X波段双偏振雷达在冰雹和强降水天气识别中的初步应用

文章利用X波段双偏振雷达,通过分析差分反射率因子、差分传播相移和零滞后相关系数等双偏振参量特征,识别了呼和浩特地区两次强对流天气过程,并与对应时刻的地面雨滴谱观测资料进行对比,检验了识别效果。从个例分析结果来看,此X波段双偏振雷达具有较好的识别效果,当雷达回波强度大、差分传播相移小且差分反射率因子和零滞后相关系数也较小时,产生冰雹的可能性较大;当差分反射率因子值较大,差分传播相移高且零滞后相关系数接近1时,由大粒子组成的强降水天气的可能性大。同时,雨滴谱仪的天气现象识别、粒子谱连续监测和高频率数据采集等特征,在双偏振雷达的冰雹和强降水天气识别检验中提供了重要的数据支撑。     

X波段双偏振雷达冰雹偏振参量特征分析

利用MaXPol双偏振雷达观测的26个雹云单体和冰雹资料进行反演,统计分析了降雹前偏振参量特征和强中心回波顶高变化,并对雹灾最严重的一次过程进行个例分析。结果表明：①雷达的冰雹指标为Zh（反射率因子）＞50dBz、ρHV（相关系数）≤0.8、-2dB＜Zdr（差分反射率）＜1dB且强中心回波顶高至少超过-10℃层。降雹前时间为6～12min,大冰雹的平均时间是小冰雹的1.6倍。②降雹前大、小冰雹强中心回波顶高走势一致但在4～5min大冰雹强中心回波顶高增长率明显大于小冰雹。③只有大冰雹强中心回波顶高能突破-30℃层。④个例分析发现强中心与冰雹区并非一一对应,生成发展阶段冰雹区集中位于强中心后侧相关系数环内,悬垂于0～-20℃层;成熟阶段冰雹区扩散包含强中心,悬垂的冰雹区坍塌接地,降雹开始。     

不同尺寸冰雹S波段双偏振雷达偏振量特征统计

冰雹大小影响天气灾害的程度,为发展基于双偏振参量识别冰雹大小的算法,筛选了2019年、2020年山东省发生的33例冰雹事件,依据我国冰雹等级划分标准将其划分为小冰雹、大冰雹、特大冰雹,基于湿球0℃及冰雹融化特性确定了7个高度层,探讨了3类冰雹在不同高度层的双偏振参量分布特征,并获得了冰雹的偏振参量阈值。研究表明：在相同高度,冰雹越大雷达水平反射率因子Z_h中位数越大、差分反射率因子Z_dr中位数越小且基本为正值,但在-10～-20℃层,大冰雹的Z_dr中位数易呈现负值;相关系数CC中位数随冰雹增大或高度降低而减小,但特大冰雹在0℃层到H_0℃-1 km (0℃层下1 km)之间由于融化比例较小CC反而会稍大;冰雹差分相移率K_DP中位数在0℃层以上为0°/km左右,在0℃层以下随高度降低冰雹融化而增加;大冰雹或特大冰雹基本特征是Z_h大、CC小、Z_dr小,CC可低至0.7以下,所有冰雹的Z_dr、K_DP可...     

黔北一次冰雹天气过程C波段双偏振雷达资料分析

【目的】为进一步探索C波段双偏振雷达参数指标的本地化运用。【方法】利用习水C波段双偏振雷达资料、地面自动站资料、探空资料,对2022年3月16日发生在黔北的一次冰雹天气过程成因以及双偏振雷达回波特征进行分析。【结果】（1）此次强对流天气发生在500 hPa前倾槽前、低层低涡切变东南侧,中低空急流的北侧及地面低压倒槽内,同时午后升温及中高层干冷平流入侵,使得层结更趋于上干冷下暖湿的不稳定层结,冷锋前沿的地面辐合线为过程提供了触发机制。（2）过程由多单体风暴引发,最大反射率因子达65 dBz,40 mm冰雹出现了三体散射,剖面图中出现了悬垂结构和有界弱回波区,低层观测到辐合速度对。（3）对比30 mm和40 mm的冰雹双偏振参数发现：融化层以上冰雹Z_DR在-1~0.2 dB,CC值在0.90~0.99之间,K_DP均为0;从融化层以下,30 mm冰雹CC值在0.70~0.90,40 mm冰雹CC值在0.80~0.97,两者有所区别,Z_DR也有明显增加,在0~4 dB之间;由于融化层以下大雨滴的混合,K_DP在0~3.1 °·km^-1之间。（4）大冰雹偏振参数出现明显Z_DR柱、K_DP柱,CC谷,CC图中出现明显的非均匀波束充塞,Z_DR和CC图中有明显的三体散射现象。【结论】该文仅是对一次多单体天气过程个例的偏振参数特征粗略分析,未来仍需分析更多个例用以完善C波段双偏振天气雷达在强对流天气中各种偏振参数的标准,为实际业务提供更精准的参考。     

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

泸州X波段双偏振雷达在冰雹识别中的对比应用

利用实况观测资料、714X 波段双偏振多普勒雷达和 5 部拼接的 S 波段雷达资料,对 2020 年 5 月 30 日泸州一次冰雹过程进行对比分析。结果表明：此次冰雹过程是在 200hPa 西风急流、850hPa 切变、地面辐合线和冷空气的共同作用下发生的。整层大气具有强的不稳定性,存在较强的风切变,各项探空指数也有利于冰雹等强对流天气的发生。冰雹过程中,X 波段的回波位置和实际降水、降雹区相匹配,但回波强度偏弱;S 波段的回波位置较实况落区偏西,回波强度和实况更匹配。S波段的 VIL 能够较好地反应冰雹粒子的存在。X 波段的 R_(HV) 能够有效地区分冰雹和强降水回波,而 K_(DP)、Z_(DR) 存在空洞现象,应用稳定性较差,需结合其它参量进行冰雹识别。     

双偏振雷达对贵州一次强对流过程的应用分析

利用习水双偏振雷达对2021年5月2日发生在贵州西北部的一次冰雹、短时强降水过程进行分析,结果表明：双偏振雷达能够很好区分出冰雹和短时强降水,并可以分析出冰雹相态演变：高空出现明显的冰雹特征(差分反射率因子Zdr、差分相移率Kdp小于0 dB,相关系数CC为0.9～0.95),随着高度降低Zdr和Kdp从负值向正值转变,CC增加到0.95左右,表明冰雹在下落过程中融化为包裹着水膜的小冰雹并伴随降水,这与地面观测事实一致。观测到CC谷、Zdr弧、Zdr柱、Kdp柱和典型的三体散射双偏振特征,这些特征对雹暴的演变有指示作用。短时强降水回波的Zdr和Kdp随反射率因子强度的增大而增大,CC＞0.95,Kdp大值区能更好的指示出短时强降水的位置。     

X波段双偏振雷达相态识别与拼图的关键技术

X波段双偏振雷达具有时空分辨率高、易于布网的特点,但散射特性差异和衰减影响使现有S波段雷达的相态识别和拼图算法不适用于X波段双偏振雷达。该文针对X波段相态识别及拼图产品的关键技术开展研究,提出基于准垂直剖面的融化层识别方法、基于数据质量的置信度阈值调整方法、基于统计的隶属函数参数改进方法和基于衰减程度的拼图融合方法。通过对比改进后可有效提升水凝物相态识别结果的可靠性和多雷达拼图结果的合理性。在2016年汛期北京典型个例中,融合后的X波段雷达网与当地S波段业务雷达相比能够提供更精细的回波结构和水凝物相态分布,有效缓解S波段雷达在近处探测能力降低的问题,识别的降雹区与地面观测相符。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。     

基于S波段双偏振雷达观测的雹暴偏振特征分析

为了研究雹暴的偏振特征及其在实际业务中的应用,使用S波段双偏振雷达所观测到的46例冰雹数据,对其中反复出现的3种偏振特征:冰雹在各高度层的偏振参数特征、差分反射率因子柱、三体散射偏振特征进行了分析,重点分析了3种偏振特征大、小冰雹事件的差异.结果表明:(1)大冰雹的水平反射率因子中位数要高于小冰雹,二者的水平反射率因子...     

基于双偏振X波段雷达的2021年内江两次强对流过程分析

利用常规观测资料、内江X波段双偏振雷达资料,对2021年7月和8月出现的两次不同类型强对流天气进行分析研究。结果表明：7月的天气过程为副高外围低值系统影响的区域性暴雨,各层形势配合较好,8月的过程为副高内部的雷暴大风天气过程,中低层以偏东风气流和倒槽切变为主,局地性降水明显;双偏振X波段雷达基本能够反映上述两次强对流天气,对流性降水中Z_DR在−3.5~3.0 dB之间变动,K_DP大于3°/km,ρ_hv在0.98以下;稳定性降水Z_DR为均正,最大可超过3.5 dB,K_DP在−0.5~1°/km区间内变动,ρ_hv在0.98以上;大风过程中Z_DR在−3.5~3.5 dB之间变动,K_DP为正且超过2°/km,ρ_hv在0.98以上。     

北京地区强对流天气雷达回波特征

通过近 2年的观测 ,收集了一些新的、不同类型的强天气个例的回波资料。对其中典型个例的分析可以得到北京地区的一些强天气的雷达回波特征。冰雹、雷雨大风回波高度高 ,达 1 2km ,暴雨过程回波高度仅 7km ;冰雹、雷雨大风这类强对流天气的雷达回波移动速度快 ,而局地暴雨的雷达回波移动速度缓慢。通过对多普勒径向速度图的分析 ,可以得出冰雹、雷雨大风与暴雨的动力结构有着明显的差异。地形的影响是显著的     

强对流天气的雷达回波分析与预报

利用７１１转达做短时预报的关键是地雷达回波正确判别。根据观测资料及短时预报经验,并依据本地的特殊地形及气候特征,着重分析了强对流雷达回波的形状特征并引进了能量天气学的方法,以得出具有可操作性简明判据。     

X波段双偏振雷达水凝物粒子相态识别应用研究

对云中水凝物粒子分类识别是双偏振雷达的主要应用之一。本文利用IAP-714XDP-A X波段双偏振雷达观测数据,在对其进行质量控制的基础上,利用滑动自适应订正算法对雷达反射率及差分反射率进行衰减订正,进而采用纹理参数SD（Z_H）和SD（?_DP）区分气象回波与非气象回波,最后建立基于X波段双偏振雷达偏振参量（Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV）、环境温度T和纹理参数（SD（Z_H）、SD（?_DP））的模糊逻辑水凝物粒子分类识别算法。本文通过对2016年8月7日一次低仰角的观测,检验了纹理参数SD（Z_H）和SD（?_DP）对气象回波和非气象回波的识别效果,结果表明:SD（Z_H）与SD（?_DP）两者结合可有效区分气象回波和非气象回波;用2015年8月7日北京一次较大范围的降雹个例,对建立的模糊逻辑水凝物粒子分类识别算法进行效果验证,识别降雹落点与地面观测降雹落点一致,表明各种水凝物粒子对应偏振参量取值范围合理;对2016年9月14日一次处于不同发展阶段的多单体对流云进行水凝物粒子分类识别,结果显示处于发展阶段对流云中存在过冷水柱,其形成的微物理过程是对流云中强烈的上升气流将暖层的水滴抬升到0℃层之上形成过冷云雨水,进而冻结形成雹胚并发展成为冰雹。     

一次强对流天气的闪电雷达特征分析

利用常规资料及闪电定位资料、多普勒雷达资料,分析了2008年8月13日开封市雷电强对流天气过程,结果表明:这次强对流天气发生在高空低槽东移、开封受584 dgpm线控制的有利天气背景下,闪电发生在切变线和中β辐合线附近,闪电与逆风区、强回波及回波顶高有很好的对应关系.     

Reliability of X-band Dual-polarization Phased Array Radars Through Comparison with an S-band Dual-polarization Doppler Radar

Based on the observations of a squall line on 11 May 2020 and stratiform precipitation on 6 June 2020 from two X-band dual-polarization phased array weather radars(DP-PAWRs) and an S-band dual-polarization Doppler weather radar(CINRAD/SA-D), the data reliability of DP-PAWR and its ability to detect the fine structures of mesoscale weather systems were assessed. After location matching, the observations of DP-PAWR and CINRAD/SA-D were compared in terms of reflectivity(ZH), radial velocity(V), dif...     

X波段移动天气雷达产品在人工增雨中的应用

2020年5月19日四川省绵阳地区实施了一次人工增雨作业,利用X波段移动天气雷达产品,对作业前后雷达回波和地面降水资料进行了对比分析。结果表明：反射率因子大于20dBz、垂直累计液态水含量（VIL）达到 0.3kg/m² 以上时,云层具备较好的降水条件,有利于实施人工增雨作业;增雨作业后,反射率因子最大强度、平均强度和降水回波面积都明显增大,回波中心 VIL 显著上升;利用对比区和影响区降水资料分析得到相对增雨率为 18.9%,绝对增雨量达 6.2mm,作业催化取得较好效果。     

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%。     

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。