1480型多普勒天气雷达中尺度气旋识别模块设计

借鉴国内外中尺度气旋识别算法的研究成果特别是NSSL(National Severe Storm Laboratory)的中尺度气旋识别算法,结合多普勒天气雷达二次产品软件的特点,提出了改进的中尺度气旋识别算法,以动态链接库的形式,设计完成了中尺度气旋识别模块.对2002年5月27日安徽省北部地区的一次强对流天气过程的雷达资料进行了分析,并与北京敏视达(METSTAR)雷达有限公司Build 10.8软件系统生成的中尺度气旋产品进行了对比分析,结果表明该模块有比较好的识别能力,预警效果较好.     

《龙卷形成原理与天气雷达探测》

该书首先对有关龙卷形成的条件与理论做一归纳性介绍。其次,对如何利用全相参多普勒天气雷达或双线偏振多普勒天气雷达资料与产品,正确分析和识别強对流单体、中气旋与龙卷做较详细的论述。第三,论述中气旋、龙卷的径向速度特征及其定义与识別产品的算法。第四,通过对探测到的几个不同天气过程产生的龙卷事例进行分析。第五,论述了龙卷涡旋特征算法本地化与改进,并用实例对新旧算法的结果进行对比。     

多普勒天气雷达中气旋产品在强风预报中的应用

在深入了解WSR-88D多普勒天气雷达产品——中气旋算法的基础上,对上海地区近6年间中气旋产品的几个重要特征参数进行了统计研究,并结合局地强风的个例分析,总结了上海及周边地区中气旋发生发展过程中各阶段的基本特征。最后综合参考雷达其他相关产品,提出利用中气旋产品进行强风预报的思路,以期为准确预报局地强风天气提供一些参考信息。     

《新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统》应用

主要介绍河南省气象台2007年引进中国气象科学研究院研制的<新一代天气雷达灾害性天气警报和临近预报系统>的结构和产品,本地化参数设置和资料传输处理,以及在2007年汛期的业务使用情况.该系统充分利用新一代天气雷达基数据,除了可以显示常用产品外,还生成"逆风区识别"、"中气旋识别"、"暴雨回波识别"、"飑线识别"、"风暴识别"、"强冰雹识别"以及1到3小时"降水临近预报"、"回波外推预报"和"雷达雨量计联合估测降水"、"定量估测降水集成"等一系列业务应用产品,在强对流天气监测与预警中具有明显的指导和预警作用,是实际业务工作中不可缺少的工具之一.     

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。     

白城市2012年两次强对流天气对比分析

通过分析2012年6月12日和7月1日发生在白城市境内的强对流天气的环境背景和多普勒雷达资料、探空资料表明：两次强对流发生前,强对流发生地附近低层垂直风切变较大,抬升凝结高度较低,空气湿度较大,对流有效位能（CAPE）较大。雷达资料显示：两次强对流天气中,产生强对流天气的雷达回波强度均超过45dBz,且存在明显的“钩”状,强天气产生在“钩状”回波附近,回波具有“WER”或“BWER”结构。冰雹和短时强降水回波均具有较大的VIL值,速度场上存在“逆风区”或“中气旋”。不同之处是产生冰雹的强回波高度超过一20℃等温线高度,一般强回波高度超过8km,产生短时强降水的强回波高度较低,一般在6km左右处,,产生龙卷的强回波VIL没有冰雹和短时强降水大,两次龙卷过程的母体虽然回波形态、强度和高度各异,但均具有“钩状”回波结构,且速度场都存在中气旋。另外,雷达导出产品中的中气旋识别产品对强对流天气的监测有重要的应用价值,尤其是TVS识别对龙卷发生有一定指示意义,雷达超前于龙卷发生约半小时识别出中气旋,这对龙卷的预警非常有意义。     

S波段双偏振雷达和X波段相控阵天气雷达中气旋识别结果对比

为了比较S波段双偏振雷达资料和X波段相控阵天气雷达资料识别中气旋的差异,结合X波段相控阵天气雷达(XPAR)和S波段双偏振天气雷达(SPOL)及地面观测资料,对比分析了2019年4月19日发生在广州的一次中小尺度天气过程,结果显示:使用的识别算法可以正确识别出中气旋;XPAR的高时空分辨率数据可以弥补SPOL仰角层不足的缺陷,观测到更加完整的中气旋垂直结构,识别结果中的参数也比SPOL更加细致,更精准地揭示了中气旋的短时演变。研究结果表明XPAR对于强天气回波的观测识别性能相比SPOL具有持续时间更长、垂直结构更加精细、正负速度对差值更大、随整个天气过程演变更加细致等优势,有利于对中小尺度天气系统的快速发展、演变开展细致深入的研究。     

双线偏振多普勒雷达对一次降雹超级单体发展减弱阶段的演变分析

2015年4月28日,在高空冷涡的天气背景下,一个伴有较长生命史中气旋的超级单体在上海南汇双线偏振多普勒雷达观测范围内经历了发展减弱阶段,并产生了冰雹、雷雨大风、短时强降水等灾害性天气。利用常规天气观测、南汇双线偏振多普勒雷达、双雷达反演风场等资料分析发现,超级单体在发展成熟阶段呈现出回波悬垂、低层入流缺口、中气旋以及三体散射等经典特征,以及表示雷暴处于发展加强阶段的差分反射率因子柱。差分反射率因子柱通常意味着雷暴中上升气流的加强,同时说明大量的水滴可以被强上升气流托举到0℃层以上,形成过冷水滴,从而有利于冰雹的形成。超级单体经过的区域0～6 km垂直风切变达到了22～26 m·s~(-1),强垂直风切变环境有利于水平涡度发展,南汇雷达观测范围内中气旋维持了100 min左右,有利于雷暴的发展维持。此外,基于模糊逻辑法对此次降雹强对流天气过程开展了相态识别,结果表明,模糊逻辑法对此次强对流天气过程中的冰雹、降水等不同性质的降水能够进行有效的识别,有助于对雷暴降水相态本质的认识。     

用CINRAD-SA雷达产品识别冰雹、大风和强降水

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达（回波强度、回波顶高、速度回波、垂直积分液态含水量、组合反射率、冰雹指数、中气旋、风廓线等）产品，对发生在河北省中南部地区的冰雹、强风、大型降水天气过程进行了统计分析。从中得到了不同天气类型的多普勒雷达指标，为今后利用多普勒雷达识别各类天气提供参考依据。     

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。     

江西局地强对流天气的多普勒天气雷达产品特征

利用江西省2002--2007年局地强对流天气过程的多普勒天气雷达产品资料,通过统计分析多普勒天气雷达最大反射率因子、垂直积分液态含水量及其密度、三体散射和中气旋等产品特征,对江西省突发性局地强对流天气的临近预报预警进行研究。结果认为,江西突发性局地强对流天气主要出现在春季和夏季,夏季突发性局地强对流风暴的伸展高度普遍比春季高。最大反射率因子≥55dBz可以作为局地强对流天气预警的临界指标,≥60dBz可以作为局地冰雹预警的临界指标;VIL密度≥2．8g/m^3可以作为局地强对流天气预警的临界指标,≥3．2g/m^3可以作为局地冰雹预警的临界指标,≥4．0g/m^3可以作为较大冰雹预警的临界指标。三体散射是大冰雹的有效判据。风暴内出现中气旋特征,应立即发布强对流天气预警。很多突发性局地强风暴不一定会出现中气旋特征报警,在这种情况下应通过分析径向速度产品来判断中气旋特征。     

多普勒天气雷达探测中气旋分析

利用南京多普勒天气雷达资料,对南京地区2003年7月8日出现的一次雷雨大风和短时强降水过程进行了分析,结果表明:这次强天气过程与多普勒天气雷达观测到的中气旋相联系,文中结合环境风场分析了中气旋的特征,计算了中气旋的主要参数。     

一次台风外围局地暴雨的中β尺度风场特征分析

利用新一代多普勒天气雷达资料、常规天气和卫星云图资料,分析了一次远距离台风暴雨的中尺度风场特征。结果表明：此次过程主要受远距离台风倒槽、副高和弱冷空气共同影响,暴雨出现在低层东南风转东北风的区域。单雷达产品显示强回波移动缓慢,速度场中存在逆风区。双多普勒雷达反演风场显示,与逆风区对应的2.0km以下近地层气旋性风场随回波发展逐渐加强,之后形成闭合气旋性环流;随着高度增加反气旋性风场逐渐加强并占主导地位。     

基于多普勒雷达VAD算法的业务应用讨论

多普勒天气雷达垂直风廓线（V WP ）产品在业务预报中已有较广泛的应用,并得到了风廓线的某些特征结构与雷暴及强对流之间的对应关系。由于对多普勒径向速度反演得到风廓线产品的VAD算法缺乏了解,目前对VWP 及速度方位显示（VAD）产品的应用还存在一些误区。文章由单多普勒雷达反演水平风场的基本原理入手,回顾了VWP 及VAD产品在暴雨与强对流临近预报中的应用,并重点对VWP及VAD产品的业务应用误区进行了讨论。     

鄂西北一次局地大暴雨过程的多普勒雷达回波分析

利用常规观测资料和自动站、加密雨量站、多普勒雷达等资料,对2007年8月9日凌晨鄂西北郧西县马安乡一次局地大暴雨天气进行了分析,重点分析了此次过程的多普勒天气雷达观测资料。结果表明：降水回波由非强风暴对流单体向强风暴对流单体演变造成马安大暴雨;地形作用、回波合并效应使对流发生发展,回波少动使降水维持;中小尺度系统活动频繁,使对流加强,降水持续、升级;主要降水由一强风暴对流单体造成,并有中气旋出现,中气旋直接引发强暴雨;垂直积分液态水含量变化可为判断风暴发展和风暴降水提供有效信息;中气旋、逆风区等中小尺度结构特征对强风暴及暴雨预报有很好的指示作用;反射率因子、平均径向速度、综合切变等产品对强天气现象的识别以及在暴雨分析预报中具有实用意义。     

新一代多普勒天气雷达在强对流天气过程中的应用

介绍多普勒天气雷达产品在2005年4月22-23日强对流天气过程中应用的情况,并对使用多普勒天气雷达产品的过程加以总结,为预报员使用雷达产品预测灾害性天气提供参考。     

一次超级单体风暴雷达产品特征及气流环境结构分析

2011年5月1日黔西南部分地区遭受了不同程度的灾害性天气,通过兴义多普勒天气雷达观测表明是超级单体风暴所致。利用兴义多普勒天气雷达探测资料及自动站观测资料对这次典型超级单体的基本产品及导出产品进行了分析。结果表明:风暴表现为单体自身发展型,基本属于右移风暴,风暴从发展到消亡的各个阶段其强度、最大强中心高度、垂直累积液态水含量、顶高、中气旋等产品均有不同的演变特征,风暴成熟阶段表现为典型的超级单体特征,有界弱回波区(BW-ER)及弱回波区(WER)明显,回波强中心高度及顶高上升明显,垂直流场表现为低层气旋性辐合,高层气流辐散。     

一次强飑线天气过程分析和龙卷强度级别判定

利用WSR-88D多普勒天气雷达的连续探测资料,对2004年7月12日影响上海地区的强飑线天气过程进行了研究。通过飑线回波带的组成、移动、变化等分析了这次飑线系统的发展演变过程及其雷达回波特征,重点讨论了飑线与前方线状回波的交汇在飑线发展加强和弓状回波形成中的作用,并指出弱线状回波的存在是由温度和风的不连续而引起的。文中还提出利用多普勒雷达产品—中气旋的最大流入流出速度计算中气旋旋转速度,可对龙卷强度等级做出判定,并与实况灾情信息判定结果进行了比较。     

Appllication of Excess Rotation Kinetic Energy in Distinguishing the Tornadic and Non-Tornadic Mesocyclones in China

多普勒天气雷达中气旋算法是为探测直径在1.8～9.2km（1～5nmi）的中气旋而设计的。绝大多数强龙卷都属于发生在中气旋内部的超级单体龙卷,但并不是所有的中气旋都能发展成龙卷。文中引入中气旋核的逾量旋转动能（ERKE）概念,结合中气旋算法和速度产品,分析了龙卷和非龙卷中气旋个例维持期间ERKE值的演变特征,并计算了一些超级单体风暴个例的中气旋初始的ERKE及其权重高度值。结果表明,与非龙卷中气旋相比,龙卷中气旋中ERKE的值普遍较大且其权重高度较低;超级单体风暴的初始中气旋ERKE值及其权重高度可以有效地区分中、低对流层中的龙卷和非龙卷中气旋,并可作为龙卷中气旋识别的定量指标。同时在我国平均中气旋气候特征的基础上,还绘制了ERKE图解,可从中气旋旋转速度和旋转半径快速查得对应ERKE值的大小。     

逾量旋转动能在区分我国龙卷与非龙卷中气旋中的应用

多普勒天气雷达中气旋算法是为探测直径在1.8～9.2km(1～5nmi)的中气旋而设计的。绝大多数强龙卷都属于发生在中气旋内部的超级单体龙卷,但并不是所有的中气旋都能发展成龙卷。文中引入中气旋核的逾量旋转动能(ERKE)概念,结合中气旋算法和速度产品,分析了龙卷和非龙卷中气旋个例维持期间ERKE值的演变特征,并计算了一些超级单体风暴个例的中气旋初始的ERKE及其权重高度值。结果表明,与非龙卷中气旋相比,龙卷中气旋中ERKE的值普遍较大且其权重高度较低;超级单体风暴的初始中气旋ERKE值及其权重高度可以有效地区分中、低对流层中的龙卷和非龙卷中气旋,并可作为龙卷中气旋识别的定量指标。同时在我国平均中气旋气候特征的基础上,还绘制了ERKE图解,可从中气旋旋转速度和旋转半径快速查得对应ERKE值的大小。