新疆一次强飑线过程双多普勒雷达观测的中尺度风场结构分析

利用新疆乌鲁木齐和五家渠的双多普勒雷达同步观测资料与双多普勒雷达风场反演技术,结合多种气象资料(1 min间隔的地面自动站资料、探空资料和NCEP再分析场资料等),综合分析了2005年6月26日新疆乌鲁木齐附近一次强飑线过程。其流场特征是低层存在明显的辐合线,中层辐合,高层辐散。中低层的风场辐合使旧回波右侧(西南侧)一定距离处依次生成新回波并与旧回波合并,对流单体间的辐合线促使其迅速合并,是飑线发展的重要原因。对流单体间的合并是从中层开始的,然后扩展到低层。在低层对流单体合并后,飑线前部有一明显的辐合线,入流区、大的回波强度梯度区和弱回波区非常明显;同时,不同发展阶段的风场配置有明显的不同,上升气流和下沉气流在多单体风暴中同时存在。本次飑线过程中低层是东南风的入流气流,与对流带后部的西北风气流相遇后向上倾斜上升,在中高层形成飑前砧状云,这与国内外中纬度飑线的结构基本一致,但本次飑线过程只有前缘强烈的对流区,没有尾随的层状云降水。自动气象站、多普勒雷达及其反演的风场很好地揭示了该飑线的发生、发展、爆发过程及其回波和风场的空间结构特点。     

GRAPES-Meso云分析系统的设计与试验

研究应用LAPS(Local Analysis and Prediction System)云分析方案,基于美国"风暴分析预报中心"开发的中尺度模式ARPS(Advanced Regional Prediction System)的资料分析系统ADAS(ARPS Data Analysis System),开发了GRAPES-Meso(Mesoscale of the Global and Regional Assimilation and Prediction System)区域中尺度数值预报模式的云分析系统,首次实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合同化应用。详尽分析了地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率多种观测资料对GRAPES模式初始三维云覆盖、多相混合比等云微物理因子以及初始场的调整。通过对2009年6月28日至7月4日湖南省一次强降水过程的模拟试验检验云分析系统的性能,对比分析表明:(1)云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化,能够反演出三维云覆盖状况;(2)在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度,能够反演出云水、雨水、云冰等微粒,并显著改善模式初始湿度场;(3)云分析系统能够显著缩短模式的热启动时间,明显增大了开始几小时的降水量预报,对24小时的降水预报效果也有显著改善。     

Automated detection of contaminated radar image pixels in mountain areas

In mountain areas, radar observations are often contaminated （1） by echoes from high-speed moving vehicles and （2） by point-wise ground clutter under either normal propagation （NP） or anomalous propagation （AP） conditions. Level Ⅱ data are collected from KMTX （Salt Lake City, Utah） radar to analyze these two types of contamination in the mountain area around the Great Salt Lake. Human experts provide the ＂ground truth＂ for possible contamination of either type on each individual pixel. Common features are then extracted for contaminated pixels of each type. For example, pixels contaminated by echoes from high-speed moving vehicles are characterized by large radial velocity and spectrum width. Echoes from a moving train tend to have larger velocity and reflectivity but smaller spectrum width than those from moving vehicles on highways. These contaminated pixels are only seen in areas of large terrain gradient （in the radial direction along the radar beam）. The same is true for the second type of contamination - pointwise ground clutters. Six quality control （QC） parameters are selected to quantify the extracted features. Histograms are computed for each QC parameter and grouped for contaminated pixels of each type and also for non-contaminated pixels. Based on the computed histograms, a fuzzy logical algorithm is developed for automated detection of contaminated pixels. The algorithm is tested with KMTX radar data under different （clear and rainy） weather conditions.     

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.     

偏振微波雷达探测大气研究进展及几个问题的考虑

近年国际上偏振微波雷达探测大气研究有了重要进展,成为雷达气象学研究的新热点,并可能成为天气雷达发展的重要方向。介绍了微波圆偏振技术现状和双线偏振测量技术体制的重要进展,以及近年在气象应用中所获得的最新研究结果,展望了偏振探测技术的应用前景。进一步讨论了开展偏振探测技术研究所应考虑的有关偏振类型、实现体制、方案设计、产品算法和波段选择中的问题,对偏振探测技术研究具有参考价值。     

Retrieving microphysical properties and air motion of cirrus clouds based on the doppler moments method using cloud radar

Radar parameters including radar reflectivity,Doppler velocity,and Doppler spectrum width were obtained from Doppler spectrum moments.The Doppler spectrum moment is the convolution of both the particle spectrum and the mean air vertical motion.Unlike strong precipitation,the motion of particles in cirrus clouds is quite close to the air motion around them.In this study,a method of Doppler moments was developed and used to retrieve cirrus cloud microphysical properties such as the mean air vertical velocity,mass-weighted diameter,effective particle size,and ice content.Ice content values were retrieved using both the Doppler spectrum method and classic Z-IWC(radar reflectivity-ice water content) relationships;however,the former is a more reasonable method.     

毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望

云在大气的能量分配、辐射传输,尤其是水循环系统中有不可忽视的作用。云探测对云物理、人工影响天气、气候变化和航空航天等领域有重要意义,是大气科学研究的热点之一。尽管目前已经发展了很多种遥感设备对云进行观测(如激光雷达、卫星、云幂仪等),但这些设备无法得到高时空分辨率的云水平和垂直结构,而毫米波雷达是云三维精细结构探测的重要工具。由于毫米波雷达具有更接近小粒子尺度的短波长,因此更适合用来探测弱云,同时毫米波雷达也存在衰减严重的缺点。介绍了毫米波雷达的特点以及其探测小粒子的优势;对比分析了其与新一代多普勒天气雷达、晴空风廓线雷达的差异,得出：毫米波雷达具有高时空分辨率,能够更精确地反映云的垂直和水平结构,比普通天气雷达更适合监测云的变化。概括了国内外毫米波测云雷达的发展现状以及在云物理研究方面的情况,并展望了国内毫米波雷达未来研究的方向。     

用双线偏振雷达研究云内粒子相态及尺度的空间分布

本文用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的Ｃ波段双线偏振雷达的层状云、对流云的观测资料，结合不同粒子的生长规律及对Ｃ波段雷达波的散射特性的研究，用ＺＤＲ参量系统分析并解释了层状云、对流云内粒子相态及尺度的空间分布规律。从中发现：在发展旺盛的对流云中ＺＤＲ＞３．０ｄＢ的区域经常会延伸到４ｋｍ以上，这些区域可能存在过冷水滴和扁状冰相粒子，而这些粒子的存在与对流云的发展有一定的关系。零度层以下层状云ＺＤＲ的突增和实减反映了冰相粒子融化形成大雨滴然后大雨滴破碎的规律。冰雹云中负的ＺＤＲ与冰雹的取向和尺度有关。这一工作代表了中国双线偏振雷达最新研究成果，它证明了双线偏振雷达在研究云微物理机制方面优于普通雷达，双线偏振雷达为研究云的发展机制、人工影响天气指挥及效果检验提供了新的手段，这一结果也为该技术在中国的推广提供了有利的依据。     

双线偏振雷达的水文预报领域的应用——实时水文预报系统的研制

根据１９８０－１９８７年巴家咀水库中水文站及雨量站的流量和降雨强度资料，建立了一个利用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的偏振雷达实时遥测降雨的雷达回波资料进行实时水文预报的模式，当接收到以无线电方式传输来的雷达资料后，该中进行包括各子流域的降雨总量，径流，汇流及到达水库的流量、洪峰流量和时间等水文参量的预报，并在计算机临视器上显示，在打印机上打印并存盘，这一方法与普通水文预报方法相比具有     

双线偏振多普勒天气雷达估测混合区降雨和降雹方法的理论研究

利用冰雹形状和空间取向的模型及降雹和降雨的滴谱分布,分析了C波段双线偏振雷达探测的降雨和冰雹的反射率因子ZH、差反射率因子ZDR和差传播相移KDp的取值范围,及混合区降水中不同大小的降雨降雹强度对这些参量的贡献.结果表明:对于C波段双线偏振雷达来讲,当降雹达到一定强度后,反射率因子反而随降雹强度的增大而减小,反射率因子和降雹强度不一定是一一对应关系,降雹的KDp与相态、空间取向和雹块的尺度均有关系.在混合性降水中,ZH的主要贡献来自冰雹,而KDp主要取决于降雨的大小,降雨和降雹对ZDR均有明显的影响,降雨的ZH和KDP有比较好的对应关系.在此基础上给出了利用ZH、ZDR和KDp定量估测相态混合区冰雹和降雨对应的反射率因子、降雨强度的方法,并从滴谱变化、雷达探测精度和冰雹对KDp的影响分析了这种方法的估测精度.