WSR-88D多普勒天气雷达冰雹探测算法及评价

详细介绍了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达冰雹探测算法的设计,使用,并进一步分析该算法存在的优点和不中,最后,指出业务运行中改进的使用步骤和方法,有效地提高了ＷＳＲ－８８Ｄ多普勒天气雷达探测,预报冰雹的能力。     

基于多雷达三维插值格点强冰雹诊断因子的强冰雹识别方法

为解决单部雷达强冰雹识别产品在雷达的探测范围、雷达的静锥区以及与基于格点的近风暴环境因子的融合上存在局限性的问题,本文建立了雷达反射率因子的三维局部空间插值及多部雷达拼图方法;类似于SCIT算法的风暴单体的VIL及SHI等冰雹识别参数的计算,基于多部雷达三维插值拼图数据集,实现了格点VIL、SHI、POH和POSH等算法,建立了基于三维格点的多部雷达强冰雹识别参数因子、风暴数值模拟的近风暴环境因子(0°层及-20°层高度)为识别参数的冰雹识别算法。为确定适合于贵州地区的冰雹识别阈值,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及贵州2005年和2006年8次贵阳、遵义雷达站冰雹个例观测资料,建立了冰雹算法校验数据库;通过对降雹校验数据库的统计分析,建立了适于贵州地区VOD与冻结层高度统计关系式,确立了VIL密度产品的强冰雹判别阈值,并通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法,在贵州西北部到中部一线的一次强冰雹过程中对强降雹区的识别效果较好。     

基于SWAN的冰雹探测算法研究

为了提高冰雹短时临近预报的准确性,首先介绍了WSR-88D冰雹算法原理,提出了在SWAN中使用垂直高度阈值进行改造的方法,通过和PUP产品数据进行对比,验证了算法的正确性。其次,针对业务中出现的冰雹尺寸计算值过大问题,通过与有冰雹尺寸记录的实例进行比较,使用最佳的幂函数拟合进行了修正。最后,对业务中常见的由超折射引起的虚警进行了分析。结果表明,设定风暴中心附近的反射率垂直梯度阈值3,可以消除大部分的超折射。对于由冰雹产生的阈值3的风暴,继续使用二维风暴个数7的阈值进行识别,可以减少误判率,取得较理想的效果。     

上海南汇WSR-88D双偏振天气雷达的生物 回波识别与分析

为识别我国新一代天气雷达的生物回波,研究长江中下游地区天气雷达观测到的生物迁飞发生发展规律,选取上海南汇WSR-88D双偏振天气雷达2018年春季的观测数据,应用反射率因子Z、双程差分相位Φ_(DP)、0延迟相关系数ρ_(HV)等雷达物理量和反射率因子纹理SD(Z)、差分相位纹理SD(Φ_(DP))等反映观测值小尺度数值变化的参量,用Python语言设计基于模糊逻辑算法的雷达回波分类程序识别生物回波,识别结果以生物回波采样点的生成时间(世界时)为横坐标,分析了2018年春季上海南汇天气雷达生物回波识别结果的日变化特点,讨论了降水、风及温度等气象条件对生物迁飞的影响。结果表明,S波段天气雷达无法分辨生物单体,但在春季有大规模生物迁飞的时段能够对昆虫成层定向迁飞的现象进行有效识别,3月生物迁飞活动强度较弱,4月和5月回波强度显著增强。地物回波(超折射回波)在雷达低仰角观测中,对有效识别生物迁飞回波尤其具有阻碍性。为此,在原有算法的基础上,用标准化频率直方图对迁飞现象明显时段的数据中生物回波点的以上4个变量观测值进行概率统计,揭示生物回波与地物(超折射)回波雷达物理量之间的差异。     

多普勒天气雷达冰雹探测算法评估及检验改进

利用新一代多普勒天气雷达资料和WSR-88D提供的冰雹指数算法,对2005年1月至2007年8月发生在贵州省黔西南地区的20个冰雹个例进行验证。用此算法对20个风暴日的样本计算了WT（警报阈值）、H（相对雷达的高度）、M（漏报率）、FA（虚警率）、POD／FAR／CSI（探测概率／误报率／临界成功指数）等多个函数,并将这些数据与强冰雹指数（SHI）作对比分析,将SHI作为冰雹尺寸的预报因子进行独立评估,对实际观测到的冰雹尺寸与模式预报尺寸进行比较。在考虑了本地环境、气候特征的前提下对误警率较高的情况进行了算法补尝,并针对误警率较高的现象提出解决办法：①输入当天的正确0℃／-20℃高度,②提高冰雹探测反射率阈值。用改进方法对2007年发生的9次冰雹天气过程进行对比检验。结果表明,误报率有所降低,预报冰雹尺寸更接近实际探测尺寸。     

新一代天气雷达冰雹探测算法及在业务中的应用

利用新一代多普勒雷达资料,基于美国NEXRAD的新一代冰雹探测算法的主要思路,编写了冰雹算法的程序,利用该程序对16次观测到的冰雹个例进行了分析。结果表明冰雹探测算法对冰雹有比较好的识别能力,并且,针对误报率比较高的现象提出了解决的方法。     

CINRAD/SA雷达冰雹探测算法效果检验及参数本地化

2004年CINRAD/SA雷达新的冰雹探测算法(HDA)代替了原来的算法,新的冰雹探测算法(HDA)估测任意尺寸的冰雹概率(POH)、直径大于等于19 mm的强冰雹概率(POSH)和最大冰雹直径预测(MEHS)。结合济南雷达探测资料对冰雹探测算法预测效果进行了检验,虽然有较高的探测准确率,但同时错误率较高,临界成功率较低,最大冰雹尺寸预测值与实况的平均差值约为14.6 mm。对2002~2005年济南雷达站的历史资料进行了统计分析,降雹单体和非降雹单体在最大反射率因子上存在较大差异,5、6、7月的降雹单体最大反射率因子平均值分别为59.7、61.86、3.9 dBz,非降雹单体最大反射率因子平均值分别为53.8、54.9、55.6 dBz。依据统计数据,对冰雹探测算法中的反射率因子等门限值调整为53 dBz后,冰雹预测仍具有较高的探测准确率,错误率和临界成功率得到了明显改善;对最大冰雹尺寸预测中的算法因子门限值调整后,预测值与实况有较好的对应关系。     

基于ROSE2.0的普洱地区CINRAD/CC雷达冰雹探测算法评估及参数本地化

为提高冰雹探测算法（Hail Detection Algorithm,HDA）产品的可用性,针对2015—2020年普洱地区监测到的22次冰雹个例,利用新一代雷达业务应用软件ROSE2.0对相关雷达基数据进行回放及产品分析,以命中率、虚警率、临界成功指数为指标对HDA算法在普洱地区的识别效果进行评估并给出本地化参数配置方案。结果表明:HDA算法在普洱地区命中率接近100%,但虚警现象非常普遍,使用强冰雹概率（Probability of Severe Hail,POSH）的预警效果优于任意大小冰雹概率（Probability of Hail,POH）,且冰雹尺寸越大POSH虚警的概率越低。进一步使用模拟测评法对POSH算法的适配参数进行分析,发现正确输入降雹日当天的0 ℃层和-20 ℃层高度能有效减少POSH的虚警率及提高临界成功指数;同时使算法预测的最大冰雹直径普遍偏大的情况得到控制,其中,中小冰雹直径偏离百分比减小76.07%,改善效果显著高于大冰雹。此外,增大反射率因子及POSH阈值能有效控制虚警,但也导致漏报次数快速增加,当阈值太大时命中率明显降低,为了保证较高的命中率和临界成功指数,选择Z=50 dBz或POSH=70%为阈值能明显改善HDA算法的识别效果。     

CINRAD/SA雷达强冰雹识别算法的应用检验

为更好地应用HDA算法产品并为进一步优化冰雹识别算法提供参考,应用2004—2010年武汉雷达和2007—2008年济南、青岛、烟台、宜昌、郑州和重庆共7部雷达监测到的28个直径大于等于19 mm的致灾性强冰雹天气个例,对CINRAD/SA雷达的强冰雹识别及最大冰雹直径（MEHS）预测产品进行了检验分析,同时对我国北方（济南、青岛、烟台、郑州）雷达和南方（武汉、宜昌、重庆）雷达的冰雹识别及大小预测效果进行了对比。结果表明：1）在不订正0℃层和-20℃层高度时,该算法对强冰雹天气的识别效果较好,但对MEHS的预测效果较差。2）每个雷达站对强冰雹识别和MEHS预测的效果差别不大,南方雷达和北方雷达对强冰雹的识别效果相近,但南方雷达对MEHS的预测效果较好。3）强冰雹识别和MEHS预测在5月份效果最好,8月份最差;该算法对大冰雹的识别效果较好,但仅对直径为40～49 mm的冰雹直径预测效果较好。4）冰雹识别产品对强冰雹的识别效果随所识别冰雹概率（POSH）增大而增强,当POSH=100时,临界成功指数CSI为100%,发生冰雹天气的可能性非常大。     

多普勒雷达探测冰雹的算法发展与业务应用讨论

目前我国CINRAD WSR 98D SA/SB及部分C波段多普勒雷达内置的算法参数是美国WSR 88D的缺省算法参数,我国业务人员发现由冰雹探测算法得到的冰雹指数产品在实际业务应用中存在过高预报冰雹尤其是强雹发生概率及冰雹尺寸偏大问题。针对此认识,本文首先从算法演变过程说明目前WSR 98D算法中强雹发生概率及冰雹尺寸的缺省参数来自于美国1992年俄克拉荷马和弗罗里达的10 个强雹个例资料集。基于此强雹数据集得到的算法参数本身就高估了强雹概率及冰雹尺寸,即过高预报强雹概率是由算法本身局限性所造成;在不改变当前冰雹探测算法参数设置的情况下,结合前期的冰雹算法,业务上可以使用其他一些环境参数及多普勒雷达探测特征作为强雹预报的辅助判据,如VIL、VIL密度、TBSS等;根据强雹形成物理过程,提出在不失一般性的假设下,-20℃层CAPPI产品上55 dBz范围超过100 km2可以作为快速判断单体降强雹的补充阈值使用。     

WSR-88D多普勒天气雷达的运行设计和使用情况分析

介绍了上海市气象局ＷＳＲ－８８Ｄ型多普勒天气雷达的架设,通信传输,系统数据流,产品的获取方式,雷达可调参数设置等运行设计,并例举了１９９８年的三个应用实例,表明ＷＳＲ－８８Ｄ对强风暴具有很强的探测能力,通过对风暴的结构和多普勒风场连续演变的分析,在强风暴的短时预报中发挥了明显的作用。     

青藏高原东北部HDA算法检验评估及参数本地化

利用2006-2011年CINRAD/CD雷达在青藏高原东北部(以下简称高原)探测到的110次强对流风暴过程,运用WSR-88D冰雹探测算法(HDA)计算强冰雹指数(SHI)和最大预期冰雹直径(MEHS)并进行探测效果检验.提出对HDA原默认参数进行本地化并给出本地化方案,明显地改善了探测效果,正确率由85％提高到89％,虚警率由41％降低到21％,临界成功指数由53％升高到75％,MEHS大于观测尺寸的百分比由74％降到33％.结果对CINRAD/CD雷达探测冰雹有重要参考价值.     

多普勒天气雷达下击暴流图像识别

以下击暴流具有的低层显著辐散特征为基础,引入图像识别中的连通区识别技术,开发出了应用于多普勒天气雷达的下击暴流图像识别算法。首先通过设置的速度阈值将径向速度进行二值化处理,然后运用8邻域法寻找速度大值区,并采用距离、夹角和正、负速度差值等条件进行约束对正、负速度大值区进行配对,最后对未成功配对的速度大值区进行邻近区域的二次匹配,从而识别出下击暴流区域。利用多个下击暴流个例实测的多普勒雷达数据对该算法进行了测试,结果表明该算法对一些较小尺度的下击暴流,尤其对受环境风场影响而具有不对称辐散特征的下击暴流有良好的识别效果。     

豫西山区一次典型防雹作业方案宋建予设计及效果评估

利用2011年7月17日发生在豫西地区灵宝市寺河乡的一次典型防雹作业个例,从冰雹云的正确判别、作业方案的科学制定以及作业效果的尝试性评估等方面进行详细分析,设计了一种利用多普勒雷达产品确定作业部位、催化剂量和发射时机的防雹作业方案,为豫西地区科学开展人工防雹作业及其效果评估提供了一种新的思路：1）冰雹云的正确识别是人工防雹成功的关键,短期天气背景、气象要素场特征、探空资料以及雷达指标的分析可以及时判别出冰雹云。2）作业器具的选择、作业时机的把握、作业部位的判断、催化剂量的确定等都是决定人工防雹作业是否科学有效的重要因素,作业前必须认真科学地制定出防雹作业方案,减小人为的不确定性。3）在开展作业效果评估时,选取的对比云必须是与目标云具有相似的天气背景、云体特征和产生源地;另外,灾情实况也是效果评估的一个重要方面。     

新疆重点雹区防雹作业效果统计检验评估

本文利用新疆主要冰雹多发地区及全疆年雹灾面积资料,根据各地防雹业务发展节点确定各地科学开展人工防雹作业开始年,利用Welch检验、t-检验等统计学方法,对主要冰雹多发区和全疆科学开展人工防雹作业前后的年雹灾面积系统性差异进行分析,以评估新疆绿洲人工防雹作业效果。结果表明：阿克苏地区科学开展人工防雹作业减灾效果非常显著,显著性水平高达0.01。在统计显著性水平α=0.1下,平均年雹灾面积减少15062.9 hm_²,相对减少率为43.14%,平均年减少雹灾损失28109万元,占年平均农业产值的3.49%,平均年投入产出比为1:6;区域回归分析显示,阿克苏地区科学开展人工防雹作业后,平均年雹灾面积减少23802 hm_²,相对减少率为54.5%,平均年减少雹灾损失44417万元,占年平均农业产值的5.51%,平均年投入产出比为1:10,显著性水平高达0.01。奎玛流域和伊犁河谷地区科学开展人工防雹作业效果显著度为0.2,显著性一般。新疆整体科学开展人工防雹作业减灾效果显著性水平接近0.05,作业减灾效果显著;在统计显著性水平α=0.1下,全疆平均年雹灾面积减少3374.3 hm_²,相对减少率为4.1%,平均年减少雹灾损失6663.6万元,占年平均农业产值的0.09%。新疆兵团博乐垦区和五家渠垦区的人工防雹减灾效果经统计检验,显著度均为0.05,人工防雹减灾效果显著。说明,新疆兵团人工防雹作业效果好于地方;全疆整体防雹减灾效果显著;阿克苏地区人工防雹减灾效果显著性高;但其它地区人工防雹作业效果一般,这导致全疆的平均雹灾面积绝对减少值和减少率低。同时表明,新疆人工防雹减灾作业管理、作业方式方法有待改进,作业效果有进一步提升的空间。