逆风区的回波演变与强对流天气的结构分析

为研究逆风区回波结构的演变与中尺度强对流天气发生发展的关系,分析了2005年4月30日和6月22日在江西省境内有逆风区现象的强对流天气的多普勒雷达回波特征,对逆风区的回波强度与速度的演变进行对比分析后认为：逆风区不仅是暴雨判据,也是强对流天气的判据。逆风区的伸展高度一般较高,有逆风区的存在基本上都伴有剧烈的天气过程,只要逆风区的结构一直存在,强回波的反射率因子就不会减弱。本文提出了一种逆风区的三维结构模型,逆风区回波反映了强对流的生消结构,逆风区实为前方辐合上升、后方下沉的涡管结构,它是认识强对流天气系统三维结构的重要信息。     

杭州湾地波雷达观测的海流数据取样率分析

根据杭州湾口区两台地波雷达5个半月观测的资料,对其中的3 189个有效观测时次的海流数据取样率(CSR)在空间和时间上的变化规律进行了分析,结果表明,在两台雷达波交叉观测的中心区域各测点的地波雷达观测的海流数据取样率高于外围区域,在中心区域海流数据取样率可达98%以上,向外围区域海流数据取样率逐渐平缓递减,到边缘区域海流数据取样率仅在20%以下;地波雷达观测的海流数据取样率有明显的日变化,白天海流数据取样率明显低于夜间;17时海流数据平均取样率达到最低值(约49%),然后很快上升,至02时达最高值(约74%),然后再缓慢下降至17时为止。同时在10时和20时地波雷达观测的海流数据取样率呈现两个相对低值点,可能与人们在这两个时段通讯繁忙所造成的干扰有一定的关系。海流流速对地波雷达观测的海流数据取样率也有较大影响,呈负相关,流速大时海流数据取样率比流速小时的要低,在海流数据取样率大于98%的中心区域,流速和海流数据取样率的相关系数小于-0.8,在海流数据取样率大于60%的区域,流速和海流数据取样率的相关系数小于-0.6,体现明显的相互关联。地波雷达观测的海流数据取样率和潮汐有着每日4次的良好相干,而似乎和风没有显著的关系。希望这些分析对地波雷达以后的推广使用能积累一些经验和参考意见。     

Variation of Radio Refractivity with Respect to Moisture and Temperature and Influence on Radar Ray Path

In this study, the variation of radio refractivity with respect to temperature and moisture is analyzed. Also, the effects of vertical gradients in temperature and moisture on the propagation paths of electromagnetic waves of weather radar are examined for several sites across the United States using several years of sounding data from the National Weather Service. The ray path is important for identifying storm characteristics and for properly using the radar data in initializing numerical weather prediction models. It is found that during the warm season the radio refractivity gradient is more sensitive to moisture gradients than to temperature gradients. Ray paths from the commonly accepted vertical ray path model are compared to a ray path computed from a stepwise ray tracing algorithm using data from actual soundings. For the sample of about 16 000 soundings examined, we find that only a small fraction of the ray paths diverge significantly from those calculated using a ray path model based on the US Standard Atmosphere. While the problem of ray dueting in the presence of a temperature inversion is fairly well known, we identify the presence of a strong vertical moisture gradient as the culprit in the majority of the cases where significant deviations occurred.     

基于 Millstone Hill 非相干散射雷达观测的电离层电子浓度剖面的经验正交函数分析

本文利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）方法分析了Millstone Hill非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar,简称ISR）近三个太阳黑子周期（1976年2月～2006年4月）的实测电离层160～700 km的电子浓度剖面资料,并分别用Chapman-α函数拟合了平均电子浓度剖面和带有均值的前三阶EOF级数．结果表明：电子浓度剖面的EOF级数的第一阶项主要控制F₂层峰值浓度N_mF₂,第二阶项同时控制F₂层的峰高h_mF^₂和等效标高H_m,第三阶项主要控制等效标高H_m．进一步分析了对应的EOF系数的周日变化、季节变化和太阳活动周期变化,这些变化反映了N_mF₂,h_mF₂,H_m的气候学变化规律,例如电离层的冬季异常、半年异常等．EOF方法在级数展开方面收敛速度快,很少数低阶项即能反映电子浓度剖面的主要变化,因此可用于提取出电子浓度剖面的主要分布特征及其周日变化与气候学变化特性,并可用于进一步构建相应的经验模式．     

探地雷达时域多分辨法(MRTD)三维正演模拟

应用小波伽略金方法,对Maxwell方程进行离散化,导出了DB2-MRTD算法的探地雷达3D差分公式、数值稳定性条件.在此基础上,开发了探地雷达MRTD(multi-resolution time domain)法正演模拟程序,该程序极大地提高了运算速度,改善了三维探地雷达正演方法,并利用该自制程序,对三角形金属体模型进行了正演模拟,得到了其相应的正演合成三维剖视图及切片图,通过对这些模拟结果进行分析,可以加深对三维雷达反射特征的认识,提高探地雷达探测的可靠性、准确度,同时也说明时域多分辨率法在探地雷达三维正演模拟中的有效性.     

基于高频雷达回波谱多特征融合的浪高反演算法

高频地波雷达海洋回波谱的 Bragg 峰和二次谐波峰中,均蕴含着浪高信息,因此发展出了基于 Bragg 峰功率 （Power of Bragg Peak,PB）、二次谐波峰与 Bragg 功率比 （Power Ratio of Second Harmonic Peak to Bragg Peak,RSB）、双频 Bragg 峰功率比 （Power Ratio of Dual Frequency Bragg Peak,RDB） 等浪高反演算法。然而,三种算法均无法实现不同海况、不同距离下浪高的精确反演。本文研究发现,PB 算法适用于低海况,RSB 算法在近距离高海况下表现良好,而 RDB 算法适用于远距离测量,即三种算法高性能测量区间存在强互补性。在此基础上,本文提出了一种基于多特征 （PB、RSB 和 RDB） 融合的浪高反演算法,其中采用反向传播（Back Propagation,BP） 神经网络作为特征融合器。实验表明：本文算法在测量精度、波高适应范围、距离适应范围上均优于现有波高反演算法。     

电(磁)法技术在地下管线探测中的应用

电(磁)法主要有充电法、高密度电法、甚低频法、电磁感应法和电磁波法(探地雷达)等.在地下管线探测中,电(磁)法是最主要的探测方法.本文介绍了电(磁)法探测地下管线的原理和特点,并列举了各种电(磁)法技术在地下管线探测中的应用.笔者对电(磁)法技术在地下管线探测中的应用前景进行了展望,指出电(磁)法技术在地下管线探测中拥有巨大的应用空间.     

2019年7月3日辽宁开原伴随EF4级强龙卷的超级单体风暴分析

综合利用多普勒雷达、地面自动气象站以及风廓线等观测资料和ERA5再分析资料,对2019年7月3日发生于辽宁开原的超级单体风暴伴随EF4级强龙卷环境条件、多普勒雷达回波特征和形成机理进行详细分析。结果表明：本次过程发生于低层暖湿高层冷干强的热力不稳定环境条件下,在地面干线汇合流场形成地面辐合线附近触发湿对流并发展为伴有龙卷的超级单体风暴。龙卷发生于低层钩状回波附近,多普勒雷达上呈现经典超级单体风暴雷达回波特征,低层强的垂直风切变将水平涡度转化为对流风暴中垂直涡度,强上升运动使得顺流涡度倾斜拉伸,从而龙卷发生前17 min在多普勒雷达2.4°仰角首先出现中气旋结构,随后风暴向南移动过程中,风暴的后侧下沉气流(RFD)将中低层的涡度“压低”致使龙卷接地,因此龙卷发生后1 min在0.5°仰角也出现强中气旋并有类龙卷涡旋特征(TVS),中气旋最强时的旋转速度达到28 m·s^-1(强中气旋标准),因此本次龙卷符合“自上而下”I型龙卷特征。由于环境干燥空气夹卷造成水滴强烈蒸发和冷却,使得地面出现了1 h降温达10℃的强冷池,过强的冷池可能在促使龙卷消亡过程中起到关键作用,致使...     

利用探地雷达观测分析早春融雪前后沙丘表层土壤含水量的时空分布

积雪融水是古尔班通古特沙漠春季植物发育的重要水源, 快速获取早春沙丘的土壤水分变化具有十分重要的生态学意义. 2010年3、 4月分别使用探地雷达进行了多次测量实验, 结果显示: 1)融雪初期, 沙丘顶部土壤的自由水含量最大, 阳坡次之, 且融雪水在重力作用下沿坡面侧向缓慢流动, 在坡底汇集, 主导了融雪初期乃至整个春季沙丘表层土壤水分的分布格局; 2)融雪后期, 由于阴坡积雪和冻土消融相对滞后, 表层土壤含水量略高于阳坡, 而沙丘顶部由于融雪最早且融雪期间水分转移最多而表面最为干燥; 3)通过与时域反射仪的同步测量结果对比, 探地雷达的测量精度被有效控制在0.03范围内, 且探地雷达提供的连续数据更有利于从细节上把握土壤含水量的变化趋势, 为中小尺度土壤水分的动态研究提供了一种科学、 有效的技术手段.