雷达和卫星资料在中尺度模式中的初步应用

本文利用非静力中尺度模式MM5对1998年7月20日－21日发生在湖北东部地区的特大暴雨过程作数值模拟，同时将不同时间的雷达和卫星资料适时加入模式改变当时模式中的水汽场，并与控制试验进行比较分析，结果表明：加入雷达和卫星资料后的数值模拟，由于修正了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽场，雨区位置和雨量中心值比仅用探空资料的控制试验更接近实况。雷达与卫星资料引入模式对于24小时降雨产生的效果不同，雷达资料的影响是局部的，范围较小，卫星资料影响范围较大，而且适时加入雷达、卫星资料能够及时通过水汽场修正，使24小时预报的雨区范围和中心强度与实况更加接近，而二者结合起来的效果与降水系统的特征有关。     

雷达和卫星资料对江淮暴雨数值模拟的影响

将“713”测雨雷达和GMS卫星云图资料引入PSU／NCAR中尺度模型，以改变初始湿度场，对两个不同类型的江淮暴雨过程进行了数值模拟敏感试验，并与控制试验作了比较分析。结果表明：加入雷达和卫星资料，能通过水汽和辐合上升运动的调整有效降水过程，引入雷达和（或）卫星资料所产生的影响有所不同。     

雷达和卫星资料对江淮暴雨数值模拟的影响

将"713”测雨雷达和GMS卫星云图资料引入PSU/NCAR中尺度模式,以改变初始湿度场,对两个不同类型的江淮暴雨过程进行了数值模拟敏感试验,并与控制试验作了比较分析.结果表明加入雷达和卫星资料,能通过水汽和辐合上升运动的调整有效地提高24h降水预报的模拟效果雨区范围和雨量更接近实况;对于不同类型的降水过程,引入雷达和(或)卫星资料所产生的影响有所不同.     

新一代天气雷达资料在2003年淮河流域暴雨模拟中的初步应用:模拟降水和风场的对比

利用时间尺度密集的长沙、常德、合肥、南昌、南京、武汉和宜昌共7个站的新一代天气雷达（CINRAD-SA雷达）观测反演资料、TBB资料、常规的探空和地面观测资料、NCEP分析资料，与中尺度MM5模式相结合，以NCEP格点资料作为大尺度背静场，加入12 h间隔的探空、3 h间隔的常规地面观测资料及1 h间隔的雷达反演风廓线资料，进行全程四维同化模拟，考察中尺度数值模式MM5对2003年梅雨期间发生在湖南、安徽和江苏的暴雨过程（7月8～9日）的模拟能力。分析表明:除了模拟降水与实况接近以外（雨量和雨区），MM5模式输出的风廓线和从雷达观测反演得到的风廓线结果有很好的相似性，加入雷达反演风廓线资料后对模拟结果有一定改进，为进一步利用模式输出结果研究造成2003年江淮流域暴雨洪涝的中尺度对流系统的结构和机理提供了可能。     

多普勒天气雷达资料在数值模式ARPS中的试验

利用中尺度预报模式ARPS及其资料分析系统ADAS和三维变分同化系统ARPS3DVAR,直接加入多普勒天气雷达基数据反射率因子和径向速度资料进行数值预报试验。试验包括：控制试验、反射率因子同化试验、径向速度同化试验,两种资料同时同化,多时次连续同化等试验。通过模拟2009年7月7日发生在江苏省附近一次暴雨过程,分析了多普勒天气雷达反射率因子和径向速度资料不同组合的加入对改进模式初始湿度场、风场及预报结果的影响。结果表明：同化雷达反射率因子和径向速度资料,分别对湿度场和风场有显著调整;同时同化两种资料比单独同化在2 h内更显优势;多时次连续同时同化两种资料的试验比起其他试验预报的风速更接近探空风速,预报的降水位置与雷达3 h累积降水产品较为对应,但降水量的预报仍有偏差。     

天气雷达反射率资料订正前后在ARPS模式中的同化试验对比

以TRMM/PR反射率资料作参照,对常州、南京天气雷达反射率资料进行一致性订正,再利用中尺度模式ARPS及其数据同化系统ADAS对订正前、后的天气雷达反射率因子进行同化,模拟2013年6月25日和2010年8月24日江苏地区两次暴雨过程。两次暴雨过程均包括3组试验:控制试验和雷达资料订正前、后的同化试验。结果表明:(1)雷达反射率因子的同化很好地改进了模式初始湿度场,使降水预报在分布和强度上更接近实况;(2)雷达资料的订正进一步改进了反射率因子同化试验,并且通过调整初始湿度场和上升运动场(调整作用主要体现在前2~3 h内)改善了对降水的模拟预报,其结果证明雷达反射率因子的订正改善了雷达资料的质量。     

飞机报资料在0506华南致灾暴雨过程模拟中的应用

利用常规和非常规观测资料,对2005年6月18～24日华南地区的一次致灾暴雨过程进行了分析,并对18～19日的过程进行了模拟研究。由于常规观测资料的分析对于描述暴雨的系统结构等方面尚显不足,因此利用GRAPES模式对此次暴雨过程进行了模拟研究。采用不同资料,利用模式同化系统经过12小时的同化,将得出的不同的同化分析场作为模式的初始场,对此次过程进行24小时的数值模拟做对比模拟试验,来对比分析飞机报同化场对于模式预报的改进作用。试验证明,利用有飞机报加入的同化分析场做初始场的模拟结果不仅能够模拟出主要的降水区域,而且降水强度与实况更加吻合,比未加入飞机报的控制试验结果的准确率提高了。飞机报资料的使用对于提高此次暴雨过程模拟效果是可行的、必要的,而且也为该资料用于华南暴雨的预报奠定了基础。     

多普勒雷达资料同化在福建地区暴雨过程中的模拟试验

利用中尺度模式WRFV3.5,对福建地区的一次暴雨过程进行了模式参数化方案模拟效果的敏感性试验,并同化了多普勒雷达资料进行了模拟研究。结果表明,WSM5微物理方案与BMJ积云对流方案的组合模拟大雨和暴雨量级降水的TS评分可达0.29,模拟效果优于其他各种组合。在此基础上,采用WRFV3.5三维变分系统,直接同化多普勒雷达资料,并和登陆台风的外围暴雨过程的控制试验比较,结果表明,仅同化反射率资料使得暴雨落区会向南调整,更接近于实况(TS评分提高了0.12),而仅同化径向风资料使得模拟的降水强度更趋近于实况(TS评分提高了0.13);同时同化反射率和径向风资料,使得暴雨落区及其强度的模拟最接近于实况(TS评分从0.12提高到0.28);敏感性试验的对比结果以时间间隔为3 h时模拟效果最优,6 h间隔次之。因此,合理同化雷达资料会显著改进福建登陆台风的降水模拟效果。     

地面加密自动站资料同化和数值模拟

采用美国多部门研制的WRF模式及其四维变分同化系统,对2008年5月长江中下游地区一次强对流暴雨天气过程进行了数值模拟试验;并分别将质量控制前和质量控制后的华东地区地面加密自动站资料加入模式进行四维变分同化试验,与实况进行了对比。结果表明:模拟试验能较好的模拟此次降水过程;而采用四维变分同化经质量控制后的地面加密资料,模式效果最好,使降水预报在降水落区和降水量上都获得较为明显的改善;但质量控制前四维同化改善效果不明显。这说明地面资料的质量控制很重要,它能去伪存真。有效地利用地面加密自动站资料,能使资料的加入与模式更协调,从而得到了最佳的模拟效果。     

卫星和雷达资料在暴雨数值预报中的应用研究

采用美国风暴分析预报中心开发的中尺度模式（Advanced Regional Prediction System,ARPS）的资料分析系统ADAS（ARPS Data Analysis System）,把中国CINRAD/SA、SB多普勒雷达反射率、风云-2E卫星的红外和可见光资料引入模式初始场,利用高分辨率中尺度模式WRF对2012年7月21日中国华北地区暴雨过程进行数值模拟。结果表明：加入雷达和卫星资料的WRF数值模拟,由于修正了中低层水汽,对降水系统预报有一定的调整,预报的降水落区位置和降水量中心值更接近实况;同时加入卫星和雷达资料同化后,明显改善了WRF降水系统预报偏慢的情况。雷达与卫星资料同化对WRF模式降水预报影响不同,雷达资料影响的时间短,只在6 h内预报起作用,而卫星资料影响时间较长,能够改善24 h内的预报。加入卫星和雷达资料,修正了水汽场,使降水预报在开始时间、量级和范围上均有改善,更接近实况。     

THE USE OF RADAR DATA IN THE NUMERICAL SIMULATION OF HEAVY RAINFALLS IN THE CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

It is important for predictions of heavy rainfall to include radar data to provide better reflection of moisture. Numerical experiments were carried out with real cases of heavy rains in the Changjiang (Yangtze)-Huaihe River Basin using a PSU/NCAR mesoscale model that incorporated radar data. Processed radar data were added to the model to change the analysis of initial humidity field before 24-h numerical simulations were made and the results compared with a control experiment. It is suggested that the radar-data-incorporated numerical predictions could produce locations of precipitation areas and maximum rainfall that are closer to reality than the control, due to the fact that moisture and converging updraft are strengthened in the middle and lower levels of the troposphere in the area of heavy rains and areas nearby. The work is expected to improve numerical modeling and forecasts of heavy rains in middle and lower latitudes of China.     

广东中部地区雷电和CINRAD雷达回波的统计关系

应用2004年4～8月广州雷达资料和广东省电力部门闪电资料,采用闪电位置资料与雷达回波强度相叠加的方法进行统计。结果表明,负闪频次的值偏多时,既不在低层的弱回波上,也不在高层的强回波上,而是在中间层4～16层(2～14 km)的12～45 dBz较强回波上。在6～14层(3～11 km)10～35 dBz回波上,广东中部地区负闪面积偏大。在第1～10层(0.5～7 km)44～51 dBz强回波上,出现负闪雷电的概率是0.4～0.7。     

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

新一代天气雷达观测受遮挡范围内数据插补的技术方法

新一代天气雷达的建设和使用中会不可避免地遇到地形遮挡的问题。本文以南京、连云港两部新一代天气雷达为例,探讨了一种遮挡范围内进行数据插补的技术方法,以弥补雷达产品生成中的缺陷问题,尤其是解决雷达定量测量面降雨量场的补缺问题,对其它地方的新一代天气雷达观测有一定的参考意义。     

天气雷达-雨量计网联合探测区域降水量的精度

本文分析5次降水天气过程的数字化天气雷达资料和16个雨量计资料表明:用天气雷达-雨量计网联合探测区域降水量的精度比单独使用雷达或常规雨量计网的探测精度高。文中还讨论了联合探测方案其它一些优点。     

梅雨期中尺度强雨带的若干特征

本文利用常规天气图、探空和天气雷达资料，结合地面降水实况，分析了１９９１年梅雨期６次暴雨天气过程中中尺度强雨带的活动特征，并获得了一些有意义的结果。     

雷暴云电结构与闪电关系初探

利用雷暴云偶极性电结构理论,结合卫星和雷达资料分析了不同荷电结构下地面电场。结果表明:当正电荷中心高度越高、负电荷中心高度越低,形成的地面负电场越大,越有利于地闪的形成;负地闪发生后或云砧下方,地面电场成正极性,易引发正地闪;地闪分布与雷达回波、卫星云图中雷暴云位置基本一致,结合雷达和卫星资料可初步判断正/负地闪发生位置。     

雷达和卫星资料在淮河流域暴雨实时数值预报试验中的应用

本文在前一工作「文献」基础上,将雷达和卫星资料计入ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ４中尺度数值模式,对１９９８年６月底和７月初的二次淮河流域暴雨过程,进行了帝时数值预报试验,结果表明,计入雷达和卫星资料的敏感性试验效果,比不计入该二种资料的控制试验有较好的明显的改进,文中还分析比较了控制试验（ＣＴＥ）和敏感试验（ＳＴＥ）每三小时的雨量和散度场,、垂直运动场及高度场的变化。结果显示,ＳＴＥ的雨量、产生暴雨的切变丝低涡系统以及散度和上升运动等的增强时间都比ＣＴＥ提前,因此,２４小时雨量与实况比较接近。     

EXPERIMENT OF QUANTITATIVE MEASUREMENTS OF PRECIPITATION BY USE OF WEATHER RADAR IN THE HUAIHE RIVER BASIN

With the scheme of the variation analysis and Kalman filter,the radar data were adjusted bythe real-time rain gauge data.The accuracy of areal rainfall calculation was improved and theresults can be basically used for flood forecasting.It is concluded that the scheme is suitable in theupper and middle reaches of the Huaihe River.     

吉安南部山区一次台风强降水雷达回波特征分析

对吉安南部山区1次台风强降水的雷达连续观测资料进行了分析,结果发现,根据雷达径向速度图上反映的低层暖平流迭加辐合、高层迭加辐散的特征,可预测上升运动的发展趋势;分析垂直风廓线产品,可以得出风场的垂直切变情况,有助于判断云层的发展高度,进而判断降水演变情况;综合应用组合反射率因子迭加风暴综合信息表,如DBZM、HT、TOP、FCSTMVMT、VIL等,可作为剖析风暴垂直结构的重要参考数据,有助于预测风暴的强度和发展趋势,从而进行短时临近预报。