利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

利用中国气象科学研究院2016年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1)云降水从零度层到地面1 km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。     

青藏高原夏季云水含量及其水汽输送年际异常分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的1979-2016年ERA-Interim再分析资料分析了青藏高原(下称高原)夏季云水含量及其水汽输送情况。结果表明:高原夏季云水含量占全年48%,东南向西北减少。影响高原云水含量的水汽通道有印度洋通道、南海通道、孟加拉湾北部及伊朗西部通道(依次简称通道1、2、3、4)。高原云水含量和各水汽通道强度均有明显年际变化。云水含量年际变化与通道2,4基本一致。云水含量与各水汽通道强度均呈增加趋势。通道1偏强时,来自印度洋北部和南海的异常水汽在孟加拉湾交汇向高原输送,主要使高原西北部云水含量增多。通道2偏强时,南海、中南半岛的异常偏南通量及孟加拉湾北部的异常西南通量向高原东南部输送更多水汽。通道3偏强时,西风带水汽和来自印度洋水汽更多输送到高原,主要使高原东北部云水含量偏多。通道4偏强时,来自南海-孟加拉湾南部的水汽向高原异常输送,使高原中部、东南部云水含量偏多。此外,西太平洋副热带高压(下称副高)偏西南偏强时,水汽通道2、4强度偏强,有利于水汽向高原输送。     

莱州湾东部外航道回淤预测及影响因素

为探讨外航道回淤特征,采用二维波浪潮流泥沙数学模型,模拟研究了莱州湾东部航道回淤情况并探讨了其影响因素,以期对航道泥沙输运研究提供借鉴。研究表明,正常天气下,水流跨越航道,流速减小、挟沙能力下降导致的悬沙落淤是航道淤积的主要原因,但淤积量有限。大风浪是造成航道淤积的主要动力因素,其淤积泥沙主要来源于海底侵蚀来沙,河流来沙和沿岸输沙对航道淤积的贡献不大。从水深地形、泥沙来源、底质类型、水文动力条件等方面分析,航道发生骤淤的可能性较小。     

利用反射率因子垂直廓线填补雷达波束遮挡区的方法研究

新一代天气雷达很多位于地形复杂的山区,地形遮挡形成观测盲区,严重影响了新一代天气雷达数据的应用效果。利用基于高分辨率地形数据计算的波束遮挡信息,依据反射率因子垂直廓线,由高仰角无遮挡的反射率因子观测数据得到低仰角完全遮挡区的数据。以杭州雷达为例,通过直接对比反射率因子值和对比填补前后雷达估算降水效果两种途径检验了填补效果,结果表明：填补与观测“真值”有很好的一致性,填补后降水估算效果优于填补前。本文提出一种填补低仰角完全遮挡区的方法,适用于均匀性降水系统。     

硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法

雷达硬件故障直接影响数据质量,故障数据进入共享系统后不但影响本地预报员对天气系统的分析和判断,对国家级业务系统也会产生严重影响。目前,对雷达资料的数据质量控制主要针对非气象回波,对于雷达硬件故障导致的数据错误还缺乏有效的质量控制方法。该文对河北省石家庄CINRAD/SA雷达2004—2013年硬件故障时的基数据和回波特征进行分析,研究雷达故障导致的数据错误与故障类别的相关性及对数据和回波的影响。结果表明:雷达硬件故障导致的数据错误对基数据的完整性、数据位置和强度信息产生影响,发射机和接收机系统故障主要影响雷达数据的强度信息;伺服系统故障主要影响数据的位置信息。提出通过对雷达数据完整性和位置信息的检查,根据硬件故障影响雷达回波形态、位置、范围和强度等图像特征,利用基于模糊逻辑自动识别雷达硬件故障导致的错误数据的质量控制方法。利用石家庄雷达站2004—2013年雷达故障数据进行了识别效果检验,对故障数据的总体识别率超过90%,能较好实现对硬件故障导致的数据错误质量控制,是现有雷达运行正常情况下针对非气象回波的雷达数据质量控制方法的补充。     

基于区域跟踪的增雨效果分析方法新探

在高炮催化区跟踪算法基础上,探究了选取等面积同心圆环作为对比区进行人影作业效果物理评估新方案,并给出了该方案适应性判断指标。选取垂直液态含水量和面雨量作为方案检验因子,分析了不同自然降水过程中,不同时间段"催化区"和"对比区"平均物理量的双比值和相对偏差等参量的变化;并以相似离散度为指标,分析该方法的适用范围,分析何种条件下自然降水的"催化区"和"对比区"变化比较一致且小于增雨效果。实验表明:不同自然降水过程中,"催化区"和"对比区"30 min平均垂直液态含水量变化以及3 h平均相对增雨均小于增雨效果,新方案可用于人工增雨效果分析。后提出将综合相似离散度作为判据,当其值大于0.2时,则不采用该方案,判据的增加明显改善了新方案评估效果。     

CINRAD/CC雷达速调管工作状态控制及维护

雷达速调管的性能直接影响到雷达探测的回波质量及操作成本,因此速调管的使用维护也日益受到人们的重视。以德宏雷达速调管使用维护为个例,分析归纳出一些速调管使用维护技巧。结合工作经验,从业务实际出发,对速调管的使用维护及工作状态提出一些新指标和建议。对其他型号CINRAD雷达也有较好的借鉴,以提高速调管使用技术和新一代天气雷达业务运行质量。     

火星Eberswalde撞击坑三角洲矿物丰度反演

矿物的种类与含量可限定其形成时特定的地质环境,因此火星表面矿物识别和丰度反演研究对了解火星的地质构造及历史演变过程具有重要意义。Eberswalde撞击坑具有复杂的水文系统,是火星探测的热点地区,而对该地区大范围矿物反演则鲜有研究。基于紧凑型侦查成像光谱仪(CRISM)目标探测模式数据和CRISM光谱库,首先,通过高光谱数据子空间识别算法(Hysime)分析CRISM数据信号子空间,并将光谱库所有矿物光谱投影到子空间上,保留投影误差较小的光谱作为约简后的端元光谱库;然后,使用协同稀疏解混对Eberswalde撞击坑西北部三角洲地区的矿物丰度进行定量反演,得到5种原生矿物:辉石、橄榄石、斜长石、菱铁矿、硬水铝石和1种蚀变矿物透闪石,并从矿物光谱、分布分别对反演结果进行验证;最后,从矿物学的角度对可能成因做出解释,推测该区域存在接触变质作用。     

X波段双线偏振雷达不同衰减订正方法对比及其对降水估测影响研究

文中分析了X波段双线偏振雷达衰减订正各种方法的特点,考虑到差传播相移率(KDP)作为衰减订正的一种有效途径,以及由于KDP值较小,数据质量不稳定,往往导致订正误差较大,因此提出了同时利用水平反射率因子ZH与KDP进行衰减订正的ZH-KDP综合法.基于同样的考虑,在随后利用ZH、KDP进行降水估测时,提出了ZH-KDP-R综合估测方法.利用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和成都锦江电子系统工程有限公司,在研制3.2 cm波长同时收发式多普勒偏振天气雷达过程中,2005年8月在平凉外场试验取得的一批观测资料,对提出的衰减订正综合法及降水估测综合法的效果进行了分析检验,结果表明,ZH-KDP综合法对ZH、ZDR有稳定的订正效果,并且订正速度快,能够达到实时运行的要求.2005年8月11日15:08:03-22:05:46,间隔5-12 min不等,雷达开机取得了连续的观测资料,通过对这次降水过程的对比分析表明,ZH-KDP-R综合估测法比单因子KDP-R法、Z-R关系法,适用估测的降水强度变化范围广,与自动雨量记的观测结果较为吻合.Z-R关系法中,利用订正后的ZH值,比利用订正前的ZH值,降水估测值与雨量记实测值的误差明显减小,说明衰减订正后的雷达数据质量有明显的改善.     

新一代天气雷达三维数字组网软件系统设计与实现

天气雷达三维格点组网基数据具有多方面的应用价值,而且,新一代天气雷达观测资料目前基本上都可以实时传输到区域中心,为充分发挥雷达网的作用,基于近期相关具有实用性的研究成果,在国内首次研制了新一代天气雷达三维数字组网软件系统.系统以后台数据处理为核心,辅以简便的控制界面,多线程编程技术提高了系统数据处理的效率,模块化的多线程管理便于扩展新算法模块,混合语言编程技术缩短了科研成果业务化应用的周期.系统可在微机上运行,进行高时空分辨率的区域雷达三维数字组网以及二次产品生成.