基于多普勒雷达VAD算法的业务应用讨论

多普勒天气雷达垂直风廓线（V WP ）产品在业务预报中已有较广泛的应用,并得到了风廓线的某些特征结构与雷暴及强对流之间的对应关系。由于对多普勒径向速度反演得到风廓线产品的VAD算法缺乏了解,目前对VWP 及速度方位显示（VAD）产品的应用还存在一些误区。文章由单多普勒雷达反演水平风场的基本原理入手,回顾了VWP 及VAD产品在暴雨与强对流临近预报中的应用,并重点对VWP及VAD产品的业务应用误区进行了讨论。     

基于风向线性变化假定的单Doppler雷达风场IVAP反演技术

IVAP和扩展VAP技术是在常用的VAD和VAP技术基础上发展起来的单Doppler雷达风场反演技术.在IVAP和扩展VAP技术基础上,进一步改进IVAP技术,将IVAP技术反演假定从局地均匀扩展到局地风速均匀、风向随方位角线性变化,进而提高IVAP技术的反演能力.使用涡旋流场试验表明,改进后的IVAP技术对于风速稳定,而风向变化的风场的反演能力有明显提高.由于改进后的IVAP技术保持了IVAP技术反演时可不对原始资料进行平滑预处理,对于小尺度扰动具有滤波作用,其应用更为广泛.     

VAD有关产品在临近预报中的应用

通过对多普勒天气雷达中VAD技术的深入剖析,指出它在揭示测站上空整层风切变、高低空辐合辐散场、含水量分布场中的作用,并结合具体实践应用,试图从雷达本身实时采集的资料中找出一些具有临近预报价值的信息.     

VAD技术三种仰角策略反演风场的比较和应用

对不同天气情况的资料分别采用单仰角VAD方法和多仰角VAD方法进行风场反演，比较了这两种算法的反演结果，提出了融合两种方法优点的自适应仰角取样方法，并进行反演比较，结果表明：单仰角和多仰角策略各有所长，采用自适应仰角取样策略结合两种方法优点，在某些场合下可以获得更有参考价值的VAD反演结果。     

青藏高原地面Doppler雷达与TRMM星载雷达测云比较

利用 1998年青藏高原地面Doppler雷达资料和TRMMPR资料进行对比分析 ,分别从不同角度出发 ,分析了Doppler雷达和TRMMPR所测云区在回波结构和回波强度等方面的相同和差异之处 ,以及产生误差的必然和可能的原因     

区域膨胀法在剔除Doppler雷达径向速度中地物杂波的应用

由于地物杂波不可避免地出现在雷达回波资料中，因此剔除地物杂波对于提高雷达观测资料质量的控制，充分发挥其在实际业务中的作用及其潜力具有重要意义。笔者利用区域膨胀法设计了一种新的剔除地物杂波方法。该方法首先利用区域膨胀法将雷达速度回波分成具有不同性质的几个区域，然后对每一个区域进行统计分析，设定阀值并识别出地物，同时将地物剔除。区域膨胀法的目标是将输     

雷达VAD风廓线资料质量控制研究

多普勒天气雷达VAD（Velocity Azimuth Display）风廓线资料可以提供高时间分辨率的高空风场信息。本文针对中国雷达VAD风廓线资料,设计发展了面向资料同化应用的NMIC（国家气象信息中心）质量控制方案,该方案改进了NCEP（国家环境预报中心）方案中存在的问题。利用2020年2—8月的L波段秒级探空风场资料,分别对比质量控制前、经过NCEP质量控制方案、以及经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料,统计分析结果表明经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料最接近观测,准确度最高,并且在各个高度上其偏差和均方根误差最小,充分说明了NMIC质量控制方案的有效性。相对背景场偏差分析表明,经过NMIC质量控制方案的VAD资料偏差和均方根误差最小,与背景场的偏差更接近高斯分布,更能满足资料同化的要求。本文的研究有助于推进VAD风廓线资料在数值预报科研和业务中的应用。     

多普勒雷达VAD风廓线资料的质量评估

将2004—2007年浙江省温州多普勒雷达VAD风廓线和相邻洪家探空站同期经修正的探空风廓线资料进行对比统计,分析了两者之间的差异和相关性;对不同高度层以及三种不同降水系统中(大面积连续性降水、阵性降水、热带气旋降水)VAD反演方法的精度进行了研究,并分析误差来源。结果表明,VAD方法反演的风廓线与探空廓线之间具有较高的相关性。VAD方法对大面积连续性降水的风向和风速的反演质量最好,其次是热带气旋降水。风向、风速偏差最大的均为阵性降水。      

利用地面观测资料参考标定雷达VAD资料气压高度方法研究

针对雷达VAD资料因不包含气压高度信息而在使用中受到限制的问题,设计了VAD资料气压高度标定方案。提出了以雷达站所在地地面气象观测要素作为参考的标定方法。具体为在压高公式中引人多元大气温度递减方案,地面基础要素由雷达站配备的地面自动气象观测站提供。针对这个方案敏感的温度垂直递减率,利用2007年全年探空资料计算得到温度垂直递减率随高度、时间、区域变化的分布,并分别进行常数温度递减率、随高度变化、随时间变化的温度垂直递减率,以及随两者同时变化的温度垂直递减率对标定结果误差影响的敏感性分析,并与传统的气候标定方案误差进行对比。通过一年的实际观测资料试验,结果表明：相对于不引入观测的气候统计值标定方案,可大大缩减标定误差。尤其是随高度和时间同时调整的温度垂直递减率的地面观测要素参考标定方案的误差最小,适应VAD资料的特点。     

双Doppler雷达非同时性资料反演三维风场的改进方案

针对Doppler雷达观测资料具有非同时性的特点，对原有的从双Doppler雷达资料反演三维风场的MANDOP方法进行了改进。新方案同时反演两次体积扫描期间开始和结束两个时刻的三维风场并假设在该期间内风随时间线性变化，从而保证了在目标函数中反演量与观测量的时间一致性。用模式模拟资料和一次实测的超级风暴单体资料分别进行了反演试验，结果表明，采用该处理方案可以提高反演精度。     

OIQC技术在雷达反演VAD廓线资料退模糊中的应用研究

多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格点圈层上的资料,以简化的多变量统计插值技术(Cressman插值),为被检查的资料提供一个对比分析的参考值,从而确定折叠次数,修正模糊速度。根据多普勒雷达径向速度资料的特点,水平方向采用非各向同性的单变量背景场误差协方差函数,垂直方向协方差函数取为高斯型。修正模糊速度后运用VAD技术得到水平风的垂直廓线。对强龙卷天气过程的数值试验结果表明,OIQC技术应用于雷达资料质量控制,无需引入外界风场,有能力修正模糊速度。结合VAD方法,可以从存在严重折叠的雷达资料中反演出较为准确的风廓线。     

Study on the Variational Assimilation Technique for the Retrieval of Wind Fields from Doppler Radar Data

This paper introduces a variational assimilation technique for the retrieval of wind fields from Doppler radar data. The assimilated information included both the radial velocity (RV) and the movement of radar echo. In this assimilation technique, the key is transforming the movement of radar echo to a new radar measuring variable- "apparent velocity" (AV). Thus, the information of wind is added, and the indeterminacy of recovering two-dimensional wind only by AV was overcome effectively by combining RV with AV. By means of CMA GRAPES-3Dvar and CINRAD data, some experiments were performed. The results show that the method of retrieval of wind fields is useful in obtaining the construction of the weather system.     

多普勒天气雷达速度PPI图散度分布信息提取

根据大面积降水回波径向速度PPI图像产品辐合辐散特征,提出采用中值滤波法来剔除噪声污染和用逐点数据对称法来削弱回波缺失和距离折叠引起的误差。在考虑了降水粒子下落速度的情况下,采用模糊定位法来提取速度图中风速性散度特征,用直方图形式表征风向性散度特征。最后通过比较分析,说明了提取方法可较好的表征PPI速度图中的散度信息,计算散度所表征的动力学特征与大面积降水过程有较好的对应关系。     

两种VAD算法的比较及其应用

针对多普勒雷达速度资料非全方位均匀采样情况，选取了两种速度方位显示（VAD）算法：函数展开的Thomas算法和复数展开的Rabin算法。对于含有二阶谐波的线性风场，Thomas算法较为适用；对于不含二阶谐波的线性风场，Rabin算法对采样范围要求更小，适用性更强。实际应用中，针对不同情况，各算法得到的平均风向风速值与全方位资料结果的相对误差不超过10％。     

多普勒雷达风场反演VAP方法的资料预处理

在分析了三类单多普勒雷达反演风场方法的基础上, 认为VAP方法是近期内可望在业务中应用的方法, 并指出VAP方法的关键是能否将原始资料中的中-U及以上尺度的风场信息过滤出来, 以消除中-V尺度以下风场信息对反演结果的影响.为此提出了二维区域滑动低通滤波方法对资料进行预处理.此外还对VAP方法的风速计算公式进行了改进以减小计算误差.     

多普勒雷达速度图像识别及散度提取方法研究

大尺度风场往往是冷暖平流与大尺度辐合辐散运动相结合的结果,因此将大尺度风场的多普勒雷达速度特征提炼成以下4种类型:(1)暖平流与辐合迭加;(2)冷平流与辐合迭加;(3)暖平流与辐散迭加;(4)冷平流与辐散迭加。不同类型的风场引起零速度线不同的弯曲特征,对判断大尺度风场的辐合辐散有着指示作用。根据零速度线的弯曲程度以及一定距离圈上零速度点与雷达中心连线的夹角等,首先推导出定量计算大气辐合辐散值的算法,然后提出利用逐个调整法识别零速度点的方法。根据该算法,结合零速度点的识别技术,提出了图像识别原理与方法步骤。据此,能够从多普勒雷达基数据中提取出大气平均散度,得到大尺度天气系统不同高度的散度值,并进一步提出了散度平面位置显示(divergence PPI)的概念。通过实例,根据散度PPI与速度PPI的对比,分析了图像识别的效果,并将图像识别法提取的散度值与EVAD技术提取的散度值进行了对比分析。