利用多普勒雷达初步分析多种回波体的散度特征

利用刘淑媛、陶祖钰的极坐标散度反演方法从多普勒雷达风场资料中提取散度场,从低仰角高度层分析了多种回波体的散度特征,并着重分析了回波体的强弱变化与低层风场的辐合辐散存在的内在关系。     

一次超级单体风暴多普勒天气雷达资料的低层风场反演研究

本文使用二维变分风场反演方法对浙江台州2003年4月12日一次超级单体风暴的多普勒天气雷达探测资料进行低层风场反演研究。二维变分方法以均匀风场反演结果作为初猜场,在目标泛函中加入散度和涡度约束作为正则项来降低不适定性的影响。反演得到的低层水平风场比较好的符合超级单体风暴的组织化的气流结构和强的风切变,通过对散度场垂直积分获得垂直速度,上升气流主要集中在强回波区域,下沉气流一个位于风暴前进的左侧的弱回波区,一个位于钩状回波的内侧。     

“8·18”暴雨过程中的地面自动站中尺度风场分析

用尺度分离方法对自动站风场进行处理,结合多普勒雷达对2010年8月18日四川盆地西部暴雨过程进行分析,结果表明：强风暴影响地区的地面风场从非常零乱逐渐变得有组织性,这个组织性表现在风向的一致性和风速的增强;对流回波生成的源地是在地形的作用下,中尺度辐合线长时间存在的地区和中尺度正涡度长时间维持的地区,这些地区有利于对流回波的发展加强;对流回波移入辐合区,有利于回波加强,强回波移入辐散区,则回波属于减弱趋势。     

广州白云机场一次大暴雨过程卫星和雷达资料合成分析

利用卫星云图TBB资料分析造成4月30日白云机场大暴雨过程的中尺度系统发生、发展传播等演变情况，分析TBB＜－40℃的强对流中心的传播、强度变化对白云机场天气造成的影响，为白云机场春季暴雨和雷暴强度预报提供定量的依据；利用多普勒雷达强度回波分析中尺度系统的传播和对白云机场天气的影响以及利用多普勒速度回波对中尺度气旋定位；通过多普勒速度回波资料、水平风场反演资料对锋面定位、跟踪和确定锋面移动速度；分析水平散度和垂直速度分布，对比它们与中尺度气旋的对应关系；根据多普勒风场分析了机场遗产及其延长线上垂直低空风切变的分布。     

单部多普勒雷达反演三维风场涡度—散度方法的初步研究

涡度－散度反演三维风场的方法是在反演二维风场的涡度－散度方法基础上发展得到的。其基本做法是将垂直方向的涡度方程适当简化，结合涡度和散度的定义，再以连续方程为约束，计算出风场三个方向的分量以及涡度，散度，从而反演到三维风矢量场。初步的试验资料检验结果表明，它是一种具有实用前景的三维风场反演方法。2000年，作者考虑了降水粒子的下落速度对垂直速度的影响，将该方法进一步完善。     

改善EVAD技术求解散度的方法

详细介绍了改善EVAD技术中测量水平散度的方法，用Sirmans建议的技术来模拟降水回波信号，通过此方法对模拟的含有0, 1, 2, 3阶谐波的非线性风场加噪声, 得到近于真实的多普勒速度场，并用此速度场得到的水平散度和以前的EVAD算法（Srivastava算法和Thomas算法）的水平散度相比较，结果表明:无论在非全方位不均匀采样、非全方位均匀采样、不同信噪比、不同速度谱宽条件下，文章建议的EVAD方法求得的水平散度精度有明显的提高。     

单多普勒雷达径向风场反演散度场的一种新方法

为利用多普勒雷达的径向风速获得实际风场的信息,提出了一种由单多普勒雷达径向风场反演水平散度场的新方法。在二维平面内,以某个探测点为中心,建立一个分析面,在假设风场呈线性变化的前提下,直接由径向风速推导出此探测点的散度值。并对几种典型理想风场的散度场进行了反演试验,试验结果表明,反演的散度场与分析的散度场比较一致。并对反演场与分析场之间的差别进行了讨论。     

一种新的单部多普勒雷达反演技术

基于一些发展较强的中小尺度天气系统往往与风场的旋转或辐合、辐散有关的事实，文章提出了一种单部多普勒天气雷达径向风场反演二维水平风场的新方法，即涡度-散度方法。文中对1994年7月12日的个例进行了反演处理，处理结果与天气实况进行了对比分析，认为该方法不失为一种具有实用价值的单部多普勒雷达反演水平二维风场的方法。     

双雷达反演台风外围强带状回波风场结构特征研究

利用移动新一代天气雷达 (CINRAD/CCJ) 和长乐新一代天气雷达 (CINRAD/SA) 基数据, 采用地球坐标系下的双雷达三维风场反演技术, 重点分析了2007年8月18日凌晨超强台风 “圣帕” 外围强带状回波的风场特征。结果表明, 带状回波具有以下特征: (1) 强盛阶段, 每个强回波中心在前进方向的右侧或右后侧对应于强东偏北风速中心 (强风核), 其中最强回波中心前侧还存在弱风速中心。这样的水平风场结构从低层一直保持到中层, 使得强回波区对应于水平辐合和正涡度区, 产生明显的上升运动, 有助于对流的发展和维持。强盛阶段云体快速移动。相对于移动的云体来说, 前侧及后侧中低层气流均指向强回波, 在强回波区及后侧水平辐合形成上升气流, 最大上升速度出现在强回波中心与北侧强风核之间。同时在强回波上空高层出现辐散, 气流主要向后流出。 (2) 减弱阶段, 较强回波中心或其北侧对应于弱风速中心, 回波中心出现负涡度区。云体移速变慢。相对于移动的云体来说, 偏东气流穿过云体。回波区气流辐合较弱, 明显的上升区出现在中层较强回波近台风中心一侧。(3) 强风核可以将位于带状回波前进方向后侧的处于减弱阶段螺旋云带的动量和水汽向带状回波发展区输送, 因此, 强风核结构很可能是带状回波快速发展的主要原因。     

重庆2008年7月21日强对流天气成因及其特征

对2008年7月21日重庆市一次强对流天气过程进行诊断分析,通过分析天气背景,雷达回波,并应用四维变分同化方法反演风场,研究了强对流天气的发展机制.结果表明:高层冷空气入侵和中低层低涡系统强盛的暖湿气流形成的辐合切变是发生强对流的主要原因.雷达观测具有明显的弱回波区和"逆风区";反演水平风场表现为低层强回波前部有一条辐合上升带,到中层辐合上升带与强回波区重合,高层则对应辐散区;从风场的垂直剖面来看,强对流后部为入流区,到达中部后,形成强烈的上升气流,低层辐合带和强烈的上升气流形成强回波.在前部弱回波区处存在强降水下落形成的出流,该气流与暖湿气流辐合造成了浅薄的出流边界.     

夏季区域西风指数对中国西北地区水汽场特征影响的对比分析

利用1970—1997年NCEP／NCAR冉分析月平均资料,设计了区域西风指数。通过分析西北地区夏季的水汽输送通量散度,发现该地区水汽平流引起的水汽输送通量散度项年际变化极小,而风场辐合(辐散)引起的水汽输送通量散度项年际变化却很大,在西北地区区域西风指数较强年份风场辐合比区域西风指数较弱年份强。由此可知．两风年际变化对西北地区的风场辐合(辐散)的影响是我国西北地区水汽场年际变化的主要原因。中国西北地区;区域西风指数;水汽输送通量散度;降水     

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。     

预处理共轭梯度法在VVP三维风场反演中的应用

本文从VVP(Volume Velocity Processing)方法的原始方程出发，进行三维风场反演的实验，在分析体积中心点反演十个变量，对病态矩阵的求解采用了预处理共轭梯度方法。通过对实测资料的分析，结果表明：预处理共轭梯度方法能较好的处理矩阵的病态问题，反演的水平二维风场、散度项和变形项结果比较合理，散度项和形变项量级都在10^-6～10^-3之间，水平速度和垂直速度量级在10^-1～10^1之间。     

COTREC方法在江西地区的应用和检验

基于江西及其周边地区的雷达组合反射率拼图,将二维Boussinesq(水平无辐散)质量连续方程约束至江西地区的TREC风场,得到改善后的TREC风场(COTREC风场),并基于COTREC风矢量开展了江西地区雷达回波的外推。个例分析表明,经过二维无辐散连续方程约束后,COTREC风中的噪声和不一致得到了显著的平滑,其风速水平梯度和风向切变都显著减小。基于COTREC风外推的雷达回波在形态上也得到了明显的改善,其外推回波中由风场的噪声或不一致引起的异常失真回波明显减少。为了进一步评估TREC和COTREC方法的外推表现,对2018年7月1—31日江西地区有明显降水的287个时次的雷达回波分别进行了1 h和2 h外推。结果表明:相对于TREC方法,COTREC方法在1 h和2 h的外推时间上均能改善外推回波的精度,其外推回波与实况的相关系数和TS评分均较TREC方法高。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

“苏拉”台前强螺旋云带辐合特征分析

为了研究爆发式发展的台风苏拉台前强螺旋云带,采用多种实况资料,运用风场分解、Shuman-Shapiro滤波、雷达回波相关性跟踪(TREC)反演风场等方法对其辐合特征进行分析。结果表明:从中尺度滤波场、变风场以及风场分解后的辐散风可见,螺旋云带形成于大范围辐合背景下。在低层,旋转风是水平动能输入的主要贡献者,它加强了低层动量堆积,辐散风则加强了风场水平辐合;在高层,辐散风是动能输出的主要贡献者,辐散风的增强,加强了高空辐散。旋转风和辐散风的不同配置形成了强上升运动,从而促进了强螺旋云带的发展。对地面风场进行中尺度滤波后,在选取的两个关键区内可见明显的中尺度辐合或涡旋,且辐合在更高层仍有一定的反映。中小尺度辐合与螺旋云带中对流云团的发展相互对应、相互反馈。     

一种改进后的交叉相关法(COTREC)在降水临近预报中的应用

利用多普勒雷达资料,采用一种改进后的交叉相关法(COTREC)建立了一种降水临近预报方法。COTREC法的基本原理是对传统交叉相关法(TREC)反演的风场进行水平无辐散处理,得到COTREC风场,用新的风场外推得出的回波能够保持平滑连续的形状。但是这种方法也存在缺陷,由于采用水平无辐散限制,使得外推反演得到的风场在不同程度上受到削弱,从而外推后的回波略慢于实况观测的回波。通过引入数值预报平均风场作为TREC风场背景场,较好地解决了TREC风场受到削弱的问题,并用该方法对2007年6月23—24日强雷雨天气和2007年台风“圣帕”两次降水过程进行了预报试验,试验结果表明：采用改进后的交叉相关方法的降水临近预报与雷达实际观测比较一致,可作为台风、强对流等灾害性天气的降水临近预报方法之一。     

用三点法计算风场散度可能出现的重大误差及其原因分析

本文首先证明在天气诊断分析或物理量计算中常用的两种三点法计算散度公式都是相等的,继而证明用三点法计算风场散度可能存在重大的计算误差,其大小可达到中尺度天气系统的散度量级,接着对计算误差产生的原因进行了分析,证明这种误差是由于计算的三角形面积内风场出现了非线性分布所引起的,从而推论:当非线性分布的风场系统出现生、消或移动时,这种误差也会随之生、消或移动。      

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

1991 年夏暴雨期间Walker 环流和Hadley 环流的特征

该文分析了1991年7月中国江淮暴雨洪水期间赤道太平洋沃克环流及沿115°E哈得莱环流的逐日演变特征。结果发现在暴雨时期赤道东风减弱，西风加强，反哈得莱环流（即季风环流）在中国东部上空加强。在暴雨期间，高低空散度风场的分析指出，在低空出现明显的散度风越赤道气流，而在对流层上部出现散度风的流出。