多普勒天气雷达风场产品在螺旋度计算中的应用

本文介绍了一种利用新一代天气雷达风场产品VWP计算螺旋度的方法,通过对两次大面积降水个例的螺旋度诊断分析发现,利用VWP风场产品计算的螺旋度具有较高的时间分辨率,大面积降水的螺旋度变化趋势与降水变化趋势比较吻合,螺旋度变化一般提前于降水变化,有2—3 h的提前预报量;螺旋度数值的大小与降水量的大小一般没有明显线性关系;螺旋度可以作为观测雷达站上空风场随高度变化的一个敏感因子;利用VWP风场产品来作为计算螺旋度的风场资料是可行的,比起其它风场资料更适于短时(临近)预报的业务化工作。     

长沙机场阵列天气雷达风场验证

利用2019年4—9月高时空分辨率的长沙机场阵列天气雷达资料开展三维变分（three-dimensional variational data assimilation,3DVAR）风场反演研究。为验证该算法的反演效果,选取外场试验中10次降水过程,在阵列天气雷达的三维精细探测区内,采用阵列天气雷达合成风场和1部L波段边界层风廓线雷达产品作为参考值对阵列反演风场进行验证评估。结果表明：在稳定性降水条件下,阵列反演风场与阵列合成风场、风廓线雷达产品的结果较为一致;在对流性降水条件下,由于不均匀性会造成风廓线测风精度下降,风廓线雷达产品与阵列反演风场和阵列合成风场差异较大。阵列反演风场与阵列合成风场在稳定性、对流性降水条件下水平风速相对偏差分别低于19%,29%,水平风向差分别低于14.92°,26.35°,稳定性降水条件下阵列反演风场更优,误差在可接受范围内。两种算法得到的风场结构符合各类天气系统的基本特征,水平风场空间分布和风速、风向非常接近。     

雷暴天气的多普勒雷达VWP资料特征分析

通过对西峰冰雹和强降水的2次强雷暴典型个例的分析,揭示了冰雹和强降水的多普勒雷达VWP资料的前兆特征.结果表明:强对流天气一般在干区(无云区,VWP图中表现为\"ND\")基本消失后发生,2次强对流天气过程的环境低层风切变明显,但冰雹的产生一般出现在风向随高度逆转有冷平流的环境中,而强降水出现在风向随高度顺转暖平流的环境中,并且这种风场的垂直变化特征维持时间长.强对流冰雹暴云西北气流从高层向下扩展到2.7 km,强降水西南水汽输送达到5.5 km高度以上,并且伴有低空急流存在.对2006年西峰发生的强对流雷暴天气进行分析,基本都存在风场的这种垂直分布特征,这一特征对短时临近预报有较好的指示意义.     

多普勒天气雷达反演风场综述

多普勒天气雷达能够提供高时、空分辨率的降水粒子空间信息和径向运动资料。反射率因子和双偏振量等降水粒子空间信息相对比较直观,但是由于雷达探测的大气运动场只有径向分量,并不直接反映大气运动的全部特征,所以需要通过各种反演方法提取雷达探测资料中包含的大气运动信息,以应用于中、小尺度天气的诊断、分析和预报。中外多普勒天气雷达网建设已经比较成熟,但是业务中基于雷达径向速度的风场反演应用还较少。因此,将风场反演方法分为单雷达风场反演和双（或多）雷达风场反演两类,分别进行了总结,并在附录中采用一致的数学符号给出了主要基本方法的推导和公式,以便让读者能够从基本原理出发了解这些方法的来龙去脉。基于单多普勒雷达的反演方法只要求单部雷达覆盖即可,应用方便、计算简单,但是通常是假定风场是均匀的或者是线性变化的,因此对于空间变化比较剧烈的风场,反演误差较大,同时因采用不同的风场分布特征假设也衍生出了各种扩展方法,一定程度上改善了单多普勒雷达反演风场的准确度和可用性。对于两部或多部多普勒雷达反演技术,重点介绍了原理和特点。多部多普勒雷达反演方法能够得到更加精细和精确的风场三维结构信息,但是对于观测资料的时、空一致性要求较高。随着雷达组网密度的提高,多部多普勒雷达反演方法的研究和应用受到越来越多的重视,同时,将风场反演和资料同化技术结合也是重要的发展方向和趋势。     

降水过程中多普勒天气雷达风廓线产品特征

利用南京多普勒天气雷达资料,在对VWP风廓线产品可靠性研究和表征\"湿度\"变化能力研究基础上,对南京地区春季大面积积层混合云降水过程中风廓线产品的特征进行了细致研究.研究表明,在降水前夕、维持增强和降水消亡的不同时段风廓线产品都呈现出相应的图像特征:在图像上ND区域呈现一楔形,快速减少,预示着降水在2个小时内发生;暖平流、切变层和大风区的存在有利于降水的维持和加强;VWP最高位置风向标的突降和中层ND区域的出现预示着降水即将结束.     

IVAP法反演组网雷达风场试验与验证

风场观测资料在天气研究和预报中有着举足轻重的作用。基于按方位角均匀假定反演关系进行二维风场反演的积分速度方位处理技术（IVAP）具有较好的兼容性并易于实现。文章选取2020年7—8月的大范围降水过程,采用IVAP法进行组网雷达风场反演,并以秒探空作为参考对反演风场进行质量评估和分析。结果表明：反演风场与探空风场之间具有较高的相关性,随高度升高,反演风向的质量和稳定性要优于反演风速;在降水区反演风场的质量最好,垂直廓线稳定性最好;晴空区反演风场误差最大,4 km以上波动性变大、反演质量显著降低。进一步分析2019年7月6日一次分散性降水过程的雷达反演结果,发现反演风场能够合理地再现出高层风场的涡旋结构、切变线等动力场特征。研究表明,在单雷达风场反演的基础上,可基于IVAP法建立组网雷达风场反演,该方法在实际业务中有较好的应用前景,可以更好地为天气预报服务以及风场资料同化提供依据。     

成都边界层风场演变天气意义的检验

应用１９９３年４月２５日￣５白４日四川盆地加密观测探空资料,分析了四川盆地边界层风场变化规律及其与４月３０日￣５月１日盆地初夏少见的大范围大风、冰雹、暴雨天气过程的关系。通过分析进一步证实：西邻青藏高原的成都是四川盆地天气变化的关键信息点;在高原盆地特定地形的影响下,成都边界层风场呈规律性变化,其全息图像是：当成都边界层为东北风时,四川盆地边界层维持气旋式偏东流场,处于辐合、正涡度、上升运动区中,     

ROSE2.1产品在黔东南一次冰雹天气过程中的应用检验

【目的】根据中国气象局部署,自2023年12月1日起,在全国所有组网业务运行的新一代天气雷达正式业务运行ROSE2.1,为检验ROSE2.1冰雹报警产品在黔东南州短临监测预警业务中的应用效果,提高本地冰雹监测预警能力。【方法】本文选取2023年4月18日黔东南州出现的一次冰雹天气过程,基于ROSE2.1.2版本软件,利用ROSE降水估测和报警产品评估系统,对榕江双偏振雷达和三穗单偏振雷达两部雷达ROSE2.1系统中冰雹报警产品（UAM hail）以及两部雷达组网的冰雹报警产品（NUAM hail）,从命中次数、虚警次数、漏报次数、命中率、虚警率、漏报率、准确率七个方面分距离等级进行检验评估,并计算其报警提前量。【结果】得出：①榕江雷达及两部雷达组网的冰雹报警产品UAM hail和NUAM hail的命中率和准确率均与距离成正比,即随距离增加而增大,三穗雷达冰雹报警产品UAM hail命中率和准确率与距离成反比,即随距离增加而减小。②三个产品各有所长,互补短板,分距离等级50 km范围内三穗雷达表现最优,50 km以上榕江雷达表现最优;平均榕江雷达表现最优,组网的较三穗雷达有明显提升,三穗雷达无虚警率,榕江、组网有一定的虚警率。③ROSE2.1冰雹报警产品提前量榕江雷达平均时间提前量最高,组网的产品最低,但整体均在30 min以上,对冰雹的短临预报预警业务有很好的指示意义。【结论】在冰雹的短临监测预警业务中,当ROSE2.1冰雹报警产品持续报警时次小于2个时,可认为报警产品为虚警。     

乌鲁木齐机场持续浓雾天气垂直风场特征分析

应用常规气象资料、机场地面气象观测资料、L波段探空风场资料以及边界层风廓线雷达资料,对2014—2016年乌鲁木齐机场持续浓雾天气的垂直风场结构及其演变特征进行分析.结果表明:(1)机场持续浓雾时高空天气形势主要有脊前型、脊区型、西风波动型和横槽型4类;(2)垂直风场结构主要有两种形态:Ⅰ型风场自上而下由西西北风层和边...     

多雷达反演陕西及周边区域风场能力评估

基于陕西及周边省的21部多波段（C/S）天气雷达,采用双雷达反演技术,对陕西及周边区域的风场进行反演分析。通过评估26组雷达在1.5 km、3.0 km、5.0 km和7.0 km四个高度上的风场反演能力,得出以下主要结论：在理想条件下,风场覆盖率随高度增加而提高,其中1.5 km高度覆盖率较低（仅为195%）,而3.0 km及以上高度覆盖率均超过74%,能有效覆盖大部分研究区域。在特定天气过程中,受雷达站海拔及其他因素影响,1.5 km高度风场反演能力有限,高层反演能力较强,但仍存在反射率因子覆盖区域内无风场反演点的现象,原因包括雷达站海拔较高、风场反演区域受限、低仰角径向速度有效点较少、雷达间距过大及数据异常等。实际风场范围与径向速度有效点的分布基本一致。在3.0～7.0 km高度范围内,雷达风场的平均反演率随高度增加而递增,其中固原-西峰、天水-陇南、天水-固原、西安-商洛和银川-吴忠五组雷达表现优异,尤以西安-商洛雷达的风场反演能力与稳定性突出。此外,雷达组的风场反演率与雷达间距呈负相关,表明雷达间距是影响风场反演能力的关键因素。     

高原地区风廓线雷达资料评估

在简述风廓线雷达原理的基础上,将风廓线雷达探测资料与探空资料进行对比分析,发现风速风向一致性较好,温度一致性较差。对风廓线资料总的数据获取率及不同天气条件下的数据获取率进行了统计,大理风廓线雷达边界层高度的数据获取率大于80%,在对流层低层以及边界层的探测能力要远远大于高层,高空雨季后的探测高度大于雨季前的探测高度。不同天气条件下低空的数据获取率差别不大,高空阴雨天的数据获取率大于晴天的数据获取率,阴雨天的探测高度大于晴天的探测高度。     

阵列天气雷达设计与初步实现

阵列天气雷达是分布式、高度协同的相控阵天气雷达。阵列天气雷达至少包括3个相控阵收发子阵（简称收发子阵）,通过增加收发子阵而扩大探测区域。每3个相邻的收发子阵一组协同扫描,保证3个相邻收发子阵在同一个空间点的数据时差小于2 s,从而保证径向速度合成正确的流场。采用相控阵多波束扫描技术,4个发射波束和64个接收波束覆盖0°~90°仰角,机械扫描覆盖360°方位,整个体扫时间为12 s,为多普勒天气雷达整个体扫时间的1/30。阵列天气雷达通过金属球进行了强度、波束宽度、方位、仰角的定标。阵列天气雷达在长沙机场布设试验,成功获取了精细的风场和回波强度数据,可为更精细、更完整揭示小尺度天气系统变化规律提供新工具。     

多普勒雷达VAD风廓线资料的质量评估

将2004—2007年浙江省温州多普勒雷达VAD风廓线和相邻洪家探空站同期经修正的探空风廓线资料进行对比统计,分析了两者之间的差异和相关性;对不同高度层以及三种不同降水系统中(大面积连续性降水、阵性降水、热带气旋降水)VAD反演方法的精度进行了研究,并分析误差来源。结果表明,VAD方法反演的风廓线与探空廓线之间具有较高的相关性。VAD方法对大面积连续性降水的风向和风速的反演质量最好,其次是热带气旋降水。风向、风速偏差最大的均为阵性降水。      

双多普勒天气雷达反演大气三维风场的个例研究

根据笛卡尔坐标系下双多普勒天气雷达反演大气三维风场的理论,以2003年7月5日发生在安徽省的一次强降水过程为例,反演大气三维风场。结果表明：利用双多普勒天气雷达反演大气风场能够更加详细地反映出大气风场的三维结构。     

多部多普勒雷达同步探测三维风场反演系统

“我国重大气候和天气灾害的形成机理与预测理论研究”项目首次启用双多普勒雷达组网同步观测,如何从同步观测的暴雨资料中反演三维场,具有重要的理论和现实意义,根据项目需要,建立了国内首套多部多普勒天气雷达同步探测三维风场反演软件系统,并反演出2001年7月13日由双多普勒雷达同步观测到的一个中β尺度暴雨系统的三维风场,结果显示,该三维风场结构合理,系统能满足外场试验的要求。     

积层混合性暴雨三维动力结构的双多普勒雷达对比分析

对2002年7月22～23日长江中游的积层混合性暴雨的中尺度三维动力结构进行了双多普勒雷达对比观测分析,表明中低层切变线、中尺度辐合线和中尺度气旋是这次强降水的重要特征;不同反演算法得到的三维动力模型差别较大,必须引起重视。     

WIND SHEAR IDENTIFICATION WITH THE RETRIEVED WIND OF DOPPLER WEATHER RADAR

Wind shear reflects that the wind field is not uniform, which is one of the primary factors which make the retrieval of the wind field difficult. Based on volume velocity process(VVP) wind field retrieval technique, the intensity of wind shear is identified in this paper. After analyzing the traditional techniques that rely on the difference of radial velocity to identify wind shear, a fixed difference among radial velocities that may cause false identification in a uniform wind field was found. Because of the non-uniformity in wind shear areas, the difference of retrieved results between surrounding analysis volumes can be used as a measurement to show how strong the wind shear is. According to the analysis of a severe convective weather process that occurred in Guangzhou, it can be found that the areas of wind shear appeared with the strength significantly larger than in other regions and the magnitude generally larger than4.5 m/(s·km). Besides, by comparing the variation of wind shear strength during the convection, it can be found that new cells will be more likely to generate when the strength is above 3.0 m/(s·km). Therefore, the analysis of strong wind shear's movement and development is helpful to forecasting severe convections.     

风廓线雷达产品数据置信度研究

随着风廓线雷达技术的发展,高空风探测参量越来越多,数据精度不断提高,探测能力得到了极大提升。评估风廓线雷达数据置信度是风廓线雷达应用中需要解决的重要问题。本文基于径向数据和风场合成两个阶段,在风廓线雷达数据反演过程中形成数据置信度算法,并引入噪声电平。同时,利用南京同站址风廓线雷达和探空1 a的资料进行匹配比对,对置信度算法性能进行评估,结果表明该置信度算法可行。将置信度算法植入风廓线雷达数据处理软件中,能实时输出含置信度的风廓线雷达产品数据,有利于预报人员合理使用置信度较高的风廓线雷达产品数据。对于置信度较差的产品数据进行分析,可有助于及时发现雷达的潜在故障。