WSR-88D冰雹探测算法在贵州地区的评估检验

通过制定一定的规则,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及2005,2006年贵阳雷达站8次冰雹过程观测资料,使用时间窗方法间接地将风暴单体与降雹记录相联系,建立了冰雹算法校验数据库,并对降雹校验数据库的数据进行统计分析,应用探测概率、虚警率、临界成功指数来检验冰雹探测算法。强冰雹概率 (POSH) 的强冰雹探测算法的总体评估结果表明:当POSH算法的强冰雹预警阈值为30%时,在贵州地区获得最高的临界成功指数评分,但这个阈值在每次强冰雹预警时并不是都获得最佳结果。强冰雹预警阈值选择模式 (WTSM,即根据冻结层高度动态选择每天强冰雹指数的预警阈值) 在不同地区气候状况下的差异,是导致缺省的POSH算法在贵州地区应用不佳的最主要原因,这也说明对冰雹探测算法的局地性适用评估非常必要。通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法。     

基于多雷达三维插值格点强冰雹诊断因子的强冰雹识别方法

为解决单部雷达强冰雹识别产品在雷达的探测范围、雷达的静锥区以及与基于格点的近风暴环境因子的融合上存在局限性的问题,本文建立了雷达反射率因子的三维局部空间插值及多部雷达拼图方法;类似于SCIT算法的风暴单体的VIL及SHI等冰雹识别参数的计算,基于多部雷达三维插值拼图数据集,实现了格点VIL、SHI、POH和POSH等算法,建立了基于三维格点的多部雷达强冰雹识别参数因子、风暴数值模拟的近风暴环境因子(0°层及-20°层高度)为识别参数的冰雹识别算法。为确定适合于贵州地区的冰雹识别阈值,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及贵州2005年和2006年8次贵阳、遵义雷达站冰雹个例观测资料,建立了冰雹算法校验数据库;通过对降雹校验数据库的统计分析,建立了适于贵州地区VOD与冻结层高度统计关系式,确立了VIL密度产品的强冰雹判别阈值,并通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法,在贵州西北部到中部一线的一次强冰雹过程中对强降雹区的识别效果较好。     

CINRAD/SA雷达强冰雹识别算法的应用检验

为更好地应用HDA算法产品并为进一步优化冰雹识别算法提供参考,应用2004—2010年武汉雷达和2007—2008年济南、青岛、烟台、宜昌、郑州和重庆共7部雷达监测到的28个直径大于等于19 mm的致灾性强冰雹天气个例,对CINRAD/SA雷达的强冰雹识别及最大冰雹直径（MEHS）预测产品进行了检验分析,同时对我国北方（济南、青岛、烟台、郑州）雷达和南方（武汉、宜昌、重庆）雷达的冰雹识别及大小预测效果进行了对比。结果表明：1）在不订正0℃层和-20℃层高度时,该算法对强冰雹天气的识别效果较好,但对MEHS的预测效果较差。2）每个雷达站对强冰雹识别和MEHS预测的效果差别不大,南方雷达和北方雷达对强冰雹的识别效果相近,但南方雷达对MEHS的预测效果较好。3）强冰雹识别和MEHS预测在5月份效果最好,8月份最差;该算法对大冰雹的识别效果较好,但仅对直径为40～49 mm的冰雹直径预测效果较好。4）冰雹识别产品对强冰雹的识别效果随所识别冰雹概率（POSH）增大而增强,当POSH=100时,临界成功指数CSI为100%,发生冰雹天气的可能性非常大。     

多普勒雷达探测冰雹的算法发展与业务应用讨论

目前我国CINRAD WSR 98D SA/SB及部分C波段多普勒雷达内置的算法参数是美国WSR 88D的缺省算法参数,我国业务人员发现由冰雹探测算法得到的冰雹指数产品在实际业务应用中存在过高预报冰雹尤其是强雹发生概率及冰雹尺寸偏大问题。针对此认识,本文首先从算法演变过程说明目前WSR 98D算法中强雹发生概率及冰雹尺寸的缺省参数来自于美国1992年俄克拉荷马和弗罗里达的10 个强雹个例资料集。基于此强雹数据集得到的算法参数本身就高估了强雹概率及冰雹尺寸,即过高预报强雹概率是由算法本身局限性所造成;在不改变当前冰雹探测算法参数设置的情况下,结合前期的冰雹算法,业务上可以使用其他一些环境参数及多普勒雷达探测特征作为强雹预报的辅助判据,如VIL、VIL密度、TBSS等;根据强雹形成物理过程,提出在不失一般性的假设下,-20℃层CAPPI产品上55 dBz范围超过100 km2可以作为快速判断单体降强雹的补充阈值使用。     

SWAN雷达产品在甘肃河东地区冰雹短临预报中的应用

选取2011年7月发生在甘肃省河东地区的7次冰雹个例,综合分析SWAN系统输出的雷达产品资料的主要特征,提取冰雹天气的雷达产品资料的指标,根据这些指标利用SWAN系统外推算法资料生成冰雹临近预报产品。通过2012年甘肃河东地区的2次冰雹天气过程对与其同时的临近预报产品检验结果表明,预报效果良好,具有较高的业务应用价值。     

泰山CD与济南SA天气雷达探测强冰雹风暴参数对比分析

利用泰山CD雷达和济南SA雷达探测资料,对2016年6月13—14日和9月11日4个长寿命强冰雹风暴参数进行了对比分析。结果表明,4个强冰雹风暴成熟阶段济南SA雷达探测到的DBZM值都在60 dBZ以上,C-VIL值基本在50 kg·m-2以上,TOP值基本在9 km以上, 0613平阴风暴和0614章丘风暴不仅持续时间相差不多,而且DBZM、C-VIL、TOP值基本相近,DBZM基本在 64 dBZ以上,最大达到70 dBZ,C-VIL基本在60 kg·m-2以上,最大在80 kg·m-2左右,TOP值基本在10～5 km以上;SA雷达和CD雷达监测到的风暴参数有明显差异,SA雷达观测到的强风暴DBZM、C-VIL和TOP值明显大于CD雷达观测到的值,特别是DBZM和C-VIL在风暴强盛阶段差异更加明显,风暴强盛阶段, SA和CD雷达观测到的0613阳谷风暴、0613平阴风暴、0614章丘风暴和0911高青风暴的DBZM平均差值分别为10 dBZ、10 dBZ、9 dBZ和7 dBZ,C-VIL平均差值分别为30 kg·m-2、28 kg·m-2、29 kg·m-2和28 kg·m-2。造成强风暴参数差异性的主要因素是大的粒子或者强降雨对CD雷达电磁波强烈衰减,同时泰山CD雷达的地理环境和观测模式也是原因之一。     

CINRAD/SA雷达冰雹探测算法效果检验及参数本地化

2004年CINRAD/SA雷达新的冰雹探测算法(HDA)代替了原来的算法,新的冰雹探测算法(HDA)估测任意尺寸的冰雹概率(POH)、直径大于等于19 mm的强冰雹概率(POSH)和最大冰雹直径预测(MEHS)。结合济南雷达探测资料对冰雹探测算法预测效果进行了检验,虽然有较高的探测准确率,但同时错误率较高,临界成功率较低,最大冰雹尺寸预测值与实况的平均差值约为14.6 mm。对2002~2005年济南雷达站的历史资料进行了统计分析,降雹单体和非降雹单体在最大反射率因子上存在较大差异,5、6、7月的降雹单体最大反射率因子平均值分别为59.7、61.86、3.9 dBz,非降雹单体最大反射率因子平均值分别为53.8、54.9、55.6 dBz。依据统计数据,对冰雹探测算法中的反射率因子等门限值调整为53 dBz后,冰雹预测仍具有较高的探测准确率,错误率和临界成功率得到了明显改善;对最大冰雹尺寸预测中的算法因子门限值调整后,预测值与实况有较好的对应关系。     

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。     

新一代天气雷达冰雹探测算法及在业务中的应用

利用新一代多普勒雷达资料,基于美国NEXRAD的新一代冰雹探测算法的主要思路,编写了冰雹算法的程序,利用该程序对16次观测到的冰雹个例进行了分析。结果表明冰雹探测算法对冰雹有比较好的识别能力,并且,针对误报率比较高的现象提出了解决的方法。     

基于ROSE2.0的普洱地区CINRAD/CC雷达冰雹探测算法评估及参数本地化

为提高冰雹探测算法（Hail Detection Algorithm,HDA）产品的可用性,针对2015—2020年普洱地区监测到的22次冰雹个例,利用新一代雷达业务应用软件ROSE2.0对相关雷达基数据进行回放及产品分析,以命中率、虚警率、临界成功指数为指标对HDA算法在普洱地区的识别效果进行评估并给出本地化参数配置方案。结果表明:HDA算法在普洱地区命中率接近100%,但虚警现象非常普遍,使用强冰雹概率（Probability of Severe Hail,POSH）的预警效果优于任意大小冰雹概率（Probability of Hail,POH）,且冰雹尺寸越大POSH虚警的概率越低。进一步使用模拟测评法对POSH算法的适配参数进行分析,发现正确输入降雹日当天的0 ℃层和-20 ℃层高度能有效减少POSH的虚警率及提高临界成功指数;同时使算法预测的最大冰雹直径普遍偏大的情况得到控制,其中,中小冰雹直径偏离百分比减小76.07%,改善效果显著高于大冰雹。此外,增大反射率因子及POSH阈值能有效控制虚警,但也导致漏报次数快速增加,当阈值太大时命中率明显降低,为了保证较高的命中率和临界成功指数,选择Z=50 dBz或POSH=70%为阈值能明显改善HDA算法的识别效果。     

强冰雹天气的多普勒天气雷达探测与预警技术综述

主要介绍了强冰雹天气的有利环境背景条件和强雹暴的多普勒天气雷达识别和预警技术.主要结论如下:(1)有利于强冰雹的环境条件是-10 ℃和-30 ℃之间的对流有效位能较大;0～6 km之间的垂直风切变较大;0 ℃层距离地面高度适中.(2)强冰雹的主要的雷达回波特征:高悬的强回波;低层的弱回波区(WER)、中高层的回波悬垂和有界弱回波区(BWER);中气旋.(3)能够有效判断强冰雹发生的3个辅助特征指标:VIL密度,风波顶辐散和S波段三体散射长钉(TBSS),具体如下:① 强冰雹发生对应的VIL密度阈值是3.5 g/m3,如果达到4 g/m3,几乎肯定发生强冰雹;②产生强冰雹的正负速度差值的阈值是38 m/s;③ S波段雷达回波中出现TBSS是存在强冰雹的充分非必要条件.     

WSR-88D多普勒天气雷达冰雹探测算法及评价

详细介绍了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达冰雹探测算法的设计,使用,并进一步分析该算法存在的优点和不中,最后,指出业务运行中改进的使用步骤和方法,有效地提高了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达探测,预报冰雹的能力。     

相控阵雷达在广东一次强冰雹天气过程中的应用

利用常规气象探测、江门X波段双偏振相控阵天气雷达资料,对2020年3月27日发生在广东省的一次强冰雹天气过程进行分析.结果表明,天气过程由深厚高空槽主导,低层切变线、冷空气使原本有利冰雹产生的环境层结条件趋于稳定;降雹单体既有高层悬垂、低层钩状、强中气旋等传统特征,还出现垂直液态水含量圆环、偏振量衰减偏差等特有现象;利...     

黑龙江绥棱县一次超级单体强冰雹成因分析

利用常规天气资料、卫星及其反演云参数、雷达等综合观测资料,对2016年6月3日发生在黑龙江省绥棱县一次超级单体风暴进行不同尺度分析,研究降雹成因及降雹特点,并对人工防雹进行分析。研究表明:此次过程是高空冷涡和地面低压共同作用造成的,冷暖空气交汇、上干下湿不稳定层结配置及地面风速的辐合是这次过程的触发机制;冰雹云团在午后迅速发展,水平尺度迅速增长,云顶快速抬升,云高9 km的云团直径增加到90 km,形成明显的卷云砧;分析雷达回波可知,此次超级单体风暴过程出现了中气旋、有界弱回波区及悬垂回波等典型特征,垂直累积液态含水量(VIL)在降雹前出现了跃增,且跃增时间提前10～15 min,对于冰雹短时预报具有一定指示意义。作业时机应选择在单体或多单体的初始阶段就提前作业,作业成功率较大,作业部位可在有界弱回波区(BWER)及悬垂回波区域进行多站点联合作业,可取得较好的防雹效果。     

新疆强冰雹天气的分析

根据1961～2003年新疆90个气象观测站的地面观测资料计算得到新疆强冰雹天气81次，其持续时间在1～2d，出现在4～8月。普查43年历史天气图，新疆强冰雹天气的500hPa环流形势分为纬向、经向和南疆低涡3种类型，并对其进行了环流形势和物理量合成诊断分析。     

基于环流分型的广西冰雹潜势预报研究

利用常规观测资料,在对广西4个区域冰雹气候特征分析的基础上,对造成冰雹的环流形势分为华北低槽型、高原东部低槽型和南支槽型.检索出数值预报产品有物理意义的预报因子,采取判别分析法和指标叠套法制作广西冰雹的潜势预报.结果表明,指标叠套法优于判别分析法.基于数值模式输出场的参数估计,对于不同参数设置、不同阈值范围来制作广西冰雹落区的概率预报试验,过程预报有一定效果,但落区预报方法还有待干进一步改进.     

多普勒天气雷达冰雹探测算法评估及检验改进

利用新一代多普勒天气雷达资料和WSR-88D提供的冰雹指数算法,对2005年1月至2007年8月发生在贵州省黔西南地区的20个冰雹个例进行验证。用此算法对20个风暴日的样本计算了WT（警报阈值）、H（相对雷达的高度）、M（漏报率）、FA（虚警率）、POD／FAR／CSI（探测概率／误报率／临界成功指数）等多个函数,并将这些数据与强冰雹指数（SHI）作对比分析,将SHI作为冰雹尺寸的预报因子进行独立评估,对实际观测到的冰雹尺寸与模式预报尺寸进行比较。在考虑了本地环境、气候特征的前提下对误警率较高的情况进行了算法补尝,并针对误警率较高的现象提出解决办法：①输入当天的正确0℃／-20℃高度,②提高冰雹探测反射率阈值。用改进方法对2007年发生的9次冰雹天气过程进行对比检验。结果表明,误报率有所降低,预报冰雹尺寸更接近实际探测尺寸。     

冰雹的观测程序及注意事项

根据多年的工作经验,整理了关于冰雹的观测记录及编发报的操作规程,提出了一些注意事项;并详细介绍了用20 cm口径雨量筒专用量杯测量计算冰雹最大平均质量的方法.以2007年4月初一个成功的操作实例,反映了降雹过程的云天变化,演示冰雹的观测记录及编发报的操作流程.     

基于模糊逻辑的冰雹天气雷达识别算法

该文确定了冰雹天气的5个雷达识别指标和不同季节识别指标对应的隶属函数,采用等权重系数法建立了基于模糊逻辑原理的冰雹天气识别算法。应用雷达回波拼图数据、冰雹灾害报告和常规探空资料,对2008—2012年华北地区103个冰雹样本进行了识别效果检验,给出了识别评分结果、识别提前量和冰雹位置等。结果表明:华北区域性冰雹的识别命中率、虚警率和临界成功指数分别为73.9%,36.4%和51.9%,其中石家庄地区的零散冰雹能够被完全识别,最大直径超过30 mm冰雹对应风暴单体综合识别判据在0.85以上;在空间分布上,被识别到可能出现冰雹的风暴单体区域和实况有冰雹的测站空间分布基本一致,冰雹出现位置一般位于强风暴单体的周边区域;相对单要素识别,综合识别算法识别准确率有所提高,识别范围得到改善,自动化程度也较高;冰雹被识别到的最早时间普遍早于冰雹出现时间,平均提前量为30 min。     

一次春季强冰雹天气过程分析

利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2004年3月30日发生在广东的强冰雹过程进行了详细分析。结果表明:中高层强冷空气入侵配合地面中尺度低压的发展,导致不稳定能量突增;下湿上干的不稳定层结、合适的0℃层与-20℃层高度利于大冰雹的形成;强有力的中尺度抬升系统和强垂直风切变直接导致强对流的发生,并使强对流长时间维持。在强风暴的发展过程中,广州新一代多普勒雷达(CINRAD-SA)观测到高悬的强回波、风暴中低层强入流、风暴顶强辐散及冰雹云三体散射所产生的钉状回波(TBSS)等特征。雷达资料分析表明:TBSS的强度随着上升气流的强弱及冰雹的降落发生变化;即使无中气旋,持久稳定的风暴相对入流和风暴顶强辐散也能使强风暴长时间维持;风暴顶辐散减弱,标志着入流减弱,伴随着强回波核下降,风暴进入消亡阶段。