多普勒天气雷达在气象中的应用

引　言　　 2 0世纪 6 0年代初 ,多普勒雷达技术开始用于天气雷达的应用研究 ,国外一些大学、实验室和科研院、所先后研制出不同波长的多普勒天气雷达 ,在强对流天气探测、云雾物理研究及灾害性天气警报和短时预报试验研究方面 ,取得了大量的成果。近 2 0ａ来 ,多普勒雷达技术理论研究的进展以及微电子技术和计算机软、硬件技术的进步为多普勒天气雷达技术的发展和业务应用提供了强大的科学和技术支撑。继美国上世纪 80年代末完成ＮＥＸＲＡＤ布网之后 ,我国气象部门将在“十五”期间进行新一代天气雷达全国布网工作。目前 ,通过引进、消化…     

中国气象科学研究院雷达气象研究50年

该文回顾了自20世纪50年代以来, 中国气象科学研究院在模拟信号的天气雷达、数字化天气雷达、多普勒雷达和雷达新技术如双线偏振雷达、双基地多普勒雷达等雷达技术研究及其在冰雹、暴雨、台风等中尺度天气过程的监测和临近预报等方面的应用工作, 特别介绍了近年来开展的针对暴雨、台风的中尺度外场试验、双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达技术在风场中尺度结构中的应用、双线偏振雷达在云和降水微物理结构探测中的应用、新一代天气雷达三维数字组网及临近预报方法研究等工作; 对中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在雷达气象领域研究的未来进行了分析和展望。     

我国地基天气雷达技术系统发展介绍

回顾了我国天气雷达从常规雷达发展到单极化多普勒,再到双极化多普勒,雷达获取目标的参数信息更加丰富的过程。分析了常规、单极化多普勒、双极化多普勒雷达工作原理及其产品信息。对于我国新一代S、C和X波段的天气雷达性能进行了研究对比。阐述了毫米波段多普勒测云雷达工作原理及其产品。对新一代天气雷达网进行了分析及展望,双极化将是我国天气雷达网升级改造趋势,为弥补新一代天气雷达探测盲区,小型移动电扫描雷达也是一种辅助主雷达网可移动灵活布网的趋势。     

国外天气多普勒雷达发展概况

序言天气多普勒雷达发展至今已有近二十五年的历史了,在设备本身性能、资料处理、终端显示以及发挥作用等方面,都已居于目前普遍使用的非相干雷达的统治地位,成为气象工作者进行定量降水测量和研究大气变化规律的重要探测工具。了解和研究其发展过程,掌握其技术水平,对于发展我国自己的天气多普勒雷达将会大有裨益。一、发展历史多普勒雷达是人们根据运动物体会造成电磁波或声波频率变化这一多普勒效应制成的。早在三十多年前已在军事和航空上得到应用,由于多普勒雷达有着探测目标运动速度的能力,气象学者极感兴趣和重视,利用云、雨粒子运动会造成雷达电磁波的频率变化,进一步发展成为气象上用的脉冲多普勒雷达。从1958年就开始用连续波多普勒雷达进     

雷达遥感新技术及其在灾害性天气探测中的应用

为了推进我国雷达新技术的发展及其在灾害性天气监测和预测中的应用，分析了国内外雷达遥感新技术的发展现状，总结了我国特别是中国气象科学研究院在双多普勒雷达、双基地多普勒雷达、双线偏振雷达、相控阵雷达、激光雷达在灾害性天气的热力、动力和微物理中尺度结构探测中的应用研究所做的部分工作及其在外场试验中的应用情况。这些技术大部分是在新一代天气雷达技术上发展起来的。     

兰州新一代天气雷达降水估计的误差来源

兰州新一代天气雷达(C波段)，采用了目前世界上先进的雷达、多普勒、计算机，微电子技术等科技成果，具备了全天候的探测能力和丰富的雷达产品．增强了对兰州及其周边地区中小尺度天气系统的探测及预报能力^I[l]。文中介绍了雷达估计降水原理，并从雷达估计降水原理和外界物理条件方面分析兰州新一代天气雷达对兰州及周边地区降水估计的误差来源。     

"2005-04-28"贵阳飑线天气过程雷达产品特征分析

根据贵阳多普勒天气雷达获取的2005年4月28日的径向速度场、垂直液态水含量和强度场回波资料,结合当日探空、高低空及地面天气形势等资料进行分析,2005年4月28日贵阳飑线天气过程的发生和发展,在高空、地面天气形势与层结稳定度方面均表现出了明显特征,在多普勒天气雷达产品上也有明显特征,为寻找其灾害性大风的强度、落区提供了进行分析和预报的方法.     

基于单多普勒天气雷达产品的强对流天气预报预警方法

本文对发生在常德新一代天气雷达探测区内的强对流天气(雷雨大风、冰雹、龙卷)在雷达回波强度场及速度场上的表现特征进行了归类分析,既用实例证实了美国强对流天气在多普勒天气雷达产品上的表现特征同样适用于中国,又对其表现特征进行了完善。在此基础上建立了适用于当地的基于单多普勒天气雷达产品的强对流天气预报方法,并根据雷达实时体扫资料对强对流天气进行语音、文字自动报警以及对风暴移向、移速进行预报作了实用性的探讨。在多普勒天气雷达产品应用还处在探索、起步阶段的我国,该方法为制作强对流天气预报提供了较系统的预报思路。     

多普勒天气雷达接收数字化模型新设计

本文在分析ＤＷＳＲ－８８Ｓ型多普勒天气雷达接收体制原理的基础上,进行了以提高多普勒频移精度为目的的多普勒天气雷达接收数字化模型设计,还详细介绍了软硬件模块特点和目前仍存在的问题。１　背　景　　多普勒天气雷达技术是建立在无线电技术、信息处理技术,以及气象探测理论基础上的一门新兴技术。与常规天气雷达技术相比,它提供了大范围内降水位置的空间分布及其强度的变化,已成为降水定量预报、强对流天气警戒和云雾物理研究的一种重要探测工具。随着多普勒天气雷达技术的应用,将进一步丰富对云雾降水的形成,以及对强对流天气…     

多普勒雷达速度图像中逆风区的统计特征分析

多普勒雷达作为一种新型的探测工具。在临近预报,特别是暴雨、冰雹等强对流天气的预警等方面有非常重要的参考价值。而对于多普勒速度场中的逆风区深入研究,有助于识别和判断降水中心区或强对流回波的发展或消散。本文选取太原雷达站2003年～2005年3年的多普勒天气雷达资料进行了普查．重点针对多普勒径向速度场中的逆风区进行研究和统计分析,试图发现逆风区的结构特征、发展演变的规律以及与它们相对应的天气现象之间的关系,这对于发现冰雹云,科学有效地从理论上和技术上指导和改进人工消雹作业也有非常重要的意义。     

多普勒雷达资料在地面观测中的应用

全国多普勒雷达网的建立,使我国气象观测网的监测手段和监测能力大步提高,对监视强对流天气和强降水天气以及短时临近天气预报起到了不可替代的作用,而如何将这一先进技术应用到地面气象观测中,目前还很少有人尝试。作者在地面气象观测中就多普勒雷达反射率因子图对积雨云和雷暴等对流天气的监视作用作了一些大胆的探索。应用雷达反射率因子图上各种信息,结合云天实况指导对“积雨云”和“雷暴”系统的观测,帮助更及时、准确地判定其生成、方位、强度、范围、距离等。     

新一代天气雷达及其遥感新技术应用研究

围绕气象业务需求和雷达气象的国际前沿，新一代天气雷达建设及雷达新技术以在灾害性天气监测和预测中的应用为主要目标，开展了新一代天气雷达资料质量控制、风场反演、三维数字组网等工作。双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达在暴雨和对流系统三维探测、反演、中尺度动力和热力结构分析中发挥了重要作用。与业务单位和雷达生产厂家开展了广泛的合作，在暴雨和新疆对流过程风场中尺度结构分析等方面形成了有创新性的科研成果。在新一代天气雷达应用方面形成了有业务应用前景的成果。     

多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。     

内蒙古电网气象预警服务系统简介

应用气象多普勒雷达、卫星云图等现代化观测手段和自动化程度很高的地面自动气象站资料以及MM5中尺度预报产品,结合有线网络传输和基于Intranet、Internet的多层分布式技术搭建内蒙古电网气象预警与电力线路安全运行服务系统,开展电网气象预警预测和气象预报服务。系统建立了实时的地面自动气象站资料数据库和中尺度预报产品数据库,实现了多种气象要素的实时监测和预报,为内蒙古电网的运行安全提供了科学依据。     

CTL 713C型多普勒天气雷达伺服系统故障分析

通过晋城CTL 713C型多普勒天气雷达伺服系统的故障维修工作,以及对CTL 713C型多普勒天气雷达伺服系统组成和工作原理的研究,针对CTL 713C型多普勒天气雷达伺服系统在实际运行过程中出现的各种问题进行分析、归纳和总结,提出了两种CTL 713C型多普勒天气雷达伺服系统故障分析方法——快速定位故障法与应对疑难故障法,其相对快捷的分类检修方法,为以后的CTL 713C型多普勒天气雷达技术保障提供借鉴,进而有效地提高天气雷达保障的工作效率。     

突发性强对流天气快速识别预警改进方法

传统多普勒天气雷达强对流灾害性天气监测采用固定阈值判别法给出强风暴的冰雹闪电灾害预警结果,该方法不适用于不同经纬度、季节和复杂地形条件下的强对流天气识别预警。本文利用循环递归的区域生长法对TITAN算法进行改进,从而快速识别三维强风暴单体及其雷达特征物理量;使用多普勒天气雷达和TRMM星载气象雷达的历史观测数据反演河北石家庄地区春夏两季复杂地形条件下的强风暴灾害性天气Logistics多元线性回归概率预警模型。对发生在河北石家庄夏季的一次强飑线天气和发生在春季的一次超级多单体风暴天气进行冰雹闪电灾害性天气识别预警实验,并与传统算法进行误差对比分析。实验结果表明:与传统算法对比,该方法对强风暴天气识别预警的定位精度较高,并且其漏报率和虚报率较低,有助于快速识别预警强对流灾害性天气。      

双基地多普勒天气雷达天线架设高度设计及旁瓣污染分析

在双基地多普勒天气雷达的试验和应用研究中发现, 天线的高度设计和旁瓣污染是双基地天气雷达研究中需要直接面对的两个问题。探测目标的最低高度取决于天线的架设高度, 它的设计具有实用价值, 同时发现旁瓣污染影响探测资料的质量。基于双基地雷达探测原理, 对其进行分析, 给出在一定基线长度和最大探测距离乘积条件下, 以目标探测高度为参数的雷达天线架设的最低高度设计方案; 并分析双基地多普勒天气雷达旁瓣污染的主要原因, 进一步探讨在一定假设条件下减小或消除旁瓣污染的影响, 以控制观测资料质量。     

基于配料法的“08.6.3”河南强对流天气分析和短时预报

采用基于构成要素的预报方法(配料法),使用业务中能够及时获取的常规观测资料、静止气象卫星云图和多普勒天气雷达资料,对2008年6月3日下午发生在河南大部的以雷暴大风为主的强对流天气进行分析.针对2008年6月3日08时500、700、850 hPa和地面图上温、湿、风等的配置,结合探空、水汽云图和多普勒天气雷达回波图,对构成强对流天气的几个主要因素:层结稳定度、水汽、触发机制、垂直风切变、对流层干层等进行分析,结果表明:河南大部处于较强的条件不稳定、强烈的深层(地面到500 hPa)垂直风切变和明显的高空干平流的环境中,这种环境有利于高度组织性的超级单体风暴的产生和发展,导致雷暴大风和冰雹天气.而地面冷锋、辐合线和高空次天气尺度涡旋伴随的正涡度平流共同作用产生的上升气流导致雷暴在山西中南部生成,然后向东南方向移下太行山.进入河南有利的环境下获得猛烈发展.在充分利用"配料法"的主要思路和现有观测资料条件下,结合预报经验,2008年6月3日强对流过程可以提前数小时进行正确的短时预报.     

淮河流域一次强对流性天气过程的遥感资料分析

利用气象卫星红外遥感资料和新一代多普勒天气雷达微波探测信息,对2008年7月22日发生在淮河流域的一次暴雨强对流性天气过程进行分析,了解两种探测结果间存在的异同点。结果表明：虽然气象卫星在时空分辨率上不如天气雷达直观,但从卫星云图上可以观测到在雷达回波图中无法分析的大尺度天气背景,且通过Tir=Twv线所处位置的分析,能够了解对流系统的发展趋势。而从高时空分辨率的雷达回波强度分布以及径向速度中,则可以清晰地观测到系统的小尺度变化特征以及不同高度的径向速度特征。综合两种探测信息可以相互弥补不足,了解到更多的有效信息。