HUBEX强化观测期雷达测雨在水文过程模拟中的应用

选择全球能量与水循环亚洲季风试验区的淮河黄泥庄水站控制的史河流域(805km^2)为研究区域，基于数字高程模型，生成栅格水流流向，构建数字流域及空间拓扑关系；然后，将阜阳雷达观测数据经过订正校准后作为研究区内每一栅格单元上的雨量输入，并在每一栅格上应用新安江模型构建产流模型；再根据每一栅格至流域出口断面一黄泥庄水站的距离，运用Muskingum方法进行汇流演算，从而获得黄泥庄站的流量过程。计算结果显示，从1998年5月31日。8月3日的强化观测期内模型确定性系数为92．41％，其间4场洪水的确定性系数分别为85．64％、86．62％、92．57％和83．91％，高于应用地面雨量计观测的数据计算的结果。这说明雷达测雨数据具有较高的时空分辨率，当它应用于水过程模拟时优于地面雨量计资料，基于栅格的水模型为充分利用雷达数据提供了良好平台。     

基于1998/1999年HUBEX强化观测资料的水文过程模拟

考虑流域空间变异性,基于数字高程模型,构建淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)水文强化观测区-史灌河流域的数字水系.在此基础上,应用新安江模型计算蒋集控制站1980～1987年日流量过程.结果表明,基于数字流域的水文模型明显优于传统水文模型.同时,对1998/1999年史灌河流域黄泥庄站和蒋集站的径流过程及土壤水分时间序列过程进行了检验,结果令人满意.     

地理信息系统(GIS)在新一代天气雷达选址中的应用

介绍了采用地理信息系统获取雷达遮挡数据方法，并与“多普勒天气雷达候选站址净空条件客观分析软件”相配合，使选站址的工作进度更快更好。     

雷达雨量计资料用于径流模拟(英)

利用测雨雷达结合稠密和稀疏雨量站网估计流域降水分布,将小同方法获得的降水分布输入降水径流模型TOPMODEL,模拟1998,1999夏季GAME/HUBEX试验区梅山和鲇鱼山集水区的径流,并与实测径流进行比较和分析,结果表明:1)雷达结合集水区内雨量计网模拟径流的精度优于传统的用稠密雨量计网模拟径流的精度;2)利用雷达结合集水区外相对稀疏的雨量计网模拟径流的精度和用集水区内稠密雨量计网模拟径流的精度相当,显示了测雨雷达在径流模拟和洪水预报中极大的应用潜力。     

星载测雨雷达探测频段选择仿真研究

在星载测雨雷达必须满足的3个基本条件的基础上,开展了风云三号(FY-3)星载测雨雷达最佳波段组合的研究.文中将高精度GCE(Goddard cumulus ensemble)模式中BOB飓风资料的大气廓线和水凝物廓线作为三维Quickbeam气象雷达模拟软件的输入,分别模拟了5、10、14、35和94 GHz 5个频点...     

雷达测雨及其在水文水资源中的应用研究进展

在回顾国内外雷达网建设和在水文水资源学中发挥重要作用的基础上,着重对国内外的雷达降水的估测算法、雷达临近降水预报和雷达测雨信息在水文模型中的应用研究进行了探讨和分析,并就未来雷达技术应用于水文水资源学的研究进行了展望。     

立体雷达方法在星载测雨雷达上的应用

星载测雨雷达的应用,必须满足一些主要条件：高的空间分辨率、宽阔的覆盖范围、大的动态降雨测量范围以及精确的点测量等。由于技术条件的限制,满足这些条件的雷达工作在被雨衰减的频率段,因此必须修正由于衰减所导致的误差。立体雷达方法利用雷达从两个不同角度对雨团的观测来进行衰减效应的订正并实现整个观察区域的雷达反射率因子和比衰减因子场的反演。通过数值实验研究了星载特性的引入造成的不均匀性束内填充效应对立体雷达方法的影响     

雷达在气象中的应用——测雨雷达是怎么工作的

雷达技术的广泛应用始于第二次世界大战开始前后,当时所研制的雷达主要用于侦察敌方的飞机,指挥高炮防空。但从一开始,雷达的探测就受到天气条件的干扰,大范围的雨区使雷达无法看到目标,即使小雨也会大大影响探测的效果。那么,何不研制专用的气象雷达来探测天气,指...     

热带测雨卫星的星载雷达和地基雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

为了揭示热带测雨卫星上的测雨雷达热带测雨卫星的星载雷达与X波段多普勒雷达在探测云的反射率因子的大小和结构方面的差异,用散射模式和数值模拟的方法讨论了这两种雷达的波长、雷达波入射方向、波瓣宽度等参量对反射率因子的大小和结构的影响,并利用所得结果讨论了两种雷达实际观测的差异。结果表明:雷达波长和入射方向的不同引起的两种雷达测量的反射率因子的差异在2.0dBz以内,TRMMPR可在强回波中心探测到更大的反射率因子,并在很大程度上平滑了回波的结构,在强回波和弱回波区分别低估和高估3～5dBz,造成了观测的云的面积增大、平均回波强度减小、面积积分降水量增大。这些理论结果还不能完全揭示两种雷达实际观测结果的差异,看来星载雷达和地基雷达探测结果的对比问题很复杂,其中雷达波的衰减问题是必须考虑的。     

毫米波测云雷达在降雪观测中的应用初步分析

本文利用毫米波云雷达联合称重式雨量计、气球探空和S波段天气雷达在北京对2015年11月三次降雪进行了观测,以2015年11月22~23日降雪过程为例,主要从降雪系统的宏观结构特征、微物理变化以及毫米波雷达在降雪探测中电磁波衰减情况、雪粒子含水量和地面降雪量估测几方面进行初步分析。结果表明:（1）毫米波云雷达具有高时空分辨率,能对降雪系统进行精细化探测,在降雪系统发展最旺盛的阶段能够通过反射率（Z）、退极化比（LDR）和径向速度（V）初步判断出云中是否含有过冷液滴;（2）降雪回波强度最大值能反映整层云系中含水量最大的区域,当最大值Z大于20 dBZ时,最大值的大小、最大值持续时间、最大值出现的高度与地面降水量成正相关,速度最大值表示云中粒子上升最大速度（速度为正时）或者粒子下落的最小速度（速度为负时）,主要分布在－0.5~2 m s?1,速度最小值表示粒子下落的最大速度,主要在－3~－1 m s?1;（3）随着高度增加反射率的垂直廓线会出现多个峰值,这是由于不同高度层风速分布不均造成的,降雪回波这种特点比降雨回波更明显;（4）对比Ka与S波段雷达反射率可知,两雷达反射率平均差值小于2.5 dBZ,Ka波段反射率略大S波段雷达反射率;（5）降雪量反演与地面降雪量仪数据对比,逐小时降雪量反演精度为20.38%,累计降雪量反演误差为6.58%,24小时累计降雪量绝对误差为1.9 mm,说明云雷达估算累计降雪量具有较高的可行性,能够很准确的反映地面实际降雪情况,当降雪系统发展旺盛时,雪粒子含水量分布在0.05~0.15 g m?3,在降雪初期或者降雪系统消散期,雪粒子含水量一般小于0.04 g m?3,能够很好地反映出整层降雪回波的雪粒子含水量。这些云雷达在降雪观测中的应用和初步分析结果可以更好的地了解降雪系统宏微观结构,为云模式的发展和人工影响天气中增雪潜力评估提供一些参考。     

基于GRAPES的气象-水文模式在淮河流域的一次试验

Global-regional assimilation and prediction system(GRAPES)模式为中国气象局于2000年开始组织研究开发的数值预报系统,GRAPES_Meso模式是其区域中尺度数值预报系统版。GRAPES_Meso中的陆面模式选取的是Noah-Land Surface Model(NOAH-LSM)模式。NOAH-LSM陆面模式选取Simple Water Balance(SWB)对陆面水文过程进行描述。SWB是一个简单水量平衡模型,不能完整地描述陆面水文过程,特别是对径流的模拟存在不足。随着GRAPES_Meso模式不断的发展,对预报能力的要求逐渐提高,对其陆面模式中产流过程的描述也需要进一步的研究。本文中所应用的改进陆面水文过程的NOAH-LSM陆面模式,借鉴了水文模型的思想,利用蓄水容量曲线描述单元网格内产流面积的变化,并在模式中增加Muskingum汇流模块,完整陆面模式水文循环。将原GRAPES模式和改进陆面水文过程的GRAPES模式分别与新安江模型进行单向耦合,选取模式TS评分相差不大的试验流域——淮河流域上游控制站王家坝站,进行流量模拟对比。从试验结果可以看出,改进后的模式在洪量相对误差、洪峰相对误差、确定性系数上均优于原模式,并为未来利用水文模型对降水落区检验进行了探索性研究。     

Light-absorbing particles in snow and ice: Measurement and modeling of climatic and hydrological impact

Light absorbing particles(LAP, e.g., black carbon, brown carbon, and dust) influence water and energy budgets of the atmosphere and snowpack in multiple ways. In addition to their effects associated with atmospheric heating by absorption of solar radiation and interactions with clouds, LAP in snow on land and ice can reduce the surface reflectance(a.k.a., surface darkening), which is likely to accelerate the snow aging process and further reduces snow albedo and increases the speed of snowpack melt. LAP in snow and ice(LAPSI) has been identified as one of major forcings affecting climate change, e.g.in the fourth and fifth assessment reports of IPCC. However, the uncertainty level in quantifying this effect remains very high. In this review paper, we document various technical methods of measuring LAPSI and review the progress made in measuring the LAPSI in Arctic, Tibetan Plateau and other mid-latitude regions. We also report the progress in modeling the mass concentrations, albedo reduction, radiative forcing, and climatic and hydrological impact of LAPSI at global and regional scales. Finally we identify some research needs for reducing the uncertainties in the impact of LAPSI on global and regional climate and the hydrological cycle.     

多源观测资料在冰雹监测预警中的应用

利用常规探空观测资料、气象卫星资料、双偏振雷达资料、风廓线雷达资料、地基GPS水汽等多源观测资料对2020年6月25日河北中部一次由超级单体引起的强对流天气过程进行分析,探讨多源观测资料在冰雹天气预警中的综合应用。结果表明,在华北冷涡的影响下,上冷下暖的不稳定层结为强对流的发生提供了有利的环流背景。在强有力的热力不稳定与对流不稳定的条件下,受到地面辐合线的触发作用,强对流迅速生成并发展。造成本次大面积降雹的系统为超长生命史的超级单体,冰雹粒子与其他相态的粒子的双偏振特征具有明显的区别。定量化的观测资料能对冰雹天气的预警提供更加精确的数据信息。     

1998年夏季HUBEX/GAME期间热量和水汽收支(英)

By using the high-resolution GAME reanalysis data, the heat and moisture budgets during the period of HUBEX/GAME in the summer of 1998 are calculated for exploring the thermodynamic features of Meiyu over the Changjiang-Huaihe (CH) valley. During the CH Meiyu period, an intensive vertically-integrated heat source and moisture sink are predominant over the heavy rainfall area of the CH valley, accompanied by strong upward motion at 500 hPa. The heat and moisture budgets show that the main diabatic heating component is condensation latent heat released by rainfall. As residual terms, the evaporation and sensible heating are relatively small. Based on the vertical distribution of the heat source and moisture sink, the nature of the rainfall is mixed, in which the convective rainfall is dominant with a considerable percentage of continuous stratiform rainfall. There are similar time evolutions of the main physical parameters(〈Q1〉,〈Q2〉,and vertical motion ω at 500 hPa).The time variations of〈Q1〉and〈Q2〉are in phase with those of -ω500, and have their main peaks within the CH Meiyu period. This shows the influence of the heat source on the dynamic structure of the atmosphere. The wavelet analyses of those time series display similar multiple timescale characteristics. During the CH Meiyu period, both the synoptic scale(～6 days) and mesoscale (～2 days and ～12 hours) increase obviously and cause heavy rainfall as well as the appearances of the maxima of the main physical parameters. Among them, the mesoscale systems are the main factors.     

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。     

雷达在水文预报应用中的研究进展

雷达可随时跟踪雨区范围、暴雨走向和降雨量的变化,而降雨是水文预报最重要的输入信息,对于水文预报、水库蓄放及江河流域水量的短时洪水预报都是很重要的。本文在介绍雷达测雨及国内外雷达测雨业务系统的基础上,重点总结了国内雷达测雨在水文预报中的研究进展,并提出了雷达在水文预报中的应用思路,探讨了雷达测雨在我国水文应用中的前景及其发展方向。数字化雷达测雨、地理信息系统以及数字高程图等系列新信息,将进一步推动新一代分布式降雨—径流模型的开发,并将极大地拓宽水文预报研究的思路和方法,从而提高预报精度。     

双线偏振雷达资料在数值模式中的应用: 模拟器的构建

基于Rayleigh-Gans散射原理构造一个S波段双线偏振雷达模拟器。模拟器考虑了云冰、雪、雨和雹4种水凝物,以水凝物的混合比和数浓度以及水凝物粒子的轴比、相对介电常数、下落倾角为输入量,计算得到水平/垂直偏振反射率因子、差分反射率、比差分相位等偏振量。通过二维理想飑线模拟的试验结果表明,模拟器合理地再现了二维理想飑线系统成熟期的主要偏振特征:雹的反射率较高,差分反射率较低(又称Zdr洞);对流云区的Zdr柱;层云区的反射率和比差分相位的0℃层亮带特征;雨滴反射率与差分反射率因子的“雨线”统计特征。利用该模拟器建立了模式变量和偏振雷达观测的联系,有助于未来将偏振雷达观测资料应用于模式预报效果评估及对流尺度资料同化等方面的研究和应用。      

An Analysis of a Meso-β System in a Mei-yu Front Using the Intensive Observation Data During CHeRES 2002

The conventional and intensive observational data of the China Heavy Rain Experiment and Study (CHeRES) are used to specially analyze the heavy rainfall process in the mei-yu front that occurred during 20-21 June 2002, focusing on the meso-β system. A mesoscale convective system (MCS) formed in the warm-moist southwesterly to the south of the shear line over the Dabie Mountains and over the gorge between the Dabie and Jiuhua Mountains. The mei-yu front and shear line provide a favorable synoptic condition for the development of convection. The GPS observation indicates that the precipitable water increased obviously about 2-3h earlier than the occurrence of rainfall and decreased after that. The abundant moisture transportation by southwesterly wind was favorable to the maintenance of convective instability and the accumulation of convective available potential energy (CAPE). Radar detection reveals that meso-β and -γ systems were very active in the MαCS. Several convection lines developed during the evolution of the MαCS, and these are associated with surface convergence lines. The boundary outflow of the convection line may have triggered another convection line. The convection line moved with the mesoscale surface convergence line, but the convective cells embedded in the convergence line propagated along the line. On the basis of the analyses of the intensive observation data, a multi-scale conceptual model of heavy rainfall in the mei-yu front for this particular case is proposed.