Ka波段毫米波云雷达对青藏高原东南缘降水回波的分析

利用丽江站新建的Ka波段毫米波云雷达获得的高时间分辨率的垂直观测资料,结合同址的地面自动气象站和雨滴谱的分钟数据、常规探空数据和附近C波段天气雷达的强度回波,分析了两次降水过程前后云雷达反射率因子Z、径向速度V_r、速度谱宽S_w的垂直变化规律。分析表明:在发生弱降水时,云雷达Z在垂直方向的变化不明显;但V_r、S_w值在0℃层稍低位置有一个明显的分界层(融化层),粒子通过融化层后V_r、S_w都是快速变大,这个变化主要是粒子的相态由固态变成液态引发的,可以通过V_r、S_w突变值的位置来识别0℃层亮带的高度。从C波段天气雷达回波强度、剖面图及云雷达位置的时间-高度图看,对毛毛雨和小雨的回波,强度和高度差异比较明显,毛毛雨比小雨回波高度低、强度弱,与云雷达相比C波段雷达对高一些的云观测不到,对距离较远的弱降水回波无法观测到;由于相同粒子对不同波长电磁波的散射不一样,造成两种雷达垂直方向观测到的Z变化不同。对比弱降水回波,云雷达在...     

三维变分和物理初始化方法相结合同化多普勒雷达资料的试验研究

以美国新近研发的天气研究预报模式(WRF)配置的三维变分(3D-Var)同化系统WRF 3D-Var为平台,结合物理初始化方法(Physical Initialization,简称PI)来同化多普勒雷达径向风和回波强度观测资料.其基本做法是首先用物理初始化方法由雷达回波资料估计出比湿、云水混合比和垂直速度,然后用估计的比湿和云水混合比对模式的相应变量进行调整,最后再将估计出的垂直速度作为一种新的观测类型添加到现有的WRF 3D-Var目标函数中,同时以WRF 3D-Var提供的方法直接同化径向风.针对2002年6月19日的一次强对流性降水过程和2003年7月5日的一次梅雨锋暴雨过程进行了一组同化多普勒雷达径向风和回波资料的试验研究.同化结果表明:分析变量的增量场和观测的雷达回波有很好的对应关系.在雷达回波区,有正的比湿增量、云水含量增量和垂直速度增量,并且水平风增量在此辐合;在没有雷达回波的地方有负的垂直速度增量.预报结果表明,调整云水含量对降水预报改善不明显,调整比湿对降水预报改进明显,直接用物理初始化估计出的垂直速度替代模式的初始垂直速度,对降水预报改进不明显,但以新的方案同化雷达资料能有效地缩短模式的起转时间(spin-up time),明显改进短时降水预报.     

一次冰雹天气的雷达物理量分析

本文利用常规观测资料和多普勒天气雷达资料,对2018年7月9日黑河五大连池发生的冰雹进行分析,通过对多普勒得出的五个物理量的分析,找出与冰雹对应较为敏感的物理量。结果表明:在本次降雹前期发展阶段,冰雹云雷达回波有明显的强中心倾斜,降雹后有V型缺口;垂直累积液态水与回波顶高的发展较为一致,降水通量和回波体积的发展较为一致;垂直累积液态水、回波顶高、回波体积和降水通量在冰雹发生前后有明显的变化,最大反射率也有减小的趋势,但变化范围较小。     

“2.28”云南罕见春季强对流雷达回波特征分析与数值模拟

利用常规观测、红外云图、水汽图像、CINRAD-CC多普勒天气雷达观测、NCEP 1°×1°再分析资料和WRF模式,对2008年漏报的"2.28"云南罕见春季强对流中冰雹、雷打雪雷达回波特征进行分析和数值模拟研究。结果表明,此次过程是由强西南低空急流和地面冷空气引起,过程中昆明雷打雪上空为向高层扩展增强的逆风区,近地层零速度线呈"S"型暖平流形式,有钩状、块絮混合条状或片状回波对应,45 dBz的钩状回波强中心带在5~7 km处并向高层偏东方向伸展;玉溪强冰雹由"弓"型回波前部中-γ尺度中气旋活动所致,回波强度、零速度线自南向北呈汇合型和发散型的典型超级单体回波特征,60 dBz最强中心在5 km高度,雹云中50 dBz回波经历柱状、倒"V"和钩状,并与有界弱回波BWER相伴。WRF较好地模拟了整个强对流过程中的回波强度、形态和移动方向,验证了实况中冰雹、雷打雪云中存在强倾斜上升气流和冰雹云中倾斜上升气流,以及垂直上升运动大于雷打雪云中的事实。     

“20090719”致灾冰雹的多普勒雷达回波特征分析

利用石河子c波段多普勒天气雷达资料,结合常规观测资料对2009年7月19日傍晚发生在准噶尔盆地南缘沙漠边缘下野地地区的冰雹等强对流风暴的多普勒雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明:该强对流风暴具有超级单体风暴的典型特征,强风暴前进方向的右侧出现钩状回波,西北侧呈现出倒V字型缺口;沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子垂直剖面呈现出有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,其值达到65dBz,垂直累积液态水含量达到65kg/m2。相应的径向速度图上出现中气旋,中气旋所对应的钩状回波反射率因子从低层往高层明显向低层入流一侧倾斜。回波顶高和垂直累积液态水含量的明显跃增及弱回波区和有界弱回波区的形成,为预测冰雹出现的时间和落区提供了一定的参考依据。弱回波区的出现超前冰雹发生近40分钟,对冰雹的预警、人工影响天气消雹具有较强的指示意义。     

牡丹江一次局部对流天气雷达回波特征分析

本文利用新一代天气雷达观测到的回波强度、回波速度等产品来判断分析,得出牡丹江地区此次局部对流天气的雷达回波,具有移动速度缓慢、高度高、中心强度强、速度场上有明显的逆风区结构、垂直风切变明显等特征,利用这些回波特征是判断此次局地短时暴雨的重要指标。     

.一次强冰雹天气过程双雷达回波特征参数对比分析

利用贵阳、毕节两部新一代天气雷达（CINRAD/CD）的同步观测的体扫资料,对比分析2011年4月15日冰雹天气过程的雷达回波参数特征。结果表明：①贵阳、毕节两部雷达在雷达强度、高度上有明显的差异;②雷达回波强度和高度具有＂跃增＂现象;③雷达回波位于两部雷达的中心地带时,对应强度和高度的波动性一致性好,回波结构形态基本一致。因此,对范围广、持续时间长的强对流天气雷达观测采取组网方式联合观测,其雷达产品以组合反射率因子（CR）、回波顶高（ET）作为初始判断的依据。当出现高度、强度增强或跃增时,应读取任意垂直剖面显示（VCS）产品,分析回波结构以及可能产生的强对流天气过程。     

准噶尔盆地南缘一次强对流风暴雷达回波演变特征

利用Doppler雷达产品,结合常规观测资料对2008年7月25日中国准噶尔盆地南缘冰雹、强降水的雷达回波结构演变特征进行分析。结果表明：此次冰雹、强降水天气过程发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限的对流不稳定层结中,近低层至地面有中尺度辐合切变线。强风暴的演变可归为＂逗点—‘人’字形—螺旋形＂3个回波阶段,相应径向速度图上出现＂逆风区＂、中气旋和辐合区。冰雹的雷达回波强度中心值超过65 dBz6,0 dBz回波顶高为5.5 km,65 dBz回波顶高为3.0 km。垂直累积液态含水量由10 kg·m^-2增至70 kg·m^-2。强降水的雷达回波强度中心值达60 dBz,55 dBz回波顶高为3.7 km6,0 dBz回波顶高为2.2 km。垂直累积液态含水量由15 kg·m^-2增加至55kg·m^-2。Doppler雷达产品对冰雹、强降水天气监测预警具有指示意义。     

江西两次雷击事件雷达回波特征分析

为了做好江西雷电监测预警和预报服务工作，使用天气图资料、地面气象要素、雷电数据、江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品等资料，采用天气学、统计学和雷达气象学等分析方法，对2021年3月江西两次雷击事件进行分析，结果表明：（1）两次雷击事件是由超级单体和强单体回波系统影响产生。（2）超级单体回波有四个特征：①具有≥60 dBZ回波强度，并存有≥65 dBZ回波核；②强回波面积≥10×10 km2；③强回波梯度≤8 km；④在强回波移动方向的下风方有云砧形成的“前伸”回波结构；强单体回波的回波强度（没有回波核）、强回波面积、强回波梯度和“前伸”回波结构都弱于超级单体回波。（3）超级单体CR回波强度达到65 dBZ，ET回波顶高达到11～12 km，VIL垂直累积液态水含量达到60 kg/m2；垂直反射率因子RCS向移动方向倾斜、55 dBZ强回波顶高达到8 km、65 dBZ强中心悬挂在6 km高度；垂直径向速度VCS在强回波区存在速度对、-5～19 m·s-1 速度达到弱切变的强度。（4）强单体回波CR强度达到60 dBZ，ET顶高达到9～10 km，VIL垂直累积液态水含量达到50～60 kg/m2；强单体回波垂直反射率因子RCS倾斜角度弱于超级单体，55 dBZ强回波顶高达到8 km，60 dBZ强回波高度伸展到6 km，没有65 dBZ强回波中心；垂直径向速度VCS表现为正速度区分成上下两层。研究结果为江西雷电天气的监测预警和预报服务，减轻雷击灾害提供有指导意义的范例。     

机载雷达探测数据仿真平台设计与实现

为了便于研究诸多因素对云降水雷达探测回波强度的影响,设计开发了雷达探测回波强度定量计算软件,即雷达探测数据仿真平台"SimRAD"(Simulating airborne Radar detection and Data processing),通过输入雷达发射频率,大气状态参数(高度、气压、气温、相对湿度)以及水成物相态、滴谱分布、含量等信息,使用云降水雷达观测和衰减订正理论进行计算,可以模拟出水成物的雷达回波强度以及水成物和大气衰减的垂直廓线,并且可以对雷达回波进行衰减订正。     

强对流天气雷达回波强度相关性对比分析

为了提高山区复杂地形条件下局地强对流天气监测预警能力,有效减小天气雷达之间对降水目标物回波的测量误差,选取贵阳、毕节、遵义三部多普勒天气雷达同步观测体扫资料,以贵阳多普勒天气雷达站为基准,对比分析了强对流天气的雷达回波强度的变化特征。初步分析结果表明:贵阳与遵义、毕节雷达之间观测的回波强度具有一致性的波动特征,且存在较大的相关性;贵阳雷达观测的回波强度总体低于毕节、遵义雷达观测数据结果;两部雷达之间回波强度差异主要是由云和降水对雷达波的衰减所产生。     

毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和 在弱降水滴谱反演中的应用研究

本文首先利用数值模拟的方法,分析了利用毫米波云雷达功率谱密度反演雨滴谱时,降水粒子米散射效应、空气湍流、空气上升速度等对雨滴谱和液态水含量等参数反演的影响;建立了功率谱密度处理及其直接反演雨滴谱、液态水含量、降水强度和空气上升速度的方法;并利用2012年7月在云南腾冲观测的二次弱降水数据,采用毫米波雷达和Ku波段微降水雷达观测的回波强度、径向速度垂直廓线以及780 m高度上的功率谱密度对比的方法,以及毫米波云雷达观测的780 m高度上功率谱密度、回波强度与地面雨滴谱计算得到的这些量的对比方法,分析了毫米波雷达数据的可靠性;并将780 m高度上毫米波雷达反演的雨滴谱与地面雨滴谱数据进行了对比,分析了毫米波雷达反演的雨滴谱的准确性;分析了毫米波雷达回波强度偏弱的原因,讨论了该高度以下降水对毫米波雷达衰减的影响。结果表明:空气湍流对弱降水微物理参数反演影响不大,而空气上升速度和米散射效应均对反演结果有一定影响;毫米波雷达观测到的径向速度和功率谱密度与微降水雷达比较一致,回波强度的垂直廓线的形状与微降水雷达也比较一致,但毫米波雷达观测的回波强度偏弱;与雨滴谱计算值相比,毫米波雷达观测的低层的回波强度也偏弱,天线上的积水是造成毫米波雷达回波强度变弱的主要原因。毫米波雷达观测的低层的功率谱密度与地面雨滴谱观测的数据形状比较一致,但有一定的位移。毫米波雷达反演的雨滴谱与地面观测的谱型和粒子大小也比较一致。这些结果初步验证了毫米波雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

唐山地区冰雹气候特征与雷达回波分析

利用唐山市11个气象台站1974—2009年冰雹观测资料和1999—2009年冰雹日的高空观测资料及2006 2009年的冰雹云多普勒雷达资料,详细分析并归纳了唐山市冰雹的时空分布特征、气候特征和冰雹云的雷达回波的识别特征,并分析了冰雹日数的突变特征。分析结果表明：唐山冰雹主要发生在北部山区、半山区。20世纪80年代是冰雹高发期,90年代以后逐渐减少;冰雹日数于90年代初期发生显著突变,突变后冰雹日数明显减少。上冷下暖的不稳定区域中,强烈不稳定能量的释放将有利于冰雹天气的产生。降雹的0℃层平均高度为3.4 km,-20℃层平均高度为6.3 km。唐山冰雹云回波中心强度大多大于60 dBz,垂直结构都为倾斜回波,回波顶（ET）都在8 km以上,垂直累积液态水大部分在25 kg·m~（-2）以上,基本径向速度图上表现辐合特征。     

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。     

天气雷达数据三维可视化技术及应用

本文结合天气雷达数据三维空间定位公式与任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,提出三维可视化Marching Cubes改进算法,在该算法基础上研发天气雷达数据三维显示系统,并使用此系统对雷达观测实例进行了三维分析应用。结果表明:相对于二维平面的分析显示,三维可视化技术可以提高气象工作者对天气雷达回波数据的直观理解,更有效地分析出整个回波的轮廓和云内部回波分布情况,对于把握强回波的演变状况很有意义。     

准噶尔盆地南缘一次强对流风暴雷达回波演变特征

利用Doppler雷达产品、结合常规观测资料对2008年7月25日中国准噶尔盆地南缘冰雹、强降水的雷达回波结构演变特征进行分析。结果表明：此次冰雹、强降水天气过程发生在西伯利亚至巴尔喀什湖冷槽东南象限的对流不稳定层结中,近低层至地面有中尺度辐合切变线。该强风暴的演变可归结为“逗点回波-“人”字形回波-螺旋形回波”三个阶段,相应径向速度图上出现“逆风区”、中气旋和辐合区;冰雹的雷达回波强度中心值超过65dBz,60dBz回波顶高为5.5km、65dBz回波顶高为3km,垂直累积液态含水量由10kg•m^-2跃增到70kg•m^-2;强降水的雷达回波强度中心值达60dBz、55dBz回波顶高为3.7km、60dBz回波顶高为2.2km、垂直累积液态含水量由15kg•m^-2增加到55kg•m^-2。Doppler雷达产品对冰雹、强降水天气监测预警具有重要的指示意义。     

两次雹云的雷达观测分析

天气雷达是当前探测雹云的有效工具之一。近年来,各地广泛利用这种工具观测雹云的演变规律和垂直剖面结构,积累了不少有关雹云回波特征的资料。它对于准确识别雹云,深入研究雹云和有效影响雹云都是十分宝贵的资料。 虽然,3厘米雷达主要缺点是在暴雨中被强烈吸收而引起的回波失真和难以确定各参数的误差。但是,我们这些年利用711天气雷达观测雹云的结果表明,距离适中的雹云回波资料可以部分地揭示出云体结构     

毫米波云雷达观测和反演云降水微物理及动力参数方法研究进展

云雷达是探测和反演云降水微物理及动力参数精细结构的重要手段。回顾了世界和我国云雷达观测模式、数据质量控制和数据融合方法,特别是脉冲压缩、相干积累和非相干积累技术在提高云雷达灵敏度的应用,分析了基于回波强度与粒子下落速度关系、单波段云雷达小粒子跟踪方法、双波段云雷达回波强度谱密度比值方法等空气垂直运动速度反演和雨滴谱反演方法,并讨论了这些方法的特色,为今后云雷达观测方法设定和数据分析提供参考。     

雷雨与阵雨雷达回波特征的区分

在测雨雷达观测中对雷雨和阵雨往往难以区分。本文仅对距离测站200公里范围内出现的部分雷雨与阵雨回波特征作一些初步分析。 一、用雷达回波顶高区分雷雨与阵雨 雷达回波顶高是雷雨与阵雨结构特征在雷达上的重要标志之一。我们对照地面观测实况核实整理了各月雷雨与阵雨回波顶高(表1)。由表可见,(1)各月中,雷雨回波顶高比阵雨回波顶高要高;(2)雷雨     

C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验

对降水云更高时、空分辨率观测资料的需求推动了天气雷达技术的发展,调频连续波雷达(FMCW)系统采用收发分置双天线体制,采用数字直接移相(DDS)技术和快速傅里叶变换(FFT)信号处理技术,获取高度分辨率达到15、30 m,探测周期2—3 s的回波功率谱分布和谱参数,具有脉冲多普勒雷达无法比拟的探测优势。C波段FMCW(C-FMCW)雷达最小可测信号功率达到-170 dBm,微弱信号的定量标校是技术难点。采用标准信号源输出单频信号,经过数字直接移相扩展为与雷达系统相同扫频范围信号,得到最小输入功率可达-169.77 dBm的定标曲线,由定量标校后的谱分布计算得到回波强度谱密度分布。该雷达于2013年6月起在安徽定远开始观测,利用8月24日降水过程探测数据,与距离该地48 km的蚌埠和83 km的合肥SA扫描雷达观测数据,分别进行对流云与层状云的观测比对分析。对于均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近, C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根误差为1.75 dB,与合肥SA雷达的平均均方根误差为2.02 dB,C-FMCW雷达与两部SA雷达探测的回波强度差异小于1 dB。对观测试验谱参数及回波强度谱密度分布进行了初步分析,C-FMCW雷达在研究降水云体的相态分区、晴空大气边界层回波等方面有较好的应用前景,有助于加深对强降水云中垂直运动的强烈变化的探测和认识。