变化经常影响反演结果,使得反演的风场误差增大。我们提出一种以非线性近似理论为基础的反演方法,该方法主要考虑了风场分片光滑的特点并充分利用了雷达的径向风场数据。我们把该方法应用到1998年淮河能量与水循环实验的两个个例中。通过同双多普勒雷达观测的结果比较,发现该方法能反演较高分辨率和准确性的水平风场,反演的垂直风场也比较合理。     

风廓线雷达探测大气返回信号谱的仿真模拟

利用2008年1—9月北京延庆地区对流层CFL-08风廓线雷达和2009年7—12月广东东莞地区边界层CFL-03风廓线雷达晴空大气探测资料,对大气返回信号功率谱密度分布及雷达系统噪声幅度统计特征进行分析。基于大气返回信号的谱分布符合高斯分布的统计结果,采用高斯模型对大气返回信号谱进行模拟;雷达系统噪声是白噪声,其谱线幅度的统计特征呈高斯分布,在此基础上,通过生成高斯分布随机函数对雷达探测输出信号进行信号谱分布的仿真模拟,并采用雷达探测信号的谱参数对仿真模拟进行检验,效果较好。该文应用仿真模拟的数据,对风廓线雷达信息处理方法及其处理精度进行了初步试验和分析。     

双多普勒雷达反演强风暴三维风场的数值试验

两部雷达测得的径向速度再加上质量连续方程可以求解大气风场，利用这一原理，以1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界处的一次强风暴过程为例，用模式反演出风暴体的三维风场结构，误差分析表明和实况基本一致。利用模式输出的三维风场，先模拟两部多普勒雷达扫描的数据，在此基础上，进行三维风场反演，结果表明，反演得到的流场和模拟的流场总体趋势完全一致，风暴的中心位置吻合较好，上升气流和下沉气流的分布也很接近，水平速度分量反演的误差很小，基本上可以反映三维风场的真实情况。垂直速度的平均离差在各个高度上都较小，反演结果较好。     

多普勒雷达资料同化的稀疏化方式对暴雨过程的影响研究

利用中尺度非静力WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其三维变分同化系统,对2007年7月淮河流域的一次强降雨过程进行多普勒雷达径向速度资料的三维变分同化试验,重点考察雷达资料的不同稀疏化方式对同化结果以及对暴雨数值模拟的影响。结果表明:同化多普勒雷达径向速度资料使得模式初始风场包含了更丰富的中尺度特征信息,有效调整了初始场的环流结构,能够改善模式对暴雨过程的模拟效果;以不同的稀疏化处理方式同化多普勒雷达径向速度资料对分析场会产生不同的影响,进而影响模式的降水预报效果,本次试验中当极坐标网格径向分辨率取10 km的时候降水过程的预报效果最好。     

晴空回波在强对流天气临近预报中的应用

该文介绍了利用多普勒天气雷达资料判断环境风场辐合、辐散的两种方法:径向速度图像特征定性识别法和EVAD技术定量计算法,并结合2009年8月两次强对流天气过程详细介绍了两种方法的具体应用。统计分析了2005-2008年5-9月晴空回波特征以及不同高度散度和对流出现时间的关系,晴空回波出现在距离雷达中心50km范围之内,反射率因子多在10～20dBZ,径向速度大部分为-5～5m/s;强对流天气出现之前,对流层低层均会出现辐合,可以利用低层连续5个体扫出现辐合作为环境场具有辐合条件的指标。根据统计结果建立了强对流天气临近预警系统,该系统在2009年6-8月试运行,预警命中率为88.9%,虚警率为29.8%,临界成功指数为64.5%,辐合提前对流天气出现时间平均为7.1h,对降低强对流天气漏报率,提高强对流天气的临近预报水平有重要意义。     

多普勒天气雷达资料对中尺度模式短时预报的影响

利用中尺度模式ARPS(The Advanced Regional Prediction System)及其资料分析系统ADAS(ARPS Data Analysis System),将国内新一代多普勒雷达(CINRAD)反射率及径向风资料直接用于中尺度数值模拟,通过一次华北地区暴雨过程的模拟对比试验,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响,结果表明:(1)利用雷达径向风资料对初始风场进行调整后,自近地面到对流层顶的u,v,w都发生了变化,调整后的初始风场在对流层中层变化最大.(2)利用雷达反射率进行微物理调整和云分析能调整初始场中的云水信息,使得雷达回波附近3 km以下的水汽混合比(qv)增加,4 km以下的雨水混合比(qr)增加,对流层(约10 km以下)的云水混合比(qc)增加,4～9 km的对流层上部云冰混合比(qi)和雪混合比(qs)增加.ADAS通过非绝热初始化调整温度场,从而得到了一个动力和热力上平衡的初始场.(3)模拟的1 h雨量与实况的对比表明,同时利用雷达反射率和径向风改进过的初始场能明显增强3 h内的降水强度和落区预报,改善中尺度数值模式短时定量降水预报.模拟的1 h流场对比分析表明,经雷达径向风调整后,能够在初始场中增加气旋性涡旋等中小尺度风信息,明显减少模式的spin-up时间.(4)通过对雷达径向风和反射率对模式初始场和模拟结果影响的对比分析发现,雷达径向风主要是改进初始风场,而雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等的含量,调整温度场.通过模拟的6 h降水对比发现,利用雷达径向风调整初始场后,对降水模拟有一定的改进,但效果不甚明显,而雷达反射率资料对定量降水预报改进效果明显,同时使用雷达径向风和反射率资料改进初始场后对降水的模拟效果最明显.     

多普勒天气雷达速度场特征及在人工增雨中的应用

对大连2003-2005年降水天气过程的多普勒雷达速度场资料进行统计和分析,得到几种雷达回波速度场特征对降水变化及人工增雨作业的影响,总结了雷达回波速度场的零速度线呈"S"型、"弓"型和速度不对称型几种常见的分布特征对人工增雨潜力分析和作业条件判别的辅助判据指标.并结合EVAD技术和变分法定量计算大气平均散度和垂直速度方法,对大连2006年夏季一次人工增雨作业过程进行了分析,得到了回波速度场特征与计算的平均散度和垂直速度的较好的配合关系.     

多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响

利用我国CINRAD/SA多普勒天气雷达资料与ARPS模式 (Advanced Regional Prediction System) 的资料分析系统ADAS (ARPS Data Analysis System), 对初始场进行调整, 并应用于WRF (Weather Research and Forecasting Model) 模式, 对2003年梅雨期淮河流域两次典型致洪暴雨过程进行模拟试验。对模拟结果的对比分析和检验结果表明:引入雷达资料后, 在雷达观测区的整层风场和水汽场都随之调整, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 使降雨落区和强度预报都有所提高; 在ADAS系统中, 雷达径向风和反射率因子资料对初始场调整有不同影响, 径向风资料侧重于对风场的调整, 而反射率因子资料侧重于对温、湿量场的调整, 两个个例的试验表明, 加入雷达径向风资料的模拟试验能够得到较好评分, 加入雷达反射率因子资料或同时加入这两种雷达资料也能够在一定程度上提高模拟的准确性。     

Three-Dimensional Wind Field Retrieved from Dual-Doppler Radar Based on a Variational Method: Refinement of Vertical Velocity Estimates

In this paper,a scheme of dual-Doppler radar wind analysis based on a three-dimensional variational method is proposed and performed in two steps.First,the horizontal wind field is simultaneously recovered through minimizing a cost function defined as a radial observation term with the standard conjugate gradient method,avoiding a weighting parameter specification step.Compared with conventional dual-Doppler wind synthesis approaches,this variational method minimizes errors caused by interpolation from radar observation to analysis grid in the iterative solution process,which is one of the main sources of errors.Then,through the accelerated Liebmann method,the vertical velocity is further reestimated as an extra step by solving the Poisson equation with impermeable conditions imposed at the ground and near the tropopause.The Poisson equation defined by the second derivative of the vertical velocity is derived from the mass continuity equation.Compared with the method proposed by O’Brien,this method is less sensitive to the uncertainty of the boundary conditions and has better stability and reliability.Furthermore,the method proposed in this paper is applied to Doppler radar observation of a squall line process.It is shown that the retrieved vertical wind profile agrees well with the vertical profile obtained with the velocity–azimuth display(VAD)method,and the retrieved radial velocity as well as the analyzed positive and negative velocity centers and horizontal wind shear of the squall line are in accord with radar observations.There is a good correspondence between the divergence field of the derived wind field and the vertical velocity.And,the horizontal and vertical circulations within and around the squall line,as well as strong updrafts,the associated downdrafts,and associated rear inflow of the bow echo,are analyzed well.It is worth mentioning that the variational method in this paper can be applied to simultaneously synthesize the three-dimensional wind field from multiple-Doppler radar observations.