风暴尺度天气下利用集合卡尔曼滤波模拟多普勒雷达资料同化试验I.不考虑模式误差的情形

本文在假定模式无偏差的情况下, 利用一次风暴过程的模拟多普勒雷达资料进行一系列风暴天气尺度的集合卡尔曼滤波资料同化试验, 检验集合卡尔曼滤波在风暴天气尺度资料同化方面的效果, 并验证各集合卡尔曼滤波参数对同化效果的影响。试验结果表明, 集合卡尔曼滤波能有效地应用于风暴尺度的资料同化; 40个集合成员以及6 km的局地化尺度能较好地滤除采样误差造成的虚假相关, 同时可以将观测信息传递到无观测的模式格点; 利用背景场加上空间平滑的高斯型随机扰动生成初始成员的方式较未经过平滑的方式有更好的分析效果; 背景场扰动方法能够提高样本的离散度; 只同化反射率的同化试验表明, 反射率的同化效果较明显, 也证明了集合卡尔曼滤波在非常规资料同化中的作用; 增加径向风资料同化的效果优于只进行反射率同化的结果。     

载人飞船主着陆场区强对流天气成因

从数值预报资料入手,结合风廓线雷达、多普勒雷达及自动气象观测资料对2008年9月14日飞船主着陆场区一次雹暴过程进行分析。结果表明:这次雹暴过程中气象要素变化剧烈;侵入蒙古低压的冷锋带动中尺度辐合线移近场区时触发强对流迅猛发展;雹暴前期垂直风切变显著增大;深厚的对流不稳定层结、强烈的正涡度平流和垂直上升运动等是雹暴的主要成因;雹暴前期TBB值迅速降低,雷达RHI回波图上,在无回波穹窿区上部为雹源区;冰雹落在θse舌轴的北侧和高空锋区的南侧。     

雨雪冰冻天气多普勒雷达产品特征

2008年1月下旬至2月上旬福建省西部北部出现了历史罕见的雨雪冰冻灾害。利用多普勒雷达反射率、回波顶高、径向速度、垂直风廓线等产品对此次雨雪冰冻天气进行特征分析,通过分析发现:①冰晶和雪的回波强度通常比连续性降水回波弱,在反射率图上,回波表现为边缘毛松,丝缕状纹理结构明显,边缘模糊不清,没有确定的边界;②回波顶高和零度层较低,因为垂直方向大气相对较稳定,不利于对流发展,降水粒子没有发展到高空;③在径向速度图上存在牛眼,说明在低空有急流存在。在低层有环形的零速度线,中高层的零速度线为倒"S"形,表明低层有风切变存在,中高层有冷平流;④风廓线图上高层为西南风,中层为西北风,低层为西南风,近地层为东北风。说明从近地层到高层为"冷-暖-冷-暖"的层结结构,有利于冻雨天气形成。     

脉冲多普勒天气雷达发射功率测量技术

通过分析目前国内脉冲多普勒天气雷达发射功率的测量原理和方法,总结得到测量中的计量依据、关键因子及其影响,结合在S波段脉冲多普勒天气雷达测量工作中的实际应用情况,研究科学规范且适合台站应用的雷达发射功率测量方法、技巧和关键技术。影响雷达发射功率测量准确性的因素很多,不规范的测量方法会导致较大的功率测量误差,影响雷达探测精度。研究与掌握科学规范的雷达发射功率测量技术与方法,对保证雷达检查、测试与定标的准确性有十分重要的意义。     

地面气象观测中多普勒雷达回波资料的利用

多普勒天气雷达实时回波通常被广泛应用于短时、临近天气预报、人工增雨(雪)等方面的业务中,事实上,掌握天气雷达回波的演变情况,对做好地面气象观测也是一个很好的辅助工具。通过对2009年4月4日一次强降水过程的多普勒天气雷达云团速度和强度特征分析,结果发现:强降水形成、加强、维持与消散的各个阶段在路径、速度和强度上有明显的体现。     

豫西深秋一次典型超级单体风暴的多普勒雷达分析

利用三门峡市多普勒天气雷达资料,分析了2009年10月4日发生在河南渑池县的一次产生冰雹的超级单体风暴的回波结构及演变特征,结果表明:超级单体是在上冷下暖的大尺度环流背景和不稳定层结下产生的;其演变过程经历了生成、发展、成熟、消亡四个阶段;局地生成的弱回波若发展较快,速度场中又有逆风区与之配合,则容易发展成超级单体风暴,应引起高度重视;发展阶段回波强度加速增大,诸如底层钩状回波、有界弱回波区、中气旋等超级单体的典型结构特征开始出现,是发布预警的关键时段,大约可以提前15-30 min;成熟阶段最重要的特征是持续存在的中气旋。超级单体风暴其初始回波出现在4 km左右的中空,具有向上向下迅速发展的特点;最强回波强度大,顶高伸展高;当最强回波底到达地面时意味着冰雹、降水的开始,因而可以通过分析最强回波顶高的演变趋势来确定降雹强弱和时间;VIL可用来判断对流风暴强度,持续高的VIL值可能与超级单体风暴有关。     

多普勒雷达资料在数值模式中的应用

对如何把多普勒雷达资料应用到数值模式的技术问题进行了综合分析,为进一步拓展多普勒雷达资料应用的领域提供了一些思路。     

华北飑线系统中地闪活动与雷达回波顶高的关系及预警指标

选取代表华北地区经常出现的三类飑线系统--拖曳层状型(TS)、先导层状型(LS)、平行层状型(PS)的3次强雷暴过程为研究对象,利用天津塘沽多普勒雷达资料、京津冀ADTD型地闪监测网资料和北京探空资料,在对资料进行全面质量控制的基础上,运用粗网格化分析方法,分别以飑线系统整体和飑线系统上局部的强回波块为研究对象,探讨6分钟内地闪频数与雷达回波顶高的关系,找寻雷电预警指标.结果表明:3次过程中,出现在云顶达到8～12km 对流云塔中的地闪频数分别为85.8%、78.9%和80.5%;无论是在飑线系统整体,还是飑线系统上强回波块中,6分钟内地闪频数与对流云回波顶高高于11km或12km的回波面积有正相关关系;而且在飑线系统内的地闪活跃区,回波顶高高于11km的回波面积对地闪活动激烈程度具有预警意义.     

低纬高原罕见“雷打雪”中尺度特征分析

应用常规高空资料、FY-2C卫星红外和水汽图像、加密自动站地面观测资料,结合新一代多普勒雷达探测资料,综合分析了2008年2月28日夜间至29日凌晨发生在云南的"雷打雪"罕见天气现象.结果表明:南支槽和冷空气、西南低空急流的共同影响,是其发生的有利天气背景,其中强对流天气就发生在急流与锋面相互作用的湿度锋湿区内斜压不稳定的环境中.中-γ尺度对流云团生成并逐渐增强为中-β尺度对流云团是形成此次复杂对流天气的直接中尺度系统.多普勒雷达回波中,PPI上有回波强度达25～33dBz的"人字形"回波、钩状回波以及阵风锋的出现,相应VPPI上出现逆风区、低层零线"S"形暖平流及"牛眼"结构是"雷打雪"天气中降雨转为冰雹、阵雪过程中,中尺度对流系统由弱变强的典型特征.地面逐时温、压、湿、风的迅速演变特征表现为雷暴发生前增温增湿和增压,温度、气压出现峰值,且气压曲线显示为圆顶状的中尺度雷暴高压特征;风的变化则表现为风向呈逆时针旋转,偏北风增大并出现风速峰值.雷暴过境时,要素显示为降温增湿,出现露点锋.     

北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析

分析了2006年6月24日北京地区一次罕见的瞬时极大风速超过32 m.s-1的雷暴大风事件。多普勒天气雷达观测表明,此次强雷暴大风与镶嵌在飑线回波带中的弓形回波相关。后侧入流急流促使飑线回波带南段快速移动并与其前面的新生单体合并加强形成弓形回波。深厚的中气旋、低层径向速度辐合和高层辐散等在构成弓形回波的强对流单体形成过程中起了重要的作用。根据雷达回波特征演变推断,这次雷暴大风直接由构成弓形回波的一个强对流单体内的下击暴流导致。使用微波辐射计和风廓线仪的观测资料揭示了上述强风暴发生的环境条件,即高的对流有效位能值、中等强度的风垂直切变,以及风切变的分布特征为飑线等的产生提供了有利条件。下沉对流有效位能和对流层低层环境大气温度直减率明显增加并接近干绝热,这对即将到来的下击暴流具有指示意义。