多普勒天气雷达风场反演技术研究进展

多普勒天气雷达是研究中小尺度天气系统的重要工具，但却只能提供风场的径向速度，因而必须通过风场反演技术来求解二维或三维风场。详细分析了各种单部、多部和多基地多普勒天气雷达风场反演技术及其优缺点，同时指出了应重点研究的方向。从反演结果来看，基于变分法的反演技术明显优于其它方法，这是今后的一个主要研究方向；利用四维同化理论，在数值模式初始场中使用反演数据，是反演技术应用的重点。     

利用WRF3D-Var同化多普勒雷达反演风场试验研究

为了将C波段雷达风场资料更好地应用于数值预报模式中,利用两步变分法反演多普勒雷达风场资料,并处理成标准的常规探空资料,以WRF模式及其三维变分同化系统为平台,针对2013年6月19日发生在天水的一次强暴雨过程进行同化雷达反演风的试验研究.试验结果表明:同化雷达反演风场后,对降水预报的改进能维持12h,尤其同化雷达反演风场后3~9h效果非常显著;0~3h作用不是很明显;9~12h预报具有一定的正作用.另外,循环同化比同化一次效果好,但并不是同化次数越多越好.因此,同化C波段雷达反演风场后,对降水预报具有一定的正作用.     

WMO第八届阳江国际探空比对辅助遥感综合试验

第八届阳江国际探空比对辅助遥感综合试验为分析探空仪系统在高空出入云的温湿特性,评估高层云红外辐射对温度传感器的影响以及湿度传感器的系统偏差提供有力帮助。通过试验,还评估了国产X波段双偏振雷达与毫米波云雷达的优缺点和性能差异,以及国产多普勒激光雷达、微脉冲激光雷达的探测性能和应用能力,在改进微波辐射计温湿反演算法、X波段偏振雷达参数的云中粒子相态模糊逻辑识别算法,以及多普勒天气雷达风场反演、云分类算法、高空业务测风算法等方面开展广泛研究并取得一定进展。试验还利用先进的各类遥感设备对阳江热带地区的云、局地对流以及海陆风系统的结构进行了观测和分析,取得了较好的研究结果。     

黄河三花区间天气雷达测雨技术应用研究

采用改进窗概率配对方法以及自适应卡尔曼滤波和变分联合的方法分别对郑州和三门峡两部新一代多普勒天气雷达观测资料以及地面自动雨量站资料进行了降水反演和评估,并实现了两部雷达降水反演的拼图.评估结果表明在雷达测雨中,利用改进窗概率配对方法确定的Z-R关系反演的雷达测雨精度要优于目前国内业务雷达采用的经验关系式,而且经过自适应卡尔曼滤波和变分联合处理之后,既保持了雷达观测降水的空间分布特征,也显著提高了雷达测雨的精度.     

用数字化雷达遥测回波内部流场

贵州地处青藏高原东部斜坡，地形复杂、纬度较低，是强对流天气的多发区，冰雹、暴雨、风暴灾害给全省工农业生产带来严重危害。我们结合贵州探空站点稀少、又无多普勒雷达的具体情况，采用矩不变量和相关法，在常规天气雷达上遥测回波块内部运动，编制了能完成资料预处理、特征量计数、模式识别、流场计算、存贮、打印、显示回波场、风场、散度场、涡度场的实用软件，且程序设计汇编化、管理菜单化、结构模块化、计算表格化、数据公有化，在２４０×２４０ｋｍ２的区域（网格距为１ｋｍ）中计算回波区流场的时间仅为二分钟。理论分析和数值实验表明，结果合理。用南京气象学院多普勒雷达实测的回波资料对比，其准确率可达８０％以上，若去掉因边缘效应产生的错误风矢量，准确率可达９０％以上。使用该方法，可随时大致了解降水区内部水平流场结构，有利于中小尺度天气的监测和预报，为减灾防灾等部门提供风场、散度场、涡度场等信息。     

毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望

云在大气的能量分配、辐射传输,尤其是水循环系统中有不可忽视的作用。云探测对云物理、人工影响天气、气候变化和航空航天等领域有重要意义,是大气科学研究的热点之一。尽管目前已经发展了很多种遥感设备对云进行观测(如激光雷达、卫星、云幂仪等),但这些设备无法得到高时空分辨率的云水平和垂直结构,而毫米波雷达是云三维精细结构探测的重要工具。由于毫米波雷达具有更接近小粒子尺度的短波长,因此更适合用来探测弱云,同时毫米波雷达也存在衰减严重的缺点。介绍了毫米波雷达的特点以及其探测小粒子的优势;对比分析了其与新一代多普勒天气雷达、晴空风廓线雷达的差异,得出：毫米波雷达具有高时空分辨率,能够更精确地反映云的垂直和水平结构,比普通天气雷达更适合监测云的变化。概括了国内外毫米波测云雷达的发展现状以及在云物理研究方面的情况,并展望了国内毫米波雷达未来研究的方向。     

新一代天气雷达背景场特征资料生成方法及检验

地形对波束遮挡是影响雷达观测资料质量的重要误差源之一。国家防汛抗旱指挥系统二期工程建设了天气雷达应用系统,系统利用新一代天气雷达背景场特征资料客观分析技术计算出雷达站周围环境对雷达波束造成遮挡影响的背景场特征资料(挡角图、等射束高度图和波束遮挡能量耗损率图)。详细介绍了新一代天气雷达背景场特征资料计算原理和方法,并提出利用雷达回波概率特征方法,将计算出的背景场特征资料与不同仰角雷达回波统计的概率空间分布进行对比分析,验证了新一代天气雷达背景场特征资料的正确性,为后期雷达波束能量遮挡进行定量订正提供依据。     

“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”取得的主要研究成果

国家重点基础研究发展计划项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”经过项目全体科学家的５年研究，取得了一系列重要的研究成果：①提出了基于多种实时观测资料的梅雨锋暴雨的多尺度物理模型；②建立了梅雨锋暴雨的天气学模型；③梅雨锋是由多个不同尺度系统构成的梅雨锋系，它具有介于温带锋系结构与热带辐合带结构之间的副热带锋系结构，在长江中下游可以有时表现为双峰结构。锋前的湿物理过程与锋上强对流系统发展形成的正反馈过程以及梅雨锋系的不同尺度系统的相互作用是梅雨锋维持与发展的重要机制；④提出了多种中尺度暴雨的定量卫星遥感反演理论和方法，并形成一系列新的反演产品；⑤成功地研究了双多普勒雷达同步探测和反演中尺度暴雨三维结构的理论和方法；⑥发展了配有三维变分同化系统的中尺度暴雨数值预报模式系统，在2003年淮河抗洪救灾中发挥了积极作用；⑦成功组织了2001/2002年长江中下游梅雨锋暴雨野外科学试验，在野外试验中还开展了中日国际合作，在此基础上项目建立了规范、完善、使用便捷的暴雨野外试验数据库，实现了数据共享。     

上海强对流智能预报业务新技术研究进展

强对流天气系统发展剧烈,常造成严重的暴雨、雷电、大风和冰雹等灾害。对强对流天气的准确预报一直是国际气象领域研究的难点和瓶颈问题,也是大城市防灾减灾关注的重点。强对流预报技术的发展已经从单纯依赖于雷达的图像识别,发展到雷达、卫星、高分辨率数值模式以及人工智能大数据预测融合应用的新阶段。在回顾国际强对流预报技术进展的基础上,介绍了上海气象业务部门近年来攻关研发的雷达自适应组网观测、雷达外推短临预测和数值预报误差机器学习订正等关键新技术及集成建立的上海强对流智能监测预报系统。这些技术成果的业务应用,在城市防灾减灾和精细化治理中已发挥了重要作用,可供相关研究人员参考。     

云分析预报方法研究进展

云作为地球大气系统的重要组成部分,不仅影响着气候变化和天气系统的发展演变,还与航空活动密切相关,一直以来是空军和民航部门非常关注的气象要素之一。在云探测、资料同化和反演方法发展的基础上,从实际业务保障和数值模式发展需求出发,综述国内外云分析、预报方法和云分析预报系统开发的研究成果,分析各类方法的优势和不足,明确国内外研究的主要差距,并探讨国内未来研究的方向。云分析方法中,探空对云廓线识别较好,卫星可见光和红外资料在云顶信息反演方面优势明显,多普勒雷达能够获取对流层中层和底层的云信息,而毫米波雷达能够很好地反映云三维结构信息,发展潜力巨大。云预报方法中,传统的统计和诊断方法发展较为成熟,而考虑了大气温湿和云微物理状况的大气辐射传输模式正演模拟云顶亮温的方法是未来的发展趋势。加强云探测技术,综合利用云分析预报方法,借鉴国外先进云分析预报系统的设计理念,积极开发我国自主的云分析预报系统,推动天气预报、航空气象保障和数值预报模式的发展将会是我国云研究的重要方面。     

相控阵技术在大气探测中的应用及面临的挑战

摘要： 近年国际上相控阵技术在大气探测领域中的应用有了重要进展,成为雷达气象学研究的又一新热点,并可能成为今后天气雷达发展的重要方向。介绍了相控阵技术在大气探测中应用现状和研究进展,以及近年在气象应用中所获得的最新研究结果,展望了相控阵技术的应用前景,进一步讨论了开展相控阵技术研究所面临的技术挑战和未来发展的方向。为我国开展相控阵天气雷达的研制提供参考。     

Forewarning method of downburst based on feature recognition and extrapolation

Natural Hazards - Currently, using common meteorological data for downburst identification and early warning lacks feasibility. Therefore, a method based on the Doppler weather radar is proposed in...     

雷达测雨及其在水文中应用的回顾与展望

简要介绍了雷达测雨的基本原理,对雷达测雨误差及其产生的原因进行了详细分析,并探讨了减少测雨误差的可能措施。在介绍了英国、美国、长江中游雷达网业务系统和阜阳数字雷达测雨试验的基础上,讨论了雷达测雨在水文中应用的前景及发展方向。     

降水临近预报及其在水文预报中的应用研究进展

随着全球气候变化、自然变迁及陆表生境改变,极端天气频发且呈现出多尺度时空变异特征,对其进行预报和预警一直是气象水文领域关注的焦点。临近预报可较准确地预报未来短时间天气显著变化,是当前预报强降水等极端事件的主要手段。从基于天气雷达0~3 h外推临近预报、融合数值模式0~6 h临近预报的发展历程梳理了临近预报的研究进展,阐述了雷达外推算法的发展进程、雷达外推预报与数值模式预报融合技术进展,指出"取长补短"的0~6 h融合预报在提高降水预报精度、延长降水预见期等多方面有较大的发展潜力,进一步探寻及提升融合技术是未来融合预报发展的核心。将临近预报以气象水文耦合的方式引入水文预报是从源头提高水文预报精度、保障水文预报效果的主要途径,总结了现阶段主流耦合方式、空间尺度匹配技术、水文模型不确定等陆气耦合中的关键问题,阐述了外推临近预报、融合临近预报作为水文预报输入的研究进展,明确了融合临近预报在延长洪水预见期、提高洪水预报精度中存在优势,并讨论了未来的研究重点及发展方向。     

Assessing the influence of assimilating radar-observed radial winds on the simulation of a tropical cyclone

Observations by Doppler weather radar are crucial for nowcasting and short-time forecasting of severe weather events as they bring in refined information of the atmosphere. However, due to the inevitable noises and non-meteorological signals, they cannot be assimilated straightforwardly into a numerical model. In the present study, assimilation of the radial component of wind velocity observed by two Doppler radars is performed in the numerical simulation of Supertyphoon Rammasun (2014) just before its landfall. After several quality-control steps, the radar-observed radial velocities are de-aliased, noise-reduced and assimilated into the model to improve initial conditions for the high-resolution simulation. Results show that only when using global background error covariance matrix can the observational increment be properly assimilated into the model, correcting large-scale background steering flow and yielding a simulated track close to the observed one. However, little improvement is found in simulating the TC core-scale structures by the assimilation of radar velocity as compared to the radar-observed flow, primarily due to the insufficient spatial resolution of the model that may lead to the incorrect representation of the TC core structure and the rejection of some core-region observations during the data assimilation procedure. Moreover, assimilation-induced asymmetries consume a certain portion of mean kinetic energy, preventing the simulated Rammasun from axisymmetrization and thus intensification as compared with the non-assimilated experiment.     

多普勒雷达图像在地质灾害气象预警中的应用——以湖南省新邵县“2005．05．31”特大地质灾害气象预警为例

本文介绍了湖南地质灾害概况,通过对暴雨诱发地质灾害的机理分析和多普勒雷达系统监测暴雨的可能性分析,选取地质灾害频发的湖南省作为典型研究区,通过多普勒雷达图像地质灾害气象反演分析和灾害识别研究,精确地预报了湖南省新邵县“2005．05．31”特大地质灾害,论证多普勒雷达是监测突发性地质灾害的有效手段。