2015年10月4日佛山龙卷过程的观测分析

受1522号台风彩虹外围螺旋云带影响,2015年10月4日15时28分—16时（北京时）广东佛山出现了EF3级强龙卷并造成严重灾害。为了综合分析龙卷发生的多尺度环境背景场和龙卷的结构及强度变化等特点,进行了灾情调研,航拍龙卷灾情路径,走访龙卷目击者,确认龙卷路径及灾情级别,再结合多渠道获取的龙卷视频照片等资料以及观测资料进行分析研究,结果表明:（1）产生此次龙卷的超级单体存在于台风彩虹外围螺旋云带内;龙卷向西北偏北方向移动,触地时长为32 min,受灾路径长度为31.7 km,最大受灾直径为577 m,平均速度约为60 km/h,具有“移动速度快,影响范围广,破坏力强”的特点,其移动速度快慢似与超级单体强度和地面的粗糙度有关。（2）佛山地区中高层受偏南气流控制,水汽充足,地面有弱冷空气;珠三角喇叭口地形有利于气流的辐合与局地涡旋的产生;抬升凝结高度低,风垂直切变大,有利于龙卷的生成。（3）地面自动气象站气象要素表现出受龙卷环流影响的特征。3 s极大风速的大值带和3 s最低气压的低值带以及1 h累计降水大值中心呈现出与龙卷走向一致的东南—西北向带状分布;龙卷到来时其周围自动气象站气温和气压明显降低,风速明显增大,风向明显改变;降水在龙卷靠近前5—10分钟就开始明显增大,其大值中心位于龙卷路径的西侧。龙卷离开后气压比龙卷来临前有所升高,但气温较前降低。（4）龙卷出现在钩状回波前进方向的右后侧;降水大值区与雷达组合反射率大值区基本一致。地面风场的辐合中心与龙卷触地的位置基本一致,并且钩状回波的入流区与地面偏东风区相对应。龙卷风暴单体发展高度在4 km左右,具有低重心对流的特点。其前部存在回波悬垂,一条很窄的向西北倾斜的回波大值带可能与龙卷漏斗云墙有关。对应径向速度剖面图上为一条向西北倾斜的正、负速度交界区,构成一个逆时针旋转的涡旋带,切向剖面图上存在较强的辐合。（5）龙卷发展过程中伴随着龙卷风暴顶和风暴底的逐渐下降以及单体质心的下降,中气旋与龙卷涡旋特征的顶和底也随之逐渐下降。龙卷风涡旋特征的顶高和底高都略低于中气旋,并在龙卷触地时降至最低。龙卷涡旋的切变值远大于中气旋的切变值,且在龙卷强度最强时最大。      

利用波形去噪算法的森林最大冠顶高估测研究

针对大光斑激光雷达回波信号噪声影响森林冠顶高估测精度,且回波分析法判定回波位置受限于平坦地区的问题,利用高斯低通滤波和小波去噪两种方法对GLAS波形进行去噪处理,提出了结合均方根倍差法和回波分析法来判定回波位置的有效算法。经小波去噪后信号的信噪比23.360 704,均方根误差为0.000 233 3,经均方根倍差法和回波分析法相结合来判定回波位置估测的冠顶高结果与实测结果相关性系数r值为0.864,效果均优于高斯低通滤波去噪。基于GLAS回波数据实验结果表明:小波去噪较好地实现了对回波信号的去噪处理,均方根倍差法和回波分析法相结合,实现了对坡度相对较大地区的GLAS波形的回波开始位置和地面回波位置的准确判定,对森林冠顶高的精确估算具有重要意义。     

江西强雷电天气形势场及雷达回波特征分析

利用常规天气资料、地面观测资料、江西WebGIS雷达拼图和雷电监测资料,对2014—2016年江西出现的22次强雷电天气过程进行统计和对比分析。结果表明:江西强雷电天气易出现在赣北北部、南昌附近、上饶地区和吉安西部等区域;强雷电天气出现的环境背景场可分为副热带高压边缘型、副热带高压控制型、低涡切变型和台风外围型,最显著的特征是中高空经常伴有干冷舌侵入低层暖湿区;多项对流指数可以预测出现强雷电天气的可能性;雷达回波和雷电强度关系密切,回波类型以带状和块状为主;雷电强度和雷达回波强度有很好的对应关系,但产生强雷电的回波要具备强度大于50 dBz、强回波中心密实、强回波边缘梯度大等条件。     

定量测量降水量的回波结构自适应算法研究

为提高临近预报中对流性降水估测的准确性,分析了统计法估算降水的局限性。依据降水物理机制和降水回波结构,研究雷达反射率因子定量测量降水量(QPE-Qualitative Precipitation Estimate)的自适应算法,旨在减少由于雨滴谱变化导致的Z-I关系不稳定所引起的降水量测量误差。同时考虑组合反射率因子RC和垂直液态水含量VIL两个参量对降水的影响,建立适于城市区域的动态自适应的Z-I关系,改进对强降水严重低估的问题。     

一次强对流天气过程的闪电与雷达回波特征

利用贵州省三维闪电定位资料、C波段Doppler天气雷达资料及探空资料对2017年贵州一次强天气过程中闪电特征及雷达回波特征的相关性进行分析。结果表明：回波顶高与闪电频数的相关性优于回波强度与闪电频次的相关性;不同温度层上,大于等于30dBz的回波面积与总闪频次和负地闪频次相关性都比较好,其中零度层高度上大于等于30dBz的回波面积与总闪频次相关性最好,且多项式拟合效果优于线性拟合;最大回波强度 、回波顶高 以及30dBz强度回波发展高度对闪电的发生具有一定的指示意义。     

晴空回波特征与风场信息应用

为研究晴空回波风场信息在对流性降水天气中的预警应用价值,选取山东省临沂雷达站2008—2013年5—9月的观测数据分析降水晴空回波特征。研究发现:临沂地区5—9月约87%的日数会出现晴空回波,且90%以上出现在距离雷达站100km范围之内,反射率因子多在10~25dBz,具有明显日变化;晴空回波的速度产品能提供有效监测对流性降水出现前的大气低层风场信息,能一定程度反映低层湍流的耗散率,对降水过程有一定的指示性,相关研究成果对降低对流天气漏报率和提高预警提前量有重要意义。     

应用ADP探测长江口区泥沙浓度的实验研究

声学多普勒流速剖面仪ADP不仅可以测量流速,其记录的声强信号还包含有泥沙浓度的信息,为探讨ADP测悬沙浓度的可行性,本文根据长江口区现场六点法测得的悬沙浓度,对输出信号进行标定,反演获得悬沙浓度。结果表明在500kHz的工作频率下,计算出的悬沙浓度在中上层水体平均误差较小(25％～38％),但要用ADP测整个垂直剖面的悬沙浓度还有待做进一步试验研究。     

改进型数据加窗法的高程粗差剔除研究

利用摆动式单波束探测水下微地形时,因掠射角、底质特性等因素对回波信号的影响,导致数字高程粗差产生。本文根据摆动式单波束的探测原理和工作特点,对多波束测量中的数据加窗法进行改进:将回波能量作为探测点的内在属性参与确定起始加窗点;加窗点采用实测点,并要求起始加窗点尽可能靠近整条测线上实测点的高程均值。由此提高了高程粗差剔除的准确性。在实际应用中,随机微地形的高程粗差被成功剔除。     

Multibeam Echo Sounders-IMU Automatic Boresight Calibration on Natural Surfaces

ABSTRACT

This paper details a new boresight calibration method for multibeam echo sounder systems This method is based on an automatic data selection algorithm, followed by a boresight least squares adjustment This method, called MIBAC (MultiBeam-IMU Boresight Automatic Calibration), takes in input overlapping survey strips following a simple line pattern over a regular slope. We first construct a boresight error observability criterion, used to select automatically the most sensitive soundings to boresight errors. From these soundings, we perform a 3D adjustment of the boresight angle, thus taking into account the coupling between angles. From a statistical analysis of the adjustment results, we derive the boresight angle precision. Numerical results obtained with four different multibeam echo sounder systems are presented and compared to those of a patch test calibration method. Finally, we demonstrate the performances of MIBAC through a standard deviation along the surface normal approach computed by principal component analysis.     

新疆喀什西部新一代天气雷达产品的冰雹预警指标研究

2010年以来喀什地区冰雹频繁,严重危害当地农业生产. 通过整理分析2009-2012年喀什新一代天气雷达监测资料,结合我国中东部地区基于雷达监测的冰雹预警指标,经过对喀什西部的18次冰雹天气过程中新一代天气雷达监测预警指标的分析,归纳出了喀什西部新一代雷达产品的冰雹预警指标：（1）组合反射率≥50 dBz;（2）回波顶高≥9 km;（3）云体垂直液态水含量≥20 kg·m^-2. 根据该预警指标对喀什西部2011-2012年冰雹过程进行回报预警,准确率达到84.6%. 以有详细降雹时间记录的14次冰雹过程为例,分析喀什西部基于雷达监测产品的冰雹预警时效,14次个例中冰雹预警时效平均为27 min. 选取2012年5月13日、5月23日和2013年6月18日3次强冰雹过程个例,分析冰雹出现前后喀什新一代天气雷达的连续监测资料表明：3次过程中降雹开始时间对应雷达监测值达到最大（高）值时刻;组合反射率与回波顶高首先达到预警指标,垂直液态含水量达到预警指标的时间滞后11~19 min;3项雷达产品均达到冰雹预警指标的时间比实际发布冰雹预警时间早7~17 min,喀什西部冰雹预警时效潜力可以增加到30 min以上. 在喀什西部,应用新一代天气雷达监测产品开展冰雹实时预警业务是可行的,对提高当地冰雹灾害防御能力提供了有力的技术支持.