利用多普勒天气雷达探测强对流天气过程初探

介绍了使用多普勒天气雷达对3月20日强对流天气过程进行连续监测的情况,并对使用多普勒天气雷达产品的过程和体会加以总结,以便为以后使用该雷达探测灾害性天气提供相关参考。     

多普勒雷达资料在冷涡强对流天气中的同化应用试验

应用WRF模式的三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对沈阳多普勒天气雷达资料在东北冷涡暴雨个例中的同化应用进行了试验.研制了多普勒雷达资料质量控制系统,实现了对径向风和反射率因子的直接同化,不但可以反演中尺度三维气象要素场,而且可以为模式提供初始场.以天气尺度资料为背景场同化多普勒雷达资料,WRF-3DVAR可以较好地反演冷涡中尺度对流系统的三维结构,反演的地面强对流辐散气流及在对流层中层涡旋都符合中尺度系统概念模型,通过与实际地面探测资料进行了对比,风场环流基本接近,同化了雷达资料的气象要素场可为预报业务提供较好的包含中小尺度系统的实时三维分析场.通过冷涡个例同化试验,应用WRF-3DVAR同化雷达资料后,中尺度模式对对流降水的预报总体有正的影响,对强对流中的一些中小尺度雨团的预报也略有改善.     

一次强对流过程的多普勒雷达反演及预警分析

为进一步了解2009年6月5日发生在安徽的一次飑线天气过程的流场结构,本文将两步变分法应用于安徽省合肥多普勒天气雷达资料的风场反演,并利用反演结果检验发生冰雹、大风以及闪电等强对流天气过程的预警条件。结果表明,该次天气过程主要受到东北冷涡的影响,另外高空西北冷气流和地面暖气流以及深层的垂直风切变促进了该次飑线强对流天气的发生;冰雹、大风以及闪电等强对流天气对应的一些特征量关系符合相关预警条件。     

局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析

从天气背景的分析出发,利用多普勒天气雷达的强度、速度资料以及由速度资料反演的垂直风廓线和二维风场对一次北京局地暴雨从开始到强降水结束时段做了详细的分析。分析发现,这次局地强对流暴雨是大尺度系统和中尺度系统共同作用的结果,大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽;本站层结有很大的不稳定度,为强对流风暴的产生提供了必要条件;低层中尺度辐合线起到了触发对流和加强对流的作用。     

多普勒雷达实时反射率因子垂直廓线观测研究

使用2002年6～7月长江中游地区宜昌S波段多普勒雷达在两次大范围混合性强降水过程中部分时段体积扫描强度数据以及周边100km范围内的7个雨量计整理成10min记录一次的雨量资料,分析了实时雷达反射率因子垂直廓线的特征。研究表明：反射率因子垂直廓线可反映出所选区域上空零度层亮带高度位置、回波的垂直变化规律等信息,以此分析降水的类型、云中粒子的发展变化;从雷达连续体扫得到的中、低仰角对应高度上的实时反射率因子垂直廓线的变化规律、PPI图像上对应雨量站点上空的回波变化情况及10min记录一次的地面雨量的变化趋势对比来看,发现三者能很好地统一起来,可用来较细致地分析降水云体的变化,有利于在无地面雨量计的地区分析降水量的大小、确定降水类型、估测降水的发展;对无亮带、反射率因子值较大而且越低仰角值越大的反射率因子垂直廓线的区域,对应地面上常有对流性强降水出现。     

松林冠层大气湍流结构观测研究

为了更好地了解大气与物质和能量交换，用二层三维超声风速温度仪测量了重庆市郊松林风速和温度脉动值。采样速率为每秒１次和１１次，数字量记录。计算了湍流动最通量和热通量的日变化，以及湍流风速的统计量和功率谱。结果表明，冠层上动量通量向下传输，而冠层内大多向上传输；冠层内湍流风速ｕ的三阶矩平均值大于零，ｗ的小于零；冠层上无因次湍流风速分量ｕ，ｗ标准差和无因次湍流动能耗散率与局地Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ长     

多普勒雷达基数据在短时对流天气数值预报中的应用

ARPS模式中原本有处理多普勒雷达Lev-Ⅲ资料的模块,但在一个雷达测站只处理4个仰角的径向风和反射率的资料。在此基础上,进行修改扩充将我国20世纪末、21世纪初全国布网的新一代多普勒雷达基数据Lev-Ⅱ全部14个仰角的原始径向风和反射率资料应用于ARPS模式。对我国2003年7月一次特大暴雨过程的个例研究表明,初始时刻加入多普勒雷达基数据的数值模拟,能改善短时0～12h的降水范围、强度和降水中心的预报结果。即使在目前雷达初始化数值模式预报低谷区的3～4h处,仍表现出较好的预报水平。因此,本文认为使用多普勒雷达资料初始化中尺度数值模式,能够弥补“spin-up（起转）”带来的副作用,表现在开始预报的第1h,就预报出雷达估计回波的强中心和大致分布,并且预报出与实况接近的降水;改变了由“spin-up”引起的回波估计预报延迟和预报前期没有降水的现象。且试验表明提高数值模式分辨率,可以使多普勒雷达资料弥补“spin-up”副作用的能力更明显。多普勒雷达资料应用于数值模式之所以有这种能力,是由于从多普勒雷达资料可以得到云和降水场的信息,一方面为模式微物理变量提供初值,填补了初始时刻云微物理量的空白,使随后的微物理量演变进程更加合理化,从而对降水预报产生正面影响;另一方面,为中尺度模式的非绝热初始化提供对流尺度数据源,对潜热、动力场和湿度进行调整,有效地实现模式的“hot—start（热启动）”,缩短了“预热”时间。     

准葛尔盆地南缘一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用常规气象探测资料、自动站资料和石河子CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料,对2010年6月28日发生在准葛尔盆地南缘的一次强对流天气进行了分析。结果表明:这次强对流天气发生在高空低槽和地面冷锋的相互配合,且大气层结不稳定条件下,中高层干冷低层暖湿,水汽条件充沛,0℃层和-20℃层的高度适宜,同时具有强的垂直风切变。在多普勒雷达反射率因子PPI图上出现了50dBZ的强回波区及60dBZ强回波中心;在RHI图上出现了穹窿结构,且50dBZ强回波区高度远高于当天0℃层的高度;在平均径向速度图上出现了中气旋、逆风区;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用;中气旋产品(M)和风暴跟踪信息(STI)都对冰雹天气的出现具有很好预警意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

用多普勒雷达对三次强对流天气的短时预报对比分析

利用2006年6月12日夜间、7月12日凌晨和7月12日夜间天津地区3次强对流降水过程的多普勒雷达产品资料,对比分析发现:在降水的开始和成熟阶段,多普勒雷达径向速度场的变化一般先于回波强度场的变化,在做降水短时预报时应重点关注多普勒雷达径向速度场的变化,同时还可参考Auto-nowcaster系统的预报结果,通过判断未来雷达回波的强度变化及移动方向,提高对强对流降水过程的短时预报准确率.     

关于Doppler雷达VAD技术的讨论

Doppler雷达VAD技术可以从距离圈上的Doppler速度随方位角的分布廓线中提取背景风场的散度。但是,通常Doppler雷达观测到的距离圈上的Doppler速度一般都是不完整的。为了计算散度,必须插补上所有缺侧方位上的Doppler速度,这就使应用VAD技术得到的散度带有不客观的成分。该文利用Doppler速度随方位角的分布具有一阶简谐曲线的特点,提出了用对称法计算散度的方法,从而避免了对Doppler速度方位廓线进行人为插值。文中还针对用VAD技术计算出的不同高度上不同水平面积的散度量级不同的问题,提出了对散度进行面积修正的方法。     

多普勒雷达资料的网格化研究

阐述了多普勒雷达体扫资料或雷达产品资料的网格化流程和步骤,对网格化过程中所面临的资料插值(临近法和双线性插值法)、坐标转换(直角坐标系与极坐标系的转换)、格点位于弧底梯形的判断以及GrADS软件中地图投影等问题进行详细的分析和研究。此外,还对比分析了临近法和双线性插值法网格化的雷达回波资料,其结果表明这两种方法都能较好地对极坐标系下的雷达回波资料进行网格化,但临近法网格化的雷达回波资料尽可能地保留了雷达体扫资料中原有反射率的结构特征,而双线性插值法网格化的雷达资料其弱回波区(25 dBz)的范围有所扩大。     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

多普勒天气雷达谱宽数据监测机场湍流强度的可行性初探

选用2个典型的由地形导致香港国际机场地区出现扰动气流的个例,对天气雷达的谱宽数据与激光雷达的涡流消散率的立方根进行了比较。结果表明,对两组数据作点对点比较时,两者基本上没有相关性,其相关系数小于0．10;其空间平均值之间的相关性较好,相关系数为0.39～0．46。最后,通过对多普勒天气雷达谱宽数据监测香港国际机场邻近地区湍流强度可行性的探讨,提出了多普勒天气雷达的谱宽数据用于监测飞机航道上湍流强度的具体方法与构想。     

一种自动多普勒雷达速度退模糊算法研究

提出了一种能解决孤立风暴、高切变和强台风等情况下速度模糊问题的自动多普勒雷达速度退模糊算法。该算法首先通过搜索最弱风区,第一次确定的最多两组初始参考径向和参考速度库,其中使用了相邻仰角初始参考径向应具有方位连续性的约束条件,剔除假零速度线引起的不恰当备用初始径向;然后从初始参考径向和参考速度库开始,对其周围邻近的速度库进行连续性检查,如果当前库的径向速度与参考速度的差值大于给定阈值就对其进行纠正;完成两次全方位径向退模糊处理后,算法进行径向和方位方向的强风切变检查,如果还有强风切变存在,那么通过搜索弱风切变区中有效速度库最多的径向,第二次确定一组退模糊的初始参考径向和参考速度库,再重复前面的退模糊过程,这有利于远离雷达的孤立风暴的速度退模糊。在多次退模糊过程中,判断速度模糊的标准由紧到松,切变阈值由小到大,以确保用于后面退模糊处理的参考速度的可靠性。利用我国S波段多普勒天气雷达观测的龙卷、飑线、孤立强风暴及台风等事件的1 000多个体扫资料对该算法进行了测试和评估,结果表明,速度退模糊准确率>99.5%。对于孤立风暴、高切变及强台风等复杂情况下的速度退模糊来说,新算法要优于我国新一代天气雷达业务退模糊方案。     

多普勒天气雷达判别宁夏川区强对流天气的综合预报指标

采用多因子综合相关概率法、多参数点聚折线法,对宁夏川区2003～2008年汛期160个暴雹天气个例进行了统计分析,找出了多普勒雷达识别宁夏川区强对流天气的定量综合预报指标。结果表明,综合指标达到2.8时,识别冰雹、暴雨等强对流天气的成功率达87.1%。     

An Observational Study of Wind-Induced Waving of Plants

The motions of individual plants and the turbulence statistics of surface winds measured near the top of a canopy are obtained over a wheat field and a rush field. Two typical cases of motions of individual plants are presented. The displacements of the ear of wheat (the plant height is 1.0 m) showed a natural oscillation in wind speeds of 1.6 m s⁻¹ measured at a height of 30 cm over a wheat canopy, while displacements of the stem of a rush plant were closely related to the fluctuations of surface winds in wind speeds of 1.7 m s⁻¹ measured at the top of the rush plant. The power spectra of displacements of a rush plant seem to support the negative seven-third power hypothesis proposed by Inoue. The frequency responses of displacements of plants to fluctuations of the instantaneous momentum flux are also presented.     

An Observational Study of the Mesoscale Mistral Dynamics

We investigate the mesoscale dynamics of the mistral through the wind profiler observations of the MAP (autumn 1999) and ESCOMPTE (summer 2001) field campaigns. We show that the mistral wind field can dramatically change on a time scale less than 3 hours. Transitions from a deep to a shallow mistral are often observed at any season when the lower layers are stable. The variability, mainly attributed in summer to the mistral/land–sea breeze interactions on a 10-km scale, is highlighted by observations from the wind profiler network set up during ESCOMPTE. The interpretations of the dynamical mistral structure are performed through comparisons with existing basic theories. The linear theory of R. B. Smith [Advances in Geophysics, Vol. 31, 1989, Academic Press, 1–41] and the shallow water theory [Schär, C. and Smith, R. B.: 1993a, J. Atmos. Sci. 50, 1373–1400] give some complementary explanations for the deep-to-shallow transition especially for the MAP mistral event. The wave breaking process induces a low-level jet (LLJ) downstream of the Alps that degenerates into a mountain wake, which in turn provokes the cessation of the mistral downstream of the Alps. Both theories indicate that the flow splits around the Alps and results in a persistent LLJ at the exit of the Rhône valley. The LLJ is strengthened by the channelling effect of the Rhône valley that is more efficient for north-easterly than northerly upstream winds despite the north–south valley axis. Summer moderate and weak mistral episodes are influenced by land–sea breezes and convection over land that induce a very complex interaction that cannot be accurately described by the previous theories.     

一次强对流性天气的超级单体雷达回波特征分析

利用天气图、物理量场图和哈尔滨新一代天气雷达(CINRAD—CC)的基本产品资料，对2002年5月13日五常县境内发生的一次强对流性天气的超级单体雷达回波特征进行分析，初步探讨了使用新一代天气雷达探测超级单体强对流云的方法。     

多普勒天气雷达短时预报技术研究进展

简要介绍了短时预报技术的一些概念和基本内容,并就国内外基于多普勒天气雷达的短时预报技术开发进展情况,从临近外推预报和短时数值预报两方面详细叙述了包括雷达资料控制、灾害性天气预警预测、雷达资料同化等技术研究的最新动态。     

多普勒天气雷达风场退模糊方法的研究

文章提出了对多普勒天气雷达的风场信息进行预处理的“K-邻域频数法”,该方法物理统计意义比较明确,能够有效地处理风场信息中的“噪声”问题。在此基础上,设计了单径向的速度扩展算法,并提出了“双径向-双切向”的方法, 其效果与美国WSR-88D。NSSL和FSL的算法相当。该文还设计了一个界面十分友好的人机交互方法,可以达到约90%以上的速度扩展正确率,是对传统的人机交互方法的极大改进。