M-P分布时降水返回信号估算雨滴谱参数方法

为了能通过简单计算得到雨滴谱参数,在假设雨滴谱分布满足M-P函数的情况下,对降水返回信号估算雨滴谱参数方法进行了研究。通过雷达气象方程、雨滴下降末速度与雨滴直径的关系,得到雷达降水返回信号与雨滴谱参数之间的关系,构成方程组。采用解方程的方法,得到降水返回信号估算雨滴谱参数的解析式。用正演方法建立检验数据库,将估算值与设定值进行误差分析,截距参数的平均相对误差的平均值为0.55%,斜率参数的平均相对误差的平均值为0.84%。研究结果表明,当雨滴谱分布服从M-P函数时,降水返回信号估算雨滴谱参数方法可行。     

雷达站网资料在长江流域暴雨试验中的应用

阐述了新一代天气雷达站网资料拼图技术在长江流域暴雨试验中的应用，内容包括雷达基数据的处理转换、站网资料的一致性处理方法、不同波段雷达资料的拼图策略、风场反演、结果的综合显示，并以此为基础建立了雷达站网综合拼图软件系统，利用该系统对2001年、2002年长江中下游地区暴雨试验期间的雷达组网中不同型号雷达的探测基数据，进行了资料处理转换和站网综合拼图。     

西藏羊八井Ka & W双频毫米波云雷达性能及观测分析

雷达作为一种遥感探测仪器,在云和降水的观测中发挥着重要作用。然而,由于不同水凝物粒子在形状、密度、粒径、主轴取向和谱分布等方面的巨大差异,单部雷达的反射率因子对云降水系统内部微物理特征的准确量化存在困难。近年来,水凝物粒子散射理论、电子计算机和毫米波器件技术的进步加速了多波长雷达遥感技术的应用,为进一步认识云微物理过程和改进云微物理方案提供了重要观测依据。多波长垂直探测雷达技术已经从散射理论催生新的观测方法进入到观测试验揭示关键云降水微物理过程的阶段。本文从雷达反演液态和固态水凝物的角度,讨论基于水凝物粒子衰减和散射特性的地基双波长和三波长垂直探测雷达遥感技术研究进展,介绍了国内外地基多波长云雷达实验的研究进展,并从粒子散射理论出发,提出多波长雷达正在从传统波段组合(如W/Ka/X波段)向结合更短波长和更长波长的“三波长+”方向发展。随着卫星雷达载荷从单波长到双波长,地基多波长气象雷达遥感技术的发展将为下一代星载多波长雷达载荷的研制提供有力支撑。

     

长江流域梅雨锋暴雨过程的中尺度结构个例分析

利用外场试验资料, 用双多普勒雷达技术和径向速度场分析方法, 研究了2002年7月22~23日发生在长江流域一次暴雨过程的中尺度结构动力特征和演变过程. 结果表明, 在西南-东北取向1000 km长的暴雨雨带中, 存在有许多尺度在20~50 km大小的β或γ中尺度强回波带或回波团, 在长江中游, 混合性强降水雨带在长200 km以上的低空切变线上形成; 在切变线南侧的低空西南急流和北侧的偏东气流共同作用下形成上升气流, 对流云得到发展, 切变线低空风场的扰动、中尺度切变和β中尺度辐合是造成对流发展的原因; 新回波常常在老回波右后侧生成, 并移向西南气流区, 从而得到充足的水汽, 这种回波发展旺盛, 持续时间长. β中尺度对流系统常常伴有尺度更小的中尺度涡旋和中尺度辐合等γ中尺度结构, 这些γ中尺度结构在强对流的发展过程中也起了很重要的作用.     

风的空间不均匀分布对风廓线雷达数据质量影响研究

风廓线雷达基于均匀风场假定条件计算水平风,在不考虑雷达系统测量误差的情况下,探测波束内风的不均匀性是影响雷达数据质量的主要因素。通过5波束风廓线雷达计算出两组独立的水平风分量Ue、Uw和Vn、Vs,利用旋转坐标系方法将风的水平速度不均匀分布和垂直速度水平不均匀分布对雷达测风的影响进行分离,对北京延庆CFL-08风廓线雷达2012年全年数据进行时间一致性平均质控处理,针对一小时分辨率数据分析了两种不均匀对测风数据质量的影响程度。结果表明：(1) 雷达波束空间内的水平不均匀和垂直不均匀对水平风测风数据的质量均有影响,影响程度与风速大小有关;(2) 晴空条件下垂直速度较小,水平不均匀是影响测风质量的主要因子,水平不均匀与垂直不均匀对测风质量影响比约为2:1;(3) 降水期间水平不均匀和垂直不均匀程度均大于晴空,二者对测风质量影响比约为1:1。本文分别分析了晴空和降水情况下风的空间不均匀分布对测风质量影响的可能原因,是改进水平风数据质量算法的预研究。     

广东东莞不同类型云的雨滴谱和降水特征

利用设置在东莞站的Parsivel激光降水粒子谱测量系统于2010年获取的观测资料,对数据有效性进行验证并开展15次降水的特征参量分析。层状云降水（S）、积层混合云降水（M）、积雨云降水（C）各选取两次典型过程,对各种特征参量之间的相关性和雨滴谱特征进行细致分析,结果表明：平均粒子直径、平均雨强、平均雨水含量、过程最大立方根直径、过程最大雨强的分布规律明显,基本遵循“C>M>S”的规律;同种类型降水的雨滴谱型非常接近,层状云存在单峰谱,混合云和积状云是明显的双峰谱或多峰谱; M、C型降水的大雨滴明显多于S型降水;雨水含量与雨强的相关性最好,雷达反射率因子与雨强的相关性次之;层状云降水主要为1 mm以下小粒子,积状云和积层混合云降水雨滴谱宽较大,1 mm以上大粒子数浓度较大。     

风廓线雷达探测降水云体中雨滴谱的试验研究

对风廓线雷达探测降水时出现的双峰型功率谱密度分布的回波,进行大气返回信号和降水返回信号的剥离,由大气返回信号求出环境大气的垂直运动,导出降水质点下降末速度的功率谱密度分布,进而求出云体中的雨滴谱分布。对两次降水进行了雨滴谱反演试验,提取了不同高度上30多份雨滴谱分布,雨滴谱分布基本上呈现出指数分布形式。指数拟合后求出雨滴谱的浓度参数N0由几百到几千m-3mm-1,尺度参数λ为3.8～4.5 mm-1。试验中,还由反演的雨滴谱估算出云中含水量,得出降水云体中含水量随高度的分布,与附近多普勒天气雷达观测进行了比较。风廓线雷达与多普勒天气雷达探测到的回波强度随高度分布基本一致,云中含水量估算的均值基本相同,而风廓线雷达由雨滴谱估算出的含水量随高度分布可以反映出雨滴谱变化的影响,随高度分布更为精细。     

风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法

风廓线雷达系统误差和探测数据时空代表性影响风的数据质量。针对五波束探测风廓线雷达,提出雷达系统误差检测方法并分析风的空间不均匀分布和时间代表性对风数据质量的影响。在此基础上,通过比较4组三波束计算的两组水平风u,v分量离差进行风的空间均匀性判别,并比较了一致性平均和数学平均两种时间代表性处理算法间的测风精度差异。利用广东风廓线雷达站网2014年3—5月10部雷达数据进行方法应用和评估。结果表明：稳定大气条件下,3种型号雷达 (LC,PB,PA) 的有效数据高度分别达到3,6 km和10 km的雷达系统功能设计需求。经空间均匀性检验与时间一致性平均处理的风数据在降水期间质量优于业务雷达数据,3—5月10部雷达获取的两组u,v分量离差标准差约为1 m·s-1,表明经过空间一致性检验和时间一致性平均处理后的数据质量较好。     

风廓线雷达对大气折射率结构常数的探测研究

基于湍流散射理论,构建了风廓线雷达（WPR）强度信息对大气折射率结构常数的估算方法。经过对WPR多种探测模式探测数据的估算分析,发现雷达参数的确切选用、信噪比(SNR)测量方法的合理性以及信号累积得益的认定对大气折射率结构常数的准确估算有较大的影响,为此提出适合WPR多种探测模式对该估算值规范化处理方法。利用北京两部对流层风廓线雷达五种探测模式于2005年获取的部分观测数据,进行了规范化计算及对比分析。结果表明,邻近时刻的不同风廓线雷达探测估算结果有较好的一致性,其垂直分布结构合理,呈指数形式, 统计结果与国内外的分析研究结果较为吻合。     

对流降水云中大气垂直运动反演及个例试验

为深入认识对流降水云结构及动力特征, 基于降水频段调频连续波5520 MHz垂直指向雷达(VPR-CFMCW), 使用地面至15 km高度的反射率因子及径向速度, 建立对流降水云中大气垂直运动的反演方法, 分析对流垂直结构及大气垂直运动随高度分布的演变特征。对在广东龙门测站探测的2019年4月20—22日前汛期4次对流降水进行反演试验发现, 对流降水前大气上升运动对降水云反射率因子及地面降水有正贡献, 深厚对流具有倾斜性, 会导致垂直剖面在某些时刻呈分层结构;对流降水整层以下沉运动为主导, 高层大气上升运动与下沉运动交替出现, 低层大气下沉运动占比最高, 大气上升运动在6 km高度以上占比有所增加;大气垂直速度在高层较大、在低层较小, 超过10 m·s-1的强上升运动与下沉运动多出现在6 km高度以上, 4~6 km高度垂直运动变化较大, 4 km高度以下的平均下沉运动小于5 m·s-1, 上升运动约为2 m·s-1。