CFL-06型风廓线雷达与L波段探空雷达测风对比分析

为探讨风廓线雷达资料的准确性和可用性,将2016年5月2017年4月张家口的风廓线雷达与L波段探空雷达测风资料进行对比分析。结果表明:1)张家口站大多高度层二者风速呈显著正相关,00:00的相关性优于12:00的,8km以上未通过显著性检验。2)4.11km以下风廓线雷达较L波段探空雷达水平风速偏大,平均误差为0.00~1.50m/s;4.11km以上风廓线雷达较L波段探空雷达水平风速偏小,平均误差为0.00~22.13m/s,并随高度的增加而增大。3)水平风速有效样本率(风速差≤3m/s)整体随高度增加呈先增大后减小的趋势,中低层(1.23~3.63km)的有效样本率较高,为60.0%~70.0%。4)2.196.03km各高度层水平风向的有效样本率(风向差≤20°)较大,稳定在70%~80%,有降水时风向有效样本率随高度的增高而增大,且各高度层波动较大。两个时次风向有效样本多集中在风向差为10°的范围内,28km各高度层有效样本率(风向差≤10°)可达到40%~60%。     

上海浦东国际机场低层大气垂直风场特征研究

风廓线雷达资料具有较高的时间和空间分辨率,但多集中于强对流性天气的预报和分析。文章主要将该资料应用于低层大气风场结构的研究和分析中。利用2009年1月至2010年6月共计18个月的上海浦东国际机场LAP 3000边界层风廓线雷达探测的水平风速风向资料,根据差值后的每小时平均的风速、风向进行统计分析（垂直分辨率50 m）,发现风速极大值出现的高度具有重复性,主要出现在1000、600、500、450、550和250 m,相邻两层之间的风矢量变差的极大值主要出现在250和300 m之间。按照国际民航组织建议的的水平风的垂直切变强度标准,将各个层次之间的风矢量进行统计分类,有轻度、中度、强烈、严重四个等级的风切变,同时发现不同等级的风切变的发生具有明显的季节特征。对于浦东国际机场区域的低层垂直风场的特征及演变情况初步的分析和探讨,为今后可以更好地结合AMDAR资料、电子探空仪、微波辐射计等探测手段针对机场区域甚至是内陆部分机场关于风切变的精细化预报、预警服务的研究奠定了一定的基础。     

大理机场一次晴空大风天气诊断分析

利用常规气象资料、NCEP2.5°×2.5°资料和风廓线雷达资料,分析了2015年2月27日晴空大风天气过程。结果发现:大理机场上空位于高空西风急流轴附近,虽然高空冷平流较弱,但是动量下传是造成大风的主要因子。当高空至机场近地面均为下沉运动时,下沉气流携带高空的动量下传,造成大理机场出现大风天气。相反,当近地面至700 h Pa为上升运动时,上升气流会阻碍高空动量向下传递,机场大风结束。风廓线雷达资料分析也表明动量下传是27日大风的主要动力因子,当高空到地面均为下沉运动时,大于3 m/s的下沉速度到达的高度越低,大风的出现频率越高;同时300~2500 m风向随时间反气旋偏转能使高空动量持续向近地面传送,对大风的产生和维持起作用,相反300~2500 m风向随时间气旋性偏转,则对高空的动量下传起抑制作用。     

风廓线雷达与L波段探空雷达测风资料的对比

为了探讨风廓线雷达资料的可用性,对2013年9月—2015年10月青岛站和济南站的风廓线雷达与L波段探空雷达测风数据进行相关、误差及有效样本比率分析。结果表明:(1)济南站和青岛站绝大多数高度层00:00和12:00风廓线雷达与L波段探空雷达的水平风速显著正相关,通过α=0.05及以上信度检验;(2)济南站00:00和12:00,晴天1.5 km以上及雨天0.64 km以上大多高度层风廓线雷达的水平风速比L波段探空雷达偏小约2 m·s~(-1),且当风廓线雷达与L波段探空雷达水平风向差≤20°时,有效样本比率基本在70%以上,资料质量很高;(3)青岛站00:00和12:00,6.48 km以下大多高度层风廓线雷达探测的水平风速比L波段探空雷达偏小2~4 m·s~(-1),水平风速资料可用,但当2部雷达风向差≤20°时,有效样本比率仅为20%,海陆风及2种仪器的布设距离是水平风向差异的主要原因。     

青海省三江源机场低空风切变的初步分析

本文使用三江源机场4个声雷达和10个侧向风观测点风向风速资料,分析了三江源机场风的基本气候特征和低空风切变。结果表明:三江源机场主导风向以偏西风为主,跑道周围风速平均值在2.3~3.1m/s之间;水平风速的水平切变主要出现在跑道东头,侧向风切变要明显大于顺风(顺跑道)切变,侧向风切变跑道两头大于中部,东头大于西头;顺风切变跑道北边出现几率和强度明显大于南边。在285m~315m高度出现严重、强烈水平风速的垂直切变的频率最高,水平风速的垂直切变强度较大,出现严重、强烈风切变频率较高;平均而言15m~195m高度和275m~465m高度表现为上升气流,而在195m~265m高度多表现为下沉气流。在雷暴、阵雪、大风等强对流天气下,风速的水平和垂直切变强度均有明显的加强现象。     

大理机场风特征分析及对飞行的影响

利用大理机场近5 a自动观测系统资料,对平均风向、风速以及大风进行统计分析,结果发现:大理机场全年盛行偏南风,风向夜间到上午为东南风,午后风向逐渐转为西南风,傍晚转为东南风;大理机场年平均风速为5.4 m/s,白天风速大于夜间,且夜间风速稳定;大理机场大风天气主要出现在每年11月—次年4月,出现时间多集中在下午06—11UTC,白天多于夜间,起风时间一般为中午03UTC以后,大风风向为西南风;大理机场干季受大风、颠簸和低空风切变影响较大。     

名山站探空资料与风廓线雷达资料的对比分析

应用四川省名山站2015~2017年6月21日~7月31日每日四个时次的西南涡加密探空资料与风廓线雷达资料,对比分析了在对流层低层风探测上两种资料的差异。结果表明:名山站风廓线雷达资料有效探测高度约为4200m;风廓线雷达和探空测得的风场廓线形状总体接近,两者的风速偏差较小,仅在个别层次和时次偏差大,风速的偏差大小与风廓线风速大小存在正相关关系,除少数情况外风廓线雷达测得的风速均大于探空;两者风向差值随高度的变化规律与风速相反,在中高层较小,低层较大;除01:15时次的500m高度外,其余时次自低层到高层两者观测到的主风向均由偏东北风变为偏西南风,一致性较好;U风和V风散点分布主要沿对角线呈棒槌型,V风质量优于U风,19:15这一时次的风廓线雷达探测U风相对探空资料存在明显系统性正偏差;风廓线雷达探测高度受降水影响较大,在07:15和13:15时次有降水时其探测高度明显高于无降水时。      

乌鲁木齐风廓线雷达探测能力评估

利用乌鲁木齐市2011年12月—2013年3月CFL-03风廓线雷达的风探测数据与同期的常规探空数据,对风廓线雷达探测数据的可靠性和探测能力给予了评估。结果表明,受乌鲁木齐四季不同的气候背景影响,风廓线雷达的数据获取率在夏季最高,在冬季最低,80%的数据获取率等值线在夏季、冬季各自达到的高度分别为4500 m和1980 m;240 m以下风廓线雷达探测的风速误差较大,240 m以上风廓线雷达四季探测的风速普遍小于实况,误差在-1~0 m/s之间的出现频率最高,介于28.8%~31.8%,且最大频率在四季出现的高度有所差异,总体来看夏季风速误差相对较小;风向误差总体在-22.5°~0°之间的出现频率最高,且随着高度增加频率增加;风廓线雷达对风速的探测能力优于风向,二者与实况的相关系数各自为0.9左右和0.6~0.8;通过对长时间序列的风速、风向资料的比较,说明风廓线雷达能够较为准确地反映冬季天气过程的演变,且能够较为精细地刻画夏季短时强降水天气过程中高低空气流的变化特点。在综合考虑低空地物回波、探测盲区因素以及高空气球探空飘移等多种因素影响的情况下,可见风廓线雷达对乌鲁木齐大气环境和天气过程拥有较可靠的监测能力。     

一次秋季大暴雨的风廓线特征分析

2008年10月21日青岛胶南地区出现大暴雨过程,胶南站降水量达到了149.5mm。利用胶南边界层风廓线雷达资料,分析了这次大暴雨过程中风廓线资料演变以及利用风廓线资料计算得到的风暴相对螺旋度（SRH）特征。结果表明：当风廓线资料中存在弱风区时,虽然上下层间有风向顺转和有暖平流,但对应地面降水较小。随着最大风速增大及其高度的下降,地面降雨逐渐增强。12m·s-1风速的最低高度不断降低、大于12m·s-1的风的整体厚度不断增大的过程,对应了地面降雨强度不断增大过程。低层SRH与降雨强度有较好的对应关系,在短时临近预报中应该重点考察低层SRH的变化。在实际工作中应实时计算SRH,与风廓线风羽图对比使用将会更有效。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

乌鲁木齐风廓线雷达的探测能力评估

利用2011年12月~2013年3月CFL－03型风廓线雷达在乌鲁木齐市的风探测数据与同期的常规探空数据开展了比对分析,从而对风廓线雷达探测数据的可靠性和探测能力给予了评估。结果表明,受乌鲁木齐四季不同的气候背景影响,CFL－03型风廓线雷达的数据获取率在夏季最高,在冬季最低,80%的数据获取率等值线夏季、冬季各自达到的高度分别为4500m和1980m;受低空地物回波、探测盲区等因素影响,240m以下风廓线雷达探测的风速误差较大,240m以上风廓线雷达四季探测的风速普遍小于实况,误差在-1~0m/s之间的出现频率最高,介于28.8%~31.8%,且在四季最大频率出现的高度有所差异,总体来看夏季风速误差相对较小;风向误差总体在-22.5°~0°之间的出现频率最高,且随着高度增加频率增加;风廓线雷达风速的探测能力优于风向,二者与实况的相关系数各自为0.9左右和0.6~0.8;通过长时间序列的风速、风向资料的比较,说明CFL－03型风廓线雷达能够较为准确地反映冬季天气过程的演变,且能够较为精细地刻画夏季短时强降水天气过程中高低空气流的变化特点。在综合考虑低空地物回波、探测盲区因素以及高空气球探空飘移等多种因素影响的情况下,可见CFL－03型风廓线雷达对乌鲁木齐大气环境和天气过程拥有较可靠的监测能力。     

风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

“2.23”昆明长水机场低空风切变分析及可预报时效估计

随着航空事业的发展,飞机性能得到提高,但低空风切变仍然对航空安全构成威胁,为了解其发展规律,就昆明长水机场2017年2月23日发生的四次低空风切变进行了特征分析,揭示了风切变产生的水平及垂直风场的调整过程。分析发现,昆明机场特殊的地理位置造成冷锋推进速度缓慢;冷锋过境时,跑道两端出现风向和风速的不连续,造成跑道两端风向和风速均无法满足运行标准,导致跑道关闭;冷锋过境后,在跑道上60m决断高度附近形成水平风的垂直风切变,造成飞机复飞,对飞行安全造成较大影响。跑道道面上的风切变空间尺度小、存在时间长、而且风切变发生高度较低,并随时间变化,结合自动观测系统及风廓线雷达能更好的了解冷锋型风切变的特征,可以为航空飞行安全提供更精细化的服务。      

北京城市复杂下垫面条件下三种边界层测风资料对比

利用2016年8月28日至9月2日北京市朝阳区气象观测站激光测风雷达、风廓线雷达和GPS探空仪同步观测数据,对比分析三种测风仪在城市复杂下垫面条件下边界层不同高度处的测风性能。结果表明:(1)激光测风雷达与GPS探空仪测风结果具有较好一致性,风速、风向的相关系数分别为0. 66～0. 96、0. 71～0. 98,其中风速平均绝对误差小于2 m·s-1,风向误差在20°之内。(2)风廓线雷达资料的精度相对较差,与GPS探空仪的风速、风向相关系数分别为0. 66～0. 91、0. 55～0. 86,误差随高度呈现先减后增的垂直分布特征。其中,400～1000 m高度范围两种资料的吻合度最高,相关系数在0. 80以上,为仪器最佳测量范围;此外,风廓线雷达的风速整体高于GPS探空仪,两者最大偏差可达4 m·s-1左右,风向平均误差最大可达30°。(3) GPS探空仪的工作方式及测量结果也存在不足,一是观测频次较低,难以详细、精准地描述边界层风场结构的变化过程;二是当存在垂直风切变时,探测初期具有明显滞后性,由当前状态转变为真实的风场示踪物需要一定时间。     

乌鲁木齐机场一次冬季东南风引起的低空风切变分析

利用常规天气资料、跑道自动观测(以下简称AWOS)资料、AMDAR等资料,对乌鲁木齐2010年12月19—20日出现的空中和地面东南风对飞行造成较为严重的风切变天气进行了分析,并尝试利用风廓线雷达资料分析空中东南风分布、下传、跑道垂直风切变的演变,分析认为:(1)乌鲁木齐机场地面东南大风多出现在春秋季,冬季多出现在中低空,而此次东南大风在12月出现在地面,比较少见。东南大风是在建立稳定的南高北低地面气压场下出现的,在起风前和大风持续期间,环流形势具有典型南冷北暖的特征。(2)AWOS资料表明:东南风过程中两次东南风阵性明显,同一时刻跑道两端出现了风向和风速的不连续,在跑道上形成较强的水平风切变。(3)风廓线资料显示:起风前空中2 000 m以下有东南风下传的作用,并具有阵性明显的特征,空中和地面出现东南风时,垂直方向上出现了风向和风速的不连续,有的时次风切变强度达到或超过中度。(4)具有较高时空分辨率的AMDAR资料,可以监测东南风下传的过程、垂直方向上风切变的变化、东南风层的高度和厚度以及阵性明显的特征,风廓线和AMDAR资料的共同使用可以更真实的反映中、低空风场的结构和演变,为风切变预报提供依据。     

风廓线雷达测风精度评估

采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析,用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子,通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析,评估风廓线雷达的测风精度,得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3,6,9,12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析,结果表明:该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km,3月、12月为6 km,基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素:信噪比影响了高空的测风精度,-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值;晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大,降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大,不能满足测风精度要求,特别是对流性降水发生前的1~2 h,水平风向、风速的方差增长迅速,可以作为强降水出现的预警指标。     

两种垂直风廓线的对比及应用Ⅰ:一致性分析

利用2013年1—9月重庆多普勒天气雷达(CINRAD/SA)和风廓线雷达(TWP8-L)观测到的垂直风廓线数据,就不同高度、不同时间及不同降水条件下二者的一致性进行了分析。研究结果表明:(1)多普勒雷达探测的风廓线资料与同期的风廓线雷达资料在垂直分布和时间变化上表现出较一致的变化趋势,两者探测的风向和风速的相关系数分别为0.90和0.75;(2)风廓线雷达和多普勒雷达探测的风向相关性(标准误差)随高度增加(降低)而逐渐增加(降低),两者间的一致性随高度不断增强。风速间的相关性也随高度增加而增加,但标准误差变化不大,稳定在2~4 m·s-1之间。在不同月份表现出类似的特征,特别是在汛期(6—9月)风切变从底层到高空具有很好的一致性,呈顺时针旋转;(3)两种探测资料间的一致性受降水影响明显,相对于降水偏少的冬季(1月和2月),在以小到中雨为主的春季(3—4月)以及中到大雨的主汛期(6—9月),多普勒天气雷达和风廓线雷达探测风廓线间的一致性得到明显增强,特别是在主汛期两者间的一致性是最高的;(4)多普勒雷达和风廓线雷达各高度层平均风向随高度的变化一致性较好,在低层(4 km)和高层(5 km)风向均随高度顺时针旋转。     

广州白云机场一次微下击暴流引起的低空风切变过程分析

对2017年8月1日在广州白云机场产生的42.1 m/s强阵风成因进行分析,发现此次强阵风是微下击暴流的下沉气流到达地面造成的。利用广州白云机场的地面自动观测资料和C波段多普勒天气雷达资料分析微下击暴流经过机场时地面各气象要素的演变特征以及产生强风切变的对流单体的移动和强度演变情况。分析表明:微下击暴流到达地面后造成了强烈的风速和风向的低空风切变,气压骤升,温度迅速降低,利用高时空分辨率的地面自动观测数据可以发布低空风切变的告警;在微下击暴流产生强地面风前,对流风暴单体的雷达回波反射率强度突然降低、回波顶高减弱,径向速度图上出现了中气旋以及在近地层有强烈的反气旋辐散,可利用多普勒天气雷达发布低空风切变的预警。     

湛江东海岛二月海陆风环流特征研究

利用2011年2月湛江东海岛风廓线雷达资料,系统分析了湛江东海岛2月平均风场特征及海陆风特征,结果表明:2月湛江东海岛150 m高度处以东偏北出现频率最大,在E、ENE和NE三个方位的风向出现频率之和为66.6%,偏西七个方位的风向出现频率之和仅为1%。以SSW方位为界,偏东风与偏西风的出现频率差异明显。各整点的月平均风速1:00—15:00变化较小,均在1 m/s左右波动;15:00—20:00风速及风速波动都较大,最大值出现在16:00时,为2.1 m/s。2011年2月中只有2日与14日两日符合海陆风日条件,两日共同海风时段为13:00—20:00,持续7 h;陆风时段为2:00—7:00,持续5 h。海风平均风速为2.1 m/s,陆风平均风速为0.8 m/s,海风平均风速明显大于陆风风速。海风与陆风环流垂直高度相差甚小,约1.2 km,风速随高度变化趋势均为先增后减;海风最大风速出现在750 m高度处,陆风出现在500 m高度处,500～750 m高度区间海风环流强度明显强于陆风环流。2 km之上为均匀一致的系统性西风环流。     

延吉市边界层风场特征分析

利用风廓线雷达在延吉市开展了边界层风场的探测研究,根据2012年4个月逐日的边界层风场探测资料,分析了延吉市大气边界层风场的时空分布特征,得到了逐月的高空风廓线图。结果表明：1000m以下,水平风速和垂直风速随高度均呈现出增加的趋势,地面风速最小,750-1000m高度处存在明显的风切变层;2月和7月高空水平风速随高度的增加而增加,4月和10月高空水平风速变化呈单峰型的变化趋势;2月垂直风速随高度的增加逐渐增加,7月随高度的增加逐渐减少,4月和10月随高度呈双峰型的变化趋势;各月在1000～2000m高度垂直风速较小;各月水平风除个别高度外均以西风或偏西风为主导风向,垂直方向以下沉气流为主。