三体散射长钉（TBSS）在C波段雷达中的应用研究

利用普洱CIND3830-CC天气雷达资料、地面观测资料进行统计分析,研究2004-2013年普洱C波段天气雷达中27次三体散射长钉(TBSS)的统计特征、地面降雹与TBSS的对应关系,并对TBSS在冰雹预警方面的应用进行探讨,结果表明:(1)C波段雷达中,产生TBSS的回波的反射率因子范围为55.0~68.4 dBz,70%的TBSS出现在反射率因子≥60 dBz时。(2)TBSS的维持时间为10~79 min,63%的TBSS维持时间超过20 min。(3)TBSS一般出现在4.0~9.5 km,最低出现在2.6 km,最高出现在11.4 km。(4)TBSS长5.6~22.4 km,宽1.5~14.6 km,TBSS宽度与强回波区径向外侧的60 dBz以上回波的面积成正比,但TBSS的长度与反射率因子核心的强度和宽度无明显对应关系。(5)出现TBSS时,59%的回波出现了降雹,11%的回波出现了强冰雹。(6)出现TBSS且出现降雹的过程中,TBSS预报冰雹的时间提前量为5~100 min,平均为34.5 min。(7)在出现TBSS且出现降雹的过程中,TBSS的宽度与冰雹的大小或降雹密度成正比。此外,分析了出现TBSS但未降雹的原因,找出了TBSS配合垂直液态水含量密度(D_(VIL))和45 dBz伸展高度、TBSS配合回波宽度和45 dBz伸展高度的预报冰雹的方法,在出现TBSS特征的回波中,上述方法的预报准确率分别达89%和94%(临界成功指数为0.89和0.94)。     

基于SWAN的冰雹探测算法研究

为了提高冰雹短时临近预报的准确性,首先介绍了WSR-88D冰雹算法原理,提出了在SWAN中使用垂直高度阈值进行改造的方法,通过和PUP产品数据进行对比,验证了算法的正确性。其次,针对业务中出现的冰雹尺寸计算值过大问题,通过与有冰雹尺寸记录的实例进行比较,使用最佳的幂函数拟合进行了修正。最后,对业务中常见的由超折射引起的虚警进行了分析。结果表明,设定风暴中心附近的反射率垂直梯度阈值3,可以消除大部分的超折射。对于由冰雹产生的阈值3的风暴,继续使用二维风暴个数7的阈值进行识别,可以减少误判率,取得较理想的效果。     

相控阵雷达扫描方式对回波强度测量的影响

有源数字阵列雷达的波束设计非常灵活,可变的波束宽度和多波束模式不仅可以满足不同任务的观测需求,还可有效节约扫描时间,但阵列天线参数随波位改变的特性对相控阵天气雷达回波强度的精确定标提出了挑战。2013年4—6月,中国气象科学研究院与安徽四创电子股份有限公司联合研发的X波段一维有源相控阵天气雷达 (X-PAR) 进行了装配后的首次测试观测。对比该雷达与相同位置的C波段双线偏振雷达 (C-POL) 观测资料发现,X-PAR不同宽度的扫描波束均能取得较合理的观测资料。但由于各模式的雷达方程及其标定方法不尽相同,并受到阵列天线照射体积、展宽波束和发射增益的影响,造成X-PAR回波强度存在一定的测量偏差。结合天线参数分析和实际数据统计将测量偏差订正至±1 dB内,为雷达的进一步调试和改进提供了依据。     

A Velocity Dealiasing Scheme for C-band Weather Radar Systems简

A dealiasing algorithm for radar radial velocity observed by C-band Doppler radars is presented as an extension of an existing S-band dealiasing algorithm. This has operational significance in that many portable and many commercial broadcast radars, as well as approximately one half of the Chinese weather radar network （CINRAD）, are C-band radars. With a wavelength of about 5 cm, the Nyquist interval of C-band radars is just about one half that of S-band radars （wavelength of about 10 cm） and thus has more velocity folding. The proposed algorithm includes seven modules to remove noisy data, find the starting radials, dealias velocities, and apply least squares error checking in both the radial and azimuth directions. The proposed velocity dealiasing method was applied to one widespread rain case and three strong convective cases from radars operating in China. It was found that, on average, 92.95% of the aliased radial velocity data could be correctly de-aliased by the algorithm, resulting in 96.65% of the data being valid.     

2010年6月中国南方持续性强降水过程：天气系统演变和青藏高原热力作用的影响

2010年6月中国南方发生持续性强降水,其强度与2008年6月相当,超过近年来其他年份。但是,与2008年6月相比,2010年6月对流层中低层低值系统活动在青藏高原至长江中下游地区异常频繁,副热带高压(副高)位置异常偏西、强度偏强,导致低层异常风场辐合区及强降水区域相对偏北。分析2010年6月14—24日中国南方连续出现的4次持续性强降水过程,发现南亚高压、对流层中层的中纬度槽脊和西太平洋副高以及低层切变线和东移低涡是造成持续性强降水的主要天气系统。利用WRF模式对2010年6月强降水过程实施显式对流集合模拟试验,在控制试验重现观测到的地面降水和天气系统特征的基础上,在敏感性试验中将青藏高原的地表短波反照率修改为1.0,对比两组模拟试验的结果表明:控制试验中青藏高原的地表感热加热作用使得高原及其周边地区的大气温度发生变化,相应的热成风平衡调整使得对流层低层至高层大气环流和天气系统特征发生显著变化,增强了中国南方的持续性降水。200 hPa青藏高原西部形成反气旋性环流异常,东部形成气旋性环流异常,青藏高原东部南下的冷空气加强,中国南方辐散增强;500 hPa青藏高原北部的脊加强,中国东部的槽加深,副高西北侧的西南风明显增强,从青藏高原向下游传播的正涡度也显著加强;850 hPa的低涡强烈发展并逐步东移,华南沿海的西南低空急流更为强盛,导致降水区的水汽辐合、上升运动及降水强度都增强。     

Spectrum Analysis of Wind Profiling Radar Measurements

Unlike previous studies on wind turbulence spectrum in the planetary boundary layer, this investigation focuses on high-altitude （1-5 km） wind energy spectrum and turbulence spectrum under various weather conditions. A fast Fourier transform （FFT） is used to calculate the wind energy and turbulence spectrum density at high altitudes （1-5 km） based on wind profiling radar （WPR） measurements. The turbulence spectrum under stable weather conditions at high altitudes is expressed in powers within a frequency range of 2 × 10-5-10-3 s-1, and the slope b is between -0.82 and -1.04, indicating that the turbulence is in the transition from the energetic area to the inertial sub-range. The features of strong weather are reflected less obviously in the wind energy spectrum than in the turbulence spectrum, with peaks showing up at different heights in the latter spectrum. Cold windy weather appears over a period of 1.5 days in the turbulence spectrum. Wide-range rainstorms exhibit two or three peaks in the spectrum over a period of 15-20 h, while in severe convective weather conditions, there are two peaks at 13 and 9 h. The results indicate that spectrum analysis of wind profiling radar measurements can be used as a supplemental and helpful method for weather analysis.     

2004年台风“艾利”与“米雷”路径异常变化分析

2004年西北太平洋上生成的台风"艾利"和"米雷"开始都是向西北方向移动,当快要进入东海时两个台风的路径均发生变化,"艾利"转向西南方向,形成倒抛物线形的路径,而"米雷"突然向东北方向转折。通过对这两个台风的不同时间尺度环境场及其与台风相互作用的分析表明,对于西南转向的"艾利",副热带高压(副高)西伸明显,台风位于副高的南侧,天气尺度风场对副高低频分量的涡度平流,使得台风西北侧出现负涡度,同时由于罗斯贝波能量频散,台风东南侧出现负涡度,与负涡度相联系的天气尺度异常环流导致台风西北侧和东南侧的天气尺度引导气流的作用相互抵消,台风主要在低频环流引导下向西南方向移动;对于突然向东北转向的"米雷",副高位置偏东,转向时刻只有东南侧增强的天气尺度西南风,天气尺度引导气流导致台风向东北转折。     

天气如何影响空气质量？

空气质量与天气密切相关。风、降水等对污染物的扩散起到重要作用,从而影响空气质量。 风搬运污染物风是大气中污染物的搬运工。森林大火产生的浓烟及其他污染物都可能随风飘向远方,也有可能飘到我们的家门前。无风或者微风的天气中,污染物很难扩散,因此不断增多。     

地基GNSS大气水汽探测遥感研究进展和展望

大气水汽是表征极端天气事件和气候变化的重要参数,准确监测与分析水汽含量对于精准预测各类灾害性天气事件与研究气候变化具有显著意义。作为新兴的大气水汽探测方法,GNSS大气水汽探测技术得到了广泛的关注与应用研究,随着多频多模GNSS系统的发展,全球服务能力的逐步完备和地面基础设施的不断加强,地基GNSS大气水汽探测遥感技术水平得到显著提升,为基于空间大数据揭示气候变化、极端天气过程提供了强有力的数据支撑和发展契机。本文首先系统阐述了GNSS大气水汽探测遥感技术及其应用的发展过程;然后介绍了近年来包括对流层延迟、大气可降水量等多类型GNSS大气参数高精度反演的研究进展,特别是对GNSS大气反演在极端天气短临预报及气候变化现象解释两个方向的研究工作进行了科学探析;最后,阐明了GNSS大气水汽探测遥感技术面临的主要挑战及未来研究展望。     

星地双向时差测量系统周跳探测与修复算法

随着空间时间频率基准的精度越来越高,需要与之匹配的空间时频传递技术. 基于载波相位的星地双向时差测量方法可以实现更高的时间频率传递精度,但对于复杂的星地环境,由于航天器飞行动态高,时频传递链路的传输频率高,载波多普勒效应大,更容易出现粗差和周跳. 基于此,研究一种适合高动态环境下的星地双向时差测量系统载波相位周跳探测与修复方法,提出一种适用于三频组合模式的双向周跳探测与修复方法. 该方法联合双频码相 (MW)组合法可以实现不同类型周跳的探测与修复,对于上下行三条微波链路均可探测出周跳的存在并实现毫米级周跳修复精度. 进一步对基于载波相位测量的星地双向时差测量系统的星地时间同步性能进行分析,在经过周跳探测与修复,以及链路时延数据处理,其星地时间同步精度优于0.3×10–12 s.