台风山竹(1822)龙卷的双极化相控阵雷达特征

2018年9月17日台风山竹（1822）外围螺旋雨带中发生EF2级龙卷。在高湿度、高不稳定、强垂直风切变的环流背景下,龙卷在台风外围雨带上微型超级单体右后侧钩状回波顶端的弱回波区中发展起来。具有高时空分辨率的广州X波段双极化相控阵雷达,不仅观测到超级单体的发展过程,还呈现出龙卷涡旋演变特征：单体风暴尾端在右后方入流加强作用下,逐渐形成钩状回波形态,此时对流层中低层2~3 km高度附近的中气旋强度率先达到最大,随着旋转强度进一步加强和旋转中心高度逐步下降,低层强旋转特征越来越明显,当低层旋转速度达到峰值（超过21 m·s-1）,旋转直径收缩到1 km范围,地面出现EF2级以上龙卷,旋转速度对区域出现清晰的弱回波龙卷眼区特征。X波段双极化相控阵雷达在龙卷观测中优势显著,弥补了多普勒天气雷达观测的不足。     

1522号台风外围佛山强龙卷X波段双偏振多普勒雷达反射率因子特征

广东是我国一个龙卷多发地区,近年来该地区发生的龙卷造成了重大人员伤亡和巨大的经济损失。为了开展对龙卷的监测和预警,2015年佛山市建设了X波段双偏振多普勒天气雷达。2015年10月4日下午广东省佛山市发生了一次龙卷天气过程,当龙卷涡旋移近佛山市X波段双偏振雷达时,该雷达探测到了超级单体风暴钩状回波内的龙卷涡旋。龙卷涡旋位于钩状回波的末端,龙卷涡旋的反射率因子呈现为一强反射率因子区,该强反射率因子区的中间反射率强度相对较弱;与该强反射率因子对应的位置,平均径向速度有明显的涡旋特征;在龙卷涡旋的位置,双偏振雷达的差分反射率ZDR有一明显的低值区,零滞后相关系数CC也有一明显的低值区。分析认为,这是龙卷卷起的杂物碎片形成的龙卷碎片特征。     

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

单多普勒雷达对一次龙卷过程的观测和分析

本文利用泰州S波段多普勒雷达观测资料和探空、地面资料对2013年7月7日发生在江苏高邮的一次龙卷过程进行分析讨论。此次龙卷过程由超级单体风暴引发,环境分析显示高邮地区低层位于急流辐合区,高层位于急流辐散区,有利于对流发展。龙卷发生前具有强对流不稳定度和中等风切变。雷达回波资料分析显示超级单体在成熟阶段出现明显的钩状回波,有界回波区以及悬垂回波的特征。旋转速度最强时,有龙卷产生,之后超级单体进入消亡过程。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

一次超级单体龙卷双偏振多普勒天气雷达分析

利用蚌埠S波段双偏振多普勒雷达资料,对安徽省宿州市2020年7月22日的龙卷天气进行了分析.结果表明:在梅雨期暴雨天气形势下,较低的抬升凝结高度、较强的中低层垂直风切变为龙卷提供了有利的环境背景.龙卷发生在梅雨锋南端的超级单体风暴中,底层的右后方出现钩状回波.风暴参数、中气旋、龙卷涡旋(TVS)特征参数在龙卷过程中的急...     

相控阵天气雷达监测预警龙卷风的过程剖析

天气雷达作为龙卷风监测预警的重要手段之一,应用具有超高时空分辨率的X波段双极化相控阵天气雷达系统,较好地捕获并提前预警龙卷风。以2022年6月19日07时发生在广东佛山南海的一次龙卷风为例,详细剖析龙卷生消及雷达监测预警过程。借助雷达智能预警软件,利用X波段双极化相控阵天气雷达的双偏振量和超高时空分辨率数据,实时反演三维风场和分析龙卷碎片(TVS)特征,能够显著提高龙卷风监测预警水平。实例表明,本次成功地提前18分钟预警龙卷,进一步说明了X波段双极化相控阵天气雷达在强对流天气探测方面具有较强的生命力。     

2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下：（1）龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。（2）造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征：CAPE达到1 680.3 J/kg,0～3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0～1 km垂直风切变为7.1 m/s,0～6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。（3）SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。（4）X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙...     

基于雷达观测的2021年6月珠江口一次水龙卷过程分析

利用常规地面和探空资料、珠海S波段双偏振多普勒天气雷达和珠海横琴X波段相控阵雷达资料对2021年6月1日发生在珠江口的水龙卷过程进行分析。研究表明：此次水龙卷过程发生在高层强辐散、中层短波槽影响、低层西南风的背景场下;极低的抬升凝结高度、较大的0～1 km风矢量差、超过超级单体发生阈值的风暴相对螺旋度,为龙卷的发生提供了较好的动力条件。两部雷达均观测到超级单体结构特征,最强反射率因子超过65 d BZ。X波段相控阵雷达资料能够清晰展现水龙卷超级单体风暴精细化演变特征,0.9°仰角首先出现风切变,随后风切变出现高度逐渐增高,并加强为中气旋,切变最高高度达到17.1°仰角,随后高度逐渐降低,龙卷减弱。三维反射率因子图清楚地反映了龙卷母体风暴穹窿结构形成过程,以及强反射率因子区向上延伸,变细加强,龙卷触及水面后变粗的过程。S波段雷达探测到在龙卷发生前,出现Z_DR低值眼区和ρ_HV弧,这对于预报员提前预警以及识别龙卷具有一定帮助。     

2013年3月20日广东东莞罕见龙卷冰雹特征及成因分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、多普勒天气雷达及自动气象站资料等,对2013年3月20日发生在东莞的一次罕见龙卷、冰雹等致灾性强对流天气过程进行分析。结果表明：1）龙卷过境时的单站气压、温度、风向风速与雷雨大风过境时明显不同,前者具有较典型的龙卷特征。2）华南地区高低空强的风随高度增大的垂直变化、上干下湿的位势不稳定层结以及低层高湿、增温为对流天气发展提供了有利的环境条件,冷空气南压和近地面边界层中小尺度辐合系统为其提供了触发机制。3）中等强度的对流有效位能（CAPE）、强的0-6 km深层垂直风切变以及较强的0-1 km低层垂直风切变为龙卷产生提供了可能性。4）龙卷、冰雹强对流风暴的发展加强与近地面边界层中小尺度辐合系统加强有密切关系。5）同时出现冰雹、大风、龙卷时,最强回波为72 dBz;龙卷出现在超级单体的钩状回波附近,更靠近后侧V形缺口;多时次观测到三体散射（TBSS）回波,与降雹对应;反射率垂直剖面图上可见明显的低层弱回波区、中高层回波悬垂,有界弱回波区（BWER）先于龙卷20多分钟出现。径向速度图上,龙卷出现时超级单体风暴同时具有龙卷涡旋特征（TVS）和中气旋特征。     

.2013 年3 月20 日广东东莞罕见龙卷冰雹特征及成因分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、多普勒天气雷达及自动气象站资料等,对2013年3月20日发生在东莞的一次罕见龙卷、冰雹等致灾性强对流天气过程进行分析。结果表明: 1) 龙卷过境时的单站气压、温度、风向风速与雷雨大风过境时明显不同,前者具有较典型的龙卷特征。2) 华南地区高低空强的风随高度增大的垂直变化、上干下湿的位势不稳定层结以及低层高湿、增温为对流天气发展提供了有利的环境条件,冷空气南压和近地面边界层中小尺度辐合系统为其提供了触发机制。3) 中等强度的对流有效位能(CAPE)、强的0—6 km深层垂直风切变以及较强的0—1 km低层垂直风切变为龙卷产生提供了可能性。4) 龙卷、冰雹强对流风暴的发展加强与近地面边界层中小尺度辐合系统加强有密切关系。5) 同时出现冰雹、大风、龙卷时,最强回波为72 dBz;龙卷出现在超级单体的钩状回波附近,更靠近后侧V形缺口;多时次观测到三体散射(TBSS)回波,与降雹对应;反射率垂直剖面图上可见明显的低层弱回波区、中高层回波悬垂,有界弱回波区(BWER)先于龙卷20多分钟出现。径向速度图上,龙卷出现时超级单体风暴同时具有龙卷涡旋特征(TVS)和中气旋特征。     

Characterization and Application of S-Band Polarimetric Radar and X-Band Phased Array Radar for a Tornadic Storm Event on June 16,2022

The X-band phased array radar offers faster scanning speed and higher spatial resolution compared to the S-band radar, making it capable of enhancing tornado monitoring and early warning capabilities. This study analyzed the char- acteristics and nowcasting signals of a tornado case that occurred on June 16, 2022 in the Guangzhou region. Our findings indicate that the violent contraction of rotation radius and the dramatic increase in rotation speed were important signal characteristics associated with tornado formation. The X-band phased array radar, with its high temporal and spatial resolution, provided an opportunity to capture early warning signals from polarimetric characteristics. The X-band phased array radar demonstrated noteworthy ability to identify apparent tornado vortex signature (TVS) features in a 10-minute lead time, surpassing the capabilities of the CINRAD/SA radar. Additionally, due to its higher scanning frequency, the X- band phased-array radar was capable of consistently identifying TVS with shorter intervals, enabling a more precise tracking of the tornado’s path. The application of professional radars, in this case, provides valuable insights for the monitoring of evolutions of severe local storms and even tornadoes and the issuance of early warning signals.     

一次超级单体引发的秋季特大冰雹和龙卷雷达探测分析

利用烟台S波段双偏振多普勒雷达和荣成CINRAD/SA新一代天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测、ERA5再分析和冰雹、龙卷实地调查等资料,对2021年10月1日在山东半岛东部烟台、威海发生的特大冰雹和龙卷风暴的天气形势、环境参量和雷达探测特征进行分析。主要结果为：与气候平均场相比,造成本次强对流过程的500hPa东北冷涡异常强盛,850hPa自华南到东北地区西部有持续偏南水汽输送;在此异常环流背景下,山东半岛东部具有上干冷下暖湿、强的0～6km垂直风切变和对流有效位能等有利于强冰雹、龙卷发生的环境条件;近地面的风暴前低压、雷暴高压和冷池特征明显。降雹时的风暴呈现典型超级单体特征,低层具有明显的钩状回波和倒“V”字型前侧入流缺口,垂直剖面显示出明显的有界弱回波区、差分反射率柱（ZDR柱）特征;根据大冰雹落点和降雹开始时间等信息,统计对应雹云的反射率因子、ZDR、相关系数（CC）的中位数分别为48.7dBz、0.89dB和0.90;地面出现龙卷和大冰雹时,风暴顶辐散强度最大达到71.5m·s-1。后侧阵风锋对应的出流边界北端的偏北气流与风暴前侧的偏南气流形成强涡旋上升运动,导致EF1级龙卷产生;龙卷发生在钩状回波的顶端,大冰雹多出现在入流缺口的北侧。地面发现龙卷发生前约5min,雷达探测到龙卷碎片特征,ZDR和CC分别最低至-0.1dB和0.81;龙卷发生前约11min,探测到风暴低层的ZDR弧和风暴右后侧的下沉反射率因子核特征;荣成、烟台雷达分别提前22min、5min识别出中气旋和龙卷涡旋,可为龙卷预警提供重要参考。基于观测分析,给出了本次超级单体风暴的低层流场及龙卷、大冰雹落区的示意图。     

相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响

有源数字阵列雷达的波束设计非常灵活,可变的波束宽度和多波束模式不仅可以满足不同任务的观测需求,还可有效节约扫描时间,但阵列天线参数随波位改变的特性对相控阵天气雷达回波强度的精确定标提出了挑战。2013年4—6月,中国气象科学研究院与安徽四创电子股份有限公司联合研发的X波段一维有源相控阵天气雷达 (X-PAR) 进行了装配后的首次测试观测。对比该雷达与相同位置的C波段双线偏振雷达 (C-POL) 观测资料发现,X-PAR不同宽度的扫描波束均能取得较合理的观测资料。但由于各模式的雷达方程及其标定方法不尽相同,并受到阵列天线照射体积、展宽波束和发射增益的影响,造成X-PAR回波强度存在一定的测量偏差。结合天线参数分析和实际数据统计将测量偏差订正至±1 dB内,为雷达的进一步调试和改进提供了依据。     

双偏振相控阵雷达与业务雷达的定量对比及观测精度研究

相控阵天气雷达突破了全机械驱动天线天气雷达的时空分辨率瓶颈,能够提供更加快速、精细的观测资料.但阵列天线存在性能参数随扫描角偏离法向而恶化的情况,使相控阵雷达定量测量存在困难.本文针对中国华南地区最新布网的双偏振相控阵天气雷达,通过与当地S波段业务雷达在相同区域内的定量对比,评估了反射率因子差分反射率因子的误差量级及其...     

2006年6月皖北龙卷多普勒雷达产品分析

分析了2006年6月29日发生在安徽泗县的龙卷多普勒雷达的中气旋和龙卷涡旋特征（TVS）等产品。龙卷发生前,卫星云图上有3个对流云团呈东北—西南向排列,每个云团的东南侧有弓状回波发展,3条弓状回波首尾相连,也呈东北-西南向排列,龙卷发生在最西南的弓状回波的顶部。龙卷发生前弓状回波在上游产生了短时强降水,2 h降水量达到60 mm以上。在弓状回波的前沿,雷达探测到一系列的中气旋,龙卷发生前30 min,最西南的弓状回波追上其前面的回波带,发生了2个回波带合并,回波合并前,回波带上有2个中气旋,回波合并后,探测到一个特大直径的中气旋（径向直径25.8 km）。在龙卷发生地的上游,有一条带状的灾害性大风区,实地位置测定结果,该带状大风区与一系列中气旋最大风速圈的南边缘移过的路径一致。分析认为中气旋最大风速圈的南边缘,中气旋的风向与弓状回波后的直线风方向相同,两者叠加造成灾害性大风。出现龙卷1 h 40 min之前（05：00）,在泗县上游淮北地区,雷达开始探测到中气旋产品,在12 min之前探测到TVS（龙卷涡旋特征）产品,这些雷达产品对大风灾害的临近预报无疑是非常有用的。     

相控阵多普勒天气雷达技术发展展望

基于相控阵雷达的工作原理和各种工作方式下的性能特点、结合天气雷达的基本要求、并考虑到相控阵雷达在生产、应用技术方面不断地成熟、成本的飞速地下降和财政的宽裕,展望有源数字相控阵多普勒天气雷达的选用。介绍有源数字相控阵多普勒雷达发展现状和作为天气雷达所面临的问题：如减少数字T/R组件的总成本、各种数字波束形成模式及自适应技术的移植和改进、数据信号处理（软硬件）技术和气象产品的开发、耗电计算,以及全寿命期间的设备保障等,提出解决部分问题的初步设想。     

Reliability of X-band Dual-polarization Phased Array Radars Through Comparison with an S-band Dual-polarization Doppler Radar

Based on the observations of a squall line on 11 May 2020 and stratiform precipitation on 6 June 2020 from two X-band dual-polarization phased array weather radars(DP-PAWRs) and an S-band dual-polarization Doppler weather radar(CINRAD/SA-D), the data reliability of DP-PAWR and its ability to detect the fine structures of mesoscale weather systems were assessed. After location matching, the observations of DP-PAWR and CINRAD/SA-D were compared in terms of reflectivity(ZH), radial velocity(V), dif...