一次降雨过程风廓线雷达回波特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据与自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450—950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气监测提供参考。     

一次降雨过程风廓线雷达特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据和自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究了降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450-950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气的监测。     

降水过程的风廓线雷达资料特征统计分析

利用宜春TWP3型边界层风廓线雷达2012年观测资料,统计分析了50次降水过程的风廓线雷达资料特征。从水平风向风速、垂直速度、折射率常数Cn2、径向速度、速度谱宽和信噪比SNR这六个参数分析得到:降水过程各指标呈现各自不同且与降水强度息息相关的变化特征,降水前探测高度升高、垂直速度由负转正和1km以下信噪比达到20d B可作为是否产生降雨的预示,,低空西南急流、冷暖平流的垂直方向交替变化以及Cn2达到-16m-2/3可作为中等以上量级降水的参考指标,对于短时强对流性降水,信噪比大于50d B以及出现大于4m·s-1的向下垂直速度可作为重要指示。对于弱降水过程,本文从风廓线特征方面给出预报指示特征,为降水预报准确率的提高提供新的参考。     

乌鲁木齐风廓线雷达资料在暴雨天气过程中的应用

利用乌鲁木齐风廓线雷达提供的风场资料、自动站逐时降水量和NCEP/NCAR每6 h再分析资料（1°×1°）,详细分析了2012年5月19日15：00-20日04：00间乌鲁木齐暴雨天气过程。结果表明：高空急流与低空辐合区相配合产生的强垂直上升运动触发了此次暴雨天气;强降雨发生2 h前西北急流迅速下传,引发低层西北急流的加强,低层急流的加强与强降水有较好的对应关系,特别是1 500 m以下的西北急流;低层上升速度2 m/s可作为降水临界值,低层上升速度越大降水越强;强降水阶段整层大气折射率结构常数探测值在-128--120 dB之内,表明整层大气水汽充沛;风廓线雷达产品（垂直速度、折射率结构常数）清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度,可为精细化预报提供参考。     

风廓线雷达在一次短时暴雨过程中的应用

利用2014年8月24日天津地区一次短时暴雨天气的3部风廓线雷达资料和降水实况资料,对比分析降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,以探讨风廓线雷达对降水天气的监测能力。结果表明:1)风廓线雷达不仅能够反映大气层结上冷下暖的结构,并且能够探测到切变线的存在,对风的垂直结构有较强的探测能力。2)当降水出现时,垂直速度和大气折射率结构常数明显增大。4 m·s~(-1)的垂直速度出现和消失时刻,对应降水的开始和结束时刻;降水期间,4000 m高度以下的垂直速度越大降水越强。西青、静海站的折射率结构常数与降水强度之间有很好的对应关系,但不同地区的大气折射率结构常数值对降水强度的指示标准并不一致。3)在降水最强阶段,风廓线雷达数据获取率明显下降,因此低的数据获取率对强降水有一定的指示意义。     

临安一次梅雨锋暴雨过程的风廓线雷达探测资料分析

利用临安CFL-03型边界层风廓线雷达探测资料对2017年6月23—24日的一次梅雨锋暴雨过程进行了详细分析,结果表明风廓线雷达能够揭示江淮梅雨系统中的中尺度切变线特征,低空切变线是这次暴雨过程的降水主要集中在降水前段和后段的主要原因,高空西风急流使降水得以维持发展。由功率谱数据估算的回波强度反映了此次暴雨过程的发展变化细节,降水集中区的降水云体发展深厚,达到5 km以上。垂直速度和大气折射率结构常数(C_n~2)与降水的变化趋势一致,10 mm的降水量对应的垂直速度接近7 m/s,C_n~2对数值接近-11。由于与降水的良好对应关系,风廓线雷达产品可以应用于强降水灾害天气的监测业务。     

北京奥运期间一次暴雨过程风廓线资料特征

通过分析2008年8月10—11日,北京暴雨天气过程中的两部风廓线仪(观象台、海淀)数据,总结其在此次过程中的特征发现:观象台与海淀两部风廓线仪在该地区强降水发生前,都监测到有低空急流的出现,但是出现时段、高度、维持时间、均不相同;在暴雨发生前,两部风廓线仪观测的垂直速度,均出现明显的变化,特别是海淀的垂直速度有大于8m.s-1的速度区,并到达地面;强降水发生前在垂直方向的温度平流同样有明显变化,冷暖平流随高度交替出现,且与低空急流出现的时间以及位置一致。由此可见低空急流与温度平流的变化有着重要联系。大气折射率结构常数可以与垂直速度相结合,为判断垂直方向大气的稳定程度以及降水提供辅助依据。     

一次弱天气背景下极端短时强降水过程的风廓线雷达分析

基于风廓线雷达、多普勒天气雷达和分钟级自动气象站观测资料,分析了2022年8月3日成都一次极端短时强降水过程中水平风、垂直速度、大气折射率结构常数、低空急流指数和垂直风切变的演变特征,探讨了风廓线雷达对短时强降水天气的应用。结果表明：（1）此次极端短时强降水是在弱天气背景、本地水汽条件好的条件下,由低层东风脉动触发的降水效率极高的暖云降水。（2）风廓线雷达组网资料能够捕捉到大气环流中小尺度的变化,对本次短时强降水的发生及落区有较好的短临预报意义。（3）风廓线雷达测得的风场变化较降水发生时间更早,对降水预报有较好的指示价值。（4）垂直速度和大气折射率结构常数能够很好地反映降水的发生和结束。（5）低空急流指数和垂直风切变在降水发生前40 min出现明显增大。     

一次暴雪天气中的风廓线雷达资料分析

利用CFL-03型边界层风廓线雷达资料,对2016年11月21-22日平顶山地区暴雪天气过程诊断分析,结果表明:风廓线雷达资料从时间、空间上能够更加准确、有效地对这次过程的天气系统及气团性质变化实现实时连续监测。对流层中、下层垂直速度大于1 m·s~(-1)(最大为2.4 m·s~(-1))、C■大于-134dB(最大为-110dB),是降水发生发展阶段,整个大气层大气湍流活动和空气上下运动有较好地对应关系。中、下层信噪比,能够很好地揭示降水发生、发展、结束时雷达接收到经目标散射后的信号强弱:信噪比大于20dB的范围和中心强度越大,降水越集中且强盛。对流层中层到下层谱宽由0.5 m·s~(-1)以上区,变为0.5 m·s~(-1)以下区,对应降水强盛时期,反之无降水。     

用常规探空资料估算C_n~2和ε垂直变化初探

用南京、射阳的常规探空资料建立了估算折射率结构常数Ｃ２ｎ和湍能耗散率ε垂直变化理论模式。结果表明：用该理论模式计算的ε值与用天气脉冲多普勒雷达探测的速度谱宽σ２ｒ再估算得到的ε值有较好的一致性     

风廓线雷达和地基微波辐射计资料在台风天气分析中的应用

利用常规地面观测资料、风廓线雷达及微波辐射计资料,对2020年8月4—5日第4号台风“黑格比”在浦东机场的一次强降水天气过程统计分析。结果表明：(1)副热带高压的强势稳定与台风挤压,导致浦东机场维持长时间的强风;(2)4日中午12:00以后,平均风速稳定在10 m/s以上并伴有阵风,约离台风距离浦东机场同纬度前后9 h,风向在4日21:00以后由东南风转为偏南风,12 h(4日21:00至5日09:00)累计降水量达57.9 mm;(3)云系结构在未登录之前,基本维持“9”字形,“黑格比”的螺旋云带主体位于台风的东南象限,北侧云带边界清晰,先向西北方向移动,逐渐影响浙江东南部沿海,其后又向正北方向移动,影响上海、江苏,于4日晚上21:00到达上海同纬度正西侧,且台风主体结构开始减弱松散;(4)出现明显降水过程时,5 km以下高度层垂直速度出现相应的显著大值区,垂直速度最大值接近9 m/s且高度可以达5 km以上,其数值与降水强度成正相关的关系;(5)当1 km以下高度层出现大气折射率结构常数Cn2高值区,且在2～6 km高度层出现次高值区时,对应着强降水,当高值区逐渐减弱时,表示强降水...     

基于风廓线雷达的湖北梅雨期暴雨中小尺度特征

针对2016年湖北梅雨期3次(“6·19”、“7·5”和“7·19”)暴雨过程,首先对比了汉口站探空数据与汉口、咸宁两个风廓线雷达站水平风速、风向,发现“6·19”和“7·5”过程汉口风廓线雷达站3 km以下水平风速和探空数据较为接近,而3次过程中咸宁风廓线雷达站8 km以下水平风向、风速和汉口站探空数据基本吻合。在此基础上利用风廓线雷达资料并结合常规、加密自动气象站资料,对3次过程中水平风场、平均垂直速度及其变率、水平风速垂直切变、大气折射率结构常数(C■)等进行分析。结果表明：(1)降水开始前西南风速明显增大,中层干冷空气入侵和地面冷池形成的中尺度偏东气流是“6·19”过程50站出现大于等于17.2 m·s^-1大风的主要原因,“7·5”和“7·19”过程西南急流长时间维持及1 km以下的偏东气流则是短时强降水持续时间较长的诱因;(2)梅雨期暴雨期间风廓线雷达观测的水平风速垂直切变、平均垂直速度及其变率随高度变化较小,较强上升运动区域主要集中在4 km高度以下;(3)C■显示强降水发生前大气水汽含量有一增加过程,且整层水汽含量深厚,C■大值区的消失对应降水结束。     

基于风廓线雷达资料的暴雪天气过程分析

利用常规观测资料和风廓线雷达产品对平顶山市2014年2月5—6日的暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:欧亚地区"两槽一脊"的环流背景下,700 h Pa西南急流、850 h Pa切变线和地面中尺度辐合线是这次暴雪的影响系统。风廓线雷达水平风资料可以清楚地展示暴雪过程风场"天南地北"的垂直结构及其变化特点。2500 m以上出现西南急流,同时720 m以下出现东北风,降雪开始。2500 m以上西南急流最大风速达到20m·s~(-1),近地面出现12 m·s~(-1)的东北风,降雪开始加大;近地面东北风减弱,降雪减弱;西南急流消失,近地面层出现偏北风,降雪停止。垂直速度的大小与降雪的强弱一致,降雪越强,速度越大;垂直速度小于0.5 m·s~(-1),降雪停止。大气折射率常数C2n在-144~-120 d B且接地,为降雪时段。降雪越强,C2n越大;C2n小于-144 d B时,降雪停止。垂直速度、折射率结构常数等指标的变化能够反映降雪的开始、发展和结束及降雪的强度,为精细化预报提供参考。     

一次多相态天气过程的风廓线雷达探测资料特征分析

利用国产对流层Ⅱ型风廓线雷达资料对2012年3月17日北京地区经历的雾霾雨雪多相态天气过程进行了诊断分析,结果表明风廓线雷达探测产品能够很好地判别上述天气的发展转变过程,可以揭示降水过程的细节变化。雾霾维持时,风廓线雷达一般能够探测到非常弱的水平风和大气垂直运动,大气折射率参数很小,而近地面层信噪比则表现出较强的信号,高度一般在850 hPa以下,其上层大气的信噪比很弱,表现为晴空状态,上下对比度非常明显。同时,风廓线频谱高度图表现为无降水特征。降水发生前,对流层的信噪比会明显增强,风廓线雷达垂直波束的径向速度V_r首先在中高层出现正值,反映出下沉运动的不断增强现象,同时其他两对对称波束V_r不再维持对称形态。降水发生时,5个波束V_r自地面向上均转变为正值,且最大速度一般位于近地面层,同时最大V_r也不集中在垂直波束,反映了降雨过程中存在着风的影响。此时,谱宽一般稳定维持在1~2 m·s~(-1)。当降水发生相态转变时,谱宽会有明显的减小,信噪比增强,频谱图中V_r有所减弱,这种变化通常发生在整个边界层到对流层。降水结束时,上述现象成相反变化,谱宽增加,信噪比减弱,5个波束V_r呈对称形态。     

1522强台风“彩虹”螺旋雨带中衍生龙卷的超级单体演变与机理研究Ⅰ:谱宽和速度

为揭示多普勒雷达速度谱宽资料对1522号台风“彩虹”螺旋雨带中衍生龙卷的超级单体演变规律的指示作用,基于常规观测资料、多普勒雷达资料和ECWMF再分析资料,分析3个衍生龙卷的超级单体速度谱宽和中气旋速度演变特征。研究表明,速度谱宽可提前10~30 min预示强对流风暴的变化。根据速度谱宽σ与湍能耗散率ε的关系分析,提出了谱宽变化与超级单体内中气旋和龙卷发生发展关系的概念模型。当对流单体进入新的发展阶段时,谱宽值加大呈增强状态;当对流单体处于维持稳定阶段时,谱宽值减小则呈减弱状态。衍生汕尾海丰水龙卷的中气旋最大切向速度19.5 m/s,属中等强度中气旋。衍生顺德龙卷和番禺龙卷的中气旋最大切向速度＞27 m/s,均属强中气旋。用多普勒雷达中气旋算法识别的中气旋在距离较远（＞80 km）和较近(＜17 km)距离上有漏报现象,人工纠正有利于更正预报结果,更准确地指导防灾减灾。      

边界层动力过程对成都冬季细颗粒物污染事件的影响

利用地面常规观测气象资料、风廓线雷达等资料,从环流形势、边界层输送扩散条件等方面对比分析了成都地区2017年12月至2018年1月两次冬季典型重污染生消过程的异同,结果表明:(1)两次过程均为静稳型天气背景,高层盛行纬向环流,近地面为均压场、弱气压场,存在多层逆温,夜间相对湿度高,风速小,风向多变,近地面主导风向为西北风、西风,风向对污染的区域输送效果明显;(2)在污染累积阶段,边界层内存在平均风速小于2m/s、风向多变的小风层,清除阶段的小风层特征则不显著;(3)大气折射率结构常数C_(n)^(2)与垂直速度可以作为垂直扩散条件的判据:污染累积阶段,C_(n)^(2)大值区的高度一般为500~1500m,清除阶段,C_(n)^(2)大值区的高度显著抬升,且垂直速度强下沉区与C_(n)^(2)大值区基本重合;(4)局地回流指数(R_(F))与通风系数对污染过程生消的指示性非常显著。污染累积阶段,1000m高度以下的R_(F)小于0.6,近地层的R_(F)小于0.2,通风系数日平均值仅为1455m^(2)/s;清除阶段的R_(F)大于0.7,通风系数通常大于3000m^(2)/s;此外,较大的通风系数也可以起到传输上游污染物的作用。     

用常规探空资料估算C^2n和ε垂直变化初探

用南京，射阳的常规探空资料建立了估算折射率结构常数Ｃ＾２ｎ的湍能耗散率ε垂直变化理论模式。结果表明：用该理论模式计算的ε值与用天气脉冲多普勒雷达探测的速度谱宽σ＾２ｒ再估算得到的ε值有较好的一致性。     

基于风廓线雷达资料的暴雨天气过程分析

2008年6月1～2日大理市暴雨过程的风廓线雷达资料和每小时的雨量资料分析发现：暴雨过程具有明显的中小尺度系统影响特征,雷达水平风廓线资料可以很直观地显示随时间变化风场的垂直结构;高空气流的向下脉动与降水强度的增强有着紧密的联系;风廓线雷达产品（垂直速度、折射率结构常数和信号噪声比）清楚地反映降水的开始、结束以及降水的强度。     

基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5～6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5～6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。     

风廓线雷达资料在乌鲁木齐一次大暴雪过程分析中的应用

利用常规观测、自动站逐时降水量、乌鲁木齐市风廓线雷达及ECMWF1°×1°再分析等资料,对2018年10月17—18日乌鲁木齐雨夹雪转大暴雪过程进行分析。结果表明,大暴雪是在低空西北气流与中高层西南急流叠加并维持的有利环流背景下,由700～850 hPa风切变、风速辐合、地面冷锋及地形强迫抬升等多尺度系统共同作用造成的。强降雪时雷达探测高度维持较高达7500 m,随着降雪结束探测高度明显降低。水平风场表明低空西北急流与中高层偏南急流形成的垂直风切变廓线的维持,是强降雪持续的动力条件。大气折射率结构常数C_n~2、垂直速度的大小与雨雪的开始、结束时间有较好的对应关系,且低层较强偏北风与C_n~2大值区相对应,降雪时低层垂直速度为0.8～1.2 m·s~(-1),雨或雨夹雪时垂直速度为1.8～2.5 m·s~(-1)。因此,水平风向风速、C_n~2和垂直速度的垂直变化对暴雪短临预报有很好的参考价值。