与天气系统发生和发展有关的非均匀饱和湿位涡理论分析

在动力气象理论方面，无论大尺度、中尺度还是小尺度大气运动，对于同一尺度之内大气运动演变机制，有着相当完美的讨论。然而，对于不同尺度天气系统之间转换演变机制讨论，即使因为它与天气系统的出现和发展密切相关而显得非常重要，却很少涉及。为了讨论这个重要的转换演变机制，在导出无粘滞非均匀饱和湿位涡（NUSMPV）方程的基础上，首先，通过对这方程进行数理分析证明：在非均匀饱和湿绝热大气运动中，干区和饱和区之间的不饱和区的NUSMPV是不守恒的，并进一步证明：只在次饱和区（0．78〈q/q1〈1），NUSMPV不守恒才是明显的，而在其它不饱和区，NUSMPV是接近守恒的。接着，根据守恒的相对性原理，通过NUSMPV无因次形式的讨论，把大气运动分成三类，即NUSMPV守恒，准守恒和不守恒运动。然后用数理分析方法讨论了各类运动的出现条件，时空之间关系，物理机制和一些特征。最后分析了不同尺度之间天气系统的转换机制，指出：当与狭义NUSMPV（P0）有关的涡管项（A）和非绝热加热项（B）之间的动力不平衡（A＋B）／P0减少，以至NUSMPV守恒条件满足时，大气运动将主要通过非常快的频散适应过程继续失去不平衡能量，从较小尺度向较大尺度转换；而当（A＋B）／P0增加，以至NUSMPV不守恒条件满足时，大气运动将主要通过非常快的外源激发过程，而从较大尺度向较小尺度转换。无论上述两种转换过程是那一种，一旦产生都将持续进行，直至大气运动重新回到NUSMPV准守恒运动状态。     

单多普勒雷达反演热带气旋近中心风场的VAP扩展应用方法

在尝试运用VAP方法和扩展VAP(EVAP)方法,对"韦帕"台风期间移动天气雷达(CINRAD/CCJ)观测基数据进行单雷达风场反演时,发现部分区域出现风向、风速不合理的情况.分析认为,在热带气旋近中心区域风向风速变化均较剧烈,而上述两种算法的假定条件难以准确代表风场的实际变化.根据热带气旋发展成熟阶段的气旋环流近似轴对称的特点,文中提出一种新的假定条件,即在与热带气旋中心等距离的圆周上局地风速不变、风向均匀变化,对VAP方法进行扩展应用,称为EVAPTC(EVAP for Tropical Cyclone)方法.对理想模型流场试验及对实际个例的反演结果表明,EVAPTC方法简便,反演误差相对较小,能够基本反映出台风近中心的环流特点,尤其是螺旋云带上的风场特征.例如"韦帕"台风螺旋云带内侧有明显的辐合气流进入螺旋云带,螺旋云带尾部的外围气流绕着云体移动,螺旋云带上的强回波区存在着风场扰动等.     

江苏省雾的集中程度及其气候趋势研究

引入雾的集中期和集中度的方法,对江苏省59个地面观测站1961—2007雾的发生频次资料进行了分析研究,得出了近47 a来江苏雾的时空分布特征及其相关统计结果。研究表明,集中度和集中期能够明显地分辨江苏省雾的时空分布非均匀特性。江苏省雾集中度呈现南北高、中间低的特点;集中期在47 a中出现较大波动。采用EOF方法分别对雾日数、集中度和集中期的距平值进行分析,其第一特征向量表现为同相位;其中雾日数的第一时间系数在1980s前后出现峰值,集中度和集中期距平值的第一时间系数表现为先减小后增大的总体趋势。通过气候趋势系数的计算表明苏北地区除4站点外均呈上升趋势。     

机载气象雷达扫描的理想模型仿真算法

利用地基多普勒天气雷达数据,提出机载雷达扫描的模拟仿真算法,并建立了仿真扫描的理论模型。该模型利用数据分层几何投影,处理速度较快、精度较高,可应用于扇形扫描和圆锥扫描。在理想情况下,设计了消除地物回波的算法及多普勒速度退模糊的算法。试验表明,仿真回波可应用于机载气象雷达实际观测前的扫描方式可行性研究,有助于分析机载雷达探测的云雨回波特性。     

简化VVP反演算法在台风风场反演中的应用

多普勒雷达资料的体积速度处理VVP(Volume Velocity Processing)风场反演方法可反演风场的3维结构,但由于算法的系数矩阵病态问题易导致反演风场产生误差。本文针对VVP算法中反演参数的性质,进行了简化算法的模拟检验和误差分析。选取量级最大的3个主要参量进行反演,引入随机的观测误差,通过改变模拟风速确定了反演算法的适用范围。对比结果发现,简化算法的反演结果对观测误差并不敏感,而且从低仰角到高仰角的均方根误差基本不变,当风速较大时,反演的精度会更准确。对0608"桑美"台风的风场反演表明,该算法较真实地反演出了台风中心及眼区外围的风场,并与Rankine台风模型相符。研究表明,简化VVP算法可清晰地揭示台风内部水平风场的3维结构,可以应用于台风等灾害性天气的风场反演与分析。     

一次大范围暴雪天气的大气环境形成机理研究

通过分析2009年11月9—12日的一次大范围暴雪天气事件,探讨其发生前期和过程中的大气环境条件及形成机理。通过研究分析环流特征、星载雷达有关能数、物理量场诊断等表明:此次天气过程中暴雪区域上空对流层中低层一直存在着一层具有增温增湿特征的层状云,暴雪前大气低层高温高湿的环境为暴雪的发生提供了一个有利的温湿能量蓄积场;东北回流冷空气的入侵是层状云开始形成的触发机制;大气低层因水汽凝结产生的大量凝结潜热促进了垂直上升运动,大气中低层在水汽条件具备时,通过垂直上升运动的作用使水汽大量凝结增长,形成层状云。     

毫米波多普勒雷达RHI退速度模糊研究

毫米波测云雷达是探测非降水云和弱降水云的理想工具,但由于其波长较短,最大不模糊速度较小,因此容易产生多次速度模糊现象,纠正速度模糊是充分利用多普勒雷达风场信息的前提。针对毫米波雷达距离高度显示器RHI(Range Height Indicator)的速度模糊现象,提出了两种退模糊方法,即人机交互方法和自动方法,并用实测数据进行了试验。试验结果表明,两种方法都能较好地退除毫米波多普勒雷达速度场中的速度模糊现象。相比较而言,自动方法比人机交互方法处理效率高,若对于比较小的孤立区域,人机交互方法更有优势。     

一次强降雨过程的简化伴随模式风场反演

采用改进的简化伴随模式对单站多普勒雷达资料进行三维风场反演。选取2004年7月18日发生在湖北天门、应城的强降水天气过程，利用武汉新一代天气雷达（CINRAD／SA）的原始资料进行风场反演。研究结果表明：运用该方法反演出的三维风场，体现了强降水系统的气流特征，有一定的可信度和准确性；由此分析中小尺度天气系统发生发展的演变规律，对短时强降水预报具有指导作用。     

湖南人工增雨云型的分析判别与多普勒天气雷达指挥系统的研制应用

对湖南主要人工增雨对象——积云和积层混合云作了多普勒天气雷达回波分析与判别,发现对流云在不同发展阶段回波特征有明显差异,而积层混合云持续时间长,回波特征变化小。综合分析回波强度、回波顶高、含水量、云顶温度、回波移速、回波面积等参数,得出湖南的人工增雨指标和评分规则,并依此建立地面人工增雨多普勒天气雷达指挥系统。它可实现实时指挥,发布作业预警信息以及作业方位角、仰角、用弹量等作业参数指令,结合作业点GPS信息及GIS地理信息将指导产品通过网络分发到各作业炮点。试验表明,它能有效提高对作业时机的预判能力、对作业对象的选择能力以及对实时作业的指导能力。     

一次多单体风暴的多普勒雷达特征分析

利用烟台CINRAD/SA雷达产品资料,分析2004年9月1日山东半岛中南部地区的一次冰雹天气过程及其内部风场结构,结果表明:有组织的多单体风暴是引发这次冰雹天气的主要影响系统,对流单体自-20℃层高度发展并逐渐向低层扩展,新生对流单体生成于单体移动方向的右侧。VIL产品(4km×4km)对冰雹的落区有较好的指导作用。对流层上层的冷空气和-20℃层上下的垂直风切变对对流的发展有触发和促进作用。对流层中层的高螺旋度值区,延长了风暴生命史,指示了主要对流活动的高度。