双线偏振雷达在水文预报领域的应用——实时水文预报系统的研制

根据１９８０—１９８７年巴家咀水库流域各水文站及雨量站的流量和降雨强度资料，建立了一个利用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的双线偏振雷达实时遥测降雨的雷达回波资料进行实时水文预报的模式。当接收到以无线电方式传输来的雷达资料后，该模式可进行包括各子流域的降雨总量、径流、汇流及到达水库的流量、洪峰流量和时间等水文参量的预报，并在计算机监视器上显示，在打印机上打印并存盘。这一方法与普通水文预报方法相比具有及时并能了解云发展趋势等优点。这一模式的建立及应用为防汛指挥、水库的调度提供了可靠、直观的依据，它将气象部门的高科技成果用于水文领域，开拓了气象雷达的应用范围，使雷达在暴洪监测中更好地发挥作用     

CINRAD/SA雷达天线的辐射特性分析及其支持双线偏振升级的可行性研究

文中较全面地测量了CINRAD/SA天线的水平和垂直共极化和交叉极化辐射数据,分析了CINRAD/SA天线的主瓣、旁瓣、交叉极化电平等天线辐射特性,并与美国WSR-88D雷达双线偏振改造前后的辐射特性进行了比较,提出了CINRAD/SA双线偏振升级后降低旁瓣电平的几个措施,讨论了同时发射和同时接收双线偏振收发体制下,由天线水平和垂直偏振辐射不均衡产生的ZDR误差和偏振交叉耦合项ICPR值。结果表明:(1)CINRAD/SA雷达天线具有较好的辐射性能,主瓣波束较均匀,旁瓣和交叉极化电平优于设计指标值;(2)CINRAD/SA的天线辐射性能接近于WSR-88D,CINRAD/SA天线经调整后旁瓣电平应可以满足双线偏振升级要求;(3)ZDR误差和ICPR值足够小且在统计误差范围内,能满足CINRAD/SA双线偏振改造对测量精度的要求;(4)现用天线的辐射性能可支持CINRAD/SA双线偏振升级。文中还讨论了天线馈源支撑杆对辐射特性的影响,建议CI NRAD/SA天线的偏振改造仍采用三杆支撑方式,由此产生的水平和垂直偏振与高旁瓣脊间的不匹配,可计入系统误差,通过定标予以消除。关键词:CI NRAD/SA,雷达天线,辐射特性,双线偏振。     

初始条件和边界条件对区域模式模拟青藏高原区域气候的影响

用ＧＦＤＬ气候场及ＧＣＭ的模拟结果分别为区域模式（ＭＭ４）提供初始条件和边界条件,模拟了青藏高原地区夏季区域气候特征,通过比较不同初始条件和边界条件时区域模式的模拟结果,分析了初始条件和边界条件对模拟结果的影响,虽然这两种方法都模拟出青藏高原附近的主要区域气候特征,但ＧＦＤＬ提供初始条件和边界条件对ＭＭ４的模拟结果明显优于用ＧＣＭ提供初始条件和边界条件时的模拟结果,特别是高层,ＧＣＭ输出结果与实际     

青藏高原那曲地区冰雹天气系统中的大气电场

利用1998年4～9月间进行的GAME-TIBET青藏高原云和降水的多普勒雷达及大气平均电场加强期观测实验资料, 对青藏高原那曲地区的冰雹天气系统中的大气电场作了定量观测和研究.结果表明: 在降雹过程中大气电场强度基本上均为负值, 其峰值也均强于-22 kVm-1; 在降雹过程中随着降雹时间的临近, 大气电场强度不断增强, 但降雹开始时大气电场强度并未达到其峰值, 峰值出现的时刻比开始降雹的时刻略有滞后; 在各降雹日中, 较强的大气电场强度基本上对应着各冰雹谱分布段较多的冰雹数目, 而这种较好的相关在各谱分布段上都表现出来; 随着降雹时间的临近, 每5 min闪电频数不断增强.在开始降雹时每5 min闪电频数平均达到43, 峰值的出现时刻略滞后于开始降雹的时刻, 这一滞后时间一般平均在3 min左右; 在降雹过程中, 单位面积中的冰雹数目与对应时段内总闪电数有着较好的对数关系, 相关系数R为0.954 0.在降雹过程的时间序列上, 冰雹云成熟期过后, 总闪电次数与冰雹降雹率成反相关.     

S波段相控阵天气雷达与新一代多普勒天气雷达定量对比方法及其初步应用

受外场试验条件的限制,相控阵天气雷达在测试过程中难以与用于对比的多普勒天气雷达保持相同位置,造成不同雷达之间的观测资料无法直接对比。为了较全面地分析该情况下相控阵天气雷达的探测能力,提出了针对不同地理位置不同分辨率的雷达反射率因子匹配方法和观测资料的定量对比方法。初步使用该方法对2010年5月21日的S波段相控阵天气雷达（S-PAR）与相距54 km的南京新一代多普勒天气雷达（CINRAD/SA）观测资料进行了结构的对比及数值的分析。结果表明：（1）S-PAR的回波结构与位置均较为合理,与CINRAD/SA相比反射率因子测量偏差很小,未受地物影响的径向速度较为接近,同时单波束发射4波束同时接收的扫描方式大大节约了扫描时间;（2）S-PAR受宽波束的影响,100 km外的回波出现了明显的平滑现象,难以探测到细微结构;（3）S-PAR的灵敏度比CINRAD/SA差,100 km处的最小可测反射率因子偏高16 dBz,通过相同灵敏度的模拟后发现S-PAR较差的灵敏度是造成回波结构差异的主要原因;（4）提出的经纬度匹配方法较好地将不同位置下的雷达资料对应起来,经纬度匹配后在垂直方向的不同处理方式得到的结果存在细微差异,基于采样体积的平均方法取得的效果最佳。     

基于动态模板函数的线状中尺度对流系统自动识别

在中尺度对流系统(mesoscale convective systems,MCSs)自动识别、跟踪基础上,根据拟合椭圆长轴设计动态模板和得分函数,完成了雷达拼图资料上的线状MCSs自动识别。并利用不同类型中尺度天气过程对算法进行检验,分析结果表明:(1)算法能够实现对线状MCSs的自动识别,由于对流系统分裂与合并造成的回波形态"突变",得分值结果能得到较好的反映;(2)算法能够实现对线状MCSs天气的跟踪,一般情况下跟踪效果较好,在分裂或者合并发生的时刻跟踪效果较差。     

应用雷达拼图数据估测降水试验

利用2008年6月5～7日广东省新一代天气雷达网(广州、梅州、韶关、阳江、深圳及汕头6部雷达)的雷达原始体扫资料及自动雨量站资料,对广东省3 km高度上的雷达网系统观测值差异进行了分析,发现广州雷达的观测值比周围雷达偏高1～3 dBz,梅州雷达比其周围雷达的观测值偏低1～2 dBz。用Z-R关系和最优插值校准法分别进行6 min和1 h估测降水,并用面雨量偏差和均方根误差对该次降水估测试验做了简单评估。结果显示:6 min定量估测降水,两种方法都会低估,面雨量越大,估测效果越好;对于1 h定量估测降水,各种估测方法都有偏高或偏低情况,但普遍偏高,其中用先累加再用最优插值校准法校准的雷达-雨量计联合估测方法效果最好;短时降水估测可以很好地反映降水过程变化,而长时间降水估测可以较准确估测降水大小。     

一次雹暴过程的闪电活动特征及其与雹暴结构的关系

利用闪电定位和双多普勒雷达资料,对华南一次产生冰雹和大风的雹暴过程的闪电活动及其与雹暴动力和微物理条件的对应关系进行分析和讨论。结果表明,此次过程中地闪活动在降雹阶段和降雹后阶段表现出明显差异:降雹阶段地闪频次增减交替,较为活跃;降雹后阶段地闪活动减弱后很快再次增强,地闪频次峰值（503个/6 min）远超过降雹阶段的峰值（268个/6 min）。在分析时段中,负地闪占主导地位,正地闪比例在降雹阶段呈上升趋势。地闪活动的强弱与60 dBZ强反射率的高度变化、70 dBZ回波的出现和消失有较好的相位对应关系。对应降雹阶段,雹暴内具有更强的上升气流和更高含量的冰相粒子。降雹阶段,强上升气流区以及降雹区内地闪活动较少,降雹结束后,原降雹区域的地闪活动明显增加。研究还发现,地闪更多地出现在弱上升、弱下沉气流以及二者交界区域附近。