利用风廓线雷达研究郑州机场低空急流特征及其对飞行的影响

利用2016、2017年郑州机场高分辨率边界层风廓线雷达半小时平均观测资料, 对机场上空低空急流时空分布特征进行统计研究, 结果表明:夏末、秋季低空急流出现次数相对较少, 春季、夏初是高发时期, 冬季易出现较强的超低空急流, 只有春季风速从低层到高层呈现先增大后减小、再增大的变化过程, 8月末可能是急流的时空转换期; 夜间和凌晨是高发时段, 白天降低30%~40%, 一般情况下, 00—12时(世界时, 下同)急流较弱, 12时后明显增强向上发展, 19时开始减弱, 持续至21时; 急流中心最大风速一半以上在12~18 m/s, 高度集中在60~180 m和300~900 m, 超低空急流占大部分, 夜间出现最大风速的概率远高于白天; 低空急流发生高度大部分在飞机起飞或着陆的范围内, 使飞机复飞概率增加, 对夜间航班影响更大。      

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN PULSE OF LLJ AND HEAVY RAIN USING WIND PROFILER DATA

1 INTRODUCTION With the principle of Doppler effect, the wind-profiler acquires high-resolution vertical wind profiles every few minutes and every few dozens of meters[1, 2]. In contrast, data obtained with conventional soundings do not reflect the true conditions right over the sounding site, for the balloons are going with the wind in upper levels. The National Oceanic and Atmospheric Administration, U.S.A., made a final assessment of the wind-profiler networks deployed in central …     

利用风廓线雷达对广东前汛期短时强降水类暴雨过程低空风场特征的研究

为了更加深入地了解暴雨中尺度系统,利用风廓线雷达资料,对2012—2014年发生在广东前汛期的短时强降水的暴雨过程临近时次的低空急流强度、低空急流高度、低空急流指数以及各层垂直风切变等物理量进行了分析研究。研究结果表明:（1）在广东前汛期,86%的暴雨过程都会有短时强降水的出现; （2）2 km高度以下最大风速呈正态分布特征,主要集中在10~21 m/s之间,60%以上的强降水发生前3小时低空急流便已经存在,且随着强降水的临近,低空急流的比例逐渐增大,超过80%的过程强降水出现时有低空急流相配合; （3）暴雨发生前低空急流强度基本维持,最低高度逐渐降低。强降水出现时次,低空急流表现出逐渐加强的特征,最低高度也明显下降,从而导致低空急流指数I增大; （4）地面到不同等压面的垂直风切变随着高度的增加而逐渐减小,其中强降水发生时地面到925 hPa垂直风切变相较于暴雨发生前有所增大,而地面到850 hPa及700 hPa垂直风切变在强降水发生时则表现出下降的特征; （5）选取暴雨发生前各类物理量的中值作为暴雨发生的阈值,则低空急流强度在13.5 m/s左右,最低高度为1 km左右,低空急流指数I为6×10-3 s-1左右,地面到925 hPa、850 hPa以及700 hPa之间的垂直风切变分别在7.3×10-3 s-1、6×10-3 s-1以及4×10-3 s-1左右。      

华南暴雨试验期间香港风廓线雷达资料的评估

风廓线雷达资料无论对暴雨等中尺度现象还是对季风等大尺度现象的研究都很有科学价值。为有效地利用香港天文台提供的1998年华南暴雨和南海季风科学试验期间的风廓线资料，简要介绍了资料的性质和数据结构，并对资料的有效性进行了初步评估。给出了风廓线资料有效率随高度的分布及不同天气状况对资料有效率的影响。指出每10分钟一次的资料的有效率在相邻时次之间存在很大的差别，应使用多时次平均以增强其代表性。另外，通过了一致性检验的有效资料中仍可能存在少数代表性较差的资料。风廓线资料与探空资料对比发现两者所得的垂直风场精度相当。上述结果可作为应用风廓线雷达资料时的参考。     

PLANETARY BOUNDARY LAYER HEIGHT MEASURED BY A WIND PROFILER BASED ON THE WAVELET TRANSFORM

Planetary boundary layer height (PBLH) is an important input parameter for any boundary layer study or model, either climate or atmospheric. The variation of the PBLH is also of great significance to the physical processes of numerical prediction, diagnosis of weather forecasting and monitoring urban pollutants. However, effective ways to monitor the PBLH continuously are lack. Wind profilers are commonly used in monitoring PBLH continuously because of its high temporal and spatial resolution, coupled with capability of continuous detection. In this paper, the covariance wavelet transform (CWT) is used to analyze the range-corrected signal-to-noise ratio (SNR) of the wind profiler to determine the PBLH, which is then compared with the results measured by the gradient method and the radiosonde. The conclusions are as follows: (1) The scaling parameter a and translation parameter b of the wavelet are critical in determination of the PBLH by applying the CWT as different values may get completely different results, which requires to select appropriate values in the calculation carefully. (2) Quality control is crucial in determining the PBLH because good quality control can help remove mutation points, which makes the determined PBLH more consistent with the actual situation. (3) In clear-air, the gradient method is not applicable if the boundary layer turbulence is inhomogeneous and the impact of noise is large for that it is easy to be impacted by the mutation of SNR caused by the atmosphere turbulence instability and other factors, which will cause large errors, while the CWT method as an improvement of the gradient method can determine the PBLH quite well. (4) Through quality control, the PBLHs determined by the CWT are consistent with those of radiosonde, and the correlation coefficient between them is 0.87.     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

1987年我国低空流场的特征分析

使用1987年各月逐日2个时次地面、300、600、900、500、1000、1500、2000、3000m的风场资料，计算并分析其流场特征，得出我国低空各层次流场的年、季、月平均分布特征。同时还发现我国各台站的边界层内普遍存在一个明显风速极大值区，并得出它所在的高度、风向、风速以及出现频率。     

长江流域一次大暴雨过程的低空急流形成和影响机制分析

利用WRF模式对2016年6月30日—7月6日长江流域的一次大暴雨天气过程中的低空急流进行数值模拟,在成功模拟低空急流基础上,分析此次急流过程中可能的影响机制;同时对地形高度进行敏感性试验,分析地形因素对此次低空急流可能的影响。(1)此次低空急流发生时,东侧为西太平洋副热带高压,西侧则为西南涡。这种“东高西低”的高低压配置为低空急流的形成与发展提供了有利的背景场。(2)高空急流和低空急流的耦合作用是低空急流发展的一个重要背景条件。(3)垂直方向高空动量不断下传为低空系统的发展提供了动力支持,是低空急流发生的一个重要条件。(4)逆温和垂直风切变之间的正反馈机制是低空急流形成与加强的因素之一。(5)山体在急流生成及发展过程中对气流有摩擦和阻挡作用,这种阻挡作用随着山体地形高度的增加而有所加强,同时山脉的走向会改变原始的风向,使得急流前端超前或滞后。青藏高原有强背风波效应,它的绕流和挤压作用会使得低空气流表现为狭长的带状,使动量更加聚集从而风速增加形成低空急流。      

风廓线仪研究现状与应用初探

风廓线仪是新一代大气遥感测风系统。简述了风廓线仪的工作原理,介绍了其应用研究现状,采用澳门和香港风廓线仪资料分析了热带风暴“圆规”影响时的特征,表明在热带风暴的影响下,风向转变非常快,并且在其登陆前后风向发生了明显的转变。从澳门和香港风廓线仪资料的对比及香港风廓线仪资料与探空资料的对比分析可见,风廓线仪测量的数据有较好的一致性,在珠江三角洲地区应用的前景是很广阔的。     

基于WRF模式的青岛沿海地区近地面风的敏感性研究

沿海地区受风的影响较大,不仅受大尺度季风的影响还受到中小尺度局地风的影响,利用WRF模式从参数化组合方案、土地利用数据、水平网格精度以及耦合UCM四个方面对青岛沿海地区近地面风进行了模拟和比较。结果表明,微物理方案和边界层方案对研究区近地面风的影响较大,WSM3+YSU+Revised MM5 Monin-Obukhov+KF的参数化组合方案对研究区的模拟效果较好,相关系数在0.50～0.75之间,均方根误差在1.44～1.61之间。LUCC2015和TM2015土地利用数据能够更好地反映研究区的土地利用类型的分布特征,两者的模拟效果优于MODIS2001和MODIS2013。随着水平分辨率的提高,对地形刻画越精准,模拟效果越好,并且WRF+UCM方案能显著降低城市地区近地面风速,优化模拟结果。沿海地区近地面风的影响因素较为复杂,考虑模式的参数化方案组合、土地利用数据、地形和城市等多种因素,以期为沿海地区近地面风的模拟提供依据。     

利用风廓线雷达资料分析低空急流的脉动与暴雨关系

将1998年5～7月华南暴雨和南海季风科学试验期间香港天文台提供的风廓线雷达资料和香港的每小时天气现象及雨量进行了详细的对照发现，风廓线资料可以揭示出西南季风中和行星边界层中与暴雨相联系的中尺度现象，2km高度以上的低空急流中心早于2km高度以下超低空急流中心1～2小时出现，强降水的出现和超低层急流风速中心的出现相对应的。设计了一个表征低空急流强度和高度的指数I，它可以清楚地表示出降水强度与低空急流之间存在密切的关系。分析表明在指数I迅速加强后1—2小时内将出现强降水，因此风廓线对强降水的出现有一定的预示性。     

南京近郊地区初冬大气边界层风温场的探测和分析

利用现场低空探空探测所获取的实测资料,揭示了南京近郊初冬大气边界层风、温场在不同天气条件下的特征,得出了晴天温廓线日变化的模型,用谐波分析探讨了温度和风随高度分布和随时间演变的特征。     

A STUDY OF NEAR SURFACE WIND PROFILES IN THE HEBEI COASTAL AREA BASED ON OBSERVATIONAL EXPERIMENTS

In order to provide wind profiles for the microscale numerical simulation of wind farm with complex terrain,using the 100 m tower atmospheric turbulence observation experiment data in 2010 in Hebei Province offered by National Climate Center, the variation characteristics of wind profile under the different atmospheric stability conditions are analyzed, and the wind profile expression based on the local similarity theory is established. The results show that:(1) In spring, the occurrence probability of unstable stratification in the Hebei coastal area is as high as 28%, and the probability of stable stratification is more than 43% while, in summer, the probability of occurrence of unstable stratification is as high as 80% with a lower probability for stable stratification; and(2) for stable stratification, the characteristics of atmosphere change is dramatic in terms of the vertical direction, which need to be treated layer by layer.According to the atmospheric turbulence observation experiment data above, under stable stratification, the relationship between the dimensionless velocity gradient and the stability ζ can be expressed as 1 +βmζ, with βm changing with the height: βm takes 4.1-4.3 under 30 m, βm takes 4.6-4.7 between 30-50 m, and βm takes 6.3-6.7 over 50 m.     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

二维滞弹性非静力平衡云模式第一部分──低空风切变对云微物理过程的影响

本文对已有的二维时变的深对流型模式［1］进行了部分修改和补充，尤其对于云微物理过程参数化方案进行了一些改进，使原有的模式对暖云、雹云和雪云都具有一定的模拟能力。依据建立的模式．就低空风切变（单向无扭转）对对流的影响，尤其对云和降水形成过程的作用进行了对比试验。为此我们设计了五种风速垂直分布方案进行了对比分析。结果表明：低空风切变对对流的发生、发展有很大的影响，而且对云和降水的形成过程影响更大。     

THE ANALYSIS ON THE STATISTICAL CHARACTER OF QUIKSCAT SCATTEROMETER WINDS AND STRONG WIND FREQUENCY USING REMOTE SENSOR DATA FROM QUIKSCAT

1 INTRODUCTION Most of the conventional sea surface wind data are measurements from ships, buoys and islands, with coverage and spatial resolution far below the requirements of research and application. At present, due to limited understanding of physical processes and efficient exploitation of data, numerical prediction models have not been used as they should be, although routine procedures are able to give sea surface wind fields at the intervals of 6 hours. With the development of sp…     

QuikSCAT散射计矢量风统计特征及南海大风遥感分析

主要分析了QuikSCAT散射计矢量风资料的统计特征,并利用该资料分析了南海大风频数的月变化、空间分布特征以及南海各月风场的空间分布特征.结果显示QuikSCAT矢量风在南海具有可信性;利用散射计风场资料分析发现在南海主要盛行两种风,即冬季东北风和夏季西南风,东北风最大中心在巴士海峡、台湾海峡;南海中南部存在东北季风的次大中心和西南季风的极大中心.     

用QuikSCAT资料分析"黄蜂"登陆前后近地层风场的分布特征

利用QuikSCAT资料对"黄蜂"近地层风场分布的演变特征进行了诊断分析.并采用了离散余弦转换(DCT)对其方差的波谱结构进行了讨论.结果表明台风近地层风场分布具有明显的不对称性,其方差大部分产生于波数1和2的气流中,并且与波的方向有关.当台风沿纬向西移时,有两个纬向排列的波谱中心,主要是纬向波数2和经向波数1的气流;而当台风沿径向北上时,有两个经向排列的波谱中心,主要是纬向波数1和经向波数2的气流.波数1的气流对切向风的方差做主要贡献,波数2的气流对径向风的方差做主要贡献.不对称性分布的特征随大尺度环境场和台风自转气旋环流的改变而改变.当台风靠近大陆时台风大风出现的在台风前进方向前沿,类似于陈联寿等分析的第二类台风大风模式,在左前方是西北偏北大风,在右前方是东南大风.     

登陆台风的多普勒雷达资料质量控制和水平风场反演

消除噪音和速度模糊、进行水平风场的反演并检验是正确使用和充分利用多普勒雷达探测资料的前提.对2005年8月山东烟台多普勒雷达探测到的0509号台风"麦莎"的存在速度模糊的径向速度资料首先进行噪音和速度模糊消除处理,检验结果表明对资料的退模糊处理是成功的;其次进行了水平风场的反演,并对反演的风场从雷达径向速度的特征、大尺度环境风场特征、与卫星云图云带的对比和以台风中心为圆心计算的径向风垂直剖面特征等方面进行检验.结果表明,利用单多普勒雷达探测资料得到的水平风场能够清晰地给出登陆热带气旋内部存在的中小尺度系统,及其水平和垂直结构,并表明与台风外围雨带强降水区域相对应的是明显的中尺度水平风场的切变与辐合区.反演风场也可以为进一步利用单多普勒雷达探测资料分析和研究登陆台风内部的中尺度结构提供高分辨率的可靠的分析资料.同时证明,使用的退速度模糊方法能够有效地应用于较完整资料的速度模糊的自动消除,以及VAP方法对于中小尺度风场分析的实用性.     

丘陵山区低空急流特性分析

利用丘陵区边界层实测资料，分析了该地区８－９月份低空急流的特征及其演变规律；并从测站所处的地理环境，山凰 地形的力差异以及适中的风平流作用等，探讨了测站上空逆温的形成及其对低空急流的形成和维持作用，根据地形热力差所导致的气压斜压性，研究了低空急流的生消可能机制。