双偏振多普勒天气雷达在冰雹识别中的应用

选取2011年7月26日北京强冰雹天气个例,结合北京Micaps实时资料,分析降雹过程的天气背景、层结稳定性。利用常规多普勒雷达对该过程的回波演变、基本雷达产品进行分析,重点研究北京C波段双偏振多普勒天气雷达产品的独立参量,根据这些参量对云中粒子的特征变化,探讨双偏振参量在识别冰雹中的应用。实例分析表明,相比常规多普勒雷达,双偏振多普勒天气雷达的差分反射率因子、传播常数、自相关系数可以直接有效在降雹前对云中的雹区进行判断,这对冰雹的预报具有重要的指示意义。     

江淮地区一次冰雹过程的双线偏振雷达观测分析

为了进一步认识冰雹和三体散射的双线偏振雷达观测特征,提高业务预警能力和奠定基于双线偏振雷达的地面降雹识别基础,利用南京双线偏振雷达观测资料,统计分析了2019年3月20日冰雹过程发展、成熟和降雹阶段的观测特征及微物理过程。结果表明:(1)雹暴在成熟阶段具有高悬的强回波中心和较高的顶高,强回波中心差分反射率Z_DR<-0.5 dB,相关系数(ρ_hv)约为0.9,由于冰雹后向散射相位的影响,该区域比差分相位(KDP)呈现负值,指示了该区域有冰雹存在,并被相态分类算法(HCA)正确识别;(2)降雹阶段,高层反射率因子减小,强回波中心下降到地面附近,融化层以下ρ_hv增大,指示高层下落的冰相粒子整体尺寸减小;HCA识别到冰雹开始减少时,地面观测到冰雹;(3)三体散射的反射率因子(Z_H)、ρ_hv和反射率因子标准差(SD(Z_H))概率密度分布与北美三体散射比较接近;Z_DR分布更偏向于负值区域,差分相位标准差(SD(φDP))分布范围大约是北美结...     

湛江2019年4次冰雹双偏振雷达产品应用分析

利用MICAPS高空地面资料和湛江S波段双偏振雷达资料对2019年3月6日、4月12日共4次雹暴云团造成的降雹天气过程进行分析。结果表明：1)4次过程均出现高悬强回波、三体散射长钉等降雹强风暴基本雷达特征；2)双偏振雷达基本参量的冰雹识别通常以高水平基本反射率Z_H、低的差分反射率Z_DR、协相关系数CC作为冰雹主要识别判据。3)4次雹暴云团在入流缺口处有明显的Z_DR环和Z_DR柱。成熟的雹暴云团强回波区对应Z_DR为趋近于0 dB的低值区，低于0.95的CC与趋近于0 (°)/km或为缺测的K_DP。4次过程中降雹前1～2 h,雹胚发展的强回波区域对应Z_DR常有低值窄带区下延接地。     

双偏振雷达在江苏“7.6”降雹过程中的应用分析

针对2019年7月6日发生在江苏徐州、宿迁、淮安、南京以及常州一线的一次大范围冰雹天气过程,利用再分析资料分析天气背景、不稳定机制和抬升条件。通过徐州和南京S波段双偏振雷达偏振参量及宿迁和淮安的双多普勒天气雷达风场反演技术对冰雹云的热动力结构和微物理特征开展了详细的分析。结果表明:此次大范围冰雹天气发生在高空冷涡南落、横槽南摆,低层暖湿气流北抬,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面低压缓慢东移南压,提供了辐合抬升条件。此次降雹天气过程中,雷达回波图上显示有典型的冰雹云特征——三体散射长钉、回波穹隆结构、强度超过50 dBZ,中层径向辐合,风暴顶辐散等特征。双偏振雷达各偏振参量也表现出冰雹云的特点,出现冰雹的地区展现水平反射率因子ZH大、差分反射率因子ZDR小、相关系数CC小的特征,ZDR值为-1.0～0.5 dB,CC值小于0.85;超级单体在近地层还出现表征入流区的CC谷、ZDR柱、差分相移率KDP柱等特征。ZDR柱、KDP柱和CC谷等双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。双雷达风场反演表明此次过程降雹集中时段,冰雹云的穹隆空间结构,降雹时刻存在的明显下沉气流。     

基于S波段双偏振雷达一次强雹暴过程观测分析

利用宁波S波段双偏振天气雷达资料、NCEP再分析资料、结合常规观测资料和实地冰雹调查资料,对2020年3月21日浙江省中北部一次强雹暴灾害过程(简称“03·21”过程)的天气背景和双偏振雷达回波演变特征进行分析。结果表明：(1)此次雹暴过程环流形势属于低层暖平流强迫类型,雹暴影响过程约4 h,雹暴A和B先以强的对流单体形态移动,在自西向东移动过程中分别加强为超级单体。(2)典型降雹时次具有明显的三体散射特征(TBSS),垂直剖面图上强回波(>50 dBz)伸展高度超过-20℃层,低层的弱回波,中高层悬垂回波明显。径向速度垂直剖面图上,雹暴低层辐合,其上叠加了辐散层,使得雹块得以继续形成和增长。(3)冰雹区出现了Z_DR冰雹信号,对应的反射率因子(Z_H)均大于65 dBz,差分反射率因子(Z_DR)介于-2.0～0 dB,相关系数(C_C)介于0.80～0.98;当结合Z_H、Z_DR、C_C综合判断云中有冰雹粒子,C_C...     

湘东北一次降雹超级单体过程的双偏振雷达回波特征

利用S波段双偏振雷达资料和多种观测资料,对2021年5月10日湖南长沙的大冰雹超级单体风暴过程进行分析,结果表明：(1)此次过程发生在低层暖平流主导下,高能量、有利的对流不稳定条件以及湿球0℃(WBZ)高度明显低于0℃层高度为大冰雹超级单体风暴的形成和维持提供了有利条件。(2)强中心(水平反射率因子Z_h≥60 dBz)面积和最大水平反射率因子明显增大、垂直累积液态水含量跃增和质心高度发展到冰雹有效增长层,可作为大冰雹形成发展的依据。(3)差分反射率因子(Z_dr)柱、相关系数(CC)、差分相移率(K_dp)演变可为冰雹的云物理特征变化提供重要参考。Z_dr柱(≥1 dB)的出现对应上升气流区,扩展至WBZ以上,Z_dr柱的发展和维持表明其携带的过冷雨滴为冰雹发展和维持提供了雹胚;Z_dr洞(<0 dB)对应下沉气流区扩展至近地面,结合小CC和Kdp“空洞”对应干的大冰雹。(4)构建的超级单体风暴降雹阶段不同仰角的双偏振监测识别模型显示,强雹暴回波离开雷达一侧存...     

偏振雷达观测强对流雹暴云

根据偏振雷达原理,用C波段双线偏振天气雷达观测得到4例强对流雹暴演变过程的水平反射率ZH(dBZ)和差分反射率ZDR(dB)垂直剖面RHI定量回波资料,分析了这些雹云不同演变阶段的回波参量和偏振特性的关系,说明ZH、ZDR双参量对判别降雹有着明显优势,用雨滴谱的ZH-ZDR分布边界关系对这些雹云回波进行判别降雹分析,给出我国用偏振雷达观测和识别冰雹的研究结果。     

清远一次超级单体降雹的双偏振雷达特征分析

利用双偏振天气雷达对2016年4月26日清远地区一次超级单体降雹进行分析,得出降雹单体具有BWER、三体散射特征。超级单体强回波中心深厚且回波顶高,速度图上低层深厚持久的中气旋和高层强烈辐散是此次过程主要特征。单体降雹前低层ZDR值在3 d B以上,降雹时ZDR值趋近于0并且0值区范围扩大;差分相移率KDP和相关系数CC特征表明同一层面上单体存在着雹水共存、干冰雹粒子、大冰雹三种状态,冰雹下落过程中表面层融化形成水膜使差分相移率值增大。HCL特征显示HA区与指状回波对应,对流云前端有BD区。降雹单体内雹区深厚,4 km以下雹区周边以过冷却水滴为主,4 km以上为冰粒。超级单体的VIL值有2次明显的跃增过程,第1个跃增过程对应单体开始降雹,第2次过程对应大范围降雹。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。     

贵州春季强冰雹天气定量化概念模型研究及试应用分析

该文利用贵州近13 a(2000—2012年)春季的气象资料,依据强对流天气发生的动力条件和层结稳定情况,将贵州春季强冰雹事件进行不同类型的分类研究,给出贵州强冰雹天气发生的有利环流形势类型为:西北气流型、高空槽型、锋前降雹型和高架雷暴型。选取有多普勒雷达资料以来的2009—2013年的强冰雹天气事件个例,采用基数据回放方式研究其降雹前3~15 min雷达回波形态、结构和类型特征,并通过这些特征来有效识别冰雹云,发现降雹前冰雹落区附近的雷达回波组合反射率因子的强度普遍在40 d Bz以上,最强回波为50~60 d Bz,冰雹云回波以块状回波为主;在垂直剖面上冰雹云回波基本都有明显的回波悬垂,部分个例存在有界弱回波区,其大于40 d Bz的回波伸展高度多数都在9~10 km。降雹的回波基本上以孤立的对流云回波单体为主,混合降水类型的冰雹回波对流单体夹杂在层状云中。冰雹落区主要发生在组合反射率因子的最强回波中心,或是有界弱回波区或回波悬垂的回波墙下方。将研究结果在2014年3月30日的一次强冰雹过程中进行试用,利用中尺度环境分析技术,对当日环境场及要素配置进行分析,对应以上环流分型的概念模型方法,确定此次过程属于高空槽型,中尺度环境及雷达分析与上述归纳特征十分吻合,利用此方法在当日冰雹潜势预报及临近预警方面都提前做出了较好的预报预警。     

双极化天气雷达的工作模式与极化隔离度

双极化天气雷达主要有两种工作模式,即同时发射同时接收模式和交替发射同时接收模式。比较了两种工作模式在谱参数估计精度、速度测量范围、地杂波抑制、信噪比等方面各自的优势和不足,并分析了天气雷达中的退极化现象及其对差分反射率产品的影响;以线性退极化比为例,讨论了极化参数的测量误差对双极化天气雷达系统极化隔离度的要求。理论分析和计算表明,精确的极化测量对双极化天气雷达的极化隔离度提出了非常严格的要求。     

影响双线偏振雷达相位探测精度的分析

从理论公式出发,讨论了不同谱宽、相关系数、雷达波长等参数对差传播相移ΦDP的探测精度δ的影响,并根据实际的雷达探测资料进行了验证和分析。结果表明,在其他参数不变的条件下,δ随着样本对数M的增加而减小,M较小时,减小的幅度很大,随着M的增大,减小的幅度逐渐变小;δ随着谱宽的增大而增大,只有在σv=1 m·s-1时除外;δ...     

双线偏振雷达气象产品生成软件系统研制

“双线偏振雷达气象产品生成软件系统研制”是科技部科研院所技术开发研究专项资金项目，已经顺利通过验收。该项目利用多种双线偏振雷达资料，针对双线偏振雷达资料预处理和质量控制、降水估测方法、降水粒子系统识别、雨滴谱反演、含水量计算等方面的科学问题开展了一系列研究，并对研究成果进行了综合集成，建立了“双线偏振雷达气象产品生成软件系统”。该系统能够对多种双线偏振雷达数据进行处理，实时生成降水估测、冰雹识别、降水粒子系统识别、雨滴谱反演等产品。     

偏振雷达在人工影响天气工作中的应用潜力

在人工影响天气作业时，实时了解被作业云中的水成物粒子大小、相态、密谋、运动等参数及其微物理变化过程是非常重要的。这些微观参量和微物理过程揭示了云降水发展的不同阶段，对于及时正确地评估云增水及消雹潜力，确定是否适合人工影响作业以及如何正确选择作业时机、作业部位和作业量，与了解云的宏观特征一样是至关重要的，它是提高作业效率的基础。本文借助国内外偏振雷达应用研究中成功的范例，探讨了偏振雷达在人工影响天气方面的应用问题。特别是介绍了不同偏振雷达在识别云内水成物粒子的相态、密度，观测云内水成物粒子微物理变化过程，以及被作业云的作业效果评估等方面的方法。这些方法对于发展我国偏振雷达技术，促进偏振雷达在人工影响天气方面的应用和提高我国人工影响天气工作水平方面有很好的参考与借鉴作用。     

雾对光偏振态影响的实验研究

测量了不同人土雾浓度下垂直偏振入射光的透射光强。利用实验数据，分析了垂直、平行方向上透射光强的变化趋势。得出平行偏振分量透射光强大致呈指数下降的趋势，垂直偏振分量透射光强先略微上升而后下降。由退偏振度随雾浓度的变化讨论了退偏产生的原因，指出雾浓度较低时，雾滴可近似视为球形。基于光的偏振特性，从理论上分析并计算得到光在雾中传输时透射、散射光强。实验结果对研究光在雾中传输及分析大气中雾对透射光偏振态的影响有一定的参考价值。     

X波段双线极化雷达反射率的衰减订正

X波段雷达虽然其衰减较S和C波段雷达严重, 但是由于其易于移动等特点, 还在各国推广应用, 为了反演获得可靠的降水分布, X波段雷达数据需要进行衰减订正。本文提出一种基于气象目标和单位差分传播相移KDP特性的衰减订正方法。KDP由前向和后向两个分量组成, 为了计算KDP, 必须分离这两个分量以及消除其他随机噪声的影响。本文引进了一种最优化自回归数据滤波算法——卡尔曼滤波来分离这两个分量和消除其他随机噪声。这种方法效率高、实用性强, 同时可以用于其他雷达信号的处理。比较衰减订正结果, 发现使用卡尔曼滤波方法处理后的差分传播相移所进行的反射率衰减订正具有较高的稳定性。     

贵州北部一次冰雹天气的双偏振特征分析

该文利用务川C波段双偏振雷达和常规资料分析了2021年3月30日贵州西北部一次冰雹天气的成因和偏振参量特征。研究表明,当日贵州处于低层气旋性切变和高层强正涡度平流区域内,贵州东北部有中等到强的垂直风切变,且发现干舌与地面辐合线相交处有利于激发强烈的上升气流。强回波成熟阶段,最大水平反射率因子达到70 dBz,并出现钩状回波、三体散射长钉、有界弱回波区和回波悬垂现象。偏振参量分析表明,此次过程出现冰雹时,Z_H值在60 dBz以上,Z_DR值较低在-2～1.75 dB,对于湿冰雹Z_DR值偏高在3～6 dB,K_DP值在0 dB左右,伴有强降水时K_DP值较大在2～6°/km, CC值较低在0.85～0.93。在湿球0℃高度以上出现了伴随强上升气流的Z_DR柱和K_DP柱。三体散射长钉在Z_DR和CC图中有很好的体现,且CC图中还出现非均匀波束充塞现象。     

双线偏振多普勒雷达测量精度的理论分析

双线偏振雷达的主要任务之一是定量测量降水，反射率因子ZH、差反射率因子ZDR、差相移率常数K_DP都可以用来反演降雨强度，而K_DP的测量误差大小是影响反演降雨强度效果的关键。本文从理论公式出发，计算和分析了不同方位平均、距离平均、不同谱宽σV等因素对差传播相移ΦDP测量精度的影响。理论计算结果表明:ΦDP的测量误差随着样本对数M、距离平均区间的增大而减小，随σV的增大而增大(σV=1 m/s时例外)，此外，还总结了3种由ΦDP计算K_DP的方法，并对这3种方法的测量误差进行了比较，发现方法二的测量误差很大，方法一和方法三在一定的条件下都能使K_DP测量精度达到0.1°/km。