遵义多普勒天气雷达反射率资料的杂波抑制算法研究

基于遵义新一代多普勒天气雷达降水回波和非降水回波特征,选取反射率水平纹理（T）和有高度限制的反射率垂直梯度（V）等参数予以区分,进而剔除非降水回波。选择几个典型的回波个例进行效果检验,结果表明该方法能剔除绝大部分非降水回波,同时对降水回波的强度场没有影响。     

超折射回波自动探测算法在临近预报中的应用

本文介绍了一种对雷达基资料进行处理的超折射回波自动探测算法,该算法针对超折射回波的特征,利用多普勒径向速度中值、反射率因子水平突变率和反射率因子垂直梯度,在雷达体扫描最底层PPI上逐库处理,以识别超折射回波.在北京奥运会天气预报示范项目测试期间,超折射回波自动探测算法在"葡萄-雨燕"临近预报系统中得到应用,结果表明:该算法能够剔除天津雷达探测到的大量的超折射回波,尤其是反射率因子水平突变率参数和反射率因子垂直梯度能够有效的分离出与降水回波混合在一起的超折射回波;进而,在定量降水产品中运用该算法的处理结果,可以明显的改善其精度.     

雷达体扫反射率场的自动质量控制

研究探讨了从雷达反射率三维结构(回波的垂直伸展、水平纹理、垂直梯度等)特征识别降水和非降水回波以及对非降水回波自动剔除和降水损失补偿的实时质量控制方法;同时利用武汉CINRAD/SA雷达364次体扫资料研究分析了降水和非降水的水平纹理(T)和垂直梯度(V)的分布特征及其判据指标。统计分析表明,99%的降水和3%的杂波落入8 dBz/km之内的区域,在150 km范围可以仅用V判据参数;另外,降水和杂波虽然分别倾向于T的低值和高值区,但没有V值表现明显,在150 km外采用T参数结合平均强度计算的方法来识别降水与非降水。     

北京S波段天气雷达夜间晴空回波产生原因

S波段天气雷达在夜间往往能探测到大量晴空回波。根据生物随风迁飞迁徙的定向运动特征,结合L波段无线电探空数据与2018年3—10月北京S波段天气雷达数据,分析晴空回波在不同时段、不同风向下的变化,讨论晴空回波产生原因。通过天气雷达数据发现,晴空回波的反射率因子在6—8月初明显小于5月与9月,呈回波强度低谷,同时在5月与9月晴空回波高度可达2 km以上。通过与100 m,750 m和1.5 km高度的探空风向数据对比,反射率因子平均值未展现生物定向迁飞活动所导致的强度变化特征,反射率因子分布不随风向发生明显的季节性变化。与探空数据对比发现,温度垂直递减率与水平风切变大小的变化趋势与组合反射率因子变化趋势一致,认为北京地区晴空回波主要由大气边界层湍流造成。     

Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征

利用2017—2019年中国气象局大气探测试验基地Ka波段云雷达资料,结合地面自动气象站、激光云高仪资料,从强度、速度、线性退极化比以及晴空回波高度等方面,分析晴空回波垂直结构和变化特征。基于激光和微波对粒子半径和数密度散射的差异,区分云和晴空回波。结果表明:Ka波段云雷达探测到的晴空回波在边界层主要包含层状湍流回波和点状昆虫回波,且回波顶高在3000 m以内。晴空回波强度和高度具有明显的季节和日变化特征,冬季回波顶高较低,夏季回波顶高较高,与地面气温具有很好的相关性,每年的1,2,11,12月几乎没有晴空回波,而7月和8月回波顶平均高度最高。晴空回波反射率因子为-40~-15 dBZ,其中层状湍流回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-35 dBZ,点状昆虫回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-30 dBZ。晴空回波垂直移动速度为-1.5~+0.5 m·s-1,整体呈下沉运动。层状湍流回波线性退极化比较点状昆虫回波稍大,一般为-10~-5 dB,点状昆虫回波线性退极化比一般为-15~-8 dB。     

S波段相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短雷达扫描周期,但是由于相控阵雷达其波束宽度的增加以及波束宽度与增益不再是定值而是随着仰角而发生变化,必然在一定程度上牺牲雷达探测分辨率,造成其回波细节的缺失。为了比较该S波段相控阵天气雷达与S波段多普勒天气雷达在探测云反射率因子大小和结构方面的差异,采用双线性插值方法,模拟出空间分辨率很高的降水云团,并模拟相控阵天气雷达和S波段新一代天气雷达的波束特性对其进行扫描,通过模拟扫描得到的反射率回波,分析了对同一降水云团、相同距离位置,相控阵天气雷达与S波段常规多普勒天气雷达回波在水平方向和垂直方向的差异,结果表明:相控阵雷达对回波水平方向上和垂直方向上的平滑作用在一定程度上改变了回波的结构,减弱了回波的中心强度,使一些小的强回波中心消失。相对于S波段多普勒天气雷达,减少了极弱回波与强回波的面积,增加了中间强度回波的面积。探索了模拟分析相控阵天气雷达与多普勒天气雷达数据的方法,为相控阵天气雷达的定标和定量测量提供了理论参考。     

一次暴风雪过程中的中尺度重力波特征及其影响

应用地面自动气象站观测资料、数字化多普勒天气雷达探测资料和WRFV2.2.1中尺度数值模拟资料,分析了中尺度重力波与基本气流的相互作用,以及重力波活动对暴雪和大风天气的重要影响。结果表明,在波导中传播的中尺度重力波能够与基本气流进行动量交换,使得对流层中上层4.5—8 km气层内的水平平均风速趋于均匀,形成斜穿整个对流层的饱和湿空气急流,即"湿急流"。在高空急流出口区激发的垂直向下传播的重力波,使基本气流的水平风速在垂直方向上出现了加速和减速的交替变化,水平风加速的气层,反射率增大;水平风减速的气层,反射率减小。随着波动下传及其随基本气流的移动,反射率回波强度沿高空风的方向(由西南向东北)出现周期性变化,回波带呈西北—东南走向,强回波中心之间为宽约40 km的弱回波区。重力波下传期间,当地面气压迅速下降时,东北风快速增长,风向有明显的改变,反射率强度开始减弱;气压脊线过后,反射率降低到最低点。地面大风中心出现在反射率回波强度周期性变化的地带,沿西南—东北方向间隔着分布。雷达探测表明,对流层低层风速在风向切变层上下边界对称相等,因此推测在重力波与切变层汇合的高度层存在垂直环流,由风切变层上下边界附近的西南气流和东北气流与受重力波影响形成的垂直方向上的上升和下沉气流共同组成。切变层上方的动量通过垂直环流的下沉支到达地面,强风中心对应着下沉气流,出现在降水回波开始减弱之际。     

任意基线雷达反射率因子垂直剖面生成算法

该文提出了一种基于雷达体扫资料的任意基线雷达反射率因子垂直剖面的生成算法。在计算雷达反射率因子垂直剖面上的格点在雷达极坐标中的仰角、方位和斜距位置后, 采用径向、方位上的最近邻居和垂直方向的线性内插相结合的客观分析方法得到格点上的反射率因子分析值。在垂直线性内插时分别用dBZ值和Z值 (单位: mm6/m3) 进行插值。结果表明:用该方法得到的雷达反射率因子垂直剖面从回波强度和空间位置来看都是合理的; 当采用垂直线性内插时, 用dBZ值插值比用Z值插值得到的雷达反射率因子垂直剖面在空间分布上更连续, 反射率因子分析值总体上更接近观测值; 低仰角的插值效果比高仰角的好。     

毫米波雷达资料融化层亮带特征的分析及识别

云的融化层亮带位置、厚度及其回波强度的垂直结构变化信息对于云和降水物理研究、人工影响天气指挥和效果评估,数值模拟云参数化均有非常重要的意义。为了了解云层融化层高度的精确位置,根据云雷达在广东、河北、吉林等不同云过程总计456个例分析(其中确认融化层明显个例34次),系统分析云雷达探测到融化层亮带宏观参量的统计情况,包括融化层厚度、反射率因子在融化层强度变化、退偏振因子在融化层的强度变化,并提出了一种结合垂直探测的云雷达探测到的雷达反射率因子(R)和退偏振因子(Ldr)垂直廓线数据,根据参量在融化层附近显著变化特性,识别零度层亮带高度和厚度的算法。同时选取个例对应观测时刻探空资料观测的0°层高度进行对比,反演的融化层高度等参数同实际情况比较接近,位于探空资料观测的0°层下方,而且退偏振因子对融化层的敏感程度大于反射率因子。     

一次致灾冰雹的超级单体风暴雷达回波特征分析

利用石河子C波段多普勒天气雷达资料,对2010年6月28日下午发生在准噶尔盆地南缘石河子垦区北部沙漠边缘地带的强冰雹超级单体风暴的雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明,该超级单体风暴前进方向的右侧出现了弓形回波,左前侧和右后侧分别出现了＂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典型的有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的强大回波墙,最大回波强度出现在沿回波墙狭长区域的下部,其值达到70dBz;相应的径向速度上出现了中气旋,该中气旋的发展和维持使得超级单体弓形回波发展并维持;强冰雹发生在有界弱回波区、垂直累积液态水含量大值区和中气旋重合的区域内;可用中气旋提前30min预警短时冰雹,其反射率因子垂直剖面上的宽大有界弱回波及其回波悬垂和回波墙下部的强回波中心强度（70dBz）可作为预警大冰雹的预警指标。     

回波强度测量的误差因素分析及解决方法

回波强度测量误差主要由雷达本身的参数(如发射功率、波束宽度、天线增益、系统损耗等)、气象因子(如折射指数、衰减系数、充塞系数等)、信号处理方法等误差引起.通过对相关雷达参数的相对误差和回波强度绝对误差曲线分析得出,雷达参数天线增益优于0.1 dB、发射峰值功率优于10%、发射频率优于0.1%、脉冲宽度优于1%、波束宽度优于0.01°时,反射率因子测量误差将＜0.8 dBz,可满足新一代天气雷达反射率因子测量误差范围在±1 dB内的技术要求.     

多普勒雷达实时反射率因子垂直廓线观测研究

使用2002年6～7月长江中游地区宜昌S波段多普勒雷达在两次大范围混合性强降水过程中部分时段体积扫描强度数据以及周边100km范围内的7个雨量计整理成10min记录一次的雨量资料,分析了实时雷达反射率因子垂直廓线的特征。研究表明：反射率因子垂直廓线可反映出所选区域上空零度层亮带高度位置、回波的垂直变化规律等信息,以此分析降水的类型、云中粒子的发展变化;从雷达连续体扫得到的中、低仰角对应高度上的实时反射率因子垂直廓线的变化规律、PPI图像上对应雨量站点上空的回波变化情况及10min记录一次的地面雨量的变化趋势对比来看,发现三者能很好地统一起来,可用来较细致地分析降水云体的变化,有利于在无地面雨量计的地区分析降水量的大小、确定降水类型、估测降水的发展;对无亮带、反射率因子值较大而且越低仰角值越大的反射率因子垂直廓线的区域,对应地面上常有对流性强降水出现。     

雷达探测冰雹云

气象雷达是利用雨滴、云滴、冰晶和雪花等对电磁波的散射作用来探测目标物方向和距离的一种工具。降雹云在雷达显示器上的特征,如雹云的回波形状、高度、强度和回波移动等,轮廓清晰、大而明亮、结构紧密、垂直发展较高并常带有孔洞或“V”形回波。     

毫米波云雷达冻雨 降雪微物理和动力特征分析

目前冬季冻雨和降雪垂直结构的精细化研究十分缺乏,为开展这方面的研究,对垂直指向Ka波段毫米波云雷达冬季在贵州威宁观测的功率谱数据进行反射率因子、速度谱宽参数的提取,且新颖地提取了可以反映粒子下落过程变化的偏度参数。通过反演空气垂直运动速度得到粒子的下落末速度,进而得到垂直方向上的平均粒子半径,随后分析了垂直方向上液态水含量和冰水含量的变化,并结合探空数据及各参数在垂直结构上的变化分析了下落过程中粒子的发展变化过程。分析结果表明:冻雨回波特征是片状不均匀结构,而降雪的丝缕状结构明显;冻雨和降雪过程初始形成的平均粒子半径分别在40和120μm附近;冻雨过程粒子从初始形成到迅速碰并形成大的粒子并开始下落大约要0.2 km左右;云顶高度较云中液态水含量、冰水含量的高度高0.1 km左右,高出范围内的云内含水量很小,各参数在垂直结构上的变化相一致。     

雷达反射率数据质量控制方法初探

地物、超折射等非降水回波是影响雷达定量探测降水和其他产品的重要因素,利用降水和非降水回波反射率三维结构的特征可以对雷达数据进行质量控制。通过对合肥、广州、濮阳、烟台等多部雷达的体扫资料的统计,结果表明：降水和非降水的水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）在反射率的低值和高值区体现出不同的分布特征,因此为这两个判据在反射率低值和高值区设定不同的判别指标。实验表明,此方法可以改善降水和非降水回波的识别效果。     

S波段多普勒天气雷达旁瓣回波的特征分析

通过对2002～2005年S波段多普勒天气雷达上旁瓣回波的分析,描述了其在基本反射率因子、径向速度、速度谱宽PPI图及反射率因子和径向速度垂直剖面图上的形态特征.在7次强对流事件的19个雹暴云中发现有6次强对流事件10个雹暴云共产生旁瓣回波110次(基于反射率因子仰角产品的统计).统计结果表明:形成旁瓣回波最小反射率因子强度为60 dBz,97.3%的旁瓣回波出现在反射率因子强度≥63 dBz时,旁瓣回波出现在50～100 km距离段内的机率最大;旁瓣回波出现的最大高度为11 km,最低高度是1 km,97.3%的旁瓣回波出现在1～9 km高度之间,69.1%的旁瓣回波出现在3～6 km高度之间,以4～5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少.据灾情调查报告分析,强降雹发生在旁瓣回波首次出现后的0～42 min内,表明旁瓣回波对强降雹具有一定的临近预警作用.     

一种基于FCM算法的雷达反射率基数据的质量控制方案

根据FCM（fuzzy C-means,模糊C均值）算法初步建立了一种适用于我国多普勒天气雷达反射率资料的质量控制方案,对2009年6月3—5日蚌埠、阜阳雷达站部分雷达体扫资料进行统计分析。结果表明,降水和非降水回波水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）均有不同的参数分布特征,并可有效区分。在此基础上以这两个参数作为FCM算法的输入特征向量,自动识别出降水回波和地物杂波。质量控制结果表明,恰当选取降水回波和地物回波的特征参数,作为FCM算法中的输入特征向量,能够有效识别这两类回波,从而剔除非降水回波,以提高质量控制的效果。     

热带测雨卫星的星载雷达和地基雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

为了揭示热带测雨卫星上的测雨雷达热带测雨卫星的星载雷达与X波段多普勒雷达在探测云的反射率因子的大小和结构方面的差异 ,用散射模式和数值模拟的方法讨论了这两种雷达的波长、雷达波入射方向、波瓣宽度等参量对反射率因子的大小和结构的影响 ,并利用所得结果讨论了两种雷达实际观测的差异。结果表明 :雷达波长和入射方向的不同引起的两种雷达测量的反射率因子的差异在 2 .0dBz以内 ,TRMMPR可在强回波中心探测到更大的反射率因子 ,并在很大程度上平滑了回波的结构 ,在强回波和弱回波区分别低估和高估 3～ 5dBz,造成了观测的云的面积增大、平均回波强度减小、面积积分降水量增大。这些理论结果还不能完全揭示两种雷达实际观测结果的差异 ,看来星载雷达和地基雷达探测结果的对比问题很复杂 ,其中雷达波的衰减问题是必须考虑的。     

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。     

江淮流域长生命史飑线的特征分析与临近预警

利用常规气象资料、自动站资料、NCEP再分析资料,对江淮流域4次长生命史的飑线的形成原因、发展演变过程进行天气学分析。结果表明:飑线的发生需要强位势不稳定层结,且高层有冷空气的不断补充是飑线长生命史维持的主要原因之一;江苏东部的沿海地形为其发生发展提供了良好的水汽输送条件;强的环境风垂直切变,中高空急流和高空辐散场能使飑线维持较长的生命史。4次过程从雷达反射率因子图中,均可分析出典型的弓形回波结构。成熟的弓形回波结构严谨,宽度很窄,前沿有阵风锋存在。垂直结构上,在弓形回波的前侧入流一侧,存在较大的回波反射率因子梯度,回波顶位于强反射率因子梯度区之上;伴随着飑线的发展,在多普勒雷达径向速度图上有中层径向辐合和低空大范围的大风速区;中气旋和MARC可作为预报灾害性大风的可靠判据。