航空Lidar的多次回波探测方法及其在滤波中的应用

给出了机载激光扫描测高系统中多次回波产生的原理,分析了多次回波发生的条件与探测方法,论述了机载激光扫描测高多次回波信息在森林地区数据滤波中的具体应用,并利用实测数据对该方法进行了验证,说明了此方法的可行性。     

一次弓形回波结构和演变机制的观测分析

基于单多普勒天气雷达观测和双多普勒雷达反演风场,对2009年6月3日河南商丘发生的一次弓形回波的结构和演变机制进行细致分析。系统发生前的环境均具有中等对流有效位能和中等偏弱低空垂直风切变。雷达分析显示,该弓形回波从超级单体开始,经过风暴合并发展而成的经典弓形回波结构,生命史约3 h。在超级单体阶段,具有中纬度典型超级单体的低层钩状回波、中层有界弱回波区和中气旋结构。超级单体减弱后,因强降水拖曳和降水蒸发冷却,引起云内强的下沉运动,将云外干冷空气带到云内,形成中层后方入流,并在地面形成强冷池,触发干冷后向入流,回波逐渐演化成为弓形。弓形回波成熟阶段,风暴相对后向入流急流在对流区后部2 km高度加速下沉,系统前沿增强至20 m·s^-1。在中层,系统后侧南北两端形成气旋和反气旋涡旋对,此中层涡旋对后向入流强度贡献约20%。在系统前缘低层（1.5 km）、出流边界附近,存在一气旋式涡旋。受后向入流急流和此低层涡旋的共同作用,在顶点附近产生超过32 m·s^-1的最大地面相对风速。至减弱期,低层出流扩展至系统前方20 km,截断了低层暖湿入流,使其快速减弱。     

极区夏季中层顶尘埃分层的锐边界结构研究

火箭探空实验观测结果显示,极区夏季中层顶尘埃等离子体分层中存在着稳定的锐边界结构。本文采用了流体力学方程组和尘埃粒子自洽电荷变化模型,从尘埃等离子体电动力学的角度出发,利用数值模拟研究了尘埃分层结构中尖锐边界形成的物理过程。物理分析和数值模拟结果表明,中层顶区域存在的带电冰晶粒子在等离子体及电磁力等相互作用下,很容易形成一种在时间和空间上存在长时间,稳定的局域结构,这个结构可以用来解释我们观测到的一些实验现象。     

地球弓激波及其与行星际激波相互作用

给定地球轨道附近的行星际条件和地球弓激波的几何位形,本文分析向阳侧弓激波强度参数沿激波阵面的分布,以及行星际激波与弓激波的相互作用.对于弓激波阵面相对日地连线轴对称的情形,得到如下结论：（1）弓激波强度参数分布相对由行星际磁场和日地连线构成的基准面对称,各激波强度参数的最大值出现在基准面上.磁压比在垂直激波线一侧较大,而气压比在平行激波点一侧较大,导致总压比相对日地连线大致呈轴对称分布.（2）随着行星际磁场与日地连线夹角的增大,弓激波强度参数的最大值有所减小,且位置朝远离日下点方向偏移;但气压比和总压比的分布基本上不受影响.（3）行星际激波透过弓激波之后,切向磁场比更接近于1,但总磁场跳变幅度增大.（4）透过弓激波之后,行星际准垂直激波的总磁场比更接近于1,准平行激波的总磁场比则反之.     

一次下击暴流显著弓形回波特征

利用天气图、卫星云图和天津新一代天气雷达资料对2007年7月31日凌晨发生在蓟县的强风过程进行分析。结果表明：此次过程是弓形回波与超级单体在合并过程中产生的下击暴流过程而并非龙卷过程。2007年7月30日夜间至31日凌晨,一条自西南向东北方向移动的弓形回波,先后影响天津地区的6个区县产生雷阵雨短时暴雨天气,最大雨强为37.6 mm.h-1,但6个气象站均未出现飑、冰雹和地面大风。对连续观测的雷达资料分析发现,反射率因子图上,显示一条维持了5 h多的弓形回波在移动过程中与一个预先存在低质心的超级单体在蓟县山区合并,产生了下击暴流;反射率因子图上弱回波缺口出现;同时弓形回波形态发生改变,2.4°仰角以上产生断裂;最大雷达反射率因子为53 dBz。在相对径向速度图上,早期呈现为明显的后侧入流急流,后期有中气旋生成并伴有中低层辐散;高层出现强反气旋特征。风暴发展高度较高,回波顶高超过15 km,随着下击暴流的发生,反射率因子核有一个3 km的急降。     

江淮流域长生命史飑线的特征分析与临近预警

利用常规气象资料、自动站资料、NCEP再分析资料,对江淮流域4次长生命史的飑线的形成原因、发展演变过程进行天气学分析。结果表明:飑线的发生需要强位势不稳定层结,且高层有冷空气的不断补充是飑线长生命史维持的主要原因之一;江苏东部的沿海地形为其发生发展提供了良好的水汽输送条件;强的环境风垂直切变,中高空急流和高空辐散场能使飑线维持较长的生命史。4次过程从雷达反射率因子图中,均可分析出典型的弓形回波结构。成熟的弓形回波结构严谨,宽度很窄,前沿有阵风锋存在。垂直结构上,在弓形回波的前侧入流一侧,存在较大的回波反射率因子梯度,回波顶位于强反射率因子梯度区之上;伴随着飑线的发展,在多普勒雷达径向速度图上有中层径向辐合和低空大范围的大风速区;中气旋和MARC可作为预报灾害性大风的可靠判据。     

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.     

电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响

本文在如下假定下分析电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响：（1）对电离层采用球壳近似,Pedersen电导Σ_P均匀,Hall电导为零;（2）地磁偶极矩处于正南方向,行星际磁场（IMF）只有南向分量（B_z<0）.磁层顶和舷激波的尺度分别由它们与GSE坐标系三个轴的交点,即日下点、晨昏侧翼点和南北顶点的地心距离表征.对给定的太阳风条件、B_z和Σ_P,通过三维全球MHD模拟获得系统的准定态.结果表明,在大约1～5 S范围内,Σ_P值显著影响磁层顶和舷激波的尺度,而在该范围之外则几乎没有影响.随着Σ_P的增加,磁层顶和舷激波整体向外扩张,前者的扩张程度低于后者,以至磁鞘区的范围扩大.磁层顶的侧翼点的位置随Σ_P的变化与B_z的幅度有关：在弱南向IMF情况下磁层顶的侧翼点随Σ_P的增加向内移动,而在强南向IMF情况下则向外移动.上述结果表明,在构建磁层顶和舷激波的经验模型时,有必要计入电离层电导的影响.     

一次弓状回波和超级单体过程分析

本文利用济南CINRAD/SA雷达的探测资料对2005年7月12日发生在山东境内的一次弓状回波和超级单体过程分析表明,这次弓状回波和超级单体产生在东北低涡横槽转竖及真潜在不稳定的天气形势下.雷达本站的风廓线清楚揭示了横槽转竖前后的高空风场变化,对强对流天气的临近预报具有指示意义.横槽转竖时弓状回波产生,反射率因子图上后侧入流槽口的出现是弓状回波即将形成的前兆信号.一个典型超级单体产生在弓状回波头部前方的暖区中,二者相互作用合并后强度加强.弓状回波具有持续产生中气旋的能力.中气旋多出现在其头部和颈部的前沿,绝大部分中气旋产生冰雹和大风等灾害性天气.     

山西北部一次飑线大风的多普勒雷达资料特征分析

利用大同多普勒雷达的基本反射率因子、组合反射率因子、速度剖面图、垂直液态含水量、回波顶及vwP产品,结合环流形势和自动站分钟数据资料,对2010年6月16日发生在大同地区的飑线天气过程进行分析发现,这次飑线过程是在高中低三层冷涡环流控制及地面锋前暖区的流型配置下发生的;飑线过境时压、风、温三要素出现剧烈变化;飑线过境时,2个大风站出现速度极大值的时间与外流边界的影响时间相吻合,4个大风站出现速度极大值的时间与强回波下沉气流影响时间相对应。分析结果表明：冷涡携带的冷空气使飑线后部入流不断得到补充。前侧暖湿气流沿着后部人流爬升,不断产生新的单体,是飑线能够维持、发展的主要原因;飑线前侧暖湿气流倾斜上升,主体部分向人流倾斜,与冷空气汇合形成下沉气流并向外扩散,与前侧人流形成弧状的阵风锋是此次飑线的垂直流场结构特征。