测云方法研究进展

定性及定量云基础参量的观测(检测)结果,对提供未来天气变化趋势的依据有着非常重要的意义。对国内外学者多年来使用的各种测云方法得出的云空间分布等情况进行了综合评述。根据不同观测手段的特点,按空基遥感、地基遥感等方法加以区分,分别对上述测云方法逐个分析并相互比较,讨论各种测云方法的利弊,为今后使用这些方法开展的各种科学研究工作提供参考,并展望未来观测研究云的可能方向。     

EXPERIMENTS TO TRACK STORMS USING MODERN OPTIMIZATION ALGORITHMS

Storm identification and tracking based on weather radar data are essential to nowcasting and severe weather warning. A new two-dimensional storm identification method simultaneously seeking in two directions is proposed, and identification results are used to discuss storm tracking algorithms. Three modern optimization algorithms (simulated annealing algorithm, genetic algorithm and ant colony algorithm) are tested to match storms in successive time intervals. Preliminary results indicate that the simulated annealing algorithm and ant colony algorithm are effective and have intuitionally adjustable parameters, whereas the genetic algorithm is unsatisfactorily constrained by the mode of genetic operations. Experiments provide not only the feasibility and characteristics of storm tracking with modern optimization algorithms, but also references for studies and applications in relevant fields.     

逆风区的回波演变与强对流天气的结构分析

为研究逆风区回波结构的演变与中尺度强对流天气发生发展的关系,分析了2005年4月30日和6月22日在江西省境内有逆风区现象的强对流天气的多普勒雷达回波特征,对逆风区的回波强度与速度的演变进行对比分析后认为：逆风区不仅是暴雨判据,也是强对流天气的判据。逆风区的伸展高度一般较高,有逆风区的存在基本上都伴有剧烈的天气过程,只要逆风区的结构一直存在,强回波的反射率因子就不会减弱。本文提出了一种逆风区的三维结构模型,逆风区回波反映了强对流的生消结构,逆风区实为前方辐合上升、后方下沉的涡管结构,它是认识强对流天气系统三维结构的重要信息。     

汕头市2008年首场大暴雨过程的雷达资料特征

通过对2008年4月20日汕头市大暴雨过程的环流背景进行分析,着重讨论汕头新一代天气雷达资料在这次暴雨临近预报中的应用。分析表明：低空急流和逆风区是此次暴雨的重要特征。“浣熊”减弱后的低压环流受高空槽的引导向东移动,3股低空急流在粤东沿海辐合,为强降水提供有利的水汽条件和上升运动;雨团的移动受700hPa气流引导;强降水区雷达回波反射率因子为40～55dBz,强降水出现在850hPa暖式切变过境阶段;风向的辐合为维持强降水起到重要作用,汕头强降水出现之前,上游地区在速度场上出现中小尺度逆风区。     

WIND SHEAR IDENTIFICATION WITH THE RETRIEVED WIND OF DOPPLER WEATHER RADAR

Wind shear reflects that the wind field is not uniform, which is one of the primary factors which make the retrieval of the wind field difficult. Based on volume velocity process(VVP) wind field retrieval technique, the intensity of wind shear is identified in this paper. After analyzing the traditional techniques that rely on the difference of radial velocity to identify wind shear, a fixed difference among radial velocities that may cause false identification in a uniform wind field was found. Because of the non-uniformity in wind shear areas, the difference of retrieved results between surrounding analysis volumes can be used as a measurement to show how strong the wind shear is. According to the analysis of a severe convective weather process that occurred in Guangzhou, it can be found that the areas of wind shear appeared with the strength significantly larger than in other regions and the magnitude generally larger than4.5 m/(s·km). Besides, by comparing the variation of wind shear strength during the convection, it can be found that new cells will be more likely to generate when the strength is above 3.0 m/(s·km). Therefore, the analysis of strong wind shear's movement and development is helpful to forecasting severe convections.     

定量测量降水量的回波结构自适应算法研究

为提高临近预报中对流性降水估测的准确性,分析了统计法估算降水的局限性。依据降水物理机制和降水回波结构,研究雷达反射率因子定量测量降水量(QPE-Qualitative Precipitation Estimate)的自适应算法,旨在减少由于雨滴谱变化导致的Z-I关系不稳定所引起的降水量测量误差。同时考虑组合反射率因子RC和垂直液态水含量VIL两个参量对降水的影响,建立适于城市区域的动态自适应的Z-I关系,改进对强降水严重低估的问题。     

一次爆炸事件的天气雷达散射机理和回波特征分析

天气雷达主要用于探测降水的演变过程,但它也可监测爆炸事件的回波.为研究多普勒天气雷达探测爆炸燃烧事件的回波特征和散射机理,利用位于天津滨海新区西南部的沧州多普勒天气雷达,对2015年8月12日23:30左右天津塘沽发生的重大爆炸事故进行分析研究.结果发现:在爆炸前期和后期,回波的形成机理分别为粒子散射和湍流衍射;爆炸具...     

反射率因子和径向速度共同约束反演多普勒雷达风场

多普勒雷达可以提供降水回波区的风场信息。为了充分运用雷达资料分析中小尺度天气过程,本文假设反射率因子在短时间内的运动满足拉格朗日守恒,提出了采用连续两次的反射率因子回波和径向速度数据共同约束的方法来反演风场,在反演过程中避免了对径向速度的分布进行假设。针对连续两个时次之间反射率回波运动中产生的不同程度的误差做了模拟风场试验,结果表明,当回波运动随机误差不超过40%时,反演结果较为可靠。另外,本文还利用此风场反演方法进行两次中尺度天气过程的实例分析。结果表明,该方法反演的风场与实际风场结构相符,具有一定的应用价值。     

副热带高压背景下极端短时强降水的双偏振相控阵雷达观测分析

为了研究副热带高压（副高）背景下极端短时强降水系统的动力和云物理结构特征,利用厦门X波段双偏振相控阵雷达观测数据,采用多普勒雷达风场反演技术并结合高精度的地形数据,对2021年8月11日发生在厦门地区的一次极端短时强降水事件进行了分析。研究表明:（1）这次过程发生在副高控制之下,具有弱天气尺度强迫特征。地面辐合线促进了线状对流系统的形成,其后向传播过程导致了局地极端强降水的发生。（2）对流系统的中层存在大粒子累积区,大粒子的下泻导致雨强增大。倾斜上升（下沉）气流的配置使得大粒子的下泻不会影响上升气流,有利于对流系统的发展与维持。下沉气流与偏南气流相遇触发了上游对流系统的发展,形成后向传播。（3）在弱天气尺度系统背景下,局地地形对于降水系统的影响得以凸显。地形造成的低层辐合使得差分反射率因子（Z_DR）、差分传播相移率（K_DP）等双偏振参数在迎风坡处明显增大,且大值区在此处维持。更大、更浓密的降水粒子形成了极高的降雨效率。（4）暖雨过程和冰相过程在这次极端降水事件中并存,前者对雨水的形成起主导作用,冰相粒子的融化加速了这一进程。（5）强降水时雨滴的破碎和碰并趋于平衡,雨强的增大取决于雨滴浓度的升高。因此,K_DP可作为判断雨强是否增大的指标。（6） Z_DR柱与K_DP柱的演变对于地面雨强的变化具有预示性,特别是在持续降水过程中,Z_DR（K_DP）柱的再度发展预示着降水系统的再次增强。      

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异。结果表明:（1）大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子分布存在较大重合区域。（2）冰雹偏振参数的变化主要集中在融化层之下,相较于小冰雹,大冰雹具有更低的差分反射率因子和相关系数。（3）所有雹暴的差分反射率因子柱最大伸展高度均超过?10℃层,有83%的大冰雹事件其差分反射率因子柱最大伸展高度可超过?20℃层;在小冰雹事件中这一比例仅为46%。（4）差分反射率因子柱高度的演变对于雹暴的发展具有预示性,特别是在持续降雹过程中,差分反射率因子柱的再度发展预示着雹暴的再次增强。差分反射率因子柱高度的极值相对于降雹具有时间提前量,在大冰雹事件中这一提前量的中位数为24 min,而在小冰雹事件中这一数值为11 min。（5）三体散射的偏振特征有助于识别高空的冰雹,尤其是当冰雹核的后侧存在其他降水回波时。在所统计的19例大冰雹事件中均发现三体散射偏振特征。在小冰雹事件中同样可发现三体散射偏振特征,出现比例为52%。