多普勒雷达图像逆风区的自动监测识别

在多普勒雷达降水回波径向速度场中及时准确地发现逆风区,对灾害天气预报预警具有重要意义.根据逆风区在雷达径向速度图中的物理图像特征,采用数字图像处理和分析方法实现了逆风区自动监测识别.首先,以雷达图像色标为依据,采用阈值法分别获取正、负速度区域二值图像,再对2幅图像分别进行形态学运算,然后将上述4幅图像做交叉逻辑运算,得到逆风区监测识别结果和相关参数.通过在2005-2011年长沙雷达站47幅根据实况进行人工标注后的多普勒雷达径向速度图像上进行实验,表明该方法对逆风区可以进行快速准确识别,与人工标注结果比较准确率可达89%,满足实际应用需要.     

长江中下游地区一次春季暴雨过程的多普勒雷达速度特征分析与研究

利用南京多普勒天气雷达径向速度数据,对2012年春季南京地区首场暴雨过程进行了分析。结果表明,风廓线产品(VWP)在降水各阶段都呈现出相应的图像特征:中上层降水云系向下扩展而同下层降水云系"连接",形成"ND"楔形区域,是降水即将开始的一个信号;降水发展阶段大风区底高变化与雨势有较好的对应关系,大风区底高持续下降并维持某一高度后的30 min内,雨势增强明显,随着大风区底高的快速升高,雨强也迅速减弱。降水末期中层"ND"的出现预示着降水云系逐渐消散,风向杆位置的连续下降预示着降水即将减弱停止。逆风区断裂位置及边缘地带对应着强降水的落区。由雷达基数据计算出的平均散度信息较好地反映了此次降水的动力学特征。     

初春暴雪过程的多普勒速度特征分析

利用多普勒雷达资料对烟台市一次初春暴雪天气的多普勒速度和风场结构特征进行了分析。结果表明：降雪开始后相继出现的暖平流辐合、闭合零速度区和逆风区是本次暴雪天气过程多普勒速度的主要特征；持续的垂直风向切变及强辐合等风场结构为暴雪产生创造了条件；低空东南气流对多普勒速度特征的形成及暴雪的产生起了主导作用。     

重大灾害性天气的多普勒雷达产品特征分析

2007年7月28日晚至30日河南省卢氏县发生了几十年不遇的灾害性暴雨天气,给卢氏县造成重大经济损失和人员伤亡。造成经济损失14.1亿是2007年全国灾害伤亡最严重的地区之一。本文利用新一代多普勒天气雷达产品特征分析,得出:大片层状云回波中镶嵌的对流单体或弯曲带状强回波是暴雨过程的主要回波特征,带状回波拐点处是最大降水中心;速度场可以识别出降水区的流场特征,逆风区的存在对应着暴雨中心。     

滇南飑线的发生环境及其多普勒雷达回波特征

通过对NCEP资料、常规气象资料和CIND3830-CC多普勒雷达观测资料的统计分析,归纳出滇南普洱市2004—2009年18次飑线发生前的天气形势及物理量场特征、飑线的时间分布特征、飑线的移动路径等。总结了飑线在多普勒雷达图上的基本结构、飑线中强对流单体的基本反射率特征、径向速度特征及天气对应关系,并分析飑线中回波单体的结构与灾害天气类型的对应关系、垂直液态水含量(VIL)的变化与飑线中冰雹的相关关系等。根据灾害类型和飑线中单体的结构将飑线分为5种类型,对飑线的短时临近预报有指导作用。     

青岛市一次局地大暴雨天气成因和逆风区特征分析

利用地面和探空气象观测数据、雷达探测资料以及ECMWF（ERA5）0.25°×0.25°全球再分析数据,分析了2016年8月19日青岛市环胶州湾一次局地大暴雨过程的环流形势、环境条件及逆风区演变特征。结果表明：副热带高压边缘的地面冷锋进入倒槽,冷空气向地面辐合线的暖区渗透触发对流天气是此次过程的形成机制。此次大暴雨过程与地形关系紧密,主要分布在低层暖湿气流和山脉抬升作用形成的迎风坡前位涡大值区,该区域中低空垂直上升运动和相对湿度配合较好。大暴雨区站点的强降水时段与垂直上升运动时段吻合,小时最大雨量出现在垂直上升运动强度的跃增阶段。过程降水开始前,0℃层高度和近地面层比湿变化不大,CAPE值、K指数以及垂直风切变等各项不稳定指数均较08时明显增强。雷达产品分析显示,造成大暴雨的对流单体呈暖区对流特征,强降水前20~30min垂直风切变增强。此次降水过程产生的4处逆风区均出现在对流单体生成之后,为对流单体下沉气流产生的与环境风相反方向的辐散气流。其中2处低层相对湿度大值区的逆风区能得到发展增强,而逆风区的发展则进一步促进了对流增强,此演变特征对本次大暴雨过程的临近预报预警有较好的指示作用。     

暴雨过程中逆风区特征及应用判据研究

为研究暴雨过程中逆风区特征及应用判据,统计分析2010—2017年山东临沂地区暴雨过程中的多普勒雷达观测资料,结果表明：暴雨过程中,风暴内的垂直环流是造成逆风区发生发展的直接原因;逆风区表现为β中尺度和γ中尺度,其形态在不同天气类型下有明显差异;逆风区持续阶段降水强度增大,持续时间与过程累积雨量呈正相关;当雷达最低仰角识别到逆风区,其厚度≥4.0 km、强度≥15 m·s-1、径向速度绝对值最大值≥5 m·s-1且持续30 min以上时,风暴常明显发展,相关特征可用于预报风暴和暴雨的发展。     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

沈阳一次局地大暴雨过程中逆风区的回波演变

利用沈阳CINRAD/SA多普勒天气雷达观测资料及加密自动站资料等,对2009年7月11日发生在沈阳西部的中尺度大暴雨天气过程进行分析。结果表明：雷达1.5°仰角PPI图上有逆风区存在,逆风区出现的时间要比强降水出现的时间早10 min以上,强降水区与逆风区、强回波区、VIL值的大值区有较好的对应关系,逆风区的出现对强对流天气的预报预警有指示作用。     

中小尺度的多普勒径向速度场特征分析

本文选取2003—2005年太原多普勒雷达资料,对中小尺度的多普勒速度场特征进行了深入研究。从逆风区厚度、尺度、强度(速度切变)等方面作了详细地分析,并与相应的回波反射率因子Z及VIL(垂直累积液态水含量)值对照。结果表明:逆风区强度与反射率因子,逆风区厚度与VIL值,逆风区底层流场结构与强回波发展趋势密切相关。而且,绝大部分逆风区出现时间较降水开始时间有1—2 h的提前。     

多普勒雷达的速度图像特征及其在一次降雪过程中的应用

该文首先介绍了大面积降水的多普勒天气雷达径向速度PPI图像识别技术, 包括:①冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征; ②由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征, 然后介绍了利用EVAD技术由雷达基数据定量计算大气平均散度和平均垂直速度的方法, 最后应用图像识别技术和EVAD方法对石家庄2004年冬季的一次大面积降雪过程进行了详细分析, 发现:此次大面积降雪过程有明显的辐合辐散图像特征, 径向速度值小, 辐合辐散弱, 始终存在暖平流。另外, 降雪强度和散度、垂直速度关系密切:辐合层厚度加大, 辐散抬高, 则降雪加强; 辐合、辐散层高度降低, 则降雪减弱。同时, 由EVAD技术定量计算的散度和相同时刻由径向速度图像产品定性分析的辐合、辐散基本一致。     

利用多普勒雷达径向速度提取台风环境风场信息

应用蓝金模式模拟了纯气旋性旋转的多普勒雷达径向速度特征,还模拟了不同环境风向和吹向台风中心的辐合风对台风多普勒速度特征的影响。在此基础上,提出了雷达实测台风速度的特征和不同环境风向的速度数值模拟图进行比较,从而提取出相应环境风信息的方法,并应用这种环境风信息来判断台风的移动路径。通过对台风实例分析,特别是在台风发生转折的关键时刻,该方法都能够较准确地判断环境风转折的多普勒速度特征。应用多普勒雷达径向速度图像与不同环境风向模拟图像进行比较的方法,能够实时(雷达观测时间间隔仅为6 min)监测到环境气流的方向及其变化,比较准确地监测台风的移动路径,这是其他大尺度气象资料难以做到的。分析表明:环境风转向变化的现象在前,台风发生转折的现象在后,对台风路径的短时预报具有一定应用价值。     

多普勒雷达速度退模糊方法分析

速度退模糊方法的基本思路一般是先找到可靠观测,以可靠观测为基础进行空间连续性检查。文章设计了模拟的雷达径向风资料,对比了两种典型的自动退模糊方法,一种Zhangjian的基于零风速线的方法;另外一种是Xuqin的基于反演平均风的方法。模拟资料的检验结果表明:(1)Zhangjian的方案对零风速线与某一条径线较匹配时,会取得较好效果,否则找不到弱风区,退模糊失败;(2)Xuqin的方案对非线性很敏感,非线性越强,效果越差。文中设计了一种寻找弱风区确切位置的算法。使用模拟资料的测试效果表明,新方案继承了零线方案的优点,另外,当零风速线的走向与观测径线差异较大时,仍然可以取得较好的结果。     

基于功率谱的风廓线雷达回波强度定标方法

风廓线雷达已在我国得到大范围的业务布网应用,现有业务产品主要为风场信息。为了充分发挥风廓线雷达的作用,获取更多的天气过程信息,该文提出仅使用风廓线雷达返回信号功率谱进行数据定标（DCNP）的方法。使用雷达系统噪声功率对返回信号功率谱单位幅度进行标校计算,基于标校后的雷达探测功率谱分布数据计算回波强度功率谱密度分布、回波强度、大气折射率结构常数。利用2017年北京风廓线雷达、2016年南京风廓线雷达和2018年梅州风廓线雷达观测数据,对我国业务运行的3种主要型号风廓线雷达进行算法评估试验。定标方法的计算结果稳定,风廓线雷达不同探测模式之间的一致性较好。使用每个测站定标结果与相邻天气雷达数据进行比较,风廓线雷达回波强度定标结果与天气雷达也有较好的一致性。DCNP方法与基于信噪比（SNR）的强度计算方法进行比较,与SNR方法相比,DCNP方法定标结果更加稳定可靠。     

陕西关中地区一次突发性暴雨的雷达回波特征分析

利用陕西关中地区46个自动气象站数据、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料、西安新一代多普勒天气雷达资料等,对2016年7月18日关中一次突发性暴雨过程进行分析。结果表明:影响此次暴雨的主要因子有西太平洋副热带高压、西北路弱冷空气、切变线、偏南和偏东风急流等。雷达图上,最强回波中心(45～55 dBz)高度在6 km以下,为低质心结构,径向速度图上零速度线呈"S"型,表示低层暖平流,风向辐合辐散和逆风区等特征均有利于短时强降水的发生。逆风区、VIL的峰值与强降水中心区、强回波中心位置有很好的对应关系。当VIL中心值在25～30 kg/m~2时,可能会出现小时雨强超过20 mm的短时强降水。这些结果对预报关中地区突发性暴雨有很好的参考意义。     

宝鸡市干旱气候特征分析

2008年6月28日15时开始,山西省北部和东部部分地区出现强对流回波,当天下午16时起,太原本场及周边开始有大风天气,17时到20时开始出现局地的暴雨,部分地方出现短时冰雹等强对流灾害性天气。21时之后,回波向东南方移出,过程结束。本文主要对此次短时强对流天气过程的多普勒雷达图像资料进行分析,详细分析了太原（本场）周围强对流天气发生、发展、及消失的回波演变特征,并结合当时的雷电资料进行了分析。结果表明：本场未出现降水前,本场周围50km范围内非降水回波的辐合形势对天气过程的发生有很好的指示作用;强对流回波中存在逆风区,与暴雨的落区有很好的对应关系。     

多普勒天气雷达径向速度图上的雹云特征

不同的强对流天气造成的灾害和社会影响差别很大。通过对北京地区2001年和2002年出现的32次降雹时伴随出现的天气现象分类和对雹云多普勒天气雷达径向速度场图像特征的分析统计, 得出“大风区”、“中气旋”是经常出现降雹的多普勒径向速度图像特征。“大风区”常伴随出现强风冰雹, 而“中气旋”则常伴随出现暴雨冰雹, 这对于判别冰雹云产生什么样的天气现象是有指示意义的。     

风廓线雷达垂直径向速度应用初探

利用北京风廓线雷达五波束探测中的垂直波束资料,进行了垂直速度在预报中的应用研究。通过对垂直速度的分级显示,配合地面气象记录,对不同的天气个例进行分析,结果表明:平稳晴空的天气风廓线雷达所测量的垂直速度很小,基本上在±1m·s~(-1)范围内;而有降水时,风廓线雷达所测得边界层的垂直速度基本上都是朝向地面的,不同相态降水粒子的垂直下落速度有明显的差别。分析表明风廓线雷达垂直速度的探测对研究晴空大气的垂直运动、判断降水粒子相态和降水预报有应用价值。     

湘中“6.26”雷雨大风过程的多普勒雷达产品分析

对6月26日发生在湘中的一次大风过程进行多普勒天气雷达回波分析发现,中低层切变线、地面干线和较强垂直风切变是发生大风的主要背景形势,回波的快速移动、\