多普勒天气雷达短时预报技术研究进展

简要介绍了短时预报技术的一些概念和基本内容,并就国内外基于多普勒天气雷达的短时预报技术开发进展情况,从临近外推预报和短时数值预报两方面详细叙述了包括雷达资料控制、灾害性天气预警预测、雷达资料同化等技术研究的最新动态。     

利用卫星和雷达估计大暴雨

利用合肥、武汉和长沙雷达、云顶亮温TBB等观测资料,对2003年7月8日发生的大暴雨天气过程进行了联合估计。结果表明:联合估算降水很好地再现了这次降水过程;卫星估算降水很大程度上弥补了雷达估算降水在空间分布上的不足,但对特大暴雨在强度上估计不足,对中等强度的降水估计偏大;引入雷达对卫星估算降水进行联合估算,能很好地反映暴雨云团的中尺度结构特征,反演的降水场能很好揭示强降水过程的时空变化特征。     

S波段WSR-88D双偏振雷达观测非降水回波识别方法研究

与新一代天气雷达相比,双偏振雷达能发射水平和垂直极化偏振波,具有更多的测量信息,利于区分降水和非降水回波,在雷达定量估测降水中发挥着重要作用。本文根据双偏振雷达的测量变量(水平反射率、差分反射率和相关系数)及降水与非降水回波的结构特征,发展了一套S波段双偏振雷达数据质量控制算法,重点研究晴空回波和生物回波的识别。利用上海南汇WSR-88D偏振雷达的观测数据做测试和评估,评估结果表明该算法对南汇偏振雷达非降水回波识别准确率达93%以上,且对降水回波的误判率仅为3.82%。     

新一代天气雷达资料图像产品的生成方法

介绍了新一代天气雷达产品显示、以通用格式(BMP为例)自动保存图像文件、图像说明信息中文化的技术方法.重点对雷达产品显示资料处理中扇区填充的两种方法(屏幕坐标反查法和线段填充法)及其技术差别进行了比较分析.结果表明,屏幕坐标反查法较线段填充法原理简单,但计算复杂,对数据资料要求严格,在实际应用中易出现较大误差.     

基于模板匹配法的长乐雷达强超折射回波识别

我国有许多新一代天气雷达架设在高山上,由于海拔高度较高,加上地球曲率的影响,在使用VCP11/VCP21模式探测时,造成较大的探测盲区,对低层降水回波的探测能力严重不足。长乐新一代天气雷达经过调整观测模式后,采用负仰角扫描有利于中小尺度灾害性天气系统的监测和预警,但同时会带来地物回波增强、海浪回波及超折射等负面效应。基于此,通过大量个例统计并分析长乐雷达在特定大气条件下的强超折射回波特征,借助模式识别理论提出了一个新方法"模板匹配法"识别强超折射回波。利用大量强超折射回波数据的检验和分析,结果表明该方法能够在不影响负仰角扫描模式下有效滤除长乐雷达的强超折射回波。目前该方法正在试运行,即将应用到中国新一代天气雷达建设业务软件系统开发ROSE项目中。     

非线性VAD反演低层风廓线拟合阶数优化方法

结合理论和SoWMEX试验 (西南气流试验,Southwest Monsoon Experiment) 的连续多普勒天气雷达观测资料和广东省阳江雷达资料, 对非线性速度方位显示 (非线性VAD) 方法反演低层低于2 km垂直风廓线精度和能力进行定量分析。结果表明:非线性VAD基本能反演出低层风廓线在空间和时间上的演变。但当雷达径向速度数据在方位存在较大的连续性缺测、体积扫描仰角较少时,因传统非线性VAD采用的速度方位显示 (VAD) 方法拟合阶数和垂直拟合阶数过高,反演的低层风廓线会存在较大误差,造成不合理高风速区和风廓线不连续。通过实际观测资料统计分析反演参数对非线性VAD的影响,提出基于连续性数据缺测间隔和不同仰角的多少的VAD和垂直拟合阶数动态调整方法。同锋面降水和台风降水两典型个例的实际探空比对显示,调整后的非线性VAD显著改进低层风廓线反演精度,反演的风廓线结构和变化与实况相符,反演平均误差小于2 m·s-1。     

多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析

在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高。当雷达电磁波能量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标。该文利用高分辨率地形高程数据计算波束阻挡率, 确定组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法。根据业务观测模式VCP11及VCP12的14个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、江西、浙江、福建、广东、广西和海南已建多普勒天气雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1500 m, 3000 m和6000 m高度上有效区域图。分析结果表明:CAPPI数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用VCP12模式观测, 与采用VCP11或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组网拼图。     

基于天气雷达网三维拼图的混合反射率因子生成技术

首先基于1:25万的DEM(digital elevation model)数据、雷达站点信息、雷达波束高斯分布模式和标准大气情况下的波束传播路径计算了雷达的波束阻挡率,并把它与雷达实测的反射率因子分布情况进行比较,发现两者具有很好的定性一致性和很强的定量相关性;其次根据设置的波束阻挡率阈值和波束下限(波束底部越过地形的高度)阈值得到不受地形阻挡的最小扫描仰角在同一平面上的投影,即混合扫描仰角,这样计算出来的混合扫描仰角与雷达扫描方式无关,可用于不同扫描方式下的混合扫描反射率因子(没有波束阻挡的最低扫描仰角的反射率因子在同一平面上的投影)的获取;然后根据混合扫描仰角,利用标准大气情况下的雷达测高公式计算等射束高度,把来自雷达网中各雷达的等射束高度进行拼接得到等射束高度拼图,其中在各雷达重叠覆盖区,取最小的等射束高度;最后利用新一代天气雷达网三维拼图反射率因子数据以及等射束高度拼图数据得到天气雷达网的混合反射率因子,以便用于大范围降水估算算法中的降水率的计算.     

天气雷达回波运动场估测及在降水临近预报中的应用

在常用的基于天气雷达反射率因子图像的相关方法跟踪回波运动的TREC(Tracking Radar Echo by Correla-tion)技术基础上,文中发展了一种基于差分图像(时间梯度图像)的相关方法追踪雷达回波运动(Difference Image-based Tracking Radar Echo by Correlations)技术,简称DITREC,并与TREC技术进行比较。个例分析表明,DITREC矢量场消除了TREC矢量场中由于回波型的迅速变化导致的一些无序矢量,使得DITREC矢量场的时间连续性和空间连续性好于TREC矢量场。在TREC矢量场中不存在无序矢量的地方,DITREC矢量场与TREC矢量场基本一致。分别用DITREC矢量场和700 hPa风场作为回波运动估测场外推合肥CINRAD/SA雷达反射率因子复合扫描图,得到1 h外推降水场。以地面雨量计为标准,对外推降水场进行评估,结果表明,DITREC外推小时降水优于700 hPa外推小时降水,但其精度还与所采用的Z-R关系有关。     

一次弓形回波结构和演变机制的观测分析

基于单多普勒天气雷达观测和双多普勒雷达反演风场,对2009年6月3日河南商丘发生的一次弓形回波的结构和演变机制进行细致分析。系统发生前的环境均具有中等对流有效位能和中等偏弱低空垂直风切变。雷达分析显示,该弓形回波从超级单体开始,经过风暴合并发展而成的经典弓形回波结构,生命史约3 h。在超级单体阶段,具有中纬度典型超级单体的低层钩状回波、中层有界弱回波区和中气旋结构。超级单体减弱后,因强降水拖曳和降水蒸发冷却,引起云内强的下沉运动,将云外干冷空气带到云内,形成中层后方入流,并在地面形成强冷池,触发干冷后向入流,回波逐渐演化成为弓形。弓形回波成熟阶段,风暴相对后向入流急流在对流区后部2 km高度加速下沉,系统前沿增强至20 m·s^-1。在中层,系统后侧南北两端形成气旋和反气旋涡旋对,此中层涡旋对后向入流强度贡献约20%。在系统前缘低层（1.5 km）、出流边界附近,存在一气旋式涡旋。受后向入流急流和此低层涡旋的共同作用,在顶点附近产生超过32 m·s^-1的最大地面相对风速。至减弱期,低层出流扩展至系统前方20 km,截断了低层暖湿入流,使其快速减弱。