毫米波雷达在北仑港区海雾监测中的应用

2016年底,毫米波雷达在国内首次作为一种海雾监测的技术手段被引入到宁波北仑港区。本文利用2015—2018年北仑港周边多个区域自动站的能见度监测资料,分析区域内海雾分布特点,并对比了2018年两次低能见度天气个例。结果表明:①不同区域海雾差别较大,沿海区域雾日比陆地多,高海拔的较低海拔多;②港区海雾主要出现在3—6月并有逐月增多趋势;③毫米波雷达监测到的海雾个例,回波强度在-20dBz左右,可完整记录雾的空间分布及其生消过程,毫米波雷达能清晰监测到云、雾的分层分布。毫米波雷达在港区海雾监测中具有明显优势。     

毫米波雷达在港口海雾观测和能见度反演中的应用

利用2014年12月和2015年3月浙江省宁波市北仑海港光明码头毫米波雷达观测数据及分布在毫米波雷达附近的4部前向散射能见度仪观测数据,开展海雾联合观测实验,建立雷达反射率与海雾能见度的关系。结果表明:(1)毫米波雷达可以获取海雾的内部结构、分布范围、云雾强度随距离和高度的变化趋势;(2)当雷达反射率上升时,能见度降低,反之升高。通过毫米波雷达反演的能见度与能见度仪观测值有较好的相关性;(3)订正后的反演算法进一步提高了毫米波雷达反演海雾能见度的准确性。     

毫米波测云雷达的系统定标和探测能力研究

毫米波测云雷达是中国自主研制的一部双线偏振全相干8.6 mm波长的测云雷达.本文在介绍该雷达系统的参数和技术特点的同时;重点阐述了厂家用外接仪表对该雷达天线系统、发射机系统以及接收机系统等硬件参数进行测试的方法,检验了雷达回波功率动态范围的定标和测量参数的定标结果;并从理论计算,配合试验区域内另外两部10cm波长的天气...     

闽南沿海一次春季海雾过程微物理特征分析

利用地面自动站观测、风廓线雷达、ERA5再分析资料、葵花8号高分辨率卫星资料以及FM-120型雾滴谱资料,分析了2019年4月7日闽南沿海一次强浓雾过程的环流形势以及微物理特征。环流形势分析表明,此次海雾过程500 hPa为槽底偏西西北气流,700 hPa至地面为一致的偏南气流,探空形势稳定。海雾发生前,整层风速明显减小,弱风速层厚度迅速增大,为海雾的形成提供了稳定的环流背景。卫星监测分析表明,海雾首先快速形成于台湾海峡上,在偏南气流作用下,平流至沿海地区。水文条件分析表明,福建近海存在一条冷水带,从海峡中部至沿海海温梯度大,海温在18～24℃,近海气海温差介于0～2℃,有利于海峡内平流冷却雾的形成。雾滴谱分析表明,翔安站能见度显著下降伴随着粒子数浓度、液态水含量显著增加,雾滴谱爆发性拓宽。海雾过程中,5 min平均粒子数浓度最大超过200个·cm^-3,瞬时数浓度最大达到468个·cm^-3,雾过程平均数浓度为100个·cm^-3。5 min平均液态水含量最高达到0.41 g·m^-3,瞬时液态水含量最大...     

2018年2月琼州海峡一次持续性海雾过程特征分析

基于逐小时地面常规观测资料、L波段探空资料、风廓线雷达风场资料和日本葵花气象卫星数据及ERA-Interim再分析资料,对2018年2月15—25日琼州海峡持续性海雾过程进行诊断分析。结果表明:此次持续性海雾过程分为4个阶段、3种类型,即15—17日辐射雾、18—20日和24—25日平流雾、22日锋面雾。辐射雾期间,琼州海峡为均压型环流控制,夜间气温降低,水汽处于饱和状态,1000 m以下存在双层逆温结构,雾顶出现在第一逆温层底部。两次平流雾期间,琼州海峡为入海变性高压脊后部偏强的东到东南风控制,气温(相对湿度)长时间维持不变(饱和),但18—20日的低空湿平流较24—25日强,水汽辐合层较厚,且比湿持续增大,致使平流雾持续时间较长;600 m以下较大的垂直风切变使雾层混合均匀,雾顶可发展至1000 m以上。锋面雾期间,徐闻站为4 m·s^(-1)以上的偏北风且伴有弱降水,琼州海峡附近低空为湿平流(水汽辐合)中心和冷暖平流交汇的锋区。海雾各阶段,气-海温差在-2~3℃之间,当气-海温差增大时,海雾消散。     

一次华南海雾过程的观测分析

针对华南粤西沿海出现的一次海雾过程,采用现场观测试验获取的数据,结合NCEP再分析数据,分析了此次南海北部海雾的大尺度环流背景、边界层结构以及雾的微物理特征.分析结果表明:这一海雾过程发生在春季西南低涡发展南下的天气背景下,大气底层有明显暖湿气流输送、而高层层结稳定;在西南低涡特殊的天气背景下,白天雾层较浅薄,夜间雾层向上发展;雾的微物理结构与雾层的发展有密切关系,在雾的初始阶段大水滴明显较多,而在雾层向上发展、垂直混合阶段,雾滴有明显的蒸发现象,雾滴具有局地特征.     

降水-雾过程毫米波雷达探测分析

运用毫米波雷达探测对2017年4月15日夜间造成低能见度天气的降水-雾过程进行了特征分析.水平分布特征分析得出该降水-雾过程空间尺度约为15 km,雷达回波强度范围为-20～25 dBz.对该过程的垂直结构进行分析后显示,此过程经过时,近地面经历了由降水到雾的一系列转变过程.对雷达径向速度的分析显示过程的主体结构较稳定...     

琼州海峡一次持续性海雾过程分析

利用中国第一代全球大气/陆面再分析产品(China’s first generation global atmospheric/land surface reanalysis product,简称CRA),结合地面自动站观测、中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、葵花8号卫星资料,分析了2021年1月21—26日琼州海峡一次持续性海雾过程的发展演变、环流形势以及边界层特征,同时分析了两种不同类型雾的形成机制。结果表明：(1)21—22日为低层冷空气扩散形成的锋面雾;23—26日为冷高后部偏东气流型平流雾过程,其中23日23:00至24日14:00大雾发展最强盛,连续12个时次出现特强浓雾,最小能见度达25 m。(2)锋面雾阶段,偏北风影响,风速为1～3 m/s;平流雾阶段,偏东风影响,风速为4～6 m/s。(3)锋面雾阶段,水汽辐合中心位于琼州海峡南岸至海南岛东北部陆地,大雾在陆地开始发展。平流雾阶段,水汽辐合中心位于琼州海峡北岸至海南岛东部海面一带,大雾自海上发展。(4)锋面雾阶段,逆温层在950 hPa左右高度发展,为下冷上暖的平流配置;平流雾阶段,950 hPa以下均为暖平...     

基于毫米波云雷达的伊犁河谷两次强降雪过程云特征观测分析

利用Ka波段毫米波云雷达、地面气象综合观测资料对伊犁河谷2019年2月1日00时—2日03时BT(简称"2·1"过程)和2月6日10—20时BT(简称"2·6"过程)两次强降雪过程云宏观特征和微物理变化进行分析。结果表明:(1)"2·1"过程云阶段性变化明显",2·6"过程云的阶段性变化不明显,1 km以下雪粒子下降速度"2·1"过程整体上小于"2·6"过程,1 km以下"2·1"过程雪粒子下降速度随时间的变化呈现先减小后增加的趋势,而"2·6"过程程雪粒子下降速度随时间的变化呈现从大到小的趋势,这可能是"2·1"过程云阶段性变化明显而"2·6"过程中云阶段性变化不明显的原因;(2)1 km以下反射率因子较大和雪粒子下落速度较大同时满足时,两次过程地面小时降雪量较大。降雪消散阶段"2·6"过程对流运动比"2·1"过程剧烈,强烈的对流运动使得"2·6"过程降雪快速消散,地面降雪量迅速减小;(3)"2·1"过程旺盛阶段3 km以下反射率因子集中在20～30 d BZ,雪粒子含水量集中在0.1～0.18 g/m~3,"2·6"过程旺盛阶段2 km以下反射率因子集中在20～35 d BZ,雪粒子含水量集中在0.1～0.26 g/m~3。     

毫米波多普勒雷达RHI退速度模糊研究

毫米波测云雷达是探测非降水云和弱降水云的理想工具,但由于其波长较短,最大不模糊速度较小,因此容易产生多次速度模糊现象,纠正速度模糊是充分利用多普勒雷达风场信息的前提。针对毫米波雷达距离高度显示器RHI(Range Height Indicator)的速度模糊现象,提出了两种退模糊方法,即人机交互方法和自动方法,并用实测数据进行了试验。试验结果表明,两种方法都能较好地退除毫米波多普勒雷达速度场中的速度模糊现象。相比较而言,自动方法比人机交互方法处理效率高,若对于比较小的孤立区域,人机交互方法更有优势。     

W波段毫米波云雷达技术的研究进展

毫米波雷达相比于厘米波雷达对非降水云的观测具有更高的灵敏度,因此世界发达国家已经广泛利用毫米波雷达进行云的观测实验。国内的毫米波云雷达受器件及加工工艺的限制仍处于发展阶段,在此背景下本文从地基、机载以及星载3个方面对国内外W波段毫米波云雷达进行总结,根据毫米波雷达的天线、发射电路、接收电路以及信号处理4个方面分析其原理框图及性能参数,最后利用英国Chilbolton观测场的94GHz Galileo雷达对2008年4月4日的非降水云进行回波数据的分析,结果表明Galileo毫米波雷达能够很好地对云以及雾进行探测,其结论为国内W波段毫米波云雷达的设计提供借鉴。     

毫米波云雷达冻雨 降雪微物理和动力特征分析

目前冬季冻雨和降雪垂直结构的精细化研究十分缺乏,为开展这方面的研究,对垂直指向Ka波段毫米波云雷达冬季在贵州威宁观测的功率谱数据进行反射率因子、速度谱宽参数的提取,且新颖地提取了可以反映粒子下落过程变化的偏度参数。通过反演空气垂直运动速度得到粒子的下落末速度,进而得到垂直方向上的平均粒子半径,随后分析了垂直方向上液态水含量和冰水含量的变化,并结合探空数据及各参数在垂直结构上的变化分析了下落过程中粒子的发展变化过程。分析结果表明:冻雨回波特征是片状不均匀结构,而降雪的丝缕状结构明显;冻雨和降雪过程初始形成的平均粒子半径分别在40和120μm附近;冻雨过程粒子从初始形成到迅速碰并形成大的粒子并开始下落大约要0.2 km左右;云顶高度较云中液态水含量、冰水含量的高度高0.1 km左右,高出范围内的云内含水量很小,各参数在垂直结构上的变化相一致。     

毫米波测云雷达融化层自动识别技术

为了充分利用雷达数据中的融化层信息,通过分析融化层在反射率因子和线性退极化比(LDR)参量中的特性,结合国内某型毫米波测云雷达的特点,提出了一种融化层边界自动识别的技术。利用2010年5-10月国内某型毫米波测云雷达在杭州的探测资料及相应的探空资料,对识别结果以及算法中参数的敏感性进行了对比和分析。对比结果表明,该方法能有效识别亮带的存在,得到的融化层上边界平均高度与实测零度层高度的误差小于100 m。参数的敏感性分析表明,融化层在反射率和LDR中的特性存在差异,其厚度在600～1500 m。毫米波测云雷达距离分辨率高、LDR对融化层敏感以及使用反射率和LDR双重约束是识别出的融化层边界误差较小的原因。     

基于深度学习的卫星多通道图像融合的海雾监测处理方法

海雾无论在海上还是在沿岸地带，都因其恶劣的能见度对交通运输、海洋捕捞和海洋开发工程以及军事活动等造成不良影响，因此对于海雾的实时监测和预报就显得尤为重要。本文提出了基于深度学习的静止气象卫星多通道图像融合分割算法，使用D LinkNet深度卷积神经网络语义分割算法模型对黄渤海海域范围的16通道、空间分辨率为0.5 km的Himawari 8卫星数据进行研究。分别采用均交并比（mIOU）以及观测值检验作为评价指标，在测试集上的mIOU为0.9436，并且用卫星测试数据结果与海上观测数据结果进行对比，得出雾区准确率（检测有雾且真实有雾/检测有雾）为66.5%，雾区识别率（检测有雾且真实有雾/（真实有雾-云覆盖））为51.9%，检测正确率(检测正确/总样本)93.2%。本文提出的方法能为海雾监测提供一个可靠的参考。     

黄渤海一次持续性海雾过程形变特征及其成因分析

2016年3月3—5日,渤海和黄海大部出现了一次大范围持续性的海上大雾天气过程。本文从卫星遥感监测上分析海雾在生成、发展和消亡三个阶段的形态演变特征。从海洋气象条件上分析了山东半岛东南近海没有海雾和海雾形态演变的原因。结果表明:(1)在海雾形成初期,在山东半岛东南海域有弱气旋性弯曲,大气层结不稳定,地面形势受低压影响,虽受偏南风控制,但湿度小,无水汽辐合,因此在山东半岛东南近海没有雾。(2)海雾的形成与低层的偏南暖湿气流有关,而这个偏南暖湿气流来源于西北太平洋,雾区对应着水汽辐合区,海气温差为0～1℃的区域与雾区吻合,在海雾发展成熟期,雾顶长波辐射导致雾体降温,出现气温低于海温的现象。(3)925～1000 hPa垂直风切变有利于海雾在逆温层内维持和垂直高度上的发展,形成有一定厚度的海雾。     

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。