集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验

利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能.结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值.单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确.同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果.协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好.雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果.EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感.初始集合对同化分析有较大影响.EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径.同化对模式误差较敏感.利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构.结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的.中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区.     

滁州地区不同类型特大暴雨过程的对比分析

利用常规探测资料、多普勒雷达资料和NCEP 1°×1°的再分析资料对安徽省滁州地区2008年8月1日减弱台风特大暴雨(简称"0808"过程)和2003年7月5日梅雨期特大暴雨(简称"0307"过程)进行了诊断对比分析。结果表明:超低空急流的增强对暴雨尤其是夜间暴雨的形成有提示作用;两次过程中都有次级环流的存在,作用方式有所不同,对高低空系统都有加强作用;其中"0808"过程中减弱台风携带的大量水汽对特大暴雨产生有重要作用,不需要很强的水汽输送就能产生强降水;特大暴雨强的水汽辐合中心都位于边界层内;冷空气的侵入对特大暴雨有重要作用;长时间降水回波的停滞是"0307"过程的主要原因。由强风暴造成的对流降水是"0808"过程在多普勒雷达产品上的主要特征。     

A TECHNIQUE TO RECOGNIZE AND ESTIMATE SEVERE STORM BY USING SINGLE DOPPLER WEATHER RADAR

Using single Doppler weather radar echo information, this paper presents a technique for recognizing two-di-mensional flow field structure of the severe storm and estimating the divergence, the vorticity, and the intensityof wind shear line, and gives some examples.     

多普勒雷达径向速度同化在淮河暴雨数值模拟中的应用

针对2007年7月淮河流域的一次强降雨过程,利用WRF中尺度数值模式及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),开展了多普勒雷达径向速度的三维变分同化对暴雨过程模拟效果的影响研究。结果表明:WRF-3DVAR能够有效地同化多普勒雷达径向速度资料,同化后使得模式初始场出现了一定的调整,包含更详尽的中尺度特征信息,进而显著改善模式对大暴雨过程前12h降水的模拟效果。在高分辨率中尺度数值模式中有效地利用多普勒天气雷达资料,能较好地提高中尺度降雨预报。     

Transition from wavelets to ripples in a laboratory flume with a diverging channel

An experimental investigation on the initiation and development of bed forms on a bed of fine silica sand was conducted under alluvial flow conditions in a laboratory flume with a diverging channel. The main aims of the study were to assess： i） the steepness of bed forms in the transition stage of development; and ii） the threshold height of wavelets （ηt） that triggered the start of ripple development. Detailed bed profile measurements were carried out using an acoustic Doppler probe, traversed longitudinally over the sediment bed at various experimentation times. The bed form dimensions were extracted from such bed profile records and analysed for the wavelet, transition and equilibrium stages. It was found that the steepness of ripples in the transition and equilibrium stages were similar, confirming predictions of previous mathematical model simulations. A lognormal distribution fitted the wavelet length data. The wavelet threshold height was estimated as ηt ≈ 7 mm, or ηt≈ 80 in wall units. Such a height magnitude suggested that ripple development could be triggered by the wavelets reaching the outer flow zone of a turbulent boundary layer. The ηt value obtained corresponded generally to the intersection point between two predictive equations for bed form dimensions. A formulation was developed to predict ηt as a function of the sediment grain size, which was confirmed for the fine sand used in this study.     

南宁冰雹天气类型及预报预警指标

利用MICAPS历史资料,对2000年以来南宁出现12例典型冰雹过程的环流形势进行统计,根据冰雹天气发生前的环流基本特征及各系统影响比重,归纳为高架冰雹型、高原槽冰雹型、西南暖低压冰雹型3种环流形势。并利用南宁市2009年4月12日、2017年3月18日以及2018年5月7日共3例不同类型的冰雹天气过程的探空资料、MICAPS历史资料以及南宁多普勒天气雷达产品数据,分别从天气背景、物理量场、雷达产品进行详细分析,总结南宁市冰雹预报预警的部分参考指标,得出以下结论:(1)西南暖低压的存在对南宁冰雹天气的发生起重要作用;(2)大气层结不稳定、强烈垂直风切变、适宜的0℃和-20℃高度为南宁冰雹天气的必要条件;(3)垂直液态水含量存在跃升是判断南宁冰雹是否发生的重要手段。     

多普勒雷达资料4DVAR同化反演的模拟研究

利用Sun等建立的同化模式和四维变分同化方法对多普勒雷达资料反演大气风场、热力场和微物理场进行了模拟试验研究.反演的基本思路是将4DVAR同化方法应用到三维云模式,定义价值函数表征雷达资料与模式预报结果之间的差别,通过极小化价值函数得到反演场,价值函数相对模式控制变量的梯度由伴随模式求取.试验结果表明,4DVAR同化技术能够从单(双)多普勒雷达资料反演大气三维风场、热力场和微物理场.各个变量反演精度高低与同化过程中变量受约束的大小程度呈正相关.速度场和雨水场反演精度较高,温度场、云水和水汽的反演精度次之,温度场的准确反演需要较长的同化时间.价值函数中加入背景场,哪怕是单点探空给出的平均场信息也有利于提高反演精度.在采用单部多普勒雷达资料进行反演时,速度场的反演误差较大.反演区相对雷达站的位置变化对速度场反演结果有一定的影响,而对其他变量的反演影响很小.两个时次的雷达观测资料基本足够提供反演所需的时间演变信息,同化更多时次的雷达资料,反演效果改进很小.雷达观测资料的缺值会显著降低同化效果,甚至可能导致同化失败,引入背景场可以改善这一状况.4DVAR同化技术对于雷达观测资料误差不太敏感.利用双多普勒雷达合成风场提供水平风场边界条件是比较准确可靠的.在反演主体离边界较远时,VAD风场也基本可用作水平风场边界条件.微物理场的反演对模式中的微物理参数化方案较敏感.     

新疆西南部一次局地对流性暴雨成因分析

利用常规地面和探空气象资料、NCEP逐6h1°×1°的再分析资料和(CINRAD-CC)多普勒雷达探测资料,对2012年7月19日新疆阿图什罕见的短时对流性暴雨形成原因进行了诊断分析。结果表明:此次天气是在南疆低涡有利的环流背景下、低层中尺度低涡促进上升运动及触发不稳定能量释放产生的;冷空气的入侵是造成对流扰动发展的重要原因,同时地面小尺度系统对触发不稳定能量释放也有一定的作用;涡散场的配置、垂直速度、低层偏东急流和强不稳定能量满足了对流发生的基本条件,而较强的垂直风切变则使风暴明显增强;从喀什探空订正图来看,修正后的探空资料中各要素对开展强对流潜势预报有很好的指示意义,有待进一步总结验证;对多普勒雷达资料的分析表明,此次强降水具有强回波、强的垂直风切变、大的垂直液态水含量和较高回波顶高等,与强对流天气的发生发展及落区有较好的对应关系。     

石家庄地区反射率因子垂直廓线特征分析

利用自动雨量计数据整理成的10 min一次的雨量资料和s波段多普勒天气雷达体积扫描强度数据,对石家庄地区2004～2007年4次天气过程的实时雷达反射率因子垂直廓线的特征进行了分析.结果表明:层状云和混合性降水反射率因子垂直廓线有明显的零度层亮带;短时强降水过程的反射率因子垂直廓线不存在零度层亮带.冰雹过程中反射率凼子垂直廓线变化较大,降雹前反射率因子的极大值在中上层,降雹发生时反射率因子的极大值高度下降,降雹后反射率因子的极大值减弱.降雪过程的反射率因子垂直廓线零度层亮带不明显.在石家庄西部山区,由于零度层亮带的影响.对层状云和混合性降水回波强度和降水量估计偏高.对短时强降水过程的地面降水估计用反射率因子垂直廓线的方法比最低仰角法更加准确,在均匀性降水中可较好地改善地面雨量估算结果,有利于在山区和无雨量计的地区判断强对流天气的发生、发展和估算降水量的大小.     

春季一次暴雪过程的多普勒雷达动力学诊断

利用太原C波段多普勒天气雷达基数据资料和自动雨量站资料,对2006年4月11日发生在山西省的一次区域性暴雪过程进行了分析。应用改进的EVAD技术,定量计算垂直高度层的平均散度和平均垂直速度,并分析平均散度和平均垂直速度随时间和高度的变化以及与降雪的对应关系。结果表明：2．5km以下始终维持一个较强的上升气流,是强降雪维持的基本动力条件;整层出现辐合上升运动,且强上升速度中心的高度随时间的演变逐渐下降,同时中高层出现强辐散下沉气流与之配合时,未来2小时将出现强降雪;降雪的强度与雷达探测范围内各高度层的辐舍、辐散有着密切的关系,且辐合、辐散的增强与减弱时间早于降雪强度的增大和减小时间,这对预报降雪的生消、雪强的增大与减小提供了一定的理论依据。