多普勒天气雷达识别和预警下击暴流

发生在机场周围的下击暴流,对飞机起降安全构成重大威胁。多普勒天气雷达以其高时空分辨率成为监测和预警下击暴流的有力工具。对国内外利用多普勒天气雷达研究下击暴流的现状进行了综述,包括下击暴流的基本概念、回波特征以及目前国内外主要算法:基于切变段法、图像处理法和线性判别分析法。最后对多普勒天气雷达识别和预警下击暴流的研究现状进行了总结,为国内开展这方面研究提供参考和借鉴。     

基于S波段新一代天气雷达观测的下击暴流临近预报方法

下击暴流是对流风暴最常发生的天气现象,预报其初始爆发是强对流风暴预报中最具挑战性的内容之一.提出一种综合使用雷达和探空观测资料的下击暴流临近预报算法.在对雷达基数据进行地物杂波抑制和径向速度退模糊以及对探空资料进行处理得到0℃、-20℃和最小相当位温高度的基础上,该算法首先进行风暴单体识别追踪和冰雹指数的计算;然后进行...     

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。     

下击暴流的雷达预警量化指标研究

下击暴流是一种局地灾害性天气现象,对航空飞行安全有极大危害,也会对地面物体造成严重损害。依据下击暴流发生前母体雷暴(下文简称雷暴)反射率因子核迅速下降的特征,基于雷达体扫数据,定义了判断下击暴流发生、发展的“单位面积等效势能”概念,并结合下击暴流期间雷暴速度场中层辐合的事实,设计得到了下击暴流出流强度公式。结果表明:(1)单位面积等效势能值的变化准确反映了雷暴强中心高度变化。(2)相邻体扫的单位面积等效势能差,反映了雷暴能量的释放量,下击暴流发生前1—2个体扫的单位面积等效势能差达到最大,这反映了下击暴流的爆发;可通过设置单位面积等效势能的释放量为30%,预警下击暴流的发生。(3)单位面积等效势能的释放能够提前6—12 min预警出下击暴流的发生,并通过出流强度公式量化由下击暴流产生的地面大风值。预警风速的误差由雷暴距雷达的距离决定,距离越近风速误差越小,反之亦然。(4)对6次下击暴流预警结果表明,该指标能够准确预警下击暴流的发生,而出流强度受雷暴识别参数的影响较大,远距离误差较大。     

一次强雷暴阵风锋和下击暴流的多普勒雷达特征

利用江苏盐城多普勒天气雷达资料结合自动气象站和常规观测资料对2007年7月25日苏北兴化等地的一次雷雨大风过程进行了分析.结果表明:风灾是由两种不同类型的雷暴大风产生的.一种是阵风锋,产生于风暴前沿,影响时地面产生7～9级大风.另一种是下击暴流,产生于多单体风暴中,其反射率因子核初始高度高于-20℃等温线高度,有中层径向辐合和反射率因子核下降的特征.影响时风暴内部下沉气流在地面强烈辐散,产生10级以上的大风.阵风锋上空有新生单体合并进原风暴,风暴发展加强;当下击暴流产生、风暴减弱后,阵风锋上又有新生单体补充进原风暴,导致下击暴流连续产生,阵风锋持续影响.     

下击暴流自动识别算法研究

针对下击暴流反射率因子核心下降和低层强辐散的流场特征,开发了基于多普勒天气雷达资料的下击暴流自动识别算法。首先采用风暴识别和追踪算法对风暴进行分类识别,计算风暴反射率因子核心下降的高度,同时对多普勒雷达最低层径向速度资料进行处理,寻找符合低空辐散特征的一维辐散矢量;其次利用二维识别技术合并成二维辐散特征,并采用一组质量...     

下击暴流的雷达预警量化指标研究北大核心CSCD

下击暴流是一种局地灾害性天气现象,对航空飞行安全有极大危害,也会对地面物体造成严重损害。依据下击暴流发生前母体雷暴(下文简称雷暴)反射率因子核迅速下降的特征,基于雷达体扫数据,定义了判断下击暴流发生、发展的"单位面积等效势能"概念,并结合下击暴流期间雷暴速度场中层辐合的事实,设计得到了下击暴流出流强度公式。结果表明:(1)单位面积等效势能值的变化准确反映了雷暴强中心高度变化。(2)相邻体扫的单位面积等效势能差,反映了雷暴能量的释放量,下击暴流发生前1—2个体扫的单位面积等效势能差达到最大,这反映了下击暴流的爆发;可通过设置单位面积等效势能的释放量为30%,预警下击暴流的发生。(3)单位面积等效势能的释放能够提前6—12 min预警出下击暴流的发生,并通过出流强度公式量化由下击暴流产生的地面大风值。预警风速的误差由雷暴距雷达的距离决定,距离越近风速误差越小,反之亦然。(4)对6次下击暴流预警结果表明,该指标能够准确预警下击暴流的发生,而出流强度受雷暴识别参数的影响较大,远距离误差较大。     

一次下击暴流过程的多普勒雷达特征分析

本文主要利用高空及地面常规观测资料、卫星遥感监测资料和C波段多普勒雷达监测资料,对2012年6月20日下午14时30分产生在齐齐哈尔东部的下击暴流过程进行分析。结果发现:这次下击暴流主要是前期低层辐合并且配合了较好的层结不稳定条件使得对流发展起来;后期由于700 hPa干空气的卷入使得降水粒子在下降过程中蒸发,气团加速,最后在地面附近产生辐散性大风。在过程开始之前可以根据雷达探测到的反射率因子核高度的不断下降以及不同高度速度场的辐合辐散特征提前几分钟预警出下击暴流过程。     

下击暴流形成机理及监测预警研究进展

下击暴流指对流单体强下沉气流引发的地面或地面附近的爆发性辐散出流,单个下击暴流会导致千米尺度地面强阵风,而下击暴流簇可导致较大范围间断性地面灾害性强阵风,其形成机制亦不限于强下沉气流辐散。文章回顾了下击暴流的界定,然后分为孤立风暴产生的下击暴流和中尺度对流系统内嵌的下击暴流两种情况进行讨论,内容包括对流大风和下击暴流产生的物理机理、风暴结构特征以及基于多普勒天气雷达的预警技术。在上述回顾基础上,对下击暴流形成机理及监测预警难点进行了讨论,提出了与下击暴流相关的亟需研究的问题。     

2017年7月一次微下击暴流背景的多尺度特征

利用中尺度数值模式WRFV3.6模拟了2017年7月12日宁波机场附近的一次微下击暴流天气过程,结合浙江省自动站资料、机场自动观测数据、多普勒天气雷达资料等分析微下击暴流成因,结果表明：此次微下击暴流是由海风锋触发的强雷雨引起的,机场自动观测数据显示的风、温、压等气象要素的变化均呈现出明显的微下击暴流特征;数值模式较好地模拟出微下击暴流的水平风场结构;拖曳作用、下沉过程中冰雹融化、液态水和雨水持续蒸发降温作用是形成此次下击暴流的重要原因;低层位温扰动加强了垂直运动,中低层位涡异常增大区与雷暴强降水区域有较好对应关系。     

基于闪电定位和雷达资料的邵阳地区雷电预报预警研究

选取2018年夏季邵阳地区的17个雷暴单体和9个非雷暴单体,分析了单体30 dBz、35 dBz和40 dBz回波顶高及0℃、-10℃和-20℃层超过30 dBz、35 dBz和40 dBz的回波面积与闪电发生的关系,利用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对该地区闪电...     

雷达外推与数值模式动态融合降水概率预报方法

提出一种基于动态权重的降水概率融合预报方法。首先建立一个适用于权重分配的评分模型,对基于雷达光流外推的降水概率预报和基于数值模式经反射率换算后的降水概率预报的预报准确率分别加以评估;提出一种改进的Brier评分法,该方法兼顾了降水落区的大小和降水量,降低评分对样本数据数量多少的敏感性;根据两种在不同预报时效的评分,动态地分配两种预报方法在不同预报时效的权重。试验部分通过Brier等评分验证表明,融合后各个预报时效的预报都表现出与雷达外推或数值模式相近甚至更高的技术评分。     

人工影响天气自动预警关键问题

通过对多普勒雷达PUP资料（回波顶高ET、回波反射率因子R19、液态水含量VIL）实时分析,编程实现了ArcGIS中Identify工具,完成雷达栅格图层（Raster）数组值索引.提出预警半径r、预警区域附角θ的概念,给出监测点抽样算法、方位角算法、（θ,α）点元筛选算法,并运用C#对各算法进行了实现.在Visual Studio2008开发环境下,实现了基于.NET的自动预警系统原型,可实时生成各作业点作业参数,为人工影响天气作业智能化提供必要理论及技术支撑.     

灾害天气的识别和自动预警

使用CINRAD/SB新一代天气雷达基本数据资料,设计了一套简单的强降水、强对流天气的自动预警系统。以反射率强度和直径监测和预报暴雨系统,用垂直液态水含量监测和预报大风和冰雹系统,当系统监测到这几类灾害天气时,发出声音报警,提示预报员跟踪预报。从对2005年几次暴雨、大风、冰雹过程进行回报和对2006年灾害天气过程进行预报应用来看,利用多普勒雷达资料,可以对灾害性天气过程进行有效地识别和预警。反射率大于30dbz的直径在20km以上时,有利于出现强降水过程;垂直液态水含量大于18kgm-2,直径在10km以上,有利于18m.s-1以上大风出现;垂直液态水含量大于38kgm-2,直径在10km以上,有利于冰雹出现。     

改进气象雷达TITAN算法在灾害性天气预警中的应用研究

提出一种适用于我国不同季节、经纬度和下垫面的改进气象雷达TITAN算法。建立天气雷达数据格式转换系统,将我国不同型号新一代天气雷达基数据转换成MDV格式雷达数据;按我国不同气候类型、经纬度和海陆下垫面特征,统计获取不同区域强风暴天气雷达特征指标参数阈值。利用云贵高原和海南地区不同下垫面的两次典型超级单体强风暴天气雷达实况数据与改进的TITAN算法进行实验对比分析。分析结果指出,采用改进TITAN算法识别、跟踪和预测0.5~1 h后的强风暴天气误差较小,可信度较高,有助于识别预警灾害性天气和人影指挥作业。     

雷电临近预警方法和系统研发

为满足高速发展的现代社会对雷电预警预报气象服务日益增加的需求,中国气象科学研究院研发了雷电临近预警系统(CAMS_LNWS).CAMS_LNWS采用了多资料、多参数和多算法集成的雷电临近预警方法,能够综合利用雷达、卫星、闪电监测系统、地面电场仪和探空仪等的观测资料,参考天气形势预报产品和雷暴云起电、放电模式运行的结果,结合区域识别、跟踪和外推算法与决策树算法,自动生成雷电活动潜势预报结果和雷电临近预警结果,并提供多种形式的雷电临近预警产品,以满足不同的应用需求.该系统人机界面友好,参数接口丰富,简单易用,有利于在各地区的推广应用.同时该系统采用了模块化的结构设计,具有灵活的扩充性,便于今后对预警方法的不断升级和改进.     

基于雷达资料的定量降水预报外推算法试验

摘要：目前贵州在短时临近降水预报客观算法方面研究匮乏,而短时强降水常常给贵州造成严重的洪涝灾害和地质灾害。将短时临近降水预报应用于气象防灾减灾、电网输电线路安全预警、水利防洪自动化方面是未来重要的研究应用方向。本文基于灾害天气短时临近系统（Severe Weather Automatic Nowcast System,SWAN）的定量降水预报(QPF)产品进行0～2小时QPF外推试验研究。利用贵州省地面自动站数据、SWAN 输出的1h-QPF产品、SWAN 1h定量降水估测(QPE)产品。选取2018年3次典型暴雨个例进行试验,采用融合订正技术,利用相似离度算法对降水强度位相进行调整、Weibull分布算法对降水极值分布进行订正、改进后的交叉相关法(Improved Cross-correlation Extrapolation Method,COTREC)进行降水外推预报。通过主客观检验对比,初步说明基于Weibull分布算法的降水极值订正对降水极值分布有很好的模拟效果。融合订正外推的贵州省短时临近定量降水预报产品（Nowcasting precipitation forecast of GuiZhou,下文简写为GZ_NPF）在大于5mm以上量级降水的TS检验中评分更高。GZ_NPF的空报率明显降低,但空报率降低的代价是漏报率相对提高。GZ_NPF总的相对误差减小,格点总降水量与实况总降水量更为接近。试验说明新的融合订正外推算法提高了0～2h短时临近降水的预报能力。     

青海省短时强对流天气雷达自动预警技术应用初步研究

针对WSR-88D 冰雹算法虚警率较高,且可修改的可调参数有限的缺点,根据青海省短时强对流天气的雷达预警指标,自动识别强对流云和发布强对流天气预警(简称自动预警技术)。使用雷达体扫基数据,将自动预警技术初步应用于2010 年青海省东部12 个强对流风暴日过程,并与基于WSR-88D 风暴产品的人工预警结果进行对比分析。结果表明:自动预警平均比实况提前时间大于25 min,其数据处理效率和预警正确率远高于人工预警;自动预警技术的降水预警正确率为91%、虚警率为9%,而人工预警的降水预警正确率75%,人工与自动预警的降雹正确率均为100%。在短临天气预警预报业务中,将自动预警技术作为WSR-88D 算法的辅助识别技术,可进一步提高强对流天气预警预报的正确率和提高短临天气业务的自动化程度。     

大连地区沙尘天气预报预警业务平台

为完善沙尘暴下游的预报预警业务,开发设计了大连地区沙尘天气预报预警业务平台。在介绍平台设计思路、结构及其特点基础上,还较详细描述了沙尘预报预警流程,对起沙预警和相似判别分析等预警原理进行探讨,并分析了平台试用结果。平台是一个实用性强的业务工作平台,运行流程符合预报员工作流程,顺应预报思路,具有很强的实时业务应用能力,并且应用效果显著,能初步满足大连地区沙尘预报业务工作需要,为沙尘预报预警服务提供有力技术保障。